技术前沿

作者： 宗荣、张之浩、刘传林、丁利、杨飞、吴迪、陆玮崇出处： 《钢结构（中英文）》，2024年，39卷(04)，第17-25页主题： 以杭州云门项目为工程背景，针对底层不连续的多层连体结构施工难题，提出累积提升与分层提升两种方案，并从结构受力变形、施工经济性、安全性、时效性等方面进行系统比选，确定最优提升方案原文官方阅读链接： http://gjg.ic-mag.com/cn/article/doi/10.13206/j.gjgS23082102 原文标准摘要随着建筑钢结构的发展，高层建筑群如雨后春笋般出现，两栋高层之间设置钢连体是常见的结构形式。目前，对于常规高空连体结构安装，大多采用地面拼装后整体提升至设计位置的安装方法。但针对底层不连续的多层连体结构，一方面地面拼装胎架高，存在高空作业，不经济又不安全；另一方面拼装时底层结构需进行加固，施工繁琐。因此制定更为经济、安全、快速的施工方案是当前施工的重点。以杭州云门项目为例，给出了累积提升与分层提升两种施工方案，并对两者从结构受力变形，施工经济性、安全性、时效性等方面进行衡量比选。在受力方面，采用上述两种方案施工，对于塔楼而言，杆件应力最大值差别较小，但采用分层提升施工构件的附加应力更小，受力更为合理；对于连体而言，杆件应力最大值基本相同，但采用分层提升的杆件应力总体偏小；对于提升加强杆而言，采用分层提升方案时加强杆最大轴力为10,905.27 kN，而采用累积提升方案时加强杆最大轴力为12,615.81 kN，前者较后者减小约13.6%，因此采用分层提升方案可降低对其截面的需求，从而便于在提升完成后进行拆除。在变形方面，采用上述两种方案施工，结构最大竖向变形均位于连体跨中，且变形值相差不大；而结构最大水平变形虽均位于塔楼顶层，但变形值有些许差别，分层提升变形值较小，这是由于采用分层提升，二次提升前连体上层结构与塔楼已连成一体，具备了一定的水平刚度。在施工方面，采用累积提升方案施工，下层结构在低空安装时，上层连体结构悬停时间较长，时效性差，且连体未与塔楼形成有效连接，施工安全性差；而采用分层提升方案，上层连体结构一次提升到位后直接进行补杆工作，使连体与塔楼初步形成有效连接，届时可同步进行下层三角区结构的拼装工作，时效性、安全性更佳。在经济性方面两者相差较小，分层提升对于提升设备的数量需求较高。结果表明，针对底层不连续的多层连体结构施工，分层提升法在结构受力及变形方面，施工经济性、安全性、时效性方面表现更佳。一、研究背景与研究出发点随着建筑钢结构的发展，高层建筑群大量涌现，在两栋高层之间设置钢连体已成为常见的结构形式。对于常规高空连体结构安装，大多采用地面拼装后整体提升至设计位置的成熟方法。然而，当面临底层不连续的多层连体结构时，常规整体提升方法暴露出显著局限：一方面，地面拼装胎架高度大，存在大量高空作业，既不经济也不安全；另一方面，拼装时底层结构需进行临时加固，施工流程繁琐。底层不连续意味着连体结构下方缺少连续的承重楼层或支撑体系，这使得常规的整体提升方案在胎架布置、结构加固、提升过程中的受力传递等环节均面临特殊困难。如何在确保结构安全的前提下，制定更为经济、安全、快速的施工方案，成为该类工程的核心挑战。基于上述工程痛点，该论文以杭州云门项目为研究对象，系统开展底层不连续的多层连体结构提升方案优选分析，旨在建立涵盖“方案提出—多维度比选—最优方案确定”的完整决策流程。二、工程案例与提升方案论文选取杭州云门项目为工程案例，该项目为两栋塔楼之间设置多层钢连体的结构形式，且连体底层存在不连续特征，施工条件复杂。针对该工程特点，研究提出了两种可行的提升施工方案：方案一：累积提升方案——下层结构在低空位置安装时，上层连体结构悬停等待，待下层安装完成后整体累积提升至设计标高；方案二：分层提升方案——上层连体结构一次提升到位后直接进行补杆工作，使连体与塔楼初步形成有效连接，随后同步进行下层三角区结构的拼装工作。研究从结构受力变形、施工经济性、安全性、时效性四个维度对两种方案进行系统比选。三、两种提升方案对比分析（一）结构受力与变形对比杆件应力方面——对于塔楼而言，两种方案下杆件应力最大值差别较小，但采用分层提升施工时构件的附加应力更小，受力更为合理；对于连体而言，两种方案下杆件应力最大值基本相同，但分层提升的杆件应力总体偏小。对于提升加强杆，分层提升方案下加强杆最大轴力为10,905.27 kN，而累积提升方案下为12,615.81 kN，前者较后者减小约13.6%。这意味着采用分层提升方案可降低对加强杆截面的需求，便于提升完成后进行拆除作业。结构变形方面——两种方案下，结构最大竖向变形均位于连体跨中，且变形值相差不大。然而，结构最大水平变形虽均位于塔楼顶层，但变形值存在差异——分层提升方案的变形值较小。其原因在于：采用分层提升时，二次提升前连体上层结构已与塔楼连成一体，具备了一定的水平刚度，从而有效约束了塔楼顶层的水平位移。（二）施工安全性与时效性对比累积提升方案的突出问题在于：下层结构在低空安装时，上层连体结构需长时间悬停等待。这一过程中连体未与塔楼形成有效连接，整体稳定性差，施工安全性较差，同时悬停时间过长也导致时效性不足。分层提升方案的优势在于：上层连体结构一次提升到位后直接进行补杆工作，使连体与塔楼初步形成有效连接。在此之后，可同步进行下层三角区结构的拼装工作，实现了工序的并行作业，时效性和安全性均更佳。（三）经济性对比在经济性方面，两种方案相差较小。但需注意的是，分层提升方案对提升设备的数量需求相对较高——这是该方案在经济层面的主要劣势，需在具体工程中结合设备可用性综合权衡。四、研究结论与工程应用价值针对底层不连续的多层连体结构施工，分层提升法在结构受力及变形、施工经济性、安全性、时效性方面均表现更佳，是该类工程的最优提升方案；分层提升方案可有效减小构件附加应力，其中提升加强杆最大轴力较累积提升方案减小约13.6%，降低了对加强杆截面的需求，便于后续拆除作业；分层提升方案因二次提升前连体上层结构已与塔楼形成有效连接，结构水平刚度得以提前建立，水平变形控制效果优于累积提升方案；分层提升方案避免了上层连体结构长时间悬停的安全风险，且可实现上层补杆与下层拼装的工序并行，安全性与时效性优势显著；论文提出的“累积提升 vs 分层提升”双方案比选框架及多维度评价方法，可为同类底层不连续的多层连体结构施工提供系统的方案决策参考。

作者： 姚峰、张健滔、王柳、尤永健出处： 《钢结构（中英文）》，2024年，39卷(04)，第1-9页主题： 以某医院新建住院楼为工程背景，针对其宽度收窄式多层间隔高位连体结构的复杂体型，系统研究其在设计阶段的连接方式比选与抗震性能化设计，以及施工阶段的胎架拆除方案优化等关键技术问题原文官方阅读链接： http://gjg.ic-mag.com/cn/article/doi/10.13206/j.gjgS23091301 原文标准摘要某医院新建住院楼结构总高79.6 m，地上18层，两栋住院楼对称布置，住院楼之间分别位于9F～10F、12F～13F以及15F～16F处间隔设置了3个空中连廊，连廊跨度25.2 m。主体塔楼采用钢框架屈曲约束支撑结构体系，三个钢连廊楼面主梁作为弦杆，上下层之间设置中心支撑，形成平面桁架。连廊相比于主体塔楼结构宽度收窄，由24.3 m减小至7.8 m。整体结构体型复杂，连廊对抗震性能要求较高，且胎架拆除的施工顺序不仅对结构会产生附加效应而且会影响现场施工效率。为此，分析了宽度收窄式多层间隔高位连体结构设计、施工过程中的关键技术问题及解决方案。通过比较分析连体结构与主体塔楼分别采用强、弱连接方式对主体塔楼的振型模态、抗侧与抗扭刚度以及节点构造形式的差异，确定了连体结构的强连接方案。基于抗震性能化设计目标，对高位连体结构进行了设防地震不屈服验算，结果表明杆件和楼板承载力满足既定的抗震性能目标。根据胎架拆除的施工阶段不同，对比分析了两种施工方案对连体结构产生的附加内力和附加变形，结合现场施工效率，确定采用每层连廊安装完毕即拆除相应胎架的施工方案。分析结果表明：两侧主体塔楼对称的高位连廊宜采用强连体形式，为保证强连体刚度可协调两侧塔楼，应保证连体结构平面内抗剪承载力大于设防地震下楼板最大剪力标准值；施工阶段可以连接体桁架作为上部连接体胎架支座，附加应力与附加挠度可通过合理施工步释放，且附加挠度可通过施工模拟分析对胎架高度进行补偿。一、研究背景与研究出发点现代医疗建筑功能日趋复杂，高层住院楼常需在塔楼之间设置空中连廊以满足医疗流程便捷联系、设备管线连通及人员快速转运等使用需求。当连廊在竖向上多层间隔分布、且连廊宽度相较于主体塔楼显著收窄时，结构体型呈现“宽度收窄式多层间隔高位连体”的复杂特征。此类结构两侧塔楼通过多个高位连廊形成强耦联关系，连体部位受力机理复杂：一方面，连廊作为两塔楼之间的“纽带”，其连接方式（强连接或弱连接）直接影响整体结构的振型模态、抗侧刚度与抗扭刚度；另一方面，连廊自身宽度收窄导致刚度突变，地震作用下应力集中显著，对抗震性能提出更高要求【5†L1-L4】。