学院内刊

中文标题：《基于BIM的大跨度钢结构连廊施工方案仿真与实施》英文标题：BIM-Based Simulation and Implementation of Construction Schemes for Long-Span Steel Corridors作者：司涛杰、夏天、卢伟超、苏晓明、吴佳昕、向锡仁、郝建国、冉萌发表期刊：《钢结构（中英文）》(STEEL CONSTRUCTION (Chinese & English))发表信息：2025年，第40卷第6期，第1-9页DOI：10.13206/j.gjgS24062601作者单位：中国五冶集团有限公司郑州市建设工程质量安全技术监督中心基金项目：中国五冶集团重点科技研发项目（ZGWY-2023-107）出版时间：2025年6月25日摘要钢结构连廊常被用于连通两栋单体建筑，以实现建筑功能的最大化利用，但其施工也是项目管理中的重难点环节。尤其对于高空大跨度的钢结构连廊，施工环境最为复杂，需综合考虑各施工环节与工况，因此风险等级通常较高。哈尔滨工业大学郑州研究院数研产业一号园项目采用了高空大跨度钢结构连廊的结构形式，其中最大钢结构连廊跨度达50.4 m，高度49.5 m，主梁轴线宽度20.5 m，总质量约1200 t。依据该连廊的结构形式、现场施工条件以及国内外已有的钢结构吊装技术，研究提出了三种施工方案并进行综合比选。方案一为高空散装法，即利用现场塔吊和汽车吊，支设大量支撑架体，按施工顺序完成高空拼装作业。方案二为分块吊装法，先按起重设备性能将连廊拆解为吊装单元模块，现场支设少量支撑架体，按合理顺序分块吊装，最终形成整体连廊结构。方案三为液压整体提升法，现场不支设支撑架体，在连廊投影地面将钢连廊整体拼装完成并验收后，利用液压提升装置将其整体提升至设计标高。综合考虑三个方案的工期计划、措施成本、质量要求、安全性能以及对其他主体施工的影响范围，最终确定采用方案三。措施费计算表明，方案三因无需支设支撑架体而费用最低。采用MIDAS/Gen有限元软件对施工工况进行组合计算，方案三在安装过程中连廊的竖向位移和构件应力比均在规范允许范围内，能够满足现场施工条件下连廊的整体稳定性和精度控制要求。同时利用ANSYS对液压提升吊具节点进行仿真分析，吊具应力小于材料屈服强度，符合提升要求。为满足钢结构危大工程的施工要求，研究还利用BIM技术的可视化表达对施工工况进行模拟预演，筛查安装工况下的施工风险控制要素并实施重点管控，多角度论证了方案三的经济性与安全性。在施工过程中，部署了多项安全保障措施，对应力较大部位进行临时加固，液压提升期间利用无人机对高空作业实时监测，并采用风速测量仪监测风速。最终实现了施工速度快、安装精度高、安全风险低的预期效果。English AbstractSteel structure link corridors are frequently used to connect two separate buildings, achieving maximized utilization of building functions. However, their construction poses significant challenges in project management. For high-altitude long-span steel structure link corridors in particular, the construction environment is the most complex, requiring consideration of various construction phases and conditions, thus typically presenting a higher risk level. The No.1 Industry Park Project of the Zhengzhou Research Institute of Harbin Institute of Technology adopted the structural form of a high-altitude long-span steel structure link corridor, with a maximum span of 50.4 m, a height of 49.5 m, a width of 20.5 m, and an approximate mass of 1200 t.Based on the structural form and on-site construction conditions, three construction schemes were proposed using existing domestic and international steel structure lifting techniques. Scheme 1 involves the high-altitude assembly method, utilizing on-site tower cranes and mobile cranes to erect numerous supporting structures. Scheme 2 adopts a sectional lifting method, where the corridor is disassembled into modular lifting units based on equipment performance. Scheme 3 employs hydraulic overall lifting technology, where no supporting structures are erected on-site; the entire corridor is assembled on the ground within the projection area and lifted to the designed elevation using hydraulic devices. Considering schedule, measure costs, quality requirements, safety performance, and impact on other main construction activities, Scheme 3 was adopted. Finite element analysis with MIDAS/Gen confirmed that vertical displacement and component stress remained within permissible ranges. ANSYS simulation of lifting fixture nodes showed stress below yield strength. BIM visualization was utilized to simulate construction scenarios and identify risk control elements. Multiple safety measures were deployed, achieving fast construction, high installation accuracy, and low safety risk.研究背景一、钢结构连廊的功能定位与施工挑战在高层及超高层建筑设计中，钢结构连廊凭借自重轻、造价低、结构受力稳定等优势，成为连接两栋单体建筑的优选结构形式。连廊的设置不仅实现了建筑功能的最大化利用，也增强了建筑群体的整体性与标志性。然而，在施工阶段，钢结构连廊一般具有跨度大、施工风险系数高、施工环境复杂等突出难点。因现场环境条件的制约，其安装过程也是现场管理控制的重点环节。尤其对于高空大跨度的钢结构连廊，施工环境最为复杂，需综合考虑各施工环节与工况，因此风险等级通常较高。二、液压整体提升技术的发展与应用针对大跨度重型钢结构的高空安装难题，液压整体提升技术被证明是一种有效的解决方案。该技术的历史可追溯至上海东方明珠广播电视塔天线杆的施工——乌建中等采用同步整体提升技术，通过对提升器集群的组合配置，成功将质量较大的构件提升至设计高度。此后，郭彦林等采用液压提升技术对广州白云国际机场维修机库的10号机库钢屋盖进行整体提升（提升质量约4300 t），并指出大吨位结构体系在提升状态下的受力性能与设计状态存在差异，需针对提升状态进行专门的受力分析，对薄弱环节进行加固并验算提升过程中的受力工况。鲍广鉴等通过对液压整体提升技术的系统研究，剖析了该技术的工艺流程和工作要点，指出将传统以人力为主的施工工艺转化为以自动机械为主，是该技术的最大特点。王晨等以扬州建工科技园钢结构连廊项目为例，进一步验证了液压整体提升技术在大跨度钢连廊施工中的适用性。三、BIM技术与有限元仿真在施工方案论证中的作用随着施工技术的不断发展，BIM技术与有限元仿真分析在复杂钢结构施工方案论证中的作用日益凸显。对于大跨度钢结构连廊这类危大工程，仅凭经验判断难以全面评估施工方案的安全性与经济性。有限元分析能够精确计算结构在各施工工况下的应力、位移等力学响应，为方案比选提供定量依据；BIM技术则通过三维可视化表达，将抽象的施工过程具象化，便于筛查施工风险控制要素、优化施工工序。两者的结合应用，使得施工方案的论证从经验判断走向科学量化，为复杂钢结构的高效、安全施工提供了技术保障。四、工程背景与问题提出哈尔滨工业大学郑州研究院数研产业一号园项目设计采用了高空大跨度钢结构连廊的结构形式。该连廊最大跨度50.4 m，高度49.5 m，主梁轴线宽度20.5 m，总质量约1200 t。面对如此大跨度、大吨位的钢结构连廊高空安装任务，如何在保证施工安全与质量的前提下，选择经济合理的施工方案并确保顺利实施，成为亟待解决的关键技术问题。为此，研究团队基于该工程实际，开展了施工方案的系统比选、有限元仿真分析与BIM施工模拟，为方案的最终确定与顺利实施提供了科学依据。研究内容本文的研究主要涵盖以下四个方面：（一）施工方案的提出与综合比选依据钢结构连廊的结构形式、现场施工条件以及国内外已有的钢结构吊装技术，研究提出了三种备选施工方案。方案一：高空散装法。 利用现场塔吊和汽车吊，支设大量支撑架体，按照施工顺序完成高空拼装作业。该方案的优点在于技术成熟、操作灵活，但缺点也十分明显——需要支设大量的高空支撑架体，措施费用高昂，且高空作业量大，安全风险较高。方案二：分块吊装法。 钢结构连廊先按起重设备性能拆解成吊装单元模块，现场支设少量支撑架体，按合理施工顺序分块吊装，最终形成整体连廊结构。该方案相比方案一减少了支撑架体用量，但仍需部分高空作业，且分块吊装对吊装单元的划分精度和现场拼装精度要求较高。方案三：液压整体提升法。 现场不支设支撑架体，在钢结构连廊投影地面将钢连廊整体拼装完成并验收后，利用液压提升装置将钢结构连廊整体提升至设计标高。该方案的最大优势在于将大量高空作业转化为地面作业，大幅降低了高空作业风险，同时无需支设支撑架体，措施费用最低。研究从工期计划、措施成本、质量要求、安全性能以及对其他主体施工的影响范围等五个维度对三个方案进行了综合比选，最终确定采用方案三——液压整体提升法。（二）基于有限元分析的施工工况验算方案确定后，研究采用MIDAS/Gen有限元软件对施工工况进行了组合计算。计算重点考察了钢结构连廊在液压整体提升安装过程中的竖向位移和构件应力比。结果表明，在方案三的施工条件下，连廊的竖向位移和构件应力比均在规范允许值范围内，能够满足现场施工条件下连廊的整体稳定性和精度控制要求。与此同时，研究还利用ANSYS有限元软件对液压提升吊具节点进行了专项仿真分析。吊具节点是液压提升系统的关键受力部位，其安全性直接关系到整个提升过程的成败。分析结果表明，提升吊具的应力小于材料的屈服强度，符合提升要求。上述有限元分析从力学角度验证了方案三的可行性与安全性。（三）基于BIM的施工工况模拟与风险管控为满足钢结构危大工程的施工要求，研究充分利用BIM技术的可视化表达优势，对施工工况进行了模拟预演。通过BIM三维模型，将液压整体提升的各个施工阶段——地面拼装、液压提升、高空就位、最终固定等——进行可视化呈现，使施工人员能够直观理解各工序的衔接关系与关键控制点。在此基础上，研究筛查了安装工况下的施工风险控制要素，并据此实施施工重点管控。BIM模拟预演还帮助识别了提升过程中可能出现的碰撞、干涉等问题，为施工方案的进一步优化提供了依据。通过BIM技术与有限元分析的结合应用，从多角度论证了方案三的经济性和安全性。（四）施工过程中的安全保障与实施效果为确保钢结构连廊施工全过程的安全性，研究在施工部署中采取了多项保障措施。在结构加固方面，对应力比较大的部位采取了临时加固措施，确保在提升过程中结构的受力状态始终处于可控范围。在实时监测方面，液压提升期间利用无人机对高空作业进行实时监测，能够及时发现并处置施工中的异常情况。在环境监测方面，采用风速测量仪持续监测风速，确保提升作业在允许的气象条件下进行。通过BIM技术与有限元分析对施工工况的仿真分析，结合上述安全保障措施的部署实施，最终实现了施工速度快、安装精度高、安全风险低的预期效果。该工程的成功实施，为今后类似高空大跨度钢结构连廊的施工提供了可借鉴的技术路径与实践经验。主要结论综合以上研究，可得出以下主要结论：液压整体提升法是高空大跨度重型钢结构连廊安装的优选方案。 在工期、成本、质量、安全等多目标约束下，液压整体提升法因无需支设大量高空支撑架体，措施费用最低，且将大量高空作业转化为地面作业，安全风险显著降低。有限元分析是验证施工方案可行性的有效手段。 通过MIDAS/Gen对施工工况的组合计算和ANSYS对吊具节点的专项分析，能够定量评估结构在各施工阶段的力学响应，确保方案的安全性与可靠性。BIM技术的可视化预演显著提升了施工风险管控水平。 通过对施工工况的模拟预演，能够提前筛查风险控制要素、优化施工工序，为危大工程的顺利实施提供重要保障。多维度安全保障措施是施工顺利实施的关键。 临时加固、无人机实时监测、风速监测等措施的有机结合，形成了覆盖施工全过程的安全保障体系。

