2018年度陕西省科学技术奖公示信息

一、项目名称

型钢混凝土异形柱结构体系关键技术及其工程应用

二、项目简介

本项目属于土木建筑领域。

型钢混凝土异形柱结构体系是在异形柱结构和型钢混凝土结构基础上发展形成的新型结构体系，既具有异形柱结构柱楞在室内不凸出、建筑观瞻好、房间“得房率”高等优点，又具有型钢混凝土结构承载能力高、抗震性能好等优越性，是一种符合现代建筑发展方向和潮流的结构形式，深受业主和房地产开发商的青睐。

本项目创新发明了型钢混凝土异形柱结构体系，并在国家自然科学基金、教育部高等学校博士学科点专项科研基金、广西自然科学基金、陕西省教育厅专项科研计划、中建股份科技研发课题等的资助下，历时10余年，对该新型结构体系的相关科学问题和关键技术开展了试验研究、数值模拟和理论分析，在结构（构件）受力性能、计算理论、设计方法方面取得了系列创新性研究成果。研究工作具有重要的理论意义和工程实用价值。

主要技术内容包括：（1）型钢混凝土异形柱结构体系研发。创新设计了配实腹钢板、配T型钢桁架、配槽钢桁架、配角钢桁架等4种型钢混凝土异形柱截面形式，以及型钢混凝土异形柱与钢筋混凝土梁、型钢混凝土梁和钢梁的连接方式，构成了完整的型钢混凝土异形柱结构体系；（2）型钢混凝土异形柱基本力学性能及设计计算理论研究。完成了型钢混凝土异形柱的低周反复加载试验，分析了构件的破坏模式和抗震性能指标，采用数值积分法开发了构件的正截面压弯承载力计算程序，提出了构件在单向和双向受剪作用下的斜截面抗剪承载力计算公式，建立了构件中型钢与混凝土之间的粘结长度分布模式和粘结滑移本构关系；（3）型钢混凝土异形柱框架节点抗震性能及设计计算理论研究。完成了型钢混凝土异形柱框架节点平面模型和空间模型的低周反复加载试验及有限元数值模拟，揭示了节点的破坏机制和受力机理，分析了不同因素对节点抗震性能的影响，提出了节点的抗剪承载力计算公式，以及角节点的剪扭承载力计算公式；（4）型钢混凝土异形柱框架抗震性能及设计方法研究。完成了型钢混凝土异形柱框架平面模型的低周反复加载试验和空间模型的地震模拟振动台试验，并对结构进行了静力和动力弹塑性分析，研究了结果的抗震性能及其影响因素，明确了结构的地震灾变机理和倒塌机制，提出了结构的五个性能水平及其对应的层间位移角限值，建立结构基于性能的抗震设计方法，以及混凝土最小保护层厚度和轴压比限值等构造要求。

本项目研究成果获国家核心知识产权18项（发明专利4项、实用新型专利14项）；获西安市科学技术奖一等奖1项和西安建筑科技大学科技进步奖一等奖1项；出版《型钢混凝土异形柱结构的性能、设计方法及其工程应用》、《型钢混凝土异形柱框架抗震分析与设计》等专著2部，发表科研论文100篇（其中SCI收录13篇、EI收录52篇），其中1篇论文获陕西省自然科学优秀学术论文奖，2篇论文入选“领跑者5000—中国精品科技期刊顶尖学术论文平台（F5000）”；先后培养博士研究生8名，硕士研究生20名，其中2篇和1篇博士学位论文分别获西安建筑科技大学和广西大学优秀博士学位论文。陕西省科技厅组织的鉴定委员会认为，该成果技术先进，创新性强，总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平。

研究成果已成功应用于陕西、天津、山东、广西、四川、浙江等省、市、自治区的多项民生工程，扩大了异形柱结构的适用范围，尤其能够应用于高抗震设防区及高层建筑，具有显著的经济和社会效益。