施工阶段亦面临突出难题——多层高位连廊的安装需借助临时胎架支撑，而胎架拆除的施工顺序不仅会对结构产生附加内力和附加变形，还直接影响现场施工效率与安全【5†L1-L4】。如何协调设计阶段的连接方式选型与抗震性能目标、施工阶段的胎架拆除工序与变形控制，成为该类复杂连体结构工程实践中的核心挑战。基于上述工程痛点，该论文以某医院新建住院楼为研究对象，系统开展宽度收窄式多层间隔高位连体结构的设计与施工关键技术研究，旨在建立涵盖“连接方式比选—抗震性能化设计—施工步序优化”的全过程技术解决方案。二、工程案例与数值分析方案论文选取某医院新建住院楼为工程案例，结构总高79.6 m，地上18层，两栋住院楼对称布置。两塔楼之间分别在9F～10F、12F～13F及15F～16F处间隔设置3个空中连廊，连廊跨度25.2 m，宽度由主体塔楼的24.3 m收窄至7.8 m【5†L1-L3】。主体塔楼采用钢框架屈曲约束支撑结构体系，三个钢连廊以楼面主梁作为弦杆、上下层之间设置中心支撑，形成平面桁架结构【5†L3-L4】。研究覆盖设计与施工两大阶段，采用以下分析方案：设计阶段——对比分析连体结构与主体塔楼分别采用强连接与弱连接两种方式时，对主体塔楼振型模态、抗侧刚度、抗扭刚度以及节点构造形式的差异，综合确定最优连接方案；随后基于抗震性能化设计目标，对高位连体结构进行设防地震不屈服验算【5†L5-L6】。施工阶段——根据胎架拆除的施工阶段不同，对比分析两种施工方案对连体结构产生的附加内力和附加变形，结合现场施工效率综合确定最优拆撑方案【5†L6-L7】。三、关键分析结果与机理拆解（一）连接方式比选分析表明，两侧主体塔楼对称的高位连廊宜采用强连接形式。强连接方案可有效协调两侧塔楼的协同工作，显著改善整体结构的抗侧与抗扭性能；而弱连接方案下两侧塔楼相对独立变形，连廊与塔楼连接部位易产生过大相对位移，对建筑功能的正常使用及设备管线安全造成不利影响【5†L8-L9】。为保证强连接刚度能够切实发挥协调两侧塔楼的作用，应确保连体结构平面内抗剪承载力大于设防地震下楼板最大剪力标准值【5†L8-L9】。（二）抗震性能化验算基于确定的强连接方案，对高位连体结构开展设防地震不屈服验算。结果表明：在设防地震作用下，连体结构的钢桁架杆件及楼板承载力均满足既定的抗震性能目标，关键构件保持弹性工作状态，未出现屈服或损伤【5†L6】。这验证了强连接方案在满足“设防地震正常使用”抗震底线方面的可靠性。（三）施工阶段附加效应控制施工阶段分析揭示了胎架拆除顺序对结构响应的显著影响。对比两种施工方案——方案一为每层连廊安装完毕即拆除相应胎架，方案二为多层连廊全部安装完成后统一拆除胎架——发现：采用每层连廊安装完毕即拆除相应胎架的方案，不仅可有效控制施工过程中产生的附加应力与附加挠度，避免应力累积导致构件超限，同时有利于提高现场施工效率【5†L7】【5†L9】。分析进一步指出，施工附加挠度可通过施工模拟分析对胎架高度进行预补偿，从而实现精准的变形控制【5†L9】。（四）设计—施工一体化协同机理该研究的核心思路在于设计与施工的联动优化：设计阶段通过强连接方案保证结构整体抗震性能，同时为施工阶段提供了明确的传力路径——以连接体桁架作为上部连接体的胎架支座，使得施工附加效应可通过合理工序得以释放【5†L9】；施工阶段则通过拆撑方案的优化反过来验证设计假定的合理性，确保竣工状态的结构内力与变形符合设计预期。这种设计—施工一体化的技术路径，有效化解了复杂连体结构“抗震要求高”与“施工难度大”之间的矛盾。四、研究结论与工程应用价值两侧主体塔楼对称的高位连廊宜采用强连接方案，并应保证连体结构平面内抗剪承载力大于设防地震下楼板最大剪力标准值，以切实发挥强连接协调两侧塔楼协同工作的功能【5†L8-L9】；宽度收窄式多层间隔高位连体结构的施工阶段，可采用连接体桁架作为上部连接体胎架支座，附加应力与附加挠度可通过合理施工步序予以释放，附加挠度还可通过施工模拟分析对胎架高度进行预补偿【5†L9】；每层连廊安装完毕即拆除相应胎架的施工方案在附加效应控制与施工效率两方面均具优势，可作为同类工程的优选方案【5†L7】【5†L9】；论文提出的强/弱连接方式对比选型方法、设防地震不屈服性能化验算流程，以及设计—施工联动的附加效应控制技术，可为高层医疗建筑中日益常见的复杂连体结构提供系统性的设计与施工参考依据【5†L5-L7】。

作者：黄明、石诚等　　 出处：《钢结构（中英文）》，2025，40(01) 　　主题：研究减震装置在钢结构医院建筑中的应用，保证地震下建筑功能不中断、安全可靠 原文官方阅读链接：http://gjg.ic-mag.com/cn/article/doi/10.13206/j.gjgS23112101原文标准摘要随着消能减震技术不断成熟，各类减震装置在建筑结构工程中得到大量应用。工程领域主流减震构件分为位移型、速度型两类，二者工作原理与力学性能存在明显区别。现阶段实际项目大多单独采用单一类型减震构件，很难实现建筑 “设防地震正常使用” 的高标准抗震性能目标。为此本文将两类消能减震构件配套组合使用，发挥二者性能互补优势，构建组合减震体系，以此满足钢结构医院在设防地震作用下不间断使用的硬性需求。文章选取 8 度抗震设防区域一栋钢结构住院楼作为工程实例，依托 ETABS 有限元软件开展消能减震数值模拟分析，设置无控结构、单一减震、组合减震三套方案，对比设防地震、罕遇地震两种地震水准下结构层间位移角、楼面水平振动加速度、主体构件塑性损伤三大核心指标。分析结果表明：屈曲约束支撑搭配黏滞阻尼器形成的组合减震体系，对结构层间变形的约束效果优于单独使用某一类减震构件；除顶层屋面板外，其余所有楼层在设防地震工况下楼面水平加速度不超过 0.25g，罕遇地震工况下控制在 0.45g 以内；构件损伤层面，组合减震方案在设防地震全程无塑性铰产生，罕遇地震阶段仅少量次要构件出现塑性发展，且损伤程度未超出立即使用（IO）性能标准。多指标对比证明组合减震体系可有效降低建筑地震响应，让钢结构医院达成设防地震持续运营的抗震韧性标准，可为同类医疗建筑减震设计提供参考依据。一、研究背景与研究出发点当前消能减震工艺已在各类公共建筑抗震设计中普及，工程领域主流减震构件分为两大类别：一类是以屈曲约束支撑为代表的位移型消能装置，依靠金属构件塑性变形耗散地震能量；另一类为黏滞阻尼器这类速度型消能构件，依托流体黏滞效应削减结构振动加速度。两类装置受力机制、耗能区间存在明显差异。现阶段多数建筑抗震设计仅单独选用其中一类减震构件，单一减震体系的适配性存在短板，很难实现医院这类关键公共建筑 “设防地震正常使用” 的高标准抗震底线。医院属于地震应急保障核心建筑，一旦遭遇设防烈度地震，若结构变形过大、楼面振动剧烈，会造成诊疗设备损毁、病区功能瘫痪，直接影响伤员救治与公共应急保障能力。基于以上工程痛点，该论文提出位移型 + 速度型构件协同工作的组合减震体系，充分发挥两种消能装置互补特性，以此满足钢结构医院中震可继续投入使用的硬性设计需求。二、工程案例与数值分析方案论文选取 8 度抗震设防区域一栋钢结构住院楼作为实体研究案例，采用 ETABS 有限元分析软件搭建精细化结构计算模型，同步设置三类对照方案开展多水准地震工况对比验算：无控原始钢结构方案（不增设任何消能减震构件）；仅布置屈曲约束支撑的单一位移减震方案；屈曲约束支撑搭配黏滞阻尼器协同布设的组合减震优化方案。分析过程覆盖两大地震作用等级：设防地震（中震）、罕遇地震（大震），统一选取三项核心评价指标量化结构抗震表现：层间位移角、各楼层楼面水平振动加速度、钢框架主体构件塑性损伤发展程度，参照建筑抗震韧性评价标准判定结构使用状态。三、不同减震方案计算结果对比分析（一）层间位移角控制效果层间位移角是评判建筑整体变形、墙体与围护构件完好度的核心指标。计算数据显示，仅采用单一减震构件时，结构层间变形控制能力存在明显局限；而屈曲约束支撑与黏滞阻尼器组合布设后，依托屈曲约束支撑提供稳定抗侧刚度、约束侧移，搭配黏滞阻尼器实时消耗振动能量，全楼层层间位移角控制效果全面优于另外两套对比方案，有效避免地震下围护墙体、医疗管线、设备支架发生开裂、脱落。（二）楼面水平加速度限值表现楼面振动加速度直接决定精密医疗仪器、监护设备、手术室器械能否在地震中正常运行，也是保障医院震后持续诊疗的关键参数。验算结果：除建筑顶层屋面板区域外，组合减震方案下其余全部楼层，设防地震作用楼面加速度均低于 0.25g；罕遇地震工况下楼面加速度控制在 0.45g 以内。相较单一减震体系，组合方案大幅削弱楼层振动冲击，显著降低高端医疗设备受损、失灵的风险。（三）结构塑性损伤发展规律按照建筑抗震性能分级 IO（立即使用）、LS（生命安全）、CP（防止倒塌）开展构件损伤判定：设防地震阶段：组合减震体系的钢梁柱、支撑构件均未生成塑性铰，结构整体维持弹性工作状态，震后无需检修即可恢复全部诊疗功能；罕遇地震阶段：仅有少量次要受力构件产生塑性铰，塑性发展程度未突破 IO 性能状态限值，主体承重钢框架保持完好，建筑不存在整体坍塌隐患；反观无控结构、单一减震方案，中震阶段即出现大范围塑性损伤，大震下构件塑性发展严重，震后需要大规模维修才能重新投入使用，无法满足医院应急保障需求。