中文标题：《钢结构建筑产业化关键技术与示范》英文标题：Critical Techniques and Demonstration of Steel Structure Building Industrialization作者：侯兆新、刘晓刚作者单位：侯兆新：中冶建筑研究总院有限公司刘晓刚：北京科技大学土木与资源工程学院发表期刊：《建筑钢结构进展》发表信息：2021年，第10期，第1-11页文章类型：北大核心、CSCD、CSTPCD收录基金项目：“十三五”国家重点研发计划项目（2017YFC0703800）摘要“十三五”国家重点研发计划项目“钢结构建筑产业化关键技术与示范”于2017年立项，在26家参加单位近300名科研人员的共同努力下，历经4年时间，已经圆满完成项目研究和示范内容。该文对该项目进行综述性总结，包括项目简介、国内外研究现状、关键科学问题和技术问题提炼、研究方向和研究技术路线、主要研究和示范内容、主要创新点以及社会效益和行业影响等内容。通过该项目研究和示范，达到了提高我国钢结构建筑产业化技术水平的目的，促进了钢结构建筑的快速发展。可供从事钢结构建筑的科研、教学、生产、设计施工技术人员参考。English AbstractThe project “Critical Techniques and Demonstration of Steel Structure Building Industrialization,” a key project of the National Key Research and Development Program of the Thirteenth Five-Year Plan, was established in 2017 and has been fully accomplished within 4 years with the effort from nearly 300 researchers from 26 enterprises and institutes. This paper summarizes the entire project, including a brief introduction, a state-of-the-art review of research status at home and abroad, critical technical points and challenges behind it, research directions and methodology, the main research part and project demonstration, the evolution of this project and its benefits to the society, and the influence to the industry. The research and demonstration of this project can improve the technical level of steel structure building industrialization in China and promote the rapid development of steel structure buildings. This paper provides a technical reference for research, teaching, production, design, and construction purposes.研究背景一、钢结构建筑产业化的战略意义钢结构建筑具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、可循环利用等一系列突出优势，是绿色建筑和建筑工业化的重要发展方向。推动钢结构建筑产业化发展，对于提高建筑质量、缩短建设周期、减少资源消耗和环境污染具有重要意义。随着我国城镇化进程的不断推进和建筑工业化水平的持续提升，钢结构建筑产业化的需求日益迫切。二、国家政策支持与项目立项为加快钢结构建筑产业化进程，国家科技部在“十三五”期间立项了国家重点研发计划项目“钢结构建筑产业化关键技术及示范”（项目编号：2017YFC0703800）。该项目由中冶建筑研究总院有限公司作为项目牵头承担单位，汇聚了全国钢结构领域的优势科研力量。项目于2017年正式启动，历经4年技术攻关和工程示范，于2021年圆满完成全部研究和示范任务。三、项目研究的总体目标与意义该项目旨在系统解决制约钢结构建筑产业化发展的关键共性技术问题，建立完善的钢结构建筑产业化技术体系，并通过工程示范验证技术成果的可行性和先进性。项目成果对于推动我国钢结构建筑从传统建造方式向工业化、标准化、装配化方向转型升级具有重要的引领作用。四、该文的定位在该项目圆满完成之际，由项目负责人侯兆新（中冶建筑研究总院有限公司教授级高级工程师）和刘晓刚（北京科技大学教授）共同撰写此文，对该项目进行综述性总结。文章全面呈现了项目的研究背景、技术路线、主要成果、创新点及行业影响，旨在为从事钢结构建筑的科研、教学、生产、设计施工技术人员提供系统性的技术参考。研究内容该综述论文围绕“十三五”国家重点研发计划项目“钢结构建筑产业化关键技术与示范”的核心成果，从以下几个方面展开：（一）项目简介与国内外研究现状文章首先对项目的基本情况进行了介绍，包括项目的立项背景、总体目标、研究周期、组织架构和经费投入等。在此基础上，文章系统梳理了国内外钢结构建筑产业化的发展现状。国外特别是发达国家在模块化建筑、预制装配式钢结构等方面已经形成了较为成熟的技术体系和产业链。文章对比分析了国内外在钢结构建筑标准化设计、工厂化生产、装配化施工等方面的差距，明确了我国钢结构建筑产业化亟需突破的关键技术瓶颈。（二）关键科学问题和技术问题提炼文章从钢结构建筑产业化的全产业链视角出发，提炼了制约产业发展的关键科学问题和技术问题。这些问题涵盖了从结构体系、连接技术、围护体系到建造平台等多个层面。围绕剪力墙、框架、模块化、板柱结构和交错桁架等5类典型钢结构体系建筑，文章系统分析了各类体系在产业化进程中面临的核心技术挑战。（三）研究方向和研究技术路线文章阐述了项目确立的研究方向和研究技术路线。项目采用了“理论研究—技术开发—标准编制—工程示范”四位一体的研究范式。在理论研究层面，重点解决各类钢结构体系在产业化条件下的力学性能、设计方法和计算理论问题；在技术开发层面，着力突破高效装配化连接、轻质环保围护体系、防火防腐装饰一体化等关键共性技术；在标准编制层面，将研究成果转化为技术标准和工法；在工程示范层面，通过实际工程验证技术成果的可行性和先进性。（四）主要研究和示范内容文章详细介绍了项目的主要研究和示范内容。项目的主要研究内容围绕5类典型钢结构体系建筑展开：1. 剪力墙钢结构体系建筑产业化技术重点研究钢管混凝土束剪力墙、异形钢管混凝土墙柱和波纹钢板剪力墙等结构形式，采用理论研究、模型试验、软件分析、技术集成和工程示范等相结合的技术手段，推进标准化、模块化和集成化建筑设计。2. 框架钢结构体系建筑产业化技术研究装配式钢框架结构建筑体系的关键技术，包括新型装配式钢框架结构体系的受力性能、设计方法和建造技术。3. 模块化钢结构体系建筑产业化技术研究模块化钢结构建筑的结构特点、力学模型、计算假定和设计方法，解决模块间连接节点、模块单元抗侧力体系等关键技术问题。4. 板柱钢结构体系建筑产业化技术研究装配式板柱钢结构体系建筑产业化技术，包括重力-侧力系统可分组合结构体系、集成式楼盖和一体化外围护墙板等。5. 交错桁架钢结构体系建筑产业化技术研究交错桁架钢结构体系建筑的空间创新设计和产业化技术。与此同时，项目还系统研究了钢结构建筑产业化需要重点突破的3类关键共性技术：高效装配化连接技术：研究适合产业化建造的高效、可靠、快速的钢结构连接技术；轻质环保围护体系技术：研发基于金属板和蒸压加气混凝土板保温装饰一体化轻质围护体系技术与产品；防火防腐装饰一体化技术：研究钢结构防火、防腐与装饰的一体化解决方案。此外，项目还开发了全过程、全专业协同一体化智能建造技术平台，推动钢结构建筑向数字化、智能化方向升级。（五）主要创新点文章总结了项目在技术研发和工程示范方面的主要创新点。这些创新点体现在新型结构体系的提出、高效连接技术的突破、轻质围护体系的研发、智能建造平台的开发等多个层面。项目的创新成果在示范工程中得到了验证和应用。（六）社会效益和行业影响文章阐述了项目产生的社会效益和行业影响。通过该项目的研究和示范，达到了提高我国钢结构建筑产业化技术水平的目的，促进了钢结构建筑的快速发展。项目成果为钢结构建筑的标准化设计、工厂化生产、装配化施工提供了系统的技术支撑，对推动我国建筑行业的绿色低碳转型和高质量发展具有重要意义。结论通过对“十三五”国家重点研发计划项目“钢结构建筑产业化关键技术与示范”的综述性总结，可以得出以下主要结论：（1）项目圆满完成了预定的研究和示范任务。 项目于2017年立项，在26家参加单位近300名科研人员的共同努力下，历经4年时间，已经圆满完成项目研究和示范内容。（2）项目系统解决了钢结构建筑产业化的关键共性技术问题。 项目围绕剪力墙、框架、模块化、板柱结构和交错桁架等5类典型钢结构体系建筑，系统开展了产业化技术集成研究和示范。（3）项目突破了3类关键共性技术。 包括高效装配化连接技术、轻质环保围护体系技术、防火防腐装饰一体化技术，并开发了全过程、全专业协同一体化智能建造技术平台。（4）项目达到了提高我国钢结构建筑产业化技术水平的目的。 通过该项目研究和示范，促进了钢结构建筑的快速发展。（5）项目成果具有重要的推广应用价值。 该文可供从事钢结构建筑的科研、教学、生产、设计施工技术人员参考。项目成果的推广应用将有力推动我国钢结构建筑向工业化、标准化、装配化方向转型升级。

中文标题：《高层钢结构建筑的最新进展与工程实践》英文标题：Recent Advances and Engineering Practice in High-Rise Steel Structure Building作者：周建龙、包联进（注意：第二作者为“包联进”，与你提供的“包跃进”为同一人）发表期刊：《钢结构（中英文）》(STEEL CONSTRUCTION (Chinese & English))发表信息：2024年，第39卷第11期，第1-10页DOI：10.13206/j.gjgS24101025作者单位：华东建筑设计研究院有限公司基金项目：上海市住建委2023年度重点科研项目（沪建科2023-Z02-011）摘要钢结构以其强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快及绿色可持续发展等显著优势，在改革开放后的三十年间实现了快速发展。近十年来，钢结构在住宅建筑、工业上楼等高层建筑中的应用比例大幅提升，各类新型钢结构体系在超高层建筑中也取得了长足进步。抗震性能化设计、消能减震（振）技术以及高性能钢材的推广与应用，使钢结构在高层建筑中发挥出更大的优势。然而，与国外先进技术相比，我国高层建筑钢结构在材料性能、结构设计方法和经济性等方面仍存在一定差距，需要全产业链协同互动，进一步研发相关技术。English AbstractSteel structures, known for their high strength, light self-weight, good seismic performance, fast construction speed, and green sustainable development, have experienced rapid development in the 30 years since China's reform and opening-up. Over the past decade, the proportion of steel structures used in high-rise buildings such as residential buildings and high-rise industrial buildings has significantly increased. Various steel structure systems have also seen new developments in super high-rise buildings. The design for seismic performance, energy dissipation and shock absorption technologies, and the promotion of high-performance steel materials have enabled steel structures to exert greater advantages in high-rise construction. However, compared to foreign advanced technologies, there is still a significant gap in material performance, structural design methods, and economic aspects of steel structures in high-rise buildings in China, necessitating interaction across the entire industry chain and further development of related technologies.