我國單位建筑面積能耗是發(fā)達國家的2倍以上，建筑垃圾、施工灰塵是城市主要污染源之一。我國房屋鋼結構的發(fā)展面臨重大機遇，中國作為7億噸的世界第一產鋼大國，產能過剩近1億噸，但鋼結構建筑只占5%，而發(fā)達國家占50%以上，保障性住房建設速度、地震災區(qū)住宅重建速度有待進一步提高。目前，住房和城鄉(xiāng)建設部明確提出要在保障性住宅中推動使用鋼結構住宅。工業(yè)化、裝配式節(jié)點斜撐加強型鋼框架結構體系符合“十二五”時期，住房和城鄉(xiāng)建設部鋼結構住宅產業(yè)化方針政策和中國鋼結構協(xié)會“十二五”發(fā)展規(guī)劃，是國家支持的鋼結構創(chuàng)新技術。
遠大可建為改善傳統(tǒng)建筑存在的建設周期長、材料浪費嚴重、施工過程污染大等缺點，吸取汶川地震慘烈教訓，從2010年世博會開始，開發(fā)工廠化生產的新型裝配式節(jié)點斜撐加強型鋼框架結構建筑技術。該結構體系適用于多高層鋼結構，主要由主板、立柱、斜支撐幾部分組成，壓型鋼板混凝土組合樓板支撐于鋼梁上形成主板，主板支撐于立柱上，在梁與柱之間設置斜支撐，斜支撐加強節(jié)點連接，同時和梁柱框架共同抵抗水平和豎向荷載。承重構件連接采用高強螺栓，在保證強度的前提下達到易安裝、易拆卸、易維護的目的。
為了推進該鋼結構體系的科學發(fā)展，確保設計、施工安全，需要對該體系進行科學合理的研發(fā)、系統(tǒng)的理論分析和試驗研究，以實現該產品的設計規(guī)范化、生產工業(yè)化、安裝機械化，解決產品在設計、生產、安裝和驗收幾方面的問題，滿足國家在建設領域的標準規(guī)范。
北京工業(yè)大學發(fā)揮鋼結構學科的優(yōu)勢和鋼結構創(chuàng)新研究經驗，受遠大可建科技有限公司委托，聯合遠大科技集團、中國建筑科學研究院、湖南大學、遠大可建科技有限公司承擔了湖南省戰(zhàn)略性新興產業(yè)科技攻關項目《裝配式斜支撐鋼結構建筑技術研究與應用》，對該體系進行了理論分析、有限元模擬、結構構件和體系試驗研究，經過多層次的計算分析、優(yōu)化設計、試驗和結構設計，最終獲得了該體系的受力特性和破壞機理，使其滿足現行鋼結構設計規(guī)范及相關規(guī)范要求。
二、主要研究內容和結論
（1）結構整體有限元分析與設計研究
分別采用目前國內通用的有限元設計分析軟件Etabs、Midas/GEN、SAP2000、ANSYS進行結構分析（包括靜力分析、反應譜分析、彈性時程分析）與設計。在建Etabs、Midas/GEN、SAP2000有限元模型中，整個模型包含15萬梁桿系單元、26000個樓板單元。模型龐大，模擬的精度高，能夠較為真實地模擬結構的真實受力情況。在有限元模型的設計中，通過建立彈性單元連接，考慮了螺栓拼裝連接節(jié)點的影響，連接節(jié)點的剛度是通過節(jié)點試驗測得的實際剛度帶入整體分析模型，使分析模型的受力能夠非常真實地反映實際結構受力?；谠撥浖闹袊?guī)范設計程序，進行了8度常遇地震的內力計算和設計，結果證明其能夠滿足8度設防的抗震要求。同時采用ANSYS軟件進行了最大工況荷載的精細有限元分析，共劃分了100萬單元，采用高性能計算機工作站進行了詳細的計算，并與Etabs、MIdas、Sap2000有限元相同工況的結果進行了對比，ANSYS與Etabs、MIdas、Sap2000軟件分析結果差別較小，分析結果得到了互相驗證。同時，采用ansys軟件的APDL語言開發(fā)了基于中國鋼結構規(guī)范的后處理設計程序，該程序結果與Etabs、MIdas、Sap2000有限元設計結果相比，四者的腹桿計算結果基本相同，梁上下弦桿有所不同，但是都能滿足規(guī)范要求。
?。?）整體結構大震彈塑性分析
采用ansys和ABAQUS軟件，建立反映實際結構受力的空間桿系有限元模型，根據設計軟件優(yōu)化出的截面，進行9度罕遇地震的大震彈塑性時程分析。根據新《建筑抗震設計規(guī)范》的要求，選用了兩條天然波（EL-Centro波和Taft波）和一條人工波，將峰值調整到了620cm/s2,進行彈塑性時程分析。分析表明，該體系在9度罕遇地震作用下，整個塑性應變的積累和構件損傷都較小，塑性應變主要布于柱子斜支撐和斜支撐節(jié)點區(qū)外的桁架梁腹桿上，柱子塑性應變很小。該體系的破壞機理為，桁架腹桿首先進入屈服,斜撐范圍內的柱段應力較低，沒有或者較晚進入屈服。體系具有較好的延性，滿足“強柱弱梁、強節(jié)點弱構件”的受力要求。（待續(xù)）