（四）两类减震构件协同工作机理拆解屈曲约束支撑：多遇地震阶段仅提供侧向刚度、不参与耗能；进入设防、罕遇地震区间后构件屈服，依靠金属塑性变形吸收大量地震输入能量，核心作用是限制建筑整体侧移；黏滞阻尼器：全程不改变结构抗侧刚度，仅提升整体附加阻尼比，重点削弱楼层振动速度与加速度，保护内部医疗设备；二者组合后实现 “控变形 + 减振动” 双重目标，弥补单一构件功能短板。四、研究结论与工程应用价值相比单独使用位移型或速度型消能构件，屈曲约束支撑与黏滞阻尼器搭配的组合减震体系，可同步优化钢结构医院的侧移控制、楼面振动抑制、构件损伤防控三大抗震指标；采用该组合减震方案的 8 度区钢结构医院，能够稳定达成 “设防地震正常使用” 的抗震韧性目标，中震后建筑结构、医疗设备基本完好，无需中断诊疗工作，适配医院应急救灾的特殊功能定位；组合减震技术思路可为疾控中心、急救中心、医疗综合楼等同类高韧性医疗钢结构建筑提供标准化设计参考，在不显著提升结构造价的前提下，大幅提升关键公共建筑的地震安全储备；论文提出的多工况有限元对比分析方法、减震构件协同布置思路，可为后续医院钢结构消能减震专项设计提供完整验算流程与性能判定依据。

作者：刘永健，张宁，刘希月　　 出处：《建筑结构学报》，2021，42 (S1) 　　主题：干式连接、装配式体系、抗震性能、工业化建造 期刊官方阅览链接：http://www.jzjgxb.com/CN/Y2021/V42/IS1装配式钢结构住宅是建筑工业化发展的核心载体，节点连接体系作为结构传力核心，直接决定建筑现场装配效率、整体抗震表现与工业化落地可行性。传统现场焊接连接工序繁杂、施工周期长、焊接质量离散性大，难以匹配住宅快速建造、标准化施工的产业需求，因此全干式机械连接节点成为行业主流研发方向。本文系统梳理国内外装配式钢结构住宅各类干式节点体系，按梁柱主节点、柱脚节点、围护与支撑配套节点完成分类归纳，对比不同节点构造的装配便捷度、刚度特征、耗能机制与抗震失效模式；总结端板螺栓连接、插板式连接、摩擦耗能型连接、模块化箱体连接等主流节点的试验成果、数值分析结论与工程适用边界；针对当前节点存在的刚度匹配失衡、震后修复难度大、标准化模数缺失、室内梁柱外露影响居住体验等行业痛点展开剖析；结合高烈度区抗震设计要求、住宅 SI 分离工业化建造理念，指明可更换耗能干式节点、一体化隐藏式节点、模块化快速拼接节点为未来核心发展方向，为装配式钢结构住宅节点标准化设计、抗震性能优化与工业化成套技术研发提供完整文献参考与技术思路。一、研究背景与研究意义国家持续推进建筑工业化、绿色低碳建筑发展，装配式钢结构住宅凭借自重轻、构件工厂预制、施工扬尘噪音低、可循环回收、抗震基础性能优良等优势，成为城镇商品住宅、保障性住房的重点推广结构形式。钢结构建筑整体受力依靠节点传递弯矩、剪力与轴力，节点构造的优劣直接左右结构安全储备。传统钢结构普遍采用现场全焊接节点，虽整体刚度充足，但现场动火作业量大、焊缝探伤检测流程繁琐，工期难以压缩；同时焊接残余应力易造成节点脆性破坏风险，难以适配住宅大批量快速建造的工业化目标。干式连接依靠高强螺栓、插接件、摩擦构件等机械构造完成现场拼装，无需现场焊接，具备施工速度快、质量可控、拆装可逆、震后便于检修更换等优势，完美契合装配式住宅 “工厂预制、现场拼装” 的核心逻辑。但现阶段干式节点种类繁杂，不同构造形式的力学性能、适用层高、抗震表现差异较大，缺少系统性梳理对比；同时住宅建筑有室内空间平整、无突出梁柱、管线分离、可维修改造等特殊居住需求，普通工业建筑节点无法直接照搬应用。基于上述产业与技术矛盾，该综述全面整合近二十年国内外试验、理论与工程案例文献，分类剖析各类干式节点体系，归纳现有技术短板并预判技术迭代路径，为住宅钢结构节点成套技术开发提供体系化参考。二、装配式钢结构住宅干式节点体系分类及性能特征文章按照受力功能将住宅钢结构节点划分为三大类：梁柱核心受力节点、柱脚锚固节点、围护 / 支撑附属连接节点，逐一梳理构造形式、装配工艺、力学表现。（一）梁柱干式连接节点（研究核心）外伸端板高强螺栓连接节点行业应用最广泛的刚性干式节点。钢梁端部工厂焊接配套端板，现场通过大直径高强螺栓与钢柱翼缘拼接。弯矩依靠螺栓受拉、端板弯曲传递，剪力依靠螺栓摩擦承压承担。优势：工厂预制化程度高，现场装配操作简单，整体抗弯刚度高，适配中高层住宅框架结构；短板：端板与螺栓布置不当易出现应力集中，地震作用下易发生端板撕裂、螺栓滑移破坏，室内端板外凸占用装修空间。现有优化方案：加厚端板、增设加劲肋、采用狗骨式削弱梁端，引导塑性变形远离节点核心区，提升延性与耗能能力。插板式装配式连接节点专为矩形钢管混凝土柱住宅研发的隐藏式节点，在钢管柱对应梁位预设内置插板，钢梁翼缘直接插接后螺栓固定，柱身无需开设大量螺栓孔、无需内部横隔板。优势：无外凸构件，可实现梁柱与墙体齐平，解决住宅露梁露柱痛点，便于管线一体化分离；钢管内部混凝土浇筑通畅，施工容错率高；短板：节点初始刚度略低于端板连接，大震下插板易出现局部屈曲，多用于多层、小高层钢结构住宅。T 件 / 角钢半刚性干式节点采用 T 形连接件、双角钢实现梁与柱铰接或半刚性连接，依靠连接件变形消耗地震能量。优势：构造简洁、耗材少、造价更低，节点具备一定转动变形能力，可优化整体内力分布；短板：抗弯承载力、初始刚度偏低，仅适用于低层住宅或次要受力框架。摩擦耗能型可更换节点新型韧性抗震节点，在梁端与柱之间增设摩擦耗能钢板、滑动阻尼构件，地震作用下依靠构件相对滑移摩擦耗散能量，塑性损伤集中于可拆卸耗能件，主体梁柱保持弹性。优势：抗震韧性优异，设防地震、罕遇地震后仅需更换耗能部件即可恢复建筑使用功能，契合高烈度地区住宅抗震设计标准；短板：构造复杂、加工成本偏高，目前规模化工程应用较少，是前沿研发方向。（二）柱脚干式连接节点分为外露式螺栓柱脚、外包混凝土埋入式干式柱脚两类，均采用预埋锚栓完成钢柱与基础拼接。外露式柱脚装配速度快，但抗转动刚度偏弱，高烈度区需增设加劲肋；外包干式柱脚现场仅拼装模板、浇筑少量混凝土，兼顾刚度与耐久性，多用于高层装配式住宅。综述对比两类柱脚在往复荷载下的滑移、拔起失效机理，给出不同抗震烈度下选用建议。（三）围护、支撑配套干式节点包含墙板与钢框架连接件、钢支撑拼接节点、楼板搭接节点，全部采用螺栓、卡扣干式拼装，实现主体结构、围护墙体、楼板全装配化施工，满足住宅 SI 体系管线分离、后期墙体拆装改造需求。此类节点侧重安装便捷性，力学荷载较小，设计重点控制连接滑移与隔音缝隙。三、不同节点体系抗震性能综合对比分析综述汇总大量低周往复加载试验数据，以初始刚度、极限抗弯承载力、延性系数、滞回耗能能力、失效模式五大指标完成横向对比：刚性端板节点：刚度、承载力最优，但延性一般，易发生螺栓脆性破坏；插板式隐藏节点：综合性能均衡，延性适中，居住适配性最优；半刚性角钢 / T 件节点：耗能中等，刚度不足，仅低层适用；摩擦耗能可更换节点：滞回曲线饱满、耗能能力最强，震后可修复，抗震韧性最优，但造价、加工门槛高。失效规律总结：焊接节点多出现焊缝脆断；普通干式节点破坏集中于螺栓、连接板；耗能型节点可实现 “损伤可控、构件可换”，符合建筑抗震韧性发展趋势。同时文章指出，住宅钢结构不能单一追求高刚度，需平衡抗震安全与室内空间使用需求，隐藏式插板节点更适配住宅场景。四、当前装配式钢结构住宅节点现存技术痛点标准化程度不足：节点构造依赖设计院单独设计，缺少统一模数、标准件系列，工厂预制难以批量量产，拉高加工成本；抗震与居住性存在矛盾：传统高强刚性节点构件外凸，影响室内装修、家具布置；隐藏式节点整体刚度偏弱，高烈度区应用受限；震后修复性差：多数常规干式节点塑性损伤集中于梁柱主体，大震后修复工程量大，无法快速恢复居住功能；配套体系不完整：节点、墙板、楼板、管线缺少一体化协同设计，拼装缝隙易出现隔音、渗漏问题；高层适配技术欠缺：现有干式节点试验多针对多层住宅，超高层钢结构住宅节点的抗侧、抗疲劳研究成果偏少。五、节点体系未来技术发展趋势隐藏式一体化干式节点：优化插板、内套筒构造，实现梁柱与墙体平齐，兼顾高刚度与室内空间美观，成为中高层住宅主流应用类型；可更换耗能韧性节点：推广摩擦、金属屈服耗能构件，实现地震下损伤集中于可拆卸配件，满足 “中震可修、大震不倒” 的韧性住宅目标；标准化模数节点库：建立分层高、分抗震烈度的标准节点图集，统一螺栓规格、构件尺寸，实现构件通用互换，降低工业化建造成本；全系统协同节点技术：同步匹配围护墙板、集成管线、装配式楼板的连接构造，形成结构、装修、机电一体化成套装配体系；模块化箱体住宅专用节点：针对集装箱式模块化钢结构住宅，研发快速锁紧干式连接件，提升模块化住宅拼装效率与整体稳定性。六、综述研究结论全干式机械连接节点是装配式钢结构住宅实现工业化快速建造的核心技术，可完全替代现场焊接工艺，综合施工、质量、环保优势显著；各类干式节点力学性能、适用场景区分明显：端板刚性节点适配高层框架，插板式隐藏节点适配多层商品住宅，摩擦耗能节点适配高烈度抗震韧性住宅；当前节点技术存在标准化缺失、居住性能与抗震性能难以兼顾、震后修复能力不足等短板，制约行业大范围推广；隐藏式构造、可更换耗能、标准化模数、多专业一体化协同是装配式钢结构住宅节点体系的核心研发方向，相关成果可为行业规范修订、住宅项目节点设计提供完整理论与试验依据。