研究背景一、钢结构的基本优势与发展动力钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工速度快、绿色可持续发展等一系列突出优点，这些特性使其成为高层及超高层建筑的理想结构形式。改革开放以来，我国经济持续快速增长，钢产量逐年攀升，建筑用钢政策也经历了从限制到鼓励的适应性调整——从20世纪五六十年代的国家限制采用钢结构，到80年代的合理采用，再到90年代中期的积极采用，直至近年来鼓励发展装配化建筑，这些政策变迁为高层钢结构建筑的发展提供了强大的制度动力。二、改革开放后三十年的发展历程从20世纪80年代以来的三十余年间，我国高层钢结构建筑经历了从无到有、从借鉴国外经验到自主设计和施工的跨越式发展，已成长为全球高层钢结构建筑的重要大国。这一成就的取得，既得益于经济发展和钢产量的增长，也与设计、施工水平及材料性能的逐步提高密切相关。20世纪80年代，国内共建造了11幢高层钢结构建筑，其中北京5幢、上海5幢、深圳1幢，大部分为纯钢结构，主要功能为酒店和办公建筑，掀起了高层钢结构的第一波热潮。其中，上海金沙江大酒店（38.0 m，14层）是国内设计、制造和施工的第一幢高层建筑钢结构；深圳发展中心（154 m，40层）是我国第一座自主承担结构设计与施工、建筑高度在150 m以上的超高层钢-混凝土混合结构建筑；京广中心（208 m，53层）是首栋高度超过200 m的超高层建筑钢结构；上海希尔顿酒店（143 m，43层）是国内第一幢钢框架-混凝土核心筒混合结构。进入20世纪90年代，随着上海浦东新区和深圳经济特区的开发建设，我国掀起了新一轮高层钢结构建设热潮。经过二十余年的超常规发展，上海和深圳已成为世界上高层建筑数量最多、建筑平均高度最高的城市之一。钢-混凝土混合结构体系在这一时期迅速发展，被认为是符合我国国情的新型结构体系。90年代建造的高层建筑几乎全部采用了这种形式，包括上海森茂国际大厦、国际航运大厦、新金桥大厦等一批高度在150~200 m的高层建筑。同期，高度超过300 m的超高层建筑也采用了混合结构体系——深圳地王大厦（325 m，69层）是国内第一幢高度超过300 m的摩天大楼，上海金茂大厦（420 m，88层）则是第一幢高度超过400 m的摩天大楼。深圳赛格广场则是这一时期采用钢管混凝土柱组合框架与钢筋混凝土核心筒结构的世界最高建筑。三、近十年的新趋势与新挑战进入21世纪，我国高层钢结构建筑呈现出高度更高、高宽比更大、建筑体型更多样、新体系不断涌现、单体用钢量更大、材料高强轻质化以及大量采用消能减震（振）技术等新特征。近十年来，钢结构在住宅建筑和“工业上楼”等新型高层建筑中的应用比例大幅提高。各类新型钢结构体系在超高层建筑中也得到了新的发展。抗震性能化设计方法的推广、消能减震（振）技术的成熟应用，以及高性能钢材的研发与推广，使钢结构在高层建筑中的优势得到了进一步发挥。然而，与国外先进技术相比，我国高层建筑钢结构在材料性能、结构设计方法和经济性等方面仍存在不小差距。这一差距的存在，要求全产业链各环节加强互动协作，进一步研发相关技术，缩小与发达国家之间的技术鸿沟。研究内容本文的研究内容主要涵盖以下四个方面：（一）高层钢结构建筑的发展历程回顾文章首先系统回顾了改革开放后三十余年间我国高层钢结构建筑的发展历程。从20世纪80年代起步阶段的11幢高层钢结构建筑，到90年代浦东与深圳开发带动的建设热潮，再到21世纪以来超高层建筑的蓬勃发展，勾勒出我国高层钢结构建筑从无到有、由弱变强的完整脉络。文章特别梳理了钢-混凝土混合结构体系在我国的发展轨迹。这一体系在90年代迅速崛起，被认为是符合我国国情的新型结构体系，几乎涵盖了当时所有的高层建筑项目。文章通过对各时期代表性工程案例的梳理——从上海金沙江大酒店到深圳发展中心，从京广中心到上海金茂大厦——清晰地展现了我国高层钢结构建筑技术水平的演进历程。（二）近十年高层钢结构的技术进展文章重点阐述了近十年来高层钢结构建筑在技术层面的主要进展，包括以下几个方面：1. 应用领域的拓展。 钢结构在住宅建筑中的应用比例大幅提高，“工业上楼”等新型产业建筑也越来越多地采用钢结构体系。这一趋势反映出钢结构正从传统的超高层办公、酒店建筑向更广泛的建筑类型延伸。2. 结构体系的创新。 在超高层建筑中，各类新型钢结构体系不断涌现。从早期的纯钢框架结构，到钢框架-混凝土核心筒混合结构，再到更为复杂的组合结构体系，结构形式的多样化发展为适应不同建筑高度、功能和造型需求提供了更多选择。3. 设计方法的提升。 抗震性能化设计方法的推广和应用，使结构设计从传统的强度控制向性能目标控制转变，能够更精准地满足不同抗震设防要求下结构的安全性需求。4. 减震（振）技术的应用。 消能减震（振）技术的大量采用，有效提升了高层钢结构建筑在风振和地震作用下的舒适度与安全性。5. 高性能钢材的推广。 高性能钢材的研发与应用，使结构在同等承载力需求下可采用更小的截面尺寸，实现了结构的轻量化和材料的高效利用。（三）与国外先进技术的差距分析文章在充分肯定我国高层钢结构建筑发展成就的同时，也客观分析了与国外先进技术之间存在的差距。这些差距主要体现在三个层面：在材料性能方面，我国高性能结构钢材的品种、质量和稳定性与发达国家相比仍有提升空间，部分高端钢材仍需依赖进口。在结构设计方法方面，国外在超高层钢结构抗震设计、风振控制、施工模拟等方面积累了更为丰富的经验和更为完善的技术标准体系，值得借鉴和学习。在经济性方面，我国高层建筑钢结构的综合造价和用钢量指标与国外先进水平相比仍有优化空间，需要从结构体系选型、设计精细化、施工组织等多个环节入手加以改善。（四）未来发展方向与建议基于对发展历程、技术进展和差距分析的综合研判，文章对我国高层建筑钢结构的未来发展提出了方向性建议。全产业链协同创新是缩小差距的关键路径。从钢材研发、结构设计、构件制作到施工安装，各环节需要加强互动与协作，形成产学研用一体化的创新体系。具体而言，一方面应加快高性能结构钢材的自主研发和产业化进程，提升材料性能的稳定性和经济性；另一方面需进一步完善高层钢结构的设计方法和标准体系，借鉴国际先进经验，结合我国工程实践开展系统研究。此外，还需在消能减震（振）技术、施工模拟与监测技术、数字化设计与建造技术等方面持续投入研发力量，推动高层钢结构建筑向更安全、更经济、更绿色的方向持续发展。结论本文通过对改革开放以来我国高层钢结构建筑发展历程的系统梳理、近十年技术进展的全面总结、以及与国外先进技术的对比分析，得出以下主要结论：（1）我国高层钢结构建筑实现了跨越式发展。 改革开放后的三十余年间，我国高层钢结构建筑从最初的11幢发展到数量众多、高度不断刷新纪录的庞大群体，已成为全球高层钢结构建筑的重要大国。上海、深圳等城市已成为世界上高层建筑数量最多、建筑平均高度最高的城市之一。这一成就的取得，得益于经济发展、钢产量增长以及设计、施工水平和材料性能的持续提升。（2）钢-混凝土混合结构体系是符合我国国情的重要结构形式。 该体系自20世纪90年代迅速发展以来，在超高层建筑中得到广泛应用。以深圳地王大厦、上海金茂大厦、深圳赛格广场等为代表的工程实践，充分验证了混合结构体系在超高层建筑中的适用性与优越性。（3）近十年来高层钢结构在多个技术领域取得了显著进展。 应用领域从传统的办公、酒店建筑向住宅建筑、“工业上楼”等新型建筑类型拓展；结构体系创新不断涌现，设计方法从强度控制向抗震性能化设计转变；消能减震（振）技术的大量应用有效提升了结构的抗震与抗风性能；高性能钢材的推广使结构轻量化和材料高效利用成为现实。（4）我国与国外先进水平仍存在一定差距。 在材料性能、结构设计方法和经济性三个方面，我国高层建筑钢结构仍有提升空间。高性能钢材的品种、质量和稳定性有待进一步提高；超高层钢结构抗震设计、风振控制、施工模拟等方面的技术标准和实践经验仍需完善；综合造价和用钢量指标仍有优化余地。（5）全产业链协同创新是缩小差距的关键路径。 面对差距，需要从钢材研发、结构设计、构件制作到施工安装各环节加强互动与协作，形成产学研用一体化的创新体系。建议重点在以下方向持续投入：高性能结构钢材的自主研发与产业化、高层钢结构设计方法与标准体系的完善、消能减震（振）技术的深化应用、施工模拟与监测技术的数字化升级，以及数字化设计与建造技术的集成创新。通过上述努力，推动我国高层钢结构建筑向更安全、更经济、更绿色的方向持续发展。

中文标题：《短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构参数分析》英文标题：Parametric Study on Steel Frame-Corrugated Steel Shear Wall Structures with Shear-Strengthened Short Beam作者：姜文伟、金华建、孙飞飞、杨心怡、李国强、童骏、钱鹏、任记波发表期刊：《建筑钢结构进展》发表信息：2021年，第23卷第1期，第59-67页作者单位：华东建筑设计研究总院、上海超高层建筑设计工程技术研究中心、同济大学土木工程学院、同济大学土木工程防灾国家重点实验室等基金项目：国家重点研发计划（2017YFC0703801）摘要提出了一种短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构，通过对波纹钢板墙与框架柱之间的短梁进行抗剪加强，将边缘构件的轴力通过短梁抗剪有效传递至两边的框架柱，从而解决由于逐层累积作用导致边缘构件轴力过大的问题。同时，利用分析软件SAP2000，针对该类结构形式进行了基于Pushover的参数分析，考察了各种因素对边缘构件轴力、短梁剪力以及结构最大层间位移角的影响规律。分析结果表明：边缘构件轴力随楼层层数和宽跨比的增大而增大，随刚度比的增大而减小；短梁剪力随宽跨比的增大而增大，随楼层层数的增加而减小，但与刚度比关系不大；结构最大层间位移角受宽跨比、刚度比的影响较小，随楼层层数的增加而略有增大。English AbstractA steel frame-corrugated steel shear wall structure with shear-strengthened short beams is proposed. By shear-strengthening the short beams between the corrugated steel shear wall and the frame columns, the axial forces of the edge members are effectively transferred to the frame columns through the shear resistance of the short beams, thereby resolving the issue of excessively large axial forces in the edge members caused by cumulative effects over multiple stories. Meanwhile, parametric analyses based on Pushover analysis are conducted using the software SAP2000 to investigate the influence of various factors on the axial forces of edge members, the shear forces of short beams, and the maximum inter-story drift ratio of the structure. The main influencing factors considered include: the width-to-span ratio (the ratio of corrugated steel shear wall width to column spacing), the axial stiffness ratio (between edge members and frame columns), and the number of stories. The analytical results indicate that: the axial force of edge members increases with the increase of story number and width-to-span ratio, but decreases with the increase of stiffness ratio; the shear force of short beams increases with the increase of width-to-span ratio, decreases with the increase of story number, but shows little correlation with the stiffness ratio; the maximum inter-story drift ratio is less affected by the width-to-span ratio and stiffness ratio, while it increases slightly with the increase of story number.