完成單位：同濟大學(xué)
獲獎等級：集體一等獎
成果簡介：
自2000年以來，項目組針對高層建筑裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，包括結(jié)構(gòu)體系單一、節(jié)點與連接構(gòu)造復(fù)雜、成套設(shè)計施工與制作成套技術(shù)缺乏系統(tǒng)研究等問題，從新型結(jié)構(gòu)體系研發(fā)、設(shè)計方法、施工與制作關(guān)鍵技術(shù)等4方面著手，深入、系統(tǒng)地開展了科技創(chuàng)新研究，取得了一系列原創(chuàng)性成果。
1、主要科技創(chuàng)新
⑴高層建筑新型裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系
①研發(fā)了5類新型裝配整體式混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)
針對傳統(tǒng)裝配整體式混凝土剪力墻中豎向鋼筋連接與構(gòu)造復(fù)雜、施工難度大、質(zhì)量難以控制等問題，研發(fā)了分別采用單排套筒連接、單排波紋管漿錨搭接連接以及單排螺栓連接的裝配整體式混凝土剪力墻；針對傳統(tǒng)剪力墻開間小、室內(nèi)布置不靈活等不足，研發(fā)了采用大跨度預(yù)應(yīng)力疊合樓板的裝配整體式混凝土剪力墻；研發(fā)了承重與保溫一體化的預(yù)制混凝土夾心保溫剪力墻。系統(tǒng)完成了5類新型裝配整體式混凝土剪力墻（共80個足尺模型）在高軸壓比下的低周反復(fù)荷載試驗研究，揭示了剪力墻的破壞模式與失效機理。研究證明了上述剪力墻均具有與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相近的抗震性能。
②研發(fā)了4類新型裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)
在現(xiàn)澆柱疊合梁框架結(jié)構(gòu)和預(yù)制柱疊合梁框架結(jié)構(gòu)中采用了自重輕、整體性好的U型疊合梁；裝配整體式型鋼混凝土框架結(jié)構(gòu)則通過螺栓連接型鋼，實現(xiàn)梁柱快速拼裝，現(xiàn)場施工時無需設(shè)置支撐，便于多層連續(xù)施工；為避免建筑室內(nèi)梁、柱凸出，研發(fā)了裝配整體式異形柱框架結(jié)構(gòu)。試驗證明4類新型框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，按現(xiàn)澆等同原則設(shè)計裝配整體式框架結(jié)構(gòu)是完全可行的。
③研發(fā)了適用于預(yù)制混凝土夾心保溫墻體的新型FRP連接件
創(chuàng)新研發(fā)了新型FRP連接件。系統(tǒng)的物理力學(xué)性能試驗表明，該連接件抗拔與抗剪承載力高；合理考慮混凝土環(huán)境影響系數(shù)，可實現(xiàn)連接件與主體結(jié)構(gòu)同壽命；預(yù)制夾心保溫外墻承載力和剛度較大，耐火極限滿足設(shè)計要求。
本項目研發(fā)的上述新型高層建筑裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系均已納入現(xiàn)行國家標準或地方標準中。
⑵高層建筑裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
①發(fā)展了裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計理論
建立了相應(yīng)的恢復(fù)力模型；提出了剪力墻基于不同性能指標的設(shè)計理論；推導(dǎo)了考慮橫向接縫影響的、雙向疊合板抗彎承載力理論計算公式。
建立了相應(yīng)的恢復(fù)力模型；提出了框架節(jié)點剛度與承載力退化模型。在此基礎(chǔ)上，提出了裝配整體式框架結(jié)構(gòu)基于多種性能指標的設(shè)計理論。
提出了FRP連接件抗拔和剪切承載力的彈性力學(xué)計算模型，建立了預(yù)制夾心保溫墻體受彎承載力與變形計算模型，提出了基于阿列紐斯方程的FRP連接件長期性能退化模型。
②系統(tǒng)提出了裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
提出了多種鋼筋連接方案下裝配整體式混凝土剪力墻中豎向鋼筋單排連接以及鋼筋連接區(qū)的加強構(gòu)造措施；提出了配預(yù)應(yīng)力疊合樓板的裝配整體式混凝土剪力墻中防止拼縫區(qū)局部破壞的約束構(gòu)造要求。
提出了裝配整體式框架中梁柱縱筋連接以及節(jié)點核心區(qū)的構(gòu)造要求；提出了型鋼混凝土框架中梁柱接頭區(qū)等強連接的構(gòu)造措施；提出了考慮多種抗剪機理耦合作用的、預(yù)制構(gòu)件接縫受剪承載力計算方法。
提出了FRP連接件錨固長度與抗火保護層厚度的設(shè)計指標；推導(dǎo)了預(yù)制混凝土夾心保溫墻體受彎承載力與變形的簡化計算公式；綜合確定了FRP連接件的蠕變斷裂系數(shù)以及環(huán)境影響系數(shù)。
⑶高層建筑裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)施工集成技術(shù)
①研發(fā)了裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)標準化施工工藝與安裝信息系統(tǒng)