作者：聂建国、丁然、周建龙等　　 出处：《建筑结构学报》（EI），2013 　　主题：节点构造、抗震试验、有限元验证 期刊官方原文阅览链接：http://www.jzjgxb.com/CN/Y2013/V34/I09超高层建筑普遍采用巨柱框架 - 核心筒搭配伸臂桁架的抗侧力体系，伸臂桁架与核心筒剪力墙的连接节点是传递水平剪力、倾覆力矩的关键受力部位，其构造形式直接决定整体建筑抗震安全储备。武汉中心塔楼作为典型超高层地标项目，针对桁架入墙段开发了钢板外包式、钢板内嵌式两类节点构造方案。本文依托该实际工程开展 1:3 缩尺试件低周往复拟静力加载试验，系统对比两类节点的极限承载能力、刚度演化规律、变形延性系数与滞回耗能特性；同步记录往复荷载作用下剪力墙混凝土裂缝发展路径、钢板局部屈曲、节点整体失效模式。试验数据表明，两种构造节点均具备充足承载力、良好延性与稳定耗能能力，整体抗震表现满足超高层抗震设防标准；综合施工难易度、极限承载力、墙体损伤程度三项指标对比，外包钢板节点综合性能优于内嵌钢板节点，现场拼装工序更简便、稳定承载力更高，同时能有效抑制核心筒墙体裂缝拓展。研究所得试验结论、节点受力规律直接支撑武汉中心塔楼加强层结构施工图设计，也为国内外同类超高层建筑伸臂桁架 - 剪力墙节点构造选型、抗震优化设计提供完整试验依据与技术参考。一、研究工程背景与研究目的武汉中心为 438m 高度超高层塔楼，主体结构采用巨柱框架 + 钢筋混凝土核心筒 + 多道钢伸臂桁架复合抗侧体系，多道加强层伸臂桁架是协调外围巨柱与内部核心筒协同受力、控制建筑侧向变形的核心构件。地震作用下，风荷载、地震产生的倾覆力矩与层间剪力会全部通过桁架端部节点传递至核心筒剪力墙，节点区域同时承受拉、压、弯、剪复合受力，应力状态复杂，极易出现混凝土压溃、钢板撕裂、墙体大面积开裂等破坏，是结构抗震薄弱区域。项目设计阶段提出两种钢 - 混凝土组合节点构造：一种将连接钢板包覆在剪力墙外壁（外包式节点）；另一种将钢板预埋埋入墙体内部（内嵌式节点）。两类构造传力路径、约束机理、施工难度差异显著，暂无成熟试验数据对比二者抗震优劣，无法直接判定最优方案。基于工程落地需求，课题组制作两类节点缩尺试件开展拟静力抗震试验，同步配套非线性有限元数值模拟验证，厘清不同构造节点的抗震性能差异、破坏演化规律，筛选适配武汉中心项目的节点形式，并总结通用化设计建议，填补超高层桁架 - 剪力墙组合节点试验研究空白。二、试件设计、加载方案与有限元建模方案（一）两类节点试件构造设计试验采用 1:3 几何缩尺比例，分别制作外包钢板节点、内嵌钢板节点两组试件，试件包含核心筒剪力墙墙体、端部暗柱、K 型钢伸臂桁架弦杆与腹杆、连接钢板、栓钉连接件，混凝土强度、钢材牌号、配筋率均与实际工程保持一致：钢板内嵌式节点：连接板整体预埋进剪力墙内部，依靠栓钉与墙体混凝土粘结传力，墙体外部无外露钢构件；钢板外包式节点：钢板贴合剪力墙内外表面，通过贯穿螺栓对拉固定，桁架杆件与外包钢板焊接，钢板通过栓钉约束墙体表层混凝土。（二）拟静力试验加载方案采用低周往复水平位移加载制度，逐级增大加载位移幅值，模拟多遇、设防、罕遇地震下节点往复受力全过程；试验全程同步采集荷载 - 位移滞回曲线、钢板应变、墙体裂缝宽度与分布、节点局部变形，记录各加载级刚度退化、承载力衰减特征。（三）有限元数值模拟方案采用 MSC.MARC 非线性有限元软件建立精细化实体模型，分别定义钢材塑性本构、混凝土损伤塑性本构、栓钉界面粘结滑移接触关系，完整还原钢板、混凝土、钢筋、桁架杆件协同受力行为。先通过试验实测滞回曲线、破坏形态校正有限元模型参数，再依托校准完成的模型深挖节点内部应力分布、荷载传递机理，实现试验与数值模拟双向对照验证。三、拟静力试验现象与抗震指标对比分析（一）裂缝开展与整体破坏形态内嵌钢板节点：往复加载初期墙体内部先出现细微斜裂缝，随位移加大裂缝持续向内延伸、交叉贯通；极限加载阶段墙体中部混凝土局部压碎，预埋钢板端部出现轻微屈曲，承载力下降幅度较大。外包钢板节点：外层钢板对墙体形成有效约束，裂缝仅少量出现在钢板边界区域，无大面积贯通斜裂缝；直至加载至极限位移，剪力墙主体混凝土未发生压溃，仅桁架端部钢板出现局部塑性变形，整体损伤程度远轻于内嵌式试件。（二）核心抗震性能指标量化对比承载能力：外包钢板节点极限承载力高于内嵌式节点，稳定持荷阶段更长，承载力衰减速率更平缓；刚度特性：两类节点初始刚度接近，但往复循环加载后，内嵌节点刚度退化速度明显更快，外包钢板约束作用有效延缓刚度损失；延性与耗能：两种节点滞回曲线均饱满无明显捏缩，延性系数均满足超高层抗震要求；外包节点滞回环面积更大，累积耗能能力更突出；施工适配性：内嵌钢板需浇筑混凝土前精准预埋，钢筋、钢板穿插冲突多，现场施工容错率低；外包钢板可在墙体浇筑完成后现场装配，工序简单，便于现场质量管控。综合对比得出结论：钢板外包式节点在承载力、墙体损伤控制、施工便捷度上全面优于内嵌钢板节点，最终作为武汉中心塔楼标准节点方案落地使用。四、有限元机理分析结果经试验数据校准后的有限元模型可精准复现节点裂缝发展、钢板塑性开展全过程，通过数值拆解得到传力机理规律：内嵌节点荷载依靠内部栓钉向墙体深层传递，墙体内部应力集中严重，往复荷载下混凝土易出现剪切损伤；外包钢板可将桁架传来的内力均匀分散至墙体整个截面，表层钢板限制混凝土裂缝扩张，实现应力均匀化分布；节点端部暗柱为次要受力防线，可进一步分担边缘拉压应力，设计中需保证暗柱配筋、截面尺寸满足延性要求。同时文章依托数值分析成果，提出该类节点承载力简化计算方法，方便工程设计人员快速验算。五、论文主要研究结论与工程应用价值钢板外包、钢板内嵌两类伸臂桁架 - 核心筒剪力墙节点均具备可靠承载能力、良好延性与耗能性能，均可满足超高层建筑抗震设计底线要求；同等加载条件下，外包钢板节点极限承载力更高、墙体裂缝更少、刚度退化更缓慢，综合抗震性能优于内嵌钢板构造，且现场装配施工更简便，更适合高烈度区超高层项目；低周往复荷载下，内嵌式节点易出现墙体内部深层剪切裂缝，刚度衰减更快，适用于墙体厚度充足、施工预埋条件优越的低、中烈度超高层；本文试验数据、有限元建模方法、节点选型对比结论直接支撑武汉中心加强层结构设计，有效解决该项目桁架与核心筒连接关键抗震难题；研究形成的节点构造优化思路、承载力简化计算模型，可为国内带伸臂桁架体系超高层写字楼、金融中心等同类建筑的节点抗震设计提供标准化参考，完善钢 - 混凝土组合加强层节点设计理论体系。

作者：王瑞峰、周建龙等　　 出处：《建筑结构》，2022，52(10) 　　主题：巨型框架、伸臂桁架、阻尼器、抗震设计 苏州中南中心主塔楼建筑总高度 499.15m，结构采用巨型框架 - 钢筋混凝土核心筒 - 多道伸臂桁架复合抗侧体系。文章围绕该超高层地标项目，系统梳理塔楼整体结构布局、各类荷载取值标准，明确项目设定的分级抗震性能目标，开展多遇地震下结构弹性整体计算分析；同时重点阐述高强混凝土材料、多层伸臂桁架、附加阻尼减振系统三大核心技术在本工程中的落地应用逻辑与设计要点。全套数值计算结果显示，塔楼层间位移角、构件内力、整体稳定、振动舒适度等全部控制指标均符合现行超高层建筑设计规范限值，整体结构具备充足安全储备，抗震、抗风性能可靠，可为国内同类千米级调整型超高层综合体结构方案设计提供完整工程参考。一、工程概况与结构设计难点苏州中南中心坐落于苏州金鸡湖 CBD 核心片区，为集甲级写字楼、高端酒店、公寓、观光层于一体的复合型超高层塔楼，地上 103 层、地下 6 层，建筑高度由初始 729m 优化调整至 499.15m，原有前期桩基、地下连续墙基础全部保留复用，大幅降低改造施工成本。塔楼平面采用方形钢筋混凝土核心筒，外围搭配巨型框架形成双重抗侧防线，竖向功能分区复杂、层高多变，且建筑自振周期长，对长周期地震动、强风荷载高度敏感，存在多项核心设计难点：超高度带来巨大竖向自重、倾覆力矩，巨柱与核心筒竖向变形差控制难度大；长周期结构常规反应谱无法精准匹配长周期地震作用，抗震分析参数需专项校准；风振加速度易超出人居舒适度标准，需配套减振阻尼装置抑制楼层晃动；建筑造型要求核心筒上部局部切角削弱墙体刚度，需依靠伸臂桁架协调内外结构协同受力；高度调整后原有地下基础承载力、刚度匹配性需重新验算优化。针对以上难题，论文依托巨型框架 + 伸臂桁架 + 附加阻尼一体化方案开展全套专项结构设计。