研究背景一、波纹钢板剪力墙的发展与优势波纹钢板剪力墙作为一种新型抗侧力构件，近年来在高层及超高层建筑结构中得到了越来越多的关注与应用。相较于传统的平钢板剪力墙，波纹钢板剪力墙在抗侧刚度、承载能力和耗能能力方面均表现出更为优越的性能。波纹钢板独特的波形构造使其面外刚度显著增强，能够有效延缓钢板屈曲的发生，从而在受力过程中保持较为稳定的滞回性能。与此同时，波纹钢板剪力墙还具有自重较轻、施工便捷、建筑布置灵活等优点，使其成为替代传统混凝土剪力墙和支撑体系的一种有竞争力的选择。二、波纹钢板墙与框架协同工作面临的关键问题将波纹钢板剪力墙应用于钢框架结构时，墙体与框架之间的协同工作机制是一个核心问题。波纹钢板墙通常与周边框架通过边缘构件（如竖向边缘构件）进行连接。在水平荷载（如地震作用或风荷载）作用下，波纹钢板墙承担了主要的水平剪力，这些剪力通过边缘构件传递至上下框架梁和两侧框架柱。随着建筑层数的增加，边缘构件中累积的轴力不断增大——每一层墙体传递的剪力都会在边缘构件中产生附加轴力，逐层叠加后可能导致底部边缘构件的轴力过大。这一“逐层累积效应”成为制约波纹钢板墙在高层次结构中应用的关键瓶颈之一。三、短梁抗剪加强方案的提出针对上述问题，研究者提出了多种改善边缘构件受力状态的方案。本文提出了一种短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构。其核心思路是：在波纹钢板墙与框架柱之间设置短梁连接构件，并对这些短梁进行专门的抗剪加强设计。通过加强短梁的抗剪承载力，使得边缘构件中累积的轴力能够经由短梁的抗剪作用有效地传递至两侧的框架柱。这样，原本由边缘构件单独承受的逐层累积轴力被分散至框架柱，从而显著缓解了边缘构件的受力负担，解决了由于逐层累积作用导致边缘构件轴力过大的问题。这一方案的关键在于短梁的抗剪加强设计——短梁不仅起到连接波纹钢板墙与框架柱的构造作用，更承担着传递剪力的重要力学功能。通过合理的截面设计和构造措施（如设置加劲肋、加大腹板厚度等），可以使短梁具备足够的抗剪承载力，确保轴力传递路径的可靠与高效。四、参数分析的必要性作为一种新型结构形式，短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构的受力性能受多种因素的影响，包括墙体宽度与柱距的比例（宽跨比）、边缘构件与框架柱的轴向刚度比、以及结构的总层数等。这些因素如何影响边缘构件的轴力分布、短梁的剪力需求以及结构的整体侧向变形，尚缺乏系统的研究。因此，有必要通过参数分析的手段，系统考察上述因素对结构关键力学响应的影响规律，为工程设计提供定量的参考依据。研究内容本文的研究主要涵盖以下三个方面：（一）短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构的提出与工作机制研究首先提出了短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构的概念。该结构体系由钢框架、波纹钢板墙以及连接墙体与框架柱的短梁三部分组成。其中，波纹钢板墙作为主要的抗侧力构件承担水平剪力；框架柱作为竖向承重和抗侧力的主体；短梁则承担着连接与传力的双重功能。结构的工作机制可概括为：在水平荷载作用下，波纹钢板墙将剪力传递至边缘构件，边缘构件中的轴力通过短梁的抗剪作用传递至两侧的框架柱。通过这一传力路径，原本由边缘构件单独承受的逐层累积轴力得以有效分散，从而解决了边缘构件轴力过大的问题。短梁的抗剪加强是保证这一传力路径有效性的关键——研究通过对短梁进行专门的抗剪设计（如增大腹板厚度、设置加劲肋等措施），确保其具备足够的抗剪承载力来传递边缘构件的轴力。（二）参数分析方案的建立为了系统研究各类因素对结构受力性能的影响，研究采用SAP2000分析软件，对该类结构形式进行了基于Pushover的参数分析。参数分析主要考察了以下三个影响因素：（1）宽跨比——即波纹钢板墙宽度与柱距的比值。这一参数反映了墙体在框架中所占的比例，直接影响墙体的抗侧刚度贡献以及边缘构件中的内力分布。（2）轴向刚度比——即边缘构件与框架柱的轴向刚度之比。这一参数反映了边缘构件与框架柱之间在轴向受力方面的相对强弱关系，直接影响轴力在两者之间的分配。（3）楼层层数——即结构的建筑层数。这一参数反映了逐层累积效应的严重程度，是影响边缘构件轴力大小的关键因素之一。参数分析重点考察了上述三个因素对以下三类关键力学响应指标的影响规律：边缘构件轴力——反映边缘构件的受力状态和逐层累积效应的严重程度；短梁剪力——反映短梁的受力需求，是判断短梁抗剪加强是否满足要求的重要依据；结构最大层间位移角——反映结构的整体侧向变形性能，是抗震设计中的关键控制指标。（三）参数分析结果与规律总结通过系统的参数分析，研究得到了以下主要规律：（1）边缘构件轴力的影响因素边缘构件轴力随楼层层数的增大而增大——层数越多，逐层累积效应越显著，底部边缘构件中累积的轴力越大。边缘构件轴力随宽跨比的增大而增大——墙体宽度越大，墙体承担的水平剪力越多，传递至边缘构件的轴力也越大。边缘构件轴力随刚度比的增大而减小——边缘构件相对于框架柱的轴向刚度越大，其分担轴力的能力越强，轴力反而越小。（2）短梁剪力的影响因素短梁剪力随宽跨比的增大而增大——墙体宽度越大，需要由短梁传递的剪力也越大。短梁剪力随楼层层数的增加而减小——层数越多，轴力沿高度的分布更加分散，单层短梁所需传递的剪力反而减小。短梁剪力与刚度比关系不大——刚度比主要影响轴力在边缘构件与框架柱之间的分配，而对短梁传递的剪力总量影响不显著。（3）结构最大层间位移角的影响因素结构最大层间位移角受宽跨比、刚度比的影响较小。结构最大层间位移角随楼层层数的增加而略有增大。这表明，在本文所研究的参数范围内，宽跨比和刚度比对结构整体侧向刚度的影响相对有限，而层数的增加则不可避免地导致侧向位移的增大。结论本文通过对短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构的提出与参数分析，得出以下主要结论：（1）短梁抗剪加强方案有效解决了边缘构件轴力过大的问题。 通过对波纹钢板墙与框架柱之间的短梁进行抗剪加强，将边缘构件的轴力通过短梁抗剪有效传递至两边的框架柱，从而解决了由于逐层累积作用导致边缘构件轴力过大的问题。这一方案为波纹钢板剪力墙在高层次结构中的应用提供了一条有效的技术路径。（2）边缘构件轴力受层数、宽跨比和刚度比的综合影响。 边缘构件轴力随楼层层数和宽跨比的增大而增大，随刚度比的增大而减小。在实际工程设计中，当建筑层数较多或墙体宽度较大时，应特别关注边缘构件的轴力需求；适当增大边缘构件的轴向刚度（如增大截面面积）可有效降低其轴力水平。（3）短梁剪力主要受宽跨比和层数影响。 短梁剪力随宽跨比的增大而增大，随楼层层数的增加而减小，但与刚度比关系不大。当墙体宽度较大时，短梁的抗剪加强需求更为迫切；而在层数较多的结构中，短梁的剪力需求反而有所降低。（4）结构最大层间位移角受宽跨比和刚度比影响较小。 结构最大层间位移角受宽跨比、刚度比的影响较小，随楼层层数的增加而略有增大。这表明在参数分析所考虑的范围内，宽跨比和刚度比对结构整体抗侧刚度的影响有限，结构的侧向变形控制应重点关注层数的影响。（5）参数分析结果为工程设计提供了定量依据。 研究通过基于Pushover的参数分析，系统揭示了宽跨比、轴向刚度比和楼层层数对边缘构件轴力、短梁剪力及结构最大层间位移角的影响规律，为短梁抗剪加强型钢框架-波纹钢板墙结构的设计提供了科学依据和参考数据。（6）后续研究建议。 建议在今后的研究中进一步开展以下工作：考虑更多影响因素（如墙体波形、钢材强度等级、连接节点构造等）对结构性能的影响；开展试验研究以验证参数分析结果的可靠性；建立简化的设计方法与计算公式，便于工程应用。

中文标题：《大跨度装配式单层网壳十字形半刚性螺栓连接节点抗弯性能研究》英文标题：Research on the Flexural Performance of Cross-shaped Plate Semi-rigid Bolted Joints for Large-span Single-layer Space Grid Shell作者：张爱林、罗兵、姜子钦发表期刊：《北京工业大学学报》(Journal of Beijing University of Technology)发表信息：2024年，第50卷第11期，第1273-1284页DOI：10.11936/bjutxb2024020012作者单位：北京工业大学建筑工程学院、北京工业大学高耸与大跨度预应力钢结构北京市工程技术研究中心摘要装配式连接节点是大跨度装配式单层空间网壳结构体系的关键组成部分。提出了一种适用于大跨度单层网壳结构的十字形板装配式节点。该节点由圆钢管、十字形钢板、角钢、矩形连接盖板、圆盖板和高强螺栓组成，其中圆钢管、盖板、十字形钢板在工厂完成焊接，现场将十字形板和角钢、矩形盖板用高强螺栓进行连接。该节点通过设置角钢、矩形连接盖板与十字形钢板之间的螺栓连接构造，在节点承受弯曲荷载时，角钢和矩形连接盖板能够首先承担弯曲荷载，从而减少节点内侧十字形钢板的塑性损伤，同时有效提升节点的抗弯性能。利用有限元模拟方法构建了新型连接节点的精细化有限元模型，系统分析了十字形钢板厚度、角钢厚度等关键变量对节点平面内与平面外抗弯性能的影响规律。通过对各组成部分尺寸的参数化研究，明确了各因素对新型连接节点平面内外抗弯性能的影响规律。研究结果表明，采用角钢与矩形盖板相连接形成的十字形节点在抗弯刚度和承载力方面均表现出优异的性能。通过调节十字形板厚度、螺栓数量以及角钢和盖板的厚度，可以有效调控节点的初始抗弯刚度和抗弯承载力。同时，基于刚性节点设计方法对该半刚性节点进行了理论设计，结果表明该方法可以保证节点弯矩设计值基本达到圆钢管的屈服弯矩，满足设计要求，有效提高节点的安全性。English AbstractAssembly joints are crucial to large-span prefabricated single-layer spatial grid shell structures. This paper proposes a cross-shaped plate assembly joint suitable for large-span single-layer grid shell structures. The joint consists of circular steel pipes, cross-shaped steel plates, angle steel, rectangular connection cover plates, circular cover plates, and high-strength bolts. Circular steel pipes, cover plates, and cross-shaped steel plates are welded in the factory, while cross-shaped plates, angle steel, and rectangular cover plates are connected using high-strength bolts on-site. By setting angle steel, rectangular connection cover plates, and cross-shaped steel plate bolt connections, when the joint is subjected to bending loads, angle steel and rectangular connection cover plates can initially bear the bending loads, thereby protecting the cross-shaped steel plates inside the joint from damage and enhancing the bending resistance of the joint. Utilizing finite