制定了標準化施工工藝，提出了“階梯型拼裝法”、“先掛后澆法”、“內(nèi)外同步法”等標準化安裝技術(shù)，開發(fā)了基于無線射頻電子芯片技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件安裝信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了安裝過程實時可視化管理，保證了安裝質(zhì)量，提高了安裝效率。
②研制了預(yù)制構(gòu)件三向高精度安裝測控技術(shù)及其機具
研制了基于GPS技術(shù)的預(yù)制構(gòu)件三向高精度定位系統(tǒng)；開發(fā)了預(yù)制構(gòu)件高精度數(shù)字化測量設(shè)備與新型斜撐系統(tǒng)，首次提出了“導(dǎo)向輔助、兩點定位、測控一體化”安裝技術(shù)，較傳統(tǒng)安裝技術(shù)，精度提高40%以上，施工效率提高50%。
研制了預(yù)制構(gòu)件自適應(yīng)吊裝系統(tǒng)，可適應(yīng)不同類型構(gòu)件的吊裝姿態(tài)控制要求；開發(fā)了工具式鋁合金豎向支撐體系，實現(xiàn)了高精度調(diào)校和高效搭設(shè)；開發(fā)了新型套筒灌漿控制裝置，解決了傳統(tǒng)套筒灌漿工藝的快速可靠連接難題。
③研發(fā)了裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)施工安全防護新技術(shù)
創(chuàng)新研制了單元式外掛型和承插型安全施工防護體系，施工便捷，實現(xiàn)了標準化的高效裝拆和全方位防護；研發(fā)了導(dǎo)軌式自爬升外墻無損腳手體系，實現(xiàn)外墻飾面的有效保護和避讓；研制了標準節(jié)導(dǎo)向智能升降安全操作平臺系統(tǒng)，改變了外墻落地腳手施工作業(yè)的傳統(tǒng)。
⑷高層建筑預(yù)制混凝土構(gòu)件標準化制作集成技術(shù)
①開發(fā)了裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)標準化預(yù)制構(gòu)件信息系統(tǒng)
在國內(nèi)首次建立了基于模數(shù)化拆分的預(yù)制構(gòu)件系列產(chǎn)品及其可視化設(shè)計軟件系統(tǒng)，為實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的數(shù)字化制作奠定了基礎(chǔ)。
②研制了預(yù)制混凝土構(gòu)件自動化生產(chǎn)流水線
研發(fā)了預(yù)制構(gòu)件自動化流水生產(chǎn)工藝綜合布局技術(shù)，相比固定臺模生產(chǎn)線提高工效40%，并實現(xiàn)了預(yù)制構(gòu)件節(jié)能和清潔生產(chǎn)。
開發(fā)了通用性強、周轉(zhuǎn)次數(shù)多、高精度組合式模具系統(tǒng)。
本項目組已建成多條自動化生產(chǎn)流水線，年產(chǎn)能超過一百萬立方米。
③研發(fā)了預(yù)制構(gòu)件立體存儲與高效運輸技術(shù)
研發(fā)了工具式預(yù)制構(gòu)件立體存儲工裝系統(tǒng)；研發(fā)了預(yù)制構(gòu)件標準化運輸工裝系統(tǒng)，減少構(gòu)件破損70%，提高運輸效率50%，并基本杜絕了構(gòu)件飾面破損。
2、社會經(jīng)濟效益
同濟大學(xué)是我國裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)體系研發(fā)、設(shè)計施工與制作等領(lǐng)域的領(lǐng)軍單位。本項目成果為我國建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的快速、穩(wěn)健發(fā)展提供了技術(shù)支撐；提升了建筑節(jié)能水平，社會經(jīng)濟效益顯著；打破國外產(chǎn)品技術(shù)壟斷，提升了我國自主研發(fā)產(chǎn)品的核心競爭力；培養(yǎng)了我國裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的中高級人才主力軍。
本項目成果已直接應(yīng)用于76項高層建筑工程，總建筑面積達到390.20萬平米，新增銷售額83.32億元；其他非本項目完成單位在2000年~2016年應(yīng)用本項目成果，新增銷售額為215.30億元，新增利潤為17.22億元。
專家評語：
該成果針對高層建筑裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)工程中的關(guān)鍵技術(shù)難題，從新型結(jié)構(gòu)體系研發(fā)、設(shè)計施工與制作關(guān)鍵技術(shù)等方面開展了研究，形成了我國裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑技術(shù)標準體系，取得了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科技成果，配套研究成果建成了多條自動化生產(chǎn)流水線，并直接應(yīng)用在大量高層建筑工程中。該成果具有重大創(chuàng)新，系統(tǒng)、豐富、創(chuàng)新性強、工程實用價值高，對我國建筑裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的快速、穩(wěn)健發(fā)展起到了重要的科技推動作用。