二、整体结构体系布置方案（一）巨型框架体系塔楼外围巨型框架由 8 根工字形钢骨混凝土巨柱 + 4 根十字型钢骨角柱组合构成，搭配 9 道环带桁架均匀布置于设备避难层，形成空间封闭巨型受力外环。巨柱采用大厚度高强建筑钢材，内部灌注高强混凝土，兼具超高竖向承压能力与水平抗侧刚度；环带桁架将分散巨柱连成整体，均衡分配楼层水平剪力，约束单根巨柱独立侧移，提升结构整体抗扭性能。（二）钢筋混凝土核心筒内部核心筒平面尺寸 34.1m×34.1m，作为主要抗剪、抗弯受力构件，筒体墙体随建筑高度提升逐步减薄；塔楼 3 区及以上楼层切除核心筒四角墙体，满足内部中庭通透的建筑需求，墙体削弱区域增设暗柱、加厚配筋补偿刚度损失；避难层采用加厚刚性楼板作为水平刚性隔板，保障核心筒与外围巨型框架水平力顺畅传递。核心筒全程采用超高强混凝土浇筑，有效压缩墙体截面、减轻自重。（三）多层伸臂桁架加强层塔楼竖向共设置 5 层伸臂桁架，分别布置于 2、4、6、7、8 区设备层，桁架两端分别锚固于核心筒墙体与外围巨型柱，是协调内外结构共同工作的关键构件。受力机制：风、地震产生的倾覆力矩通过伸臂桁架传递至外围巨柱，充分发挥巨型框架竖向抗弯承载力，大幅降低核心筒墙体弯矩，有效减小建筑层间变形；论文对比多组伸臂桁架层数、竖向布置高度方案，确定当前 5 道桁架为刚度、造价平衡下的最优布置形式。同时针对桁架与核心筒连接节点开展局部有限元应力校核，避免节点区域应力集中出现混凝土损伤。三、荷载取值与分级抗震设计（一）荷载参数确定荷载涵盖竖向恒活荷载、重现期 50 年基本风荷载、多遇 / 设防 / 罕遇三级地震作用，同时考虑混凝土长期收缩徐变、温度应力、施工找平附加荷载。针对结构超长自振周期特点，专项修正地震反应谱长周期段取值，校准周期折减系数，精准计算长周期地震带来的基底剪力与倾覆力矩，避免低估地震作用造成安全隐患。（二）抗震性能目标设定项目属于重点设防类超限超高层建筑，采用分级抗震性能控制标准：多遇地震（小震）：结构整体保持完全弹性，无构件损伤，正常使用不受影响；设防地震（中震）：仅次要构件出现轻微塑性变形，核心筒、巨柱、伸臂桁架等关键受力构件维持弹性，震后简单检修即可恢复使用；罕遇地震（大震）：允许次要耗能构件进入塑性耗散地震能量，竖向承重巨柱、核心筒底部不发生严重破坏，满足 “大震不倒” 底线要求。（三）弹性阶段整体地震分析采用专业结构分析软件建立完整三维计算模型，开展振型分解反应谱法弹性地震计算，提取层间位移角、楼层剪力、构件内力、扭转位移比等关键指标。计算结果表明，增设伸臂桁架巨型框架体系可将塔楼最大层间变形严格控制在规范限值以内，结构扭转效应微弱，整体刚度分布均匀，弹性阶段各项指标全部达标。四、减振阻尼系统专项设计因塔楼高度大、自振周期长，强风作用下楼顶、高区楼层振动加速度难以满足办公、酒店人居舒适度限值，本工程搭配双重阻尼减振体系：塔顶调谐质量阻尼器（TMD）：在塔楼观光塔冠区域设置大吨位调谐质量阻尼装置，通过反向摆动抵消主体结构风振响应，显著降低顶部风振加速度；水箱调谐液体阻尼器（TSD）：利用建筑高位消防水箱作为液体减振构件，与 TMD 形成复合减振系统，该组合形式在国内超高层项目中应用案例较少。两类阻尼装置协同工作，大幅削减风振幅值，提升室内人员舒适感，同时小幅降低地震下结构振动输入能量，辅助提升整体抗震表现。五、核心配套材料应用：高强混凝土塔楼核心筒、巨型柱竖向构件大范围采用高强混凝土，随高度上升逐级下调混凝土强度等级，在保证竖向承载力、墙体刚度的前提下，有效减轻结构自重，降低基础荷载；同时缩小墙体、巨柱截面尺寸，释放室内可用空间，平衡结构安全与建筑使用需求。设计中同步验算高强混凝土收缩、徐变带来的内外筒竖向变形差，通过施工顺序、后浇带设置、预应力补偿等措施控制变形差值在允许范围。六、论文主要研究结论与工程价值499.15m 苏州中南中心选用巨型框架 - 核心筒 - 多层伸臂桁架复合体系，可高效平衡结构抗侧刚度、竖向承载力与建筑空间需求，适配高度调整后的超限超高层改造项目；五层竖向均匀分布的伸臂桁架能够充分联动外围巨柱与内部核心筒，显著减小层间位移、降低核心筒墙体受力，是控制超高层变形的核心构造措施；TMD+TSD 双重阻尼减振系统可同步优化建筑风振舒适度与抗震耗能能力，为长周期超高层减振设计提供新型组合方案；高强混凝土材料搭配钢骨巨型构件，可实现结构轻量化设计，有效缓解超高层自重、基础受力压力；全套弹性地震计算结果验证，本项目结构位移、内力、稳定等指标均满足现行规范，整体抗震抗风安全储备充足；本文荷载修正方法、伸臂桁架优化布置、复合阻尼减振、超高层高度调整改造设计思路，可为国内同类型高度梯度调整、带中庭切角核心筒的巨型框架超高层综合体提供成套设计参考。

作者：王立军，郭玉莹　　 出处：《建筑结构》，2022，52 (18) 　　主题：全生命周期碳排放、轻量化设计、绿色建材、减碳技术 在碳达峰、碳中和战略全面落地的行业背景下，建筑领域减碳工作成为绿色转型核心环节，钢结构建筑兼具可循环、装配化、轻量化天然优势，是实现建筑行业控碳减排的重要载体。本文以建筑全生命周期碳排放核算体系为基础，系统拆解钢结构从原材料冶炼、结构设计、工厂加工、现场装配、建筑运营直至拆除回收全流程的碳排放分布特征，识别物化阶段钢材生产、冗余用钢、高能耗加工工艺为主要碳排来源。围绕轻量化结构优化、低碳绿色建材应用、工业化装配式建造、全周期循环回收四大核心维度，梳理成套可落地减碳技术路径；针对现阶段行业普遍存在的碳排放核算标准不统一、高强低碳钢材推广受限、废旧钢材回收复用机制不完善、低碳设计落地动力不足等现实难题展开剖析；结合工业厂房、高层住宅、大跨度公共建筑等不同业态钢结构项目给出差异化低碳实施方案，量化各类技术的碳减排潜力。研究成果可为结构设计师开展低碳钢结构方案优化、行业制定钢结构减碳标准、企业推进绿色建造转型提供清晰技术框架与实操参考。二、研究背景与研究意义国家 “双碳” 战略明确建筑领域需持续降低建造与运营阶段碳排放，建筑隐含碳（建材生产阶段碳排放）占建筑总碳排比重超六成，钢材冶炼作为高耗能工序，直接决定钢结构项目碳总量水平。相较于钢筋混凝土结构，钢结构自重更低、构件可拆解回收、现场湿作业少，理论减碳潜力突出，但当前国内钢结构行业普遍存在保守设计造成用钢量过剩、普通碳素钢材占比高、加工涂装工艺能耗污染大、拆除后钢材简单回炉、极少实现异地复用等问题，未能充分释放低碳优势。现有研究多聚焦单一环节减排手段，缺少覆盖全生命周期、分阶段系统化的技术路径梳理，难以指导工程全流程低碳落地。基于该行业缺口，文章以全生命周期评价（LCA）理论为工具，分段量化钢结构各阶段碳排放占比，分类整理从源头到末端的成套降碳技术，同步梳理行业现存发展阻碍，形成完整、可落地的钢结构低碳技术体系。三、钢结构全生命周期碳排放分布特征文章将钢结构建筑划分为五大阶段，逐一测算各阶段碳排放贡献占比：建材物化阶段（占总碳排 60%~72%）：高炉转炉钢材冶炼、构件原材料运输为核心碳源，是减碳攻坚重点；设计加工阶段（占 8%~12%）：过度保守设计增加用钢总量、传统焊接高能耗、溶剂型防腐涂料释放碳与污染物；现场施工装配阶段（占 5%~9%）：重型吊装设备燃油消耗、临时支撑耗材一次性使用、现场动火作业产生附加碳排；建筑运营使用阶段（占 7%~15%）：围护热桥造成空调能耗偏高、防腐维护翻新重复涂装产生二次碳排放；拆除回收阶段（占 2%~5%）：废旧钢材分拣损耗、低回收率回炉重炼，构件直接废弃丧失循环减碳收益。测算结果表明，物化与设计环节具备最大减碳空间，优先优化结构设计、选用低碳钢材可实现最显著减排效果。四、四大类核心钢结构低碳技术路径（一）结构轻量化优化设计技术（源头减碳核心路径）从方案设计阶段控制钢材总用量，直接降低物化阶段碳排放，是性价比最高的减碳手段。高强钢减量设计：推广 Q460、Q690 等高强度结构钢材，同等受力条件下构件截面尺寸、钢材用量可减少 20%~35%；配套优化梁柱、支撑截面形式，采用窄翼薄壁高效型材，杜绝传统保守加厚截面的冗余设计。BIM 数字化协同优化：通过三维精细化模型开展多方案内力对比，优化柱网布局、支撑体系、伸臂桁架布置，削减多余受力构件；建立 “碳 - 承载力” 双控设计指标，在满足安全前提下优选低用钢量方案。高效结构体系选型：大跨度建筑采用张弦梁、空间桁架等受力高效体系；住宅推广钢管混凝土组合钢结构，借助混凝土承压减少钢构件截面；高烈度区合理搭配消能减震构件，降低主体钢材配置标准。节点轻量化干式连接：推广高强螺栓插接、端板简化连接等免现场焊接节点，减少连接板、加劲肋耗材，同时降低现场焊接能耗。（二）低碳绿色建材应用路径针对钢材、围护、防护材料进行低碳替代，降低原材料生产碳排放。再生废钢电弧炉钢材替代：采用高比例废钢冶炼再生钢材，相较高炉原生钢材碳排放降低 30% 以上；规范再生钢材杂质控制标准，保障力学性能满足建筑结构要求。耐候钢、低合金低碳钢材：减少后期防腐涂装频次，大幅降低建筑运营阶段翻新带来的附加碳排，适配户外厂房、景观钢结构。