element simulation methods, a finite element model of the new connection joint was constructed, and the effect of variables such as the thickness of cross-shaped plates and angle steel on the bending resistance of the joint in-plane and out-of-plane was analyzed. Through parametric studies of the dimensions of each component, the influence of these factors on the in-plane and out-of-plane bending resistance of the new connection joint is determined. The research results show that the cross-shaped joint formed by connecting angle steel with rectangular cover plates exhibits excellent performance in terms of bending stiffness and load-bearing capacity. By adjusting the thickness of the cross-shaped plate, the number of bolts, and the thickness of angle steel and cover plates, the initial bending stiffness and bending load-bearing capacity of the joint can be regulated. Meanwhile, based on rigid joint design methods, theoretical design of the semi-rigid joint was conducted, and the results show that this method can ensure that the design bending moment of the joint basically reaches the yield bending moment of circular steel pipes, fulfilling the design specifications and enhancing joint safety.研究背景一、大跨度单层网壳结构的发展与装配化需求大跨度空间钢结构是近年来发展最为迅速的结构类型之一，广泛应用于体育场馆、会展中心、航站楼、大型工业厂房等公共建筑中。单层网壳结构因其受力合理、自重较轻、建筑造型丰富等优点，在大跨度空间结构中占据着重要地位。随着我国经济社会的持续发展和大型公共基础设施建设的不断推进，对大跨度单层网壳结构的需求日益增长，同时对其施工效率、质量控制和全生命周期性能也提出了更高的要求。在此背景下，装配式建造技术在大跨度空间钢结构中的应用成为重要的发展方向。装配式建造的核心在于将大量的现场焊接作业转移至工厂完成，构件在工厂预制后运至施工现场进行快速装配，从而显著缩短施工周期、减少高空作业量、提高施工质量的一致性，同时降低对环境的负面影响。然而，装配式建造技术的实现依赖于可靠且高效的装配式连接节点——这些节点不仅需要具备足够的承载能力和刚度来保证结构的安全性，还需要满足现场快速装配的施工要求。装配式连接节点因此成为大跨度装配式单层空间网壳结构体系的关键。二、网壳节点连接形式的分类与半刚性节点的研究意义在单层网壳结构中，节点的连接形式直接决定了结构的整体受力性能。传统的网壳节点主要分为两类：刚性连接节点（如焊接球节点）和铰接连接节点（如螺栓球节点）。焊接球节点通过现场焊接实现杆件与节点的刚性连接，具有刚度大、承载力高的优点，但现场焊接工作量大、焊接质量受人为因素影响较大、高空作业风险高。螺栓球节点则以螺栓装配为主，施工便捷，但在传统设计分析中常被假定为铰接节点——然而，大量研究表明螺栓球节点实际上并非理想的铰接节点，而是具有一定的转动刚度，属于介于铰接和刚接之间的半刚性节点。随着研究的深入，学术界和工程界逐渐认识到：将装配式节点简单地视为铰接或刚接，均可能与实际情况存在偏差。对于装配式节点而言，其往往采用单根或多根螺栓与构件连接，因此不可避免地具有一定的半刚性特性。然而，长期以来由于对装配式节点受力性能的认识不足，在装配式网壳结构分析和设计时，通常将其假定为铰接；而通过研究发现，实际装配式节点实际上具有较好的半刚性性能。因此，系统研究装配式半刚性节点的力学性能，准确掌握其刚度、承载力及破坏模式，对于装配式网壳结构的合理设计与安全应用具有重要的理论意义和工程价值。三、十字形装配式节点的提出与技术挑战在上述背景下，本文提出了一种适用于大跨度单层网壳结构的十字形板装配式节点。该节点采用十字形钢板作为核心传力构件，通过角钢和矩形连接盖板实现与圆钢管的螺栓连接，既保证了节点的装配化施工要求，又通过合理的构造设计实现了良好的抗弯性能。该节点的设计理念在于：通过设置角钢、矩形连接盖板与十字形钢板之间的螺栓连接，当节点承受弯曲荷载时，角钢和矩形连接盖板可以首先承受弯曲荷载，从而减少节点内侧十字形钢板的塑性损伤，并有效提高节点的抗弯性能。然而，作为一种新型装配式节点，十字形装配式节点的受力机理、破坏模式以及各组成部分尺寸参数对抗弯性能的影响规律尚不明确。节点在平面内和平面外两个方向上的抗弯性能是否存在差异？十字形钢板厚度、角钢厚度、盖板厚度、螺栓数量等参数如何影响节点的初始抗弯刚度和抗弯承载力？这些问题直接关系到节点的设计方法和工程应用。因此，有必要通过系统的有限元模拟和参数化分析，深入研究该新型节点的抗弯性能，为其工程应用提供科学依据。研究内容本文的研究主要涵盖以下三个方面：（一）十字形装配式节点的构造设计与工作机制研究首先提出了十字形装配式节点的具体构造方案。该节点由圆钢管、十字形钢板、角钢、矩形连接盖板、圆盖板和高强螺栓六个主要部分组成。其中，圆钢管作为网壳的杆件构件，十字形钢板作为节点的核心传力部件，角钢和矩形连接盖板则承担着连接与传力的双重功能。节点的制作与装配流程分为工厂预制和现场装配两个阶段。在工厂预制阶段，将圆钢管、盖板和十字形钢板焊接成整体部件。在现场装配阶段，将十字形板和角钢、矩形盖板通过高强螺栓进行连接，完成杆件与节点之间的装配。节点的工作机制具有明确的层次性。当节点承受弯曲荷载时，角钢和矩形连接盖板作为第一道防线首先承受弯曲荷载，通过其自身的弹塑性变形来耗散能量。这一设计巧妙地利用了角钢和盖板的变形能力，有效减少了节点内侧十字形钢板的塑性损伤，从而保护了核心传力构件的完整性。与此同时，十字形钢板作为核心受力构件，在角钢和盖板之后承担主要的弯矩传递任务，三者协同工作，共同提升节点的抗弯性能。（二）有限元模型的建立与参数化分析为深入研究十字形装配式节点的抗弯性能，研究采用有限元模拟方法构建了新型连接节点的精细化有限元模型。有限元模型充分考虑了材料的非线性本构关系、接触面的摩擦与滑移、高强螺栓的预紧力等关键因素，力求准确反映节点在实际受力状态下的力学行为。在模型验证的基础上，研究开展了系统的参数化分析，重点考察了以下变量对节点抗弯性能的影响：十字形钢板厚度——直接影响核心传力构件的刚度和承载力；角钢厚度——影响第一道防线（角钢和盖板）的承载能力和变形能力；矩形连接盖板厚度——与角钢协同工作，共同承担初始弯曲荷载；螺栓数量——影响连接的紧固程度和力的传递效率。参数化分析分别考察了上述因素对节点在平面内和平面外两个方向上的抗弯性能的影响。这是因为网壳节点在实际结构中可能承受来自不同方向的弯矩作用，节点在两个方向上的受力性能可能存在差异，需要在设计中分别予以考虑。通过对各组成部分尺寸的参数化研究，研究明确了各因素对新型连接节点平面内外抗弯性能的具体影响规律。（三）节点抗弯性能的评估与设计方法探讨基于有限元分析和参数化研究的结果，研究对十字形装配式节点的抗弯性能进行了全面评估。抗弯刚度方面，研究结果表明，采用角钢与矩形盖板相连接形成的十字形节点，在抗弯刚度方面表现出了优异的性能。节点的初始抗弯刚度可以通过调节十字形板厚度、螺栓数量以及角钢和盖板的厚度进行有效调控。这一发现为工程设计中根据不同的刚度需求调整节点参数提供了依据。抗弯承载力方面，研究同样证实了十字形节点在承载力方面的优越性能。通过合理的参数配置，节点可以获得足够的抗弯承载力来满足工程应用的要求。设计方法方面，研究基于刚性节点设计方法，对该半刚性节点进行了理论设计。结果表明，采用该方法可以保证节点弯矩设计值基本达到圆钢管的屈服弯矩，满足设计规范的要求，同时有效提高节点的安全性。这一发现为十字形装配式节点在实际工程中的设计提供了可直接参考的方法。结论本文通过对大跨度装配式单层网壳十字形半刚性螺栓连接节点抗弯性能的系统研究，得出以下主要结论：（1）十字形装配式节点构造合理，工作机制明确。 该节点由圆钢管、十字形钢板、角钢、矩形连接盖板、圆盖板和高强螺栓组成，采用“工厂焊接+现场螺栓装配”的两阶段制作与装配模式。节点通过角钢和矩形连接盖板首先承受弯曲荷载的设计思路，有效减少了十字形钢板的塑性损伤，实现了多道防线的受力机制。（2）十字形节点在抗弯刚度和承载力方面均表现优异。 采用角钢与矩形盖板相连接形成的十字形节点，其抗弯刚度和抗弯承载力均达到了良好的性能水平，能够满足大跨度单层网壳结构对连接节点的受力要求。（3）节点抗弯性能可通过关键参数进行有效调控。 十字形板厚度、螺栓数量以及角钢和盖板的厚度是影响节点初始抗弯刚度和抗弯承载力的关键参数。通过合理调节这些参数，可以实现节点性能的按需设计，为不同工程条件下的节点选型和设计提供了灵活性。（4）基于刚性节点设计方法进行半刚性节点设计是可行的。 采用刚性节点设计方法对该半刚性节点进行理论设计，可以保证节点弯矩设计值基本达到圆钢管的屈服弯矩，满足设计规范要求，同时有效提高节点的安全性。这一发现为十字形装配式节点的工程应用提供了简便而可靠的设计途径。（5）后续研究建议。 建议在今后的研究中进一步开展以下工作：开展足尺节点试验研究，以验证有限元分析结果的可靠性；考虑循环荷载作用下节点的滞回性能和耗能能力，为抗震设计提供依据；研究节点刚度对整体网壳结构稳定性和动力特性的影响规律，建立考虑节点半刚性特性的网壳结构设计方法。

中文标题：《国家速滑馆主体结构设计》作者：杨育臣、陈彬磊、朱忠义、沈莉、奚琦、段世昌、周忠发、閣东东发表期刊：《建筑结构》发表信息：2018年，第20期，第1-4页作者单位：北京市建筑设计研究院有限公司摘要国家速滑馆是北京2022年冬奥会的标志性场馆，为北京市唯一新建的奥运场馆。主场馆建筑面积约8万m²，设计高度33m。屋盖采用单层双向正交索网结构，外圈设巨型环桁架，支承于看台斜柱上。支承屋盖的看台斜柱采用劲性混凝土柱。论文着重阐述了国家速滑馆主体结构设计中的一些关键问题及相应的处理措施，包括结构的基础设计、超限情况及抗震性能化设计、大震弹塑性分析、巨型柱承载力计算等，为类似工程设计提供参考。English AbstractThe National Speed Skating Oval is the landmark venue of the Beijing 2022 Winter Olympics and the only newly built Olympic venue in Beijing. The main venue has a building area of approximately 80,000 m² and a design height of 33 m. The roof adopts a single-layer bidirectional orthogonal cable net structure, with a giant ring truss arranged on the outer ring, supported by grandstand inclined columns. The grandstand inclined columns supporting the roof adopt steel-reinforced concrete columns. This paper focuses on key issues and corresponding measures in the main structural design of the National Speed Skating Oval, including foundation design, structural over-limit conditions and seismic performance-based design, elasto-plastic analysis under rare earthquakes, and bearing capacity calculation of giant columns, providing references for similar engineering designs.