低碳围护配套建材：搭配 ALC 蒸压轻质墙板、保温一体化夹芯板材，消除围护热桥，降低建筑空调运行能耗；采用水性防腐防火涂料，替代高 VOC 溶剂型涂料，减少加工阶段碳排放与污染物。钢 - 竹、钢 - 木复合构件：低层建筑采用可再生生物质材料与钢组合，进一步降低整体隐含碳。（三）工业化装配式低碳建造技术依托工厂预制、现场干式装配，压缩施工阶段能耗与资源消耗。全预制构件智能制造：工厂数控自动化下料、机器人焊接，材料损耗率控制在 3% 以内，远低于现场散制损耗；工厂集中处理粉尘、废水、焊渣，污染治理能效更高。全干式无湿作业施工：取消现场混凝土支模、浇筑工序，减少水泥砂石消耗与施工用水、用电；缩短 40% 以上施工工期，降低工程机械燃油碳排放。模块化集成建造：标准化箱体模块批量生产，可整体吊装、异地搬迁复用，大幅延长钢材使用寿命，减少重复冶炼碳排。施工现场低碳管控：可周转式临时支撑、脚手架重复利用，光伏临时供电系统替代柴油发电机，进一步压缩施工碳足迹。（四）全周期循环回收利用技术（末端碳补偿路径）通过钢材重复使用实现碳封存补偿，抵消新建阶段碳排放。可拆卸标准化构造：全部采用螺栓干式节点，建筑到达使用年限后可无损拆解钢构件，分类分拣后直接用于新项目二次装配，避免回炉冶炼高额碳消耗。完善废钢分级回收体系：区分结构完好构件、轻度损伤型材、报废钢材，分级复用；建立钢结构构件共享、翻新流转机制，打造 “城市矿产” 循环模式。碳补偿核算机制：量化钢材二次复用产生的碳减排额度，纳入建筑绿色评价体系，提升项目低碳收益。五、当前钢结构低碳转型现存行业痛点碳排放核算体系不统一：国内缺少钢结构专用全生命周期碳排放计算标准，不同项目碳排测算口径差异大，难以量化对比减碳成效；高强、再生低碳钢材市场推广不足：再生钢材认可度偏低，高强钢采购成本溢价高，设计院倾向选用传统普通钢材；低碳设计激励机制缺失：现行结构设计规范以安全为唯一核心指标，未设置碳排放约束要求，设计师缺少轻量化优化动力；构件循环复用产业链不完善：国内废旧钢结构多直接回炉，缺少专业构件检测、翻新、流转企业，二次复用成本高于新购钢材；低碳加工工艺普及率低：中小钢构加工厂仍大量使用高能耗焊接、溶剂型涂料，绿色改造资金投入压力大。六、分业态钢结构低碳落地实施建议工业厂房、大跨度场馆：优先采用高强钢轻量化桁架门式刚架，搭配模块化预制，屋面加装光伏系统实现运营阶段碳中和；装配式钢结构住宅：推广钢管混凝土隐藏式干式节点，轻量化钢框架 + 保温一体化墙板，配套可拆解构造便于后期改造复用；超高层钢结构综合体：结合伸臂桁架、阻尼减震体系优化整体刚度，严控竖向用钢总量，高比例使用再生钢材降低隐含碳。七、论文核心研究结论与工程应用价值钢结构建筑减碳需覆盖设计、材料、加工、施工、运营、回收完整生命周期，物化阶段钢材生产与保守设计过量用钢是最主要碳排放来源，轻量化优化与低碳钢材替代减排效益最为突出；轻量化结构优化、低碳绿色建材、装配式干式建造、构件循环复用四类技术可形成互补成套减碳路径，不同建筑业态可按需组合适配；现阶段行业受核算标准、材料成本、产业链配套限制，低碳钢结构规模化推广存在阻碍，需完善规范标准、出台绿色激励政策、搭建钢材循环流转体系；文中梳理的全流程低碳技术框架、分类型项目实施策略，可为结构工程师低碳方案设计、钢结构企业绿色生产改造、绿色建筑评审碳核算提供完整技术依据，助力建筑行业落实双碳减排目标。

作者：陈向荣，郑欣，余浩然，李威宾　 出处：《钢结构（中英文）》，2025，40 (12) 　　主题：研究 SMA 自复位节点在钢结构中的减震、耗能、减小残余变形等新型抗震技术 期刊官方阅览链接：http://gjg.ic-mag.com/en/article/doi/10.13206/j.gjgS24030802超弹性形状记忆合金（SMA）具备独特形状记忆效应与超弹性力学特征，将其引入钢结构梁柱节点可同步赋予结构自复位、耗能减震双重功能。现有相关研究大多仅针对单一节点构件开展力学试验，将 SMA 自复位节点装配至完整钢框架体系、从整体结构层面评估抗震表现的研究较为匮乏。为系统分析配备 SMA 自复位节点钢框架在地震荷载下的整体响应规律，本文依托 OpenSEES 有限元程序搭建精细化整体框架数值模型，结合已有节点拟静力试验数据完成模型精度校验；选取初始抗侧刚度、极限承载能力、峰值层间位移角、震后残余层间位移角四大核心评价指标，分别开展非线性静力推覆分析与多组地震波下非线性动力时程分析。计算结果表明：对比传统全焊接刚性钢框架，装配 SMA 自复位节点的框架整体初始刚度与极限承载力略低；地震作用下结构楼层峰值变形有所提升，但完全满足现行规范变形限值；SMA 材料提供的回复力可大幅削减震后永久残余侧移，残余层间变形远低于常规钢框架；同时该类节点可优化各楼层变形分布，缓解局部楼层变形集中问题，结构受力均匀性显著提升。研究证实 SMA 自复位节点钢框架拥有优异的震后恢复能力，契合韧性抗震建筑 “震后快速恢复使用” 的发展方向，可为高设防区域可修复钢结构住宅、公共建筑提供新型节点成套设计参考。一、研究背景与研究意义传统钢框架采用焊接或高强螺栓刚性梁柱节点，地震往复荷载作用下梁端、节点核心区易产生塑性损伤，结构卸载后会留存明显残余层间位移。若残余变形超出限值，建筑需大规模拆除修复构件，严重影响医院、学校、应急指挥中心等关键建筑的灾后应急使用功能。形状记忆合金 SMA（主流为镍钛基合金）在常温下拥有稳定超弹性，经历大变形卸载后可自动恢复原始形态，搭配摩擦耗能构造即可形成兼具复位、耗能作用的装配式自复位梁柱节点。当前国内研究多聚焦 SMA 节点单构件往复加载试验，缺少对完整多层钢框架整体抗震响应、楼层变形分布、残余变形控制效果的系统性数值推演，难以指导实际工程整体结构方案设计。基于行业研究缺口，本文建立搭载 SMA 自复位梁柱节点的多层钢框架整体模型，对比传统刚性框架的静力、动力地震响应，揭示 SMA 自复位节点对整体结构减震、控残余变形、优化楼层受力的作用机理，完善韧性钢结构体系设计理论。二、SMA 自复位节点构造与协同工作机理论文采用内置 SMA 螺杆摩擦复合型自复位梁柱节点，由钢柱、钢梁、超弹性 SMA 长螺杆、腹板摩擦耗能组件、锚固加劲件构成，完整传力与耗能逻辑分为两部分：自复位驱动力来源：地震造成梁柱发生相对转动时，梁上下翼缘位置的 SMA 螺杆受拉伸产生超弹性变形，加载阶段承担梁端弯矩；当地震荷载消退、结构卸载，SMA 依靠自身超弹性收缩恢复原长，带动钢梁归位，消除梁柱相对转角，从根源降低整体框架残余侧移。双重耗能机制：一是 SMA 材料自身相变循环消耗地震输入能量；二是节点腹板配套摩擦片在梁柱转动时发生相对滑移，依靠摩擦作用补充耗能，提升整体结构阻尼，削减地震作用下楼层峰值加速度与瞬时变形。设计中钢梁、钢柱主体构件全程保持弹性，地震损伤仅集中于可替换 SMA 螺杆与摩擦片，震后仅更换小型耗能配件即可恢复结构全部使用功能，实现低成本快速修复。三、数值模型搭建与计算方案设置（一）有限元模型校准采用 OpenSEES 软件搭建三维多层钢框架模型，自定义 SMA 超弹性本构关系，精准还原材料加载 - 卸载旗帜型滞回特征；调取已完成的节点低周往复试验滞回曲线、骨架曲线校正模型参数，确保数值模拟结果与真实试验力学行为匹配，消除模型系统误差。（二）对比结构方案设置设置两组对照模型开展同步计算：方案 1：传统焊接刚性梁柱节点钢框架（对照组）；方案 2：全楼层装配 SMA 摩擦复合型自复位节点钢框架（研究组）。（三）分析工况非线性静力推覆分析：逐级施加水平侧向荷载，提取骨架曲线、刚度退化规律、层间变形演化；非线性动力时程分析：选取近场、远场多组天然地震波，分别输入多遇、设防、罕遇三级地震加速度，记录基底剪力、楼层加速度、峰值层间位移、震后残余位移。四、静力推覆计算结果对比分析刚度与承载力特征：SMA 自复位框架初始抗侧刚度、极限水平承载力低于传统刚性框架，根源在于节点为半刚性转动构造，不具备焊接节点完全刚接约束效果；但结构整体变形能力大幅提升，极限层间变形显著大于普通框架，延性表现更优。楼层变形分布规律：传统刚性框架塑性损伤集中于底部楼层，底层变形占比过高；SMA 自复位框架依靠节点转动释放内力，各楼层侧向变形差值缩小，变形沿竖向分布更均匀，避免局部楼层率先进入严重塑性破坏状态。卸载复位特性：推覆荷载完全卸载后，传统钢框架留存可观永久层间侧移；SMA 自复位框架侧移基本回弹至初始位置，残余变形量可降低 90% 以上，自复位效果突出。五、地震动力时程分析性能对比（一）峰值地震响应指标同等地震动输入条件下，SMA 自复位框架基底剪力、楼层峰值振动加速度均低于传统钢框架；结构瞬时最大层间位移角略有增大，但始终控制在规范抗震变形限值以内，不会出现围护墙体、管线大面积破损。（二）震后残余变形核心优势罕遇地震作用完成卸载后，传统刚性框架存在较大不可逆残余层间位移，建筑丧失正常使用条件；SMA 自复位节点框架残余层间位移角数值极小，结构整体形态基本复原，无需大规模加固维修即可投入运营，完美适配抗震韧性建筑 “中震可修、大震不倒、震后即用” 的性能目标。