研究背景一、国家速滑馆的工程概况与建设意义国家速滑馆是2022年北京冬奥会的标志性场馆，为北京市唯一新建的奥运场馆。主场馆建筑面积约8万m²，设计高度33m，可容纳1.2万名观众。场馆的设计理念来自于冰和速度结合的创意——沿着外墙曲面由高到低盘旋而成的“冰丝带”，象征着速度滑冰运动员高速滑动时所留下的轨迹，而“22”这个数字代表着北京2022年冬奥会的年份。22条“冰丝带”构成了独特的曲面玻璃幕墙。作为冬奥会速度滑冰项目的比赛场馆，国家速滑馆对建筑空间、结构跨度、施工精度和场馆功能均提出了极高的要求。场馆需要在满足国际滑联（ISU）对冰面尺寸和赛事标准的同时，实现轻质高效的结构体系和绿色低碳的建筑目标。屋面单层双向正交索网结构的钢索重量仅有约600t，充分体现出集约化建设的理念。二、结构选型的挑战与设计思路国家速滑馆的最大特点在于其超大跨度的屋面覆盖要求。场馆的屋盖需要覆盖约1.2万m²的冰面及观众看台区域，跨度大、空间要求高。如何在满足大跨度覆盖的前提下，实现结构的轻量化、经济性和施工可行性，是结构设计面临的首要挑战。传统的钢结构屋盖方案（如网架、桁架等）虽然技术成熟，但在如此大跨度下往往用钢量较大，难以兼顾经济性与建筑效果。为此，设计团队选择了单层双向正交索网作为屋盖的主要承重结构——这是一种高效的大跨度柔性结构体系，通过索的预应力张拉形成稳定的受力形态，具有自重轻、跨越能力强、材料利用率高的突出优势。外圈设巨型环桁架作为索网的支承边界。环桁架不仅承担着索网端部锚固的作用，还承受着索网预应力产生的巨大水平推力，是整个屋盖结构的关键受力构件。环桁架支承于看台斜柱上，看台斜柱采用劲性混凝土柱——劲性混凝土柱将型钢与混凝土相结合，兼具钢结构的承载能力和混凝土结构的刚度优势，能够有效传递屋盖结构传来的巨大竖向荷载和水平力。三、主体结构设计的核心问题国家速滑馆主体结构设计涉及多个层面的关键技术问题，主要包括：基础设计——如何在大跨度屋盖荷载作用下合理设计基础，确保整体结构的稳定；超限情况及抗震性能化设计——作为超限高层建筑，如何确定合理的抗震性能目标并采取相应的加强措施；大震弹塑性分析——如何通过弹塑性时程分析评估结构在罕遇地震下的抗震能力；巨型柱承载力计算——如何准确计算看台斜柱（巨型柱）在复杂受力状态下的承载力。在上述背景下，论文系统阐述了国家速滑馆主体结构设计中的关键问题及相应的处理措施。研究内容论文围绕国家速滑馆主体结构设计中的关键技术问题，从以下几个方面展开：（一）结构体系概述国家速滑馆主体结构由屋盖结构和下部支承结构两大部分组成。屋盖结构采用单层双向正交索网体系，这是目前大跨度空间结构中最为高效的结构形式之一。双向正交索网由相互正交的两个方向的拉索组成，通过预应力张拉形成稳定的空间曲面形态。索网具有自重轻、跨越能力强、建筑造型灵活等优势，能够以极低的用钢量（约600t）实现超大跨度覆盖。索网的外圈设置巨型环桁架作为边界支承构件。环桁架是索网预应力传递和锚固的核心构件，承受着巨大的环向拉力和竖向剪力。环桁架的截面尺寸、构件布置和节点构造均经过精心设计，以确保其在全寿命周期内的安全性和可靠性。下部支承结构由看台斜柱构成。屋盖的荷载通过环桁架传递给看台斜柱，再由斜柱传递至基础和地基。看台斜柱采用劲性混凝土柱——在混凝土柱内配置型钢，使柱兼具混凝土的高刚度和型钢的高承载力。看台斜柱倾斜角度约20°，柱顶设置混凝土环梁。（二）基础设计国家速滑馆的基础设计是主体结构设计的重要组成部分。由于屋盖结构跨度大、荷载重，基础需要承受来自上部结构的巨大竖向荷载和水平力。论文对基础选型、地基处理、基础与上部结构的协同工作等方面进行了阐述，包括基础形式的选择依据、地基承载力的验算方法以及基础在复杂受力状态下的设计要点等。（三）超限情况及抗震性能化设计国家速滑馆作为大型公共建筑，在结构高度、跨度、规则性等方面超出了现行规范的一般规定，属于超限高层建筑。论文介绍了结构的超限情况判定，包括高度超限、扭转不规则、楼板不连续等具体超限类型的识别与评估。在此基础上，论文阐述了抗震性能化设计的方法与实施路径。性能化设计根据结构的重要性等级和预期性能目标，确定不同地震水准下的结构性能要求——在多遇地震下保持弹性，在设防地震下允许部分构件进入塑性但控制损伤程度，在罕遇地震下确保结构不倒塌。论文介绍了为实现上述性能目标所采取的设计策略和构造加强措施。（四）大震弹塑性分析为确保国家速滑馆在罕遇地震作用下的安全性，论文对结构进行了大震弹塑性分析。弹塑性分析通过建立结构的精细化有限元模型，输入符合场地条件的地震波，模拟结构在罕遇地震下的非线性动力响应。分析结果揭示了结构在大震作用下的塑性铰发展顺序、层间位移角分布、承载力储备等关键信息。通过弹塑性分析，可以识别结构的薄弱部位和潜在破坏模式，从而有针对性地采取加强措施。论文还介绍了基于弹塑性分析结果的结构抗震能力评估方法，验证了结构在罕遇地震下“大震不倒”的性能目标的实现。（五）巨型柱承载力计算看台斜柱作为支承屋盖的关键构件，其承载力计算是主体结构设计的核心内容之一。论文介绍了巨型柱承载力计算的方法与要点。看台斜柱（巨型柱）在结构中承担着传递屋盖荷载的关键任务，其受力状态复杂——既承受巨大的竖向压力，又承受水平地震作用和风荷载产生的弯矩和剪力。论文阐述了巨型柱在轴压、偏压及压弯等不同受力状态下的承载力计算方法，包括材料强度的取值、截面承载力的验算以及稳定性分析等。同时，论文还讨论了劲性混凝土柱中型钢与混凝土的协同工作机制，以及如何通过合理的配钢率和构造措施保证柱子的延性和抗震性能。结论通过对国家速滑馆主体结构设计的系统阐述与分析，可以得出以下主要结论：（1）单层双向正交索网是大跨度屋盖的高效结构方案。 国家速滑馆屋盖采用单层双向正交索网结构，钢索重量仅约600t，充分体现了大跨度结构的轻量化和集约化设计理念。（2）外圈巨型环桁架与看台斜柱构成了可靠的支承体系。 索网外圈设置巨型环桁架作为边界支承，环桁架支承于看台斜柱上，看台斜柱采用劲性混凝土柱。这一传力路径清晰、受力合理，能够有效传递屋盖结构产生的巨大荷载。（3）抗震性能化设计保障了结构在多级地震下的安全性。 通过超限情况判定和抗震性能化设计，明确了结构在不同地震水准下的性能目标，并采取了相应的设计策略和构造措施。（4）大震弹塑性分析验证了结构的抗震能力。 通过弹塑性时程分析，评估了结构在罕遇地震下的非线性响应，验证了“大震不倒”的性能目标的实现。（5）巨型柱承载力计算是保证结构安全的关键环节。 看台斜柱作为关键受力构件，其承载力计算需综合考虑轴压、偏压及压弯等多种受力状态。（6）该文为类似大跨度公共建筑的结构设计提供了参考。 国家速滑馆主体结构设计中的关键技术问题和处理措施，可供类似大跨度、超限公共建筑的结构设计借鉴和参考。

中文标题：《T形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能试验研究》英文标题：Experimental study on the behavior of special T-shaped composite columns with concrete-filled square steel tubulars under eccentric loads作者：李泉、周学军、李国强、刘哲、王振、王兴博、咸国栋发表期刊：《土木与环境工程学报（中英文）》发表信息：2021年，第43卷第2期，第102-111页DOI：10.11835/j.issn.2096-6717.2020.034作者单位：山东建筑大学土木工程学院、同济大学土木工程学院基金项目：国家重点研发计划(SQ2020YFF0426523)、山东省自然科学基金(ZR202QE264)、山东建筑大学博士项目(X19035Z)摘要T形方钢管混凝土组合异形柱具有良好的力学性能。以试件长度、偏心距、偏心方向为试验参数，设计9个不同长细比的试件进行偏心受压试验，观察试件的破坏形态，得到荷载-应变曲线和荷载-挠度曲线，并分析各参数对试件偏心受压性能的影响。试验结果表明：长度为600 mm的试件发生了强度破坏，长度为1500、1800 mm的试件发生了弯曲失稳破坏；试件长度越长，弯曲破坏特征越明显；偏心距越大，偏压承载力越低；偏心方向对偏心受压性能的影响相对较小。与相关规范计算结果对比发现，按DBJ/T 13-51-2010计算的结果与试验结果吻合最好。研究结果表明，T形方钢管混凝土组合异形柱延性较好，方钢管之间可以协同工作，偏心受压力学性能良好。English AbstractThe special T-shaped composite columns with concrete-filled square steel tubulars have good mechanical properties. Taking the length, eccentricity and eccentricity direction of the specimen as the test parameters, nine specimens with different slenderness ratios are designed for eccentric compression tests. The failure mode of the specimen is observed, the load-strain curve and load-deflection curve are obtained, and the influence of each parameter on the eccentric compression performance of the specimen is analyzed [6†L12-L17][8†L17-L22]. The test results show that the strength of 600 mm long specimens is damaged, and the bending instability of 1500 mm and 1800 mm long specimens is damaged [6†L18-L19][8†L24-L25]; the longer the specimen length is, the more obvious the bending failure characteristics are; the larger the eccentricity is, the lower the eccentric bearing capacity is; the eccentricity direction has a relatively small impact on the eccentric compression performance [6†L19-L22][8†L26-L28]. It is found that compared with the calculation results of relevant specifications, the results calculated by DBJ/T 13-51-2010 are in good agreement with the test results [5†L10-L11][6†L23-L24]. The ductility of special T-shaped composite columns with concrete-filled square steel tubulars is well, the square steel tubes can work together, and the eccentric compression performance is good [5†L11][6†L25-L27].研究背景一、传统住宅建筑结构的局限性传统住宅建筑结构形式在建筑美观性、室内空间利用率和抗震性能等方面存在不足。随着建筑功能需求的日益多样化以及人们对居住品质要求的不断提升，传统结构形式已难以满足现代建筑对空间灵活性和视觉美观性的更高要求。尤其是在住宅建筑中，传统矩形截面柱在室内凸出的柱棱不仅影响家具布置和空间利用率，也削弱了建筑的美观性。如何在保证结构安全的前提下实现“柱隐墙中”，成为建筑结构设计领域亟待解决的重要课题。二、异形钢管混凝土柱的提出与发展异形钢管混凝土柱结合了钢管和混凝土各自良好的力学性能，满足了人们日益增长的对建筑结构更高的多样化需求。异形柱（包括L形、T形和十字形截面）能够将柱肢融入墙体之中，有效解决室内柱棱外凸问题，实现建筑空间的最大化利用。钢管混凝土组合异形柱结构抗震性能优良，已成为装配式钢结构住宅建筑的重要结构形式。然而，普通钢管混凝土异形柱也存在一定的局限性。钢管对核心混凝土的约束作用较弱，而且截面存在阴角，荷载作用时阴角部位可能出现较大变形和破坏，进而导致钢管混凝土异形柱的承载力下降。这一缺陷限制了普通钢管混凝土异形柱在更高层次、更大跨度结构中的应用。三、新型组合式方钢管混凝土组合异形柱的提出为克服普通钢管混凝土异形柱的上述不足，研究者提出了一种新型组合式方钢管混凝土组合异形柱，包括L形、T形和十字形截面。T形方钢管混凝土组合异形柱不仅可以改善阴角，增强对混凝土的约束作用，提高承载力，还具有加工制作方便、施工速度快、构件生产成本低和经济效益高等优点，因此成为研究的热点。目前，对钢管混凝土异形柱的研究主要集中在其力学性能上。已有学者对异形钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究，分析钢管壁厚和混凝土强度对组合异形柱受力性能的影响及钢管与混凝土之间的相互作用，提出了异形多单元钢管混凝土轴压承载力计算公式。也有学者对T形和L形带约束拉杆的钢管混凝土短柱的轴压和偏压性能进行了试验研究，分析了约束拉杆间距、偏心率及荷载角对轴压和偏压性能的影响。然而，针对T形方钢管混凝土组合异形柱在偏心受压荷载作用下的受力性能，尤其是长细比、偏心距和偏心方向等关键参数对其承载力和破坏模式的影响规律，尚缺乏系统的试验研究。这一研究空白制约了该新型组合柱在实际工程中的推广应用。为此，本文通过设计9个不同长细比的试件进行偏心受压试验，系统考察各参数对T形方钢管混凝土组合异形柱偏压性能的影响，为该类构件的工程设计与规范制定提供试验依据。研究内容本文的研究主要涵盖以下两个方面：（一）偏心受压试验方案设计研究以试件长度、偏心距、偏心方向为试验参数，设计了9个不同长细比的T形方钢管混凝土组合异形柱试件，进行偏心受压试验。试件的设计考虑了不同长细比所对应的不同破坏模式——短柱以强度破坏为主，中长柱以失稳破坏为主——从而全面揭示该类型构件在不同受力状态下的力学行为。试验过程中，研究者通过观察试件的破坏形态，获取荷载-应变曲线和荷载-挠度曲线，并系统分析各试验参数对试件偏心受压性能的影响。试验数据的采集涵盖了从加载开始到试件破坏的全过程，为后续的机理分析和规范对比提供了翔实的原始数据。（二）试验结果分析与规范对比（1）破坏形态分析试验结果表明，不同长度的试件呈现出截然不同的破坏模式。长度为600 mm的试件发生了强度破坏——构件在达到材料极限承载力后因截面屈服而破坏，属于典型的短柱破坏模式。长度为1500 mm和1800 mm的试件发生了弯曲失稳破坏——构件在未达到材料强度极限之前即因整体失稳而破坏，属于典型的中长柱失稳模式。试件长度越长，弯曲破坏特征越明显。这一结果表明，长细比是决定T形方钢管混凝土组合异形柱破坏模式的关键因素，在实际工程设计中应根据构件长细比合理选择承载力计算方法。（2）承载力影响因素分析偏心距对承载力的影响十分显著——偏心距越大，偏压承载力越低。这是因为偏心距的增大会使构件截面承受更大的附加弯矩，从而加剧了截面的不均匀受力状态，降低了构件的整体承载力。偏心方向对偏心受压性能的影响相对较小。这一结果表明，T形方钢管混凝土组合异形柱在不同偏心方向下的受力性能较为均衡，有利于在实际工程中灵活布置。（3）规范计算结果对比研究将试验结果与相关规范的计算结果进行了对比分析。对比发现，按DBJ/T 13-51-2010计算的结果与试验结果吻合最好。这一发现为T形方钢管混凝土组合异形柱的工程设计提供了规范依据——在设计实践中可优先参考DBJ/T 13-51-2010的相关规定进行承载力计算。（4）综合性能评价综合上述试验结果，T形方钢管混凝土组合异形柱表现出良好的力学性能。该类型构件延性较好，能够在达到峰值荷载后保持一定的变形能力，有利于结构在地震等极端荷载作用下的安全储备。方钢管之间可以协同工作，各钢管的变形和受力能够较好地协调一致，体现了组合结构的优越性。整体而言，T形方钢管混凝土组合异形柱的偏心受压力学性能良好，具备在装配式钢结构住宅建筑中推广应用的条件。结论本文通过对T形方钢管混凝土组合异形柱偏心受压性能的试验研究，得出以下主要结论：（1）T形方钢管混凝土组合异形柱具有良好的力学性能，方钢管之间能够协同工作，偏心受压力学性能良好。（2）试件长度（长细比）是决定破坏模式的关键因素。 长度为600 mm的试件发生强度破坏，长度为1500 mm和1800 mm的试件发生弯曲失稳破坏。试件长度越长，弯曲破坏特征越明显。（3）偏心距对偏压承载力有显著影响。 偏心距越大，偏压承载力越低。在实际工程设计中应严格控制构件的偏心距，或根据实际偏心距合理折减承载力设计值。（4）偏心方向对偏心受压性能的影响相对较小。T形方钢管混凝土组合异形柱在不同偏心方向下的受力性能较为均衡，有利于实际工程中的灵活布置。（5）DBJ/T 13-51-2010的计算结果与试验结果吻合最好。建议在T形方钢管混凝土组合异形柱的工程设计中，优先参考该规范进行承载力计算。（6）T形方钢管混凝土组合异形柱延性较好。良好的延性保证了构件在达到峰值荷载后仍能保持一定的变形能力，有利于提高结构在极端荷载作用下的安全储备。

专刊名称：《Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究》发表期刊：《钢结构（中英文）》发表信息：2024年第5期专刊主编：钟国辉教授（香港理工大学）主办单位：中冶建筑研究总院有限公司、中国钢结构协会摘要为掌握高强钢构应用过程中的先进理念、科学方法及关键技术，促进建筑业技术转型升级与高品质发展，《钢结构（中英文）》期刊于2024年第5期出版了“Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究”专刊。专刊由香港理工大学钟国辉教授担任主编。专刊聚焦于高强钢结构这一高性能结构体系，紧密围绕Q690高强钢在工程应用中的核心科学问题与关键技术难题。相较于常规Q235、Q355钢材，采用Q690高强钢替代常规钢材，可减小构件截面尺寸、降低结构自重及基础荷载，有效减少钢材用量并降低碳排放。然而，高强钢的焊接高温可能造成其微观组织和力学性能的显著改变，导致热影响区强度和延性折减、韧性降低，制约了高强钢构在钢结构建筑中的推广应用。专刊收录了多篇高质量研究论文，涵盖了Q690高强钢冷成型方钢管柱的整体稳定性能、不同焊接热输入下的焊接接头性能、焊接拼接短柱轴压性能、焊接构件疲劳性能、厚板焊后力学性能、单调荷载下的延性断裂行为、钢管混凝土柱受压性能以及高强钢连接节点抗滑移性能等多个研究方向。这些研究成果为Q690高强钢在建筑结构中的安全、高效应用提供了重要的理论依据和试验数据支撑。English AbstractTo grasp the advanced concepts, scientific methods, and key technologies in the application of high-strength steel structures, and to promote the technological transformation and high-quality development of the construction industry, the journal STEEL CONSTRUCTION (Chinese & English) published a special issue on “Engineering Application Research of Q690 High-Strength Steel Structures and Their Welding Key Technologies” in Issue 5, 2024. The special issue was edited by Professor Kwok-Fai Chung from The Hong Kong Polytechnic University.Focusing on high-strength steel structures as a high-performance structural system, the special issue addresses core scientific questions and key technical challenges in the engineering application of Q690 high-strength steel. Compared with conventional Q235 and Q355 steels, the use of Q690 high-strength steel can reduce member section sizes, lower structural self-weight and foundation loads, effectively decrease steel consumption, and reduce carbon emissions. However, the high temperatures involved in welding can significantly alter the microstructure and mechanical properties of high-strength steel, leading to reduced strength and ductility in the heat-affected zone and decreased toughness, which limits the application of high-strength steel components in steel structures.The special issue features multiple high-quality research papers covering topics such as the overall stability of cold-formed square hollow section columns, welded joint performance under different heat inputs, axial compression behavior of welded built-up stub columns, fatigue performance of welded members, post-weld mechanical properties of thick plates, ductile fracture behavior under monotonic loading, compressive behavior of concrete-filled steel tubular columns, and slip resistance of high-strength steel connections. These research findings provide important theoretical foundations and experimental data for the safe and efficient application of Q690 high-strength steel in building structures.专刊概述“Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究”专刊由《钢结构（中英文）》期刊于2024年第5期出版，由香港理工大学钟国辉教授担任专刊主编。专刊的出版旨在系统展示Q690高强钢构及其焊接技术领域的最新研究成果，促进高强钢结构在建筑行业中的推广应用。专刊所刊载的论文紧密围绕高强钢结构的核心科学问题与关键技术难题，涵盖了从材料性能、构件稳定到连接节点、焊接工艺等多个层面的系统研究。专刊主编介绍钟国辉教授是《钢结构（中英文）》期刊编委，香港理工大学教授、博士生导师，国家钢结构工程技术研究中心香港分中心主任。钟教授长期致力于高性能钢材结构性能、极限状态分析、抗火设计及规范标准编制等研究，主持多项国家级和国际性科研项目。他发表高水平学术论文约200篇，出版专业设计指南9册，获省部级以上科技奖励多项，包括2022年度中国钢结构协会科学技术奖特等奖（排名第一）、第三届全国创新争先奖等。2023年，香港特区政府行政长官为钟教授颁授荣誉勋章，以表彰其为香港工程界作出的杰出贡献。研究背景一、高强钢结构的战略意义与政策背景大力发展钢结构建筑是推进建筑业实现“碳达峰、碳中和”的重要举措，是促进产业转型升级、高质量发展的重要推动力。《“十四五”建筑业发展规划》明确指出，应进一步提升建筑工业化及绿色低碳水平，实现建筑业的高质量发展。高强钢结构作为高性能结构体系之一，近年来备受研究人员及工程界关注。相较于常规Q235、Q355钢材，Q690高强钢具有更高的单位质量强度。在结构体系中采用高强钢替代常规钢材，可减小构件截面尺寸，降低钢结构自重及基础部分荷载，从而有效减少钢材用量，降低结构体系的碳排放。这一技术路径符合我国新一轮绿色低碳、新型建筑工业化的发展战略需求。二、Q690高强钢的材料特性与工程挑战与普通钢Q355相比，Q690高强钢虽然屈强比高、断后伸长率低，但具有优异的比强度。这些特性会对结构性能产生较大影响。因此，量化这些特性对结构性能的影响，对于确认其在建筑结构中的适用性至关重要。然而，焊接作为高强钢连接的主要形式之一，其焊接高温可能造成高强钢材微观组织和力学性能的显著改变，导致热影响区强度和延性折减、韧性性能降低。过去20年里，大量Q690-QT高强钢焊接材料及构件的力学性能试验结果表明，如果焊接控制不当，会导致高强钢微观结构出现变化，出现焊接截面的屈服强度、抗拉强度和延性显著下降的现象。这一技术瓶颈制约了高强钢构在钢结构建筑中的大规模应用。三、现行设计规范的适用性局限目前主要的钢结构设计规范中的轴压构件整体稳定承载力计算方法，主要是参照普通碳钢Q235和Q355的研究数据开发的，对于Q690高强钢是否适用，还须进一步验证。