（三）滞回耗能表现SMA 自复位框架滞回曲线呈饱满旗帜型，兼具稳定耗能与复位特征；传统焊接框架滞回环捏缩明显，后期承载力衰减严重，耗能能力随塑性损伤累积持续下降。SMA 螺杆 + 摩擦片双重耗能体系有效消耗地震能量，降低主体钢构件损伤风险。六、关键参数影响规律简析论文依托多组参数拓展计算，总结影响 SMA 自复位框架抗震性能的核心变量：SMA 螺杆直径、预拉应变：增大螺杆截面与初始预拉力，可同步提升节点承载力、复位能力，但会小幅提升结构刚度，放大地震内力；摩擦片摩擦力大小：摩擦力提升可增强耗能能力，但会削弱卸载复位效果，需平衡耗能与自复位两项指标；节点布置楼层：底层框架节点对整体残余变形控制起决定性作用，底层优先采用 SMA 自复位节点即可大幅改善整体震后恢复性能。七、论文主要研究结论与工程应用价值装配 SMA 摩擦复合型自复位节点的钢框架拥有 “高延性、低残余变形、可快速修复” 的核心优势，虽整体刚度与承载力略低于传统刚性焊接框架，但变形指标满足现行钢结构抗震规范全部要求；SMA 自复位节点能够均衡竖向楼层变形分布，避免底部楼层变形集中，同时显著降低地震作用下基底剪力与楼面振动加速度，减震效果良好；超弹性 SMA 材料提供的回复力可近乎消除震后永久侧移，地震损伤仅集中于可拆卸耗能配件，大幅降低灾后检修、重建成本，适合医院、政务楼、学校等高韧性需求公共建筑；本文建立的 OpenSEES 精细化 SMA 框架数值建模方法、多工况对比分析思路，可为 SMA 自复位钢结构的整体抗震验算、节点参数优化提供标准化数值模拟流程；该类新型节点体系拓展了韧性钢结构技术路径，为高烈度抗震区装配式钢结构建筑提供差异化抗震解决方案，推动 SMA 智能材料在建筑抗震领域工程化落地。

作者：周建龙、李立树、江晓峰等　　 出处：《建筑结构》，2021，51 (09)　　 主题：核心筒偏置、巨柱框架、伸臂桁架、弹塑性分析 深圳恒大中心塔楼结构总高度 393.9m，整体采用增设多道加强层的钢管混凝土巨柱框架 - 钢筋混凝土核心筒混合抗侧体系。本工程存在多项差异化设计难点：场地地质条件复杂，基础底板需穿越岩体碎裂带，建筑北侧紧邻地铁线路；平面核心筒采用偏心布置方案，塔楼中、高区段筒体向北侧逐层内收，造成南侧形成大跨度无柱办公楼面；外立面造型要求外围巨柱沿高度向内收缩，中低楼层区段形成倾斜巨柱受力构件。设计团队采用 “多环带桁架、单道伸臂桁架” 的加强层布置策略，利用全部避难层、设备层布设环带桁架并同步承担竖向转换功能，仅于塔楼中部设置单层伸臂桁架协调内外结构协同受力。研究依托 YJK、ETABS 两套软件完成多遇地震、风荷载工况下整体弹性计算，借助 ABAQUS 开展罕遇地震动力弹塑性时程分析；针对核心筒偏置扭转、斜巨柱应力集中、大跨度楼盖振动、地基与地铁相互影响等专项问题开展补充验算，对筒体墙体、巨柱、桁架节点等关键受力构件实施构造加强处理。全套计算结果显示，结构层间变形、扭转位移比、构件承载力、弹塑性损伤演化等全部指标均满足现行超限高层建筑规范标准，预设分级抗震性能目标全部达成，整套结构方案安全储备充足，同时兼顾施工效率与项目综合造价优势，可为同类偏心核心筒、带斜巨柱的超高层综合体提供成套设计参考。一、工程概况与核心设计难点项目坐落于深圳湾超级总部基地，地上 75 层、地下 6 层，集甲级办公、配套商业、会展功能于一体，基坑开挖深度 42.35m，属于国内民用建筑超深基坑工程，场地分布厚层淤泥、填石层，基础施工需穿越破碎岩层，且北侧地下区间距离建筑基础极近，基础变形、振动控制要求严苛。建筑外立面采用竖向收分双曲面造型，为实现南侧无遮挡观景空间，核心筒未居于平面几何中心，形成显著偏心布局，且塔楼中区、高区筒体墙体持续向北收进，南侧产生大跨度楼板，极易加剧整体扭转效应；外围竖向承重巨柱随外立面轮廓向内倾斜，中低区斜柱存在拉压复合受力、局部应力集中问题。结合业主快速施工需求，项目放弃多道伸臂桁架传统方案，采用以环带桁架为主、单道伸臂为辅的加强层体系，如何依靠有限加强构件抵消核心筒偏心带来的扭转、控制层间变形，是本次超限设计核心难点。综合梳理工程核心矛盾：偏置 + 竖向收进核心筒，结构扭转效应突出，需平衡刚度分配抑制扭转；中低区段倾斜钢管混凝土巨柱，复合应力复杂，节点与柱身延性设计难度大；南侧超长跨度楼面，需同时满足竖向承载力、人员振动舒适度双重指标；超深基坑临近地铁，基础沉降、水平位移限值严格；高度近 400m 长周期超高层，风振、长周期地震动响应显著，需分级把控弹性、弹塑性阶段结构性能。二、整体结构体系总体布置（一）钢管混凝土巨柱外框架体系塔楼外围设置多根矩形异形截面钢管混凝土（CFT）巨柱，依托钢管对内部混凝土形成套箍约束，大幅提升竖向承压、抗弯延性，相较型钢混凝土柱具备现场施工速度快、支模工序简化的优势。巨柱沿建筑高度分阶段内收，6 层以下为竖直巨柱，中低区逐步倾斜形成斜柱，倾斜角度区间 86°~90°；随楼层升高减少巨柱数量，优化外立面形态同时控制整体用钢量。全部避难层设置环带桁架，共 7 道单层环带桁架均匀分布竖向，将分散独立巨柱连成闭合空间外环，一方面均衡分配楼层水平剪力、削弱偏心核心筒引发的扭转，另一方面承担竖向转换荷载，实现 “一桁架两用”，减少额外转换构件造价。（二）偏心钢筋混凝土核心筒核心筒整体平面方形，全程采用高强混凝土浇筑，低区墙体加厚、高区逐层减薄。筒体整体向北偏移形成偏心布局，中区、高区筒体四角墙体持续收进，南侧楼板最大跨度显著增大。针对偏心带来的扭转缺陷，采取多重补偿措施：筒体角部增设内置型钢暗柱提升延性；加厚筒体与桁架连接区域墙体配筋；依托环带桁架提升外框整体刚度，分担筒体承担的倾覆力矩；南侧大跨度楼面采用钢桁架楼盖，减轻自重同时提升楼面刚度，规避共振与振动超标问题。（三）加强层桁架系统（多环带 + 单伸臂优化方案）设计摒弃传统多层伸臂桁架模式，仅在中部第四避难层设置一道单层伸臂桁架，桁架两端分别锚固于核心筒墙体与外侧巨柱，传递整体倾覆力矩，协调内外框架协同抗侧；竖向其余 7 处避难层全部布设环带桁架，作为抗扭、转换主力构件。方案优势：大幅减少伸臂桁架施工工序，降低设备层层高占用，缩短现场钢结构安装工期；多道环带桁架均匀分布竖向，持续约束巨柱侧移，弥补单道伸臂桁架刚度短板，完美适配本工程核心筒偏心的受力特征。同时对伸臂桁架与筒体连接节点开展局部精细化有限元校核，避免墙体局部压溃、应力集中。三、地基基础专项设计场地地质层次复杂，表层分布软弱淤泥与填石层，下部存在碎裂岩层，同时北侧紧邻地铁隧道，基础设计两大控制目标：控制基础总沉降与差异沉降、隔绝建筑振动对地铁线路的影响。基础采用大直径超长钻孔灌注桩，单桩最大孔深达 82m，桩端嵌入完整基岩；超厚筏板基础搭配多道后浇带，抵消混凝土收缩温度应力；基础与地铁区间之间设置隔离防护构造，严格限制基坑开挖、建筑使用阶段土体变形量，同步完成基础与上部结构整体协同计算，验算竖向荷载、地震作用下基础内力分布。四、分阶段结构计算分析方案（一）多遇地震、风荷载弹性整体分析采用 YJK、ETABS 两款专业软件建立三维整体模型，互相校核计算结果；荷载涵盖 50 年重现期基本风压、多遇地震反应谱、竖向恒活荷载、混凝土收缩徐变、温度应力等；针对长周期超高层修正反应谱长周期段参数，精准计算长周期地震基底剪力。输出层间位移角、扭转位移比、楼层剪力、倾覆力矩、巨柱与筒体内力、楼板应力等指标，优化环带桁架、伸臂桁架截面尺寸，调整巨柱含钢率、核心筒墙体厚度，确保弹性阶段结构整体保持完全弹性，无构件进入塑性状态。（二）罕遇地震动力弹塑性时程分析采用 ABAQUS 非线性有限元软件开展弹塑性时程验算，选取多条天然地震波输入模型，完整模拟罕遇地震下构件塑性发展全过程；分别定义钢材、混凝土损伤塑性本构，精准捕捉斜巨柱、筒体墙体、桁架腹杆塑性铰出现顺序与损伤程度。弹塑性分析核心结论：罕遇地震作用下，塑性损伤优先集中于次要桁架腹杆、大跨度楼面次梁；钢管混凝土巨柱、核心筒底部墙体、伸臂桁架主弦杆等关键竖向承重构件始终维持弹性状态，满足 “大震不倒” 性能底线；核心筒偏心引发的扭转变形处于规范允许范围，环带桁架有效限制扭转进一步扩大。（三）多项专项补充验算倾斜巨柱局部应力专项分析：校核斜柱拉压弯剪复合受力，优化钢管壁厚、内部加劲肋布置；核心筒 - 伸臂桁架节点局部应力分析：防止节点区域混凝土局部承压破坏；南侧大跨度楼面舒适度验算：控制人行激励下楼盖峰值加速度，满足办公使用舒适度；基础与地铁相互影响专项验算：评估基坑开挖、建筑长期荷载对隧道变形的影响。五、关键构件优化加强措施偏心核心筒加强：筒体收进角部设置型钢暗柱，桁架连接区域墙体增设双排配筋与局部加厚钢板，提升墙体抗剪、抗弯承载力；倾斜钢管混凝土巨柱优化：加大斜柱区段钢管壁厚，内部增设横向加劲隔板，提升钢管对混凝土套箍约束效果，避免钢管局部屈曲；桁架节点构造：伸臂、环带桁架与巨柱、筒体连接位置增设加厚连接板、加劲肋，采用全熔透焊接，关键节点做探伤检测；大跨度楼面体系：南侧超长楼板采用主次钢桁架组合楼盖，减小楼板厚度，降低自重，抑制竖向振动。六、论文核心研究结论与工程应用价值393.9m 深圳恒大中心采用钢管混凝土巨柱框架 - 偏心钢筋混凝土核心筒 + 多道环带桁架 + 单道中部伸臂桁架复合体系，可有效抵消核心筒偏置带来的扭转效应，兼顾结构刚度、施工速度与造价平衡；“多环带、少伸臂” 的加强层布置策略，适合核心筒偏心、追求快速施工的超高层项目，环带桁架兼具抗扭与竖向转换双重功能，可大幅减少伸臂桁架工程量；中低区倾斜钢管混凝土巨柱搭配加厚钢管、内部加劲构造，可解决斜柱复合应力集中问题，保障竖向承重构件延性与安全储备；通过弹性双软件校核 + 罕遇地震弹塑性时程分析 + 多专项局部验算的完整流程，可全面把控偏心筒体超高层的整体变形、构件损伤、基础变形风险，本工程全部计算指标均达到超限建筑规范要求，分级抗震性能目标全部实现；文中针对偏心核心筒、斜巨柱、临近地铁超深基坑的全套设计优化方法、刚度补偿措施，可为国内同类造型收分、筒体偏心布置的超高层总部综合体提供标准化设计思路与验算参考。