因此，系统检查现有设计方法对采用各种制造工艺生产的Q690高强钢轴心受压构件的适用性，具有重要的理论意义和工程价值。专刊文章概览专刊收录了以下主要研究论文：（一）Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压整体稳定性能试验研究该研究由宁克洋、肖蒙、钟国辉（香港理工大学土木与环境工程学院，香港理工大学国家钢结构工程技术研究中心香港分中心）完成。研究针对Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压的整体稳定性能进行了系统试验研究。研究共设计8个试件，涵盖4种截面尺寸和8种长细比，以及6mm和10mm两种板厚。试验前对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。残余应力测量结果显示，冷成型方形截面焊缝处的内外表面均存在较大的残余拉伸应变，在截面转角区的外表面和内表面分别存在显著的残余拉伸和压缩应变。轴心受压下所有试件失稳模式均为整体弯曲失稳。将试验结果同中国设计规范GB 50017—2017《钢结构设计标准》和欧洲规范Eurocode 3计算结果进行对比，结果表明：根据中国规范和欧洲规范建议的设计曲线计算结果均偏于保守，且中国规范建议设计曲线相比欧洲规范更为保守。建议采用中国规范和欧洲规范中的a类柱子曲线设计此类Q690高强钢冷成型方钢管柱。（二）Q690高强钢电弧热喷铝表面不同孔型的抗滑移试验研究该研究由陈振明、卞卡、高飞、陈俊波、肖蒙（中建钢构股份有限公司、华中科技大学、中国建筑智能建造工程研究中心）完成。研究针对高强螺栓摩擦型连接在钢结构中的广泛应用，尤其是桥梁结构中面临的现场施工装配精度低及防腐处理难题，采用电弧热喷铝结合扩孔技术开展了系统的抗滑移试验。试验设置喷砂与喷砂+电弧热喷铝两种表面处理方式，后者包含标准孔、大圆孔、平行荷载方向长槽孔和垂直荷载方向长槽孔四种孔型。结果表明：喷砂表面抗滑移系数取0.50，电弧热喷铝表面可达0.60，表现出更优的承载能力和稳定性；各孔型试件100小时预紧力损失率为1.9%~2.9%，保持良好锁紧性能；各类扩孔孔型系数最小值分别为0.93、0.83和0.77，均高于现行规范取值，说明规范计算结果偏安全。（三）Q690高强钢在单调荷载下的延性断裂判据研究该研究由李梦飞、何浩祥、钟国辉（香港理工大学国家钢结构工程技术研究中心香港分中心、香港理工大学土木与环境工程学院）完成。研究聚焦于Q690高强钢在螺栓连接节点中的延性断裂行为。近年来，高强Q690钢材因其优秀的强度与自重比，在建筑行业受到广泛关注，尤其在大跨度桥梁和超高层钢结构中，使用高强钢可以设计出更为轻量高效的结构。在分析高强度螺栓连接时，须考虑到典型的失效模式，包括螺栓断裂、拉伸失效和剪切失效等，这些经典失效模式与Q690高强钢的延性断裂密切相关。延性断裂是钢材中最常见的失效机制之一，其过程涉及损伤的发生和由应力集中引起的微观孔洞增长及合并。研究通过试验和数值方法深入了解了Q690高强钢的延性断裂机制。（四）不同焊接热输入的Q690-QT高强钢焊接接头抗拉性能该研究针对Q690-QT高强钢焊接控制不当导致微观结构变化及焊接截面屈服强度、抗拉强度和延性显著下降的问题，系统研究了不同焊接热输入对焊接接头抗拉性能的影响。（五）高强度钢材Q690和Q960的焊接拼接短柱轴压试验研究该研究对Q690和Q960钢材10~30mm厚的母材试件进行了单调拉伸试验，并开展了焊接拼接短柱的轴压试验研究，以深入评估建筑工业实用尺寸高强钢板的焊接后结构表现。（六）Q690高强钢及其焊接构件的疲劳性能该研究通过试验方法对Q690高强钢及其焊接截面的疲劳性能进行了系统研究，以确定其疲劳强度，促进Q690高强钢在实际工程中的应用。与普通强度钢材相比，高强钢具有更高的屈服强度，可以减小构件的尺寸，且较薄的钢板厚度可以减少焊接工作量、提高焊接质量，从而避免厚板带来的焊接问题。（七）Q690高强钢厚板焊后力学性能该研究对50mm、70mm厚的Q690高强钢板及其对接焊接件在拉伸条件下的机械性能进行了全面研究，共进行了40次拉伸试验。（八）圆形Q690高强钢管混凝土轴压短柱试验研究该研究将高强钢应用于钢管混凝土柱，通过减小构件尺寸和自重，使结构在节省材料用量的同时获得更大的可用空间，更加经济环保。总结“Q690高强钢构及其焊接关键技术的工程应用研究”专刊系统呈现了Q690高强钢结构领域的最新研究成果。专刊从高强钢材料性能、构件稳定、焊接工艺、连接节点和组合结构等多个维度，全面回应了高强钢结构在工程应用中面临的关键技术挑战。这些研究成果为Q690高强钢在建筑结构中的安全、高效应用提供了重要的理论依据和试验数据支撑，对推动我国钢结构建筑向高性能化、绿色低碳化方向发展具有积极的促进作用。

作者：王立军（全国工程勘察设计大师、17《钢标》主编）发表期刊：《钢结构（中英文）》(STEEL CONSTRUCTION (Chinese & English))发表年份：2019年摘要GB 50017—2017《钢结构设计标准》（简称17《钢标》）已于2018年7月1日正式实施。相较于前一版的GB 50017—2003《钢结构设计规范》，17《钢标》在内容上进行了大量的修订和增补，特别是增加了诸如钢结构设计直接分析法和钢结构抗震性能化设计等新内容。为使广大工程师在应用17《钢标》时能够正确理解条文和条文说明，《钢结构（中英文）》期刊在2019年特设专栏，刊登17《钢标》主编王立军大师的系列讲座“17《钢标》疑难浅析”。该系列讲座有别于通常对标准的讲解材料和专题报告，其问题直接来源于17《钢标》的条文及条文说明。专栏从标准编制者的角度，为读者理清问题的概念、逻辑和关联，打通从标准条文、条文说明到设计应用之间的最后一道屏障。该系列讲座共12期，每期刊登3个问题。English AbstractThe GB 50017-2017 "Standard for Design of Steel Structures" (referred to as the "17 Steel Standard") was officially implemented on July 1, 2018. Compared with the previous version, GB 50017-2003 "Code for Design of Steel Structures," the 17 Steel Standard has undergone extensive revisions and additions, particularly with the inclusion of new content such as the direct analysis method for steel structure design and performance-based seismic design for steel structures. To help engineers correctly understand the provisions and their explanations when applying the 17 Steel Standard, the journal STEEL CONSTRUCTION (Chinese & English) established a special column in 2019, featuring a series of lectures titled "Analysis of Difficulties in the 17 Steel Standard" by Professor Wang Lijun, the chief editor of the standard. This series of lectures differs from typical explanatory materials and special reports on standards, as the questions addressed are directly derived from the provisions and explanations of the 17 Steel Standard. From the perspective of the standard's compiler, the column aims to clarify the concepts, logic, and correlations of the issues for readers, bridging the final gap between the standard provisions, explanations, and design applications. The series consists of 12 issues, with 3 questions covered in each issue.研究背景一、17《钢标》的发布与重大修订GB 50017—2017《钢结构设计标准》于2018年7月1日正式实施。这是继GB 50017—2003《钢结构设计规范》之后，我国钢结构设计领域又一次重要的标准升级。17《钢标》在内容上进行了大量的修订和增补。其中最引人瞩目的变化包括引入了钢结构设计直接分析法和钢结构抗震性能化设计等全新内容。这些新方法的引入，标志着我国钢结构设计理念从传统的基于应力比的设计方法，向基于结构整体行为和性能目标的设计方法迈进。二、新标准实施带来的理解与应用的挑战新标准的实施，尤其是大量新内容的引入，给广大结构工程师带来了理解和应用上的挑战。直接分析法要求工程师从结构整体层面进行二阶弹塑性分析，抗震性能化设计则要求根据不同的性能目标选择相应的抗震措施和计算方法。这些新方法在概念、逻辑和具体操作上与旧规范存在显著差异。工程师在应用17《钢标》进行设计时，即使反复研习了条文和条文说明，仍可能存在理不清的问题。如何正确理解新标准中的疑难条文，成为摆在工程界面前的一项紧迫任务。三、系列专栏的设立目的为帮助广大工程师准确理解和应用17《钢标》，《钢结构（中英文）》期刊在2019年特设专栏，刊登17《钢标》主编王立军大师的系列讲座“17《钢标》疑难浅析”。王立军大师是全国工程勘察设计大师、国家标准《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）主编。该系列讲座从标准编制者的角度，为读者理清问题的概念、逻辑和关联，打通从标准条文、条文说明到设计应用之间的最后一道屏障。有别于通常对标准的讲解材料和专题报告，本系列讲座的问题直接来源于17《钢标》的条文及条文说明。专栏内容概览该系列讲座“17《钢标》疑难浅析”从2019年第1期开始，连续刊出12期，每期刊登3个问题，共计对36个疑难问题进行深入解析。各期发表信息如下：期数发表信息DOI第1期2019年34卷第1期，第113页10.13206/j.gjg.201901023第2期2019年34卷第2期，第116-117页10.13206/j.gjg.201902022第11期2019年34卷第11期，第113页10.13206/j.gjg.201911021注：其余期次（第3-10期、第12期）的公开信息有限，暂未列出详细发表信息。主要疑难问题解析（节选）以下根据已获取的公开信息，对部分期次中的疑难问题解析进行介绍：（一）预应力钢结构（第3.1.8条）【第2期】17《钢标》在第3.1.8条中原则性地将预应力钢结构纳入标准体系，具体内容可参见CECS 212∶2006《预应力钢结构技术规程》（简称预钢规）。预钢规5.3节引入了预应力压杆。该体系由刚性杆和预应力索组装成预应力索杆——施加预应力阶段刚性杆受压，预应力索受拉；受外力后杆和索共同承担压力。对索的要求是在受外压力过程中不能出现压应力，这需要通过施加足够的预应力来保证。（二）钢结构设计直接分析法17《钢标》首次引入了钢结构设计直接分析法。该方法要求工程师从结构整体层面进行二阶弹塑性分析，考虑了结构的几何非线性（P-Δ效应和P-δ效应）和材料非线性。这与传统的基于计算长度系数的一阶弹性设计方法有着本质的区别。直接分析法的引入，使得钢结构设计更加精确地反映了结构的实际受力状态，尤其适用于对结构稳定性有较高要求的复杂工程。（三）钢结构抗震性能化设计17《钢标》另一项重要的新增内容是钢结构抗震性能化设计。该方法要求根据结构的重要性、设防类别和预期性能目标，选择不同的抗震性能水准和相应的设计计算方法。性能化设计改变了传统抗震设计“一刀切”的做法，允许工程师根据建筑功能需求和业主意愿，在安全与经济之间进行更灵活的选择。（四）后续各期内容从第2期开始，专栏还刊登了读者对前期问题的讨论及作者对讨论的回复。通过“问题、解释、讨论、回复、再讨论、再回复”的形式，碰撞出的火花形成了一个钢结构设计的论坛。总结王立军大师在2019年《钢结构（中英文）》期刊上发表的“17《钢标》疑难浅析”系列专栏文章，系统深入地解析了GB 50017—2017《钢结构设计标准》在应用中的36个疑难问题。该系列文章从标准编制者的角度出发，涵盖了直接分析法、抗震性能化设计、预应力钢结构等17《钢标》新增和修订的核心内容。通过与读者的互动讨论，该系列讲座不仅帮助广大工程师打通了从标准条文到设计应用之间的最后一道屏障，也为推动17《钢标》的正确理解和规范应用作出了重要贡献。