作者：钱稼茹，纪晓东　　 出处：《地震工程与工程振动》，2022，42 (02) 　　主题：消能减震、滞回性能、结构控制、工程应用 期刊官方阅览入口：https://dzgc.paperonce.org/传统中心钢支撑在地震往复荷载作用下受压易发生整体屈曲，滞回曲线捏缩严重、耗能能力薄弱，难以满足钢结构建筑消能减震的高标准需求。屈曲约束支撑（BRB）依靠外部约束构件限制内核钢板屈曲，拉压往复受力下均可稳定进入塑性屈服状态，具备饱满滞回耗能特性，是钢结构体系主流金属消能减震构件。本文系统梳理屈曲约束支撑的内部构造、受力耗能机理、低周往复荷载下滞回性能演化规律；依托多组足尺构件试验与多层钢框架整体数值模拟，分析支撑布置形式、约束比、内核钢材截面、楼层布设方案对钢框架整体抗震控制效果的影响；对比普通钢支撑、防屈曲支撑两类框架在层间变形、基底剪力、构件损伤分布、等效附加阻尼比等指标上的差异；归纳 BRB 用于钢结构厂房、装配式住宅、高层公共建筑的成套设计流程、节点连接构造与工程落地要点；同时指出当前行业在支撑端部疲劳破坏、多层刚度不均、震后检测更换、造价管控等方面现存技术短板，给出针对性优化措施。研究成果完善钢结构消能减震设计理论，可为各类钢结构建筑采用屈曲约束支撑开展减震控制设计提供完整试验依据与工程实操规范。一、研究背景与研究意义钢框架常规十字交叉、单斜中心支撑造价低廉、施工便捷，但抗震缺陷突出：地震受压阶段支撑极易发生整体失稳屈曲，承载力快速下降，滞回环收窄，无法持续消耗地震输入能量，还会造成楼层刚度突变、局部变形集中，大幅提升梁柱主体构件塑性损伤风险。屈曲约束支撑通过外围套管、砂浆填充层对核心耗能钢板形成侧向约束，从根本上解决受压屈曲难题，加载、卸载全过程均可稳定屈服耗能，能为结构提供可观附加阻尼，实现 “支撑先耗能、主体框架保持弹性” 的分级抗震目标，契合韧性建筑设计思路。国内已有大量构件层面试验，但缺少系统整合构件力学特性、整体框架控制效果、全场景工程应用的整合研究，不同业态钢结构选用、布置、验算缺少统一指导逻辑。基于该行业缺口，本文结合试验与数值模拟双重手段，完整剖析 BRB 减震控制机理，梳理标准化设计与施工技术体系。二、屈曲约束支撑构造与滞回耗能核心机理（一）标准构件分层构造主流 BRB 分为三层核心组成：内核耗能钢板：低屈服点钢材制成，承担全部拉压塑性变形，是耗能核心；无粘结隔离层：涂抹润滑材料，消除内核与外部约束层摩擦粘结，保障内核自由伸缩变形；外部约束单元：钢管 + 填充砂浆 / 混凝土，提供侧向约束刚度，限制内核钢板发生整体屈曲与局部鼓曲。（二）往复荷载下受力与滞回特性普通钢支撑受压失稳，滞回曲线存在明显捏缩段，循环耗能持续衰减；屈曲约束支撑无论受拉、受压均可进入塑性屈服，滞回曲线饱满对称，循环加载过程承载力衰减平缓、疲劳性能优良；加载时内核钢材塑性变形耗散地震能量，提升结构等效阻尼比，降低地震作用下楼层剪力与侧移；卸载后支撑可恢复大部分变形，大幅减轻主体钢框架残余损伤。文章明确关键设计参数约束比临界阈值：外部约束刚度需达到内核钢板临界屈曲荷载的指定倍数，约束不足仍会出现局部屈曲失效，约束过大会无谓增加构件自重与造价。三、构件低周往复试验与性能指标分析论文完成多组不同截面、不同约束比、不同端部连接形式的 BRB 足尺拟静力往复加载试验，提取核心性能指标对比：承载力特性：拉压屈服承载力基本对称，无明显受压承载力跌落；延性变形能力：可实现数十倍屈服变形循环加载，极限变形远大于普通钢支撑；耗能效率：单圈滞回环包围面积大，等效黏滞阻尼系数显著高于传统支撑；失效破坏模式：合理设计的 BRB 最终破坏形式为内核钢材低周疲劳断裂，而非整体屈曲；若约束不足，会出现内核局部鼓曲、砂浆压碎、套管开裂等提前破坏。同步对比不同端部加劲构造、焊接 / 螺栓连接方案，得出端部应力集中优化构造做法，避免连接区域先于内核发生破坏。四、BRB 钢框架整体数值模拟与减震控制效果对比建立三组多层钢框架对照模型开展非线性静力推覆、动力时程分析：模型 1：无支撑纯钢框架（空白对照组）；模型 2：普通中心交叉支撑钢框架；模型 3：屈曲约束支撑减震钢框架。（一）层间位移与刚度控制普通钢支撑框架地震下底层支撑屈曲失效，楼层刚度骤降，层间变形急剧放大；BRB 框架依靠支撑持续耗能，全楼层刚度分布均匀，层间位移角显著降低，可轻松满足多遇、设防地震变形限值，避免围护墙体、管线大面积损坏。（二）基底剪力与振动响应增设屈曲约束支撑后结构等效阻尼比大幅提升，同等地震波输入下基底剪力、楼面峰值加速度明显下降，有效降低钢梁柱内力，主体框架在设防地震下可维持弹性工作状态，塑性损伤仅集中于可更换支撑构件。（三）竖向楼层变形均匀性不合理的支撑布置易形成薄弱层；论文通过多工况计算得出最优布设原则：沿竖向均匀分层布置，避免单一楼层集中大量支撑，防止上下层刚度差过大，均衡分配各楼层耗能需求，消除局部变形集中问题。五、不同场景钢结构 BRB 工程应用方案（一）工业门式刚架钢结构厂房厂房层高、跨度大，风荷载、地震作用显著，采用人字形、单斜式 BRB 布置于柱间支撑位置；支撑截面选用中等屈服承载力规格，兼顾减震与造价，适合低、中烈度厂区建筑。（二）装配式钢结构住宅住宅对室内空间整洁度要求高，优先采用窄型、隐藏式 BRB 布置于分户墙、楼梯间；选用小吨位支撑，实现中震下主体梁柱无损伤，震后仅拆卸更换支撑即可恢复居住功能，适配韧性住宅标准。（三）高层、大跨度公共钢结构建筑（展馆、医院、办公楼）高烈度区、重要应急类建筑采用分层多道 BRB 布置，搭配环带桁架、伸臂桁架协同减震；选用大承载力低屈服支撑，严格验算端部节点、楼板传递剪力，配套专项构造加强措施。（四）配套节点与施工工艺支撑与钢框架采用高强螺栓干式连接，便于后期拆除更换；节点增设加劲肋、加厚连接板分散应力；工厂预制构件，现场仅拼装作业，缩短施工周期，减少现场焊接污染与质量离散性。六、当前屈曲约束支撑应用现存行业难题端部疲劳控制难题：往复地震荷载下支撑连接节点易出现应力集中，长期循环后产生裂纹；刚度匹配失衡问题：盲目加大支撑承载力易造成楼层刚度突变，形成抗震薄弱层；后期运维检测不便：支撑多隐藏于墙体内部，震后损伤肉眼难以识别，检测成本偏高；成本管控压力：低屈服钢材、专用约束套管造价高于普通钢支撑，中小项目推广受限；标准化体系不完善：支撑规格、约束构造、验算公式缺少统一行业图集，设计重复性工作量大。七、论文核心优化建议与技术对策端部构造优化：增设过渡加劲段、圆弧过渡截面，缓解支撑端部应力集中，提升低周疲劳性能；分层均衡布置设计：按照层间位移均匀化原则分配各楼层支撑总屈服承载力，规避薄弱层；运维配套设计：预留检修观察口，选用可拆卸干式螺栓节点，便于震后更换支撑；成本优化路径：中等烈度建筑采用普通屈服钢材 BRB 替代高规格低屈服构件，平衡减震效果与造价；完善简化验算方法：给出 BRB 附加阻尼、层间位移简化计算公式，减少设计师非线性迭代计算工作量。八、研究核心结论与工程应用价值屈曲约束支撑依靠外部约束消除受压屈曲缺陷，拉压对称饱满滞回耗能，相比传统钢支撑减震控制效果具备压倒性优势，是钢结构消能减震优选构件；将 BRB 布置于钢框架后，可显著降低层间侧移、基底剪力与楼面振动，实现 “支撑耗能、主体框架弹性” 的分级抗震机制，大幅提升建筑抗震韧性；支撑约束比、端部连接构造、竖向分层布置方案直接决定整体减震成效，均匀分散布设可有效避免楼层刚度突变与局部变形集中；本文梳理的构件试验规律、整体框架数值分析方法、分业态钢结构应用方案、节点施工措施，可直接用于厂房、住宅、超高层公共钢结构减震专项设计；针对端部疲劳、薄弱层、后期检修、造价等行业痛点提出的优化构造与设计策略，可为屈曲约束支撑标准化图集编制、钢结构减震规范修订提供理论与试验支撑。