三、客观评价

1. 鉴定结论及同行专家评价

（1）2016年1月19日陕西省科技厅组织专家，对项目组完成的“型钢混凝土异形柱结构体系关键技术及其工程应用”成果进行鉴定，以俞茂宏教授为组长的鉴定委员会一致认为：该项目成果技术先进，创新性强，总体达到国际先进水平。其中型钢混凝土异形柱中型钢与混凝土的粘结滑移本构关系、型钢混凝土异形柱框架角节点剪扭承载力计算方法等达到国际领先水平。

（2）2015年7月8日，长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、东南大学博士生导师徐赵东教授对本项目进行评价，认为：在国内外首先研发了一种新型结构-型钢混凝土异形柱结构体系，历经十多年对其进行了深入系统的研究，研究成果总体处于国际先进水平，在型钢混凝土界面粘结滑移性能、型钢混凝土异形柱抗震设计方法方面达到了国际领先水平。

（3）2014年9月15日，长安大学副校长、博士生导师刘伯权教授对本项目进行评价，认为：该项目研究内容丰富，理论价值和学术水平高，工程应用前景广阔，取得的研究成果对型钢混凝土异形柱结构的设计具有重要的指导意义，并能促进异形柱结构的推广应用。

（4）2015年6月26日，陕西省建筑科学研究院院长高宗祺教授级高级工程师对本项目进行评价，认为：该科研团队在型钢混凝土异形柱结构体系方面取得的研究成果，解决了异形柱结构在高层建筑和高地震烈度区的技术难题，取得了显著的经济和社会效益，促进了我国钢-混凝土组合结构体系的技术进步。

（5）2014年10月20日，西安交通大学博士生导师马建勋教授对本项目进行评价，认为：项目组提出了型钢混凝土异形柱结构体系，并进行了系统研究，取得了丰硕的成果，对于促进型钢混凝土异形柱结构的推广应用具有重要的理论意义和实际应用价值。

2. 工程应用单位评价

（1）西安九洲花园项目、宝鸡凌云锦绣花园小区四号楼工程、西安北辰星座1号楼和2号楼增层改造工程、山东日照鹏爱宫植物药国际产业化基地项目、天津金筑家园二期工程、广西南宁天域.香格里拉楼盘、广西贵港春江嘉园小区17号楼、广西金奔腾汽车电子生产车间大楼、广西贺州春天.五彩江南项目、四川成都沙河丽景楼盘、四川红树湾工程、浙江越宫京圆房产中心大楼住宅（一期和二期）工程、浙江白银时代尚苑五期工程等工程项目均采用了本项目研发的型钢混凝土异形柱结构体系关键技术，不仅建筑的户型美观、使用面积增大、便于家具布置，而且解决了钢筋混凝土异形柱结构的承载力低、轴压比高、抗震性能差的技术难题，取得了良好的经济和社会效益。

（2）渭南鑫龙小区沿街商住楼工程使用型钢混凝土异形柱结构，在结构设计过程中，陕西环宇建筑设计有限公司采用本项目提出的型钢混凝土异形柱正截面承载力计算程序对构件进行计算，不仅参数设置简单，而且计算精度明显提高，计算速度加快，大大提高了设计人员的工作效率。

四、主要知识产权目录（限10条，与推荐书主件一致）

五、推广应用情况（属于技术发明、技术开发、技术推广和社会公益类项目准备此部分）

六、主要完成人情况

七、完成人合作关系说明

参加本年度陕西省科学技术奖申报的“型钢混凝土异形柱结构体系关键技术及其工程应用”项目成果，主要完成人共11人，其中薛建阳、刘祖强、赵鸿铁、刘义、高亮、隋?、柯晓军是西安建筑科技大学科研团队核心成员，陈宗平、徐金俊是广西大学科研团队核心成员，葛鸿鹏、周鹏是中国建筑西北设计研究院有限公司成果转化核心成员。

西安建筑科技大学2004年在薛建阳和赵鸿铁教授的带领下，开始研究型钢混凝土异形柱结构体系关键技术。刘祖强是2012年薛建阳教授指导毕业的博士生，现工作于西安建筑科技大学，在校期间主要针对型钢混凝土异形柱框架的抗震性能及设计方法进行研究，毕业留校后继续对型钢混凝土异形柱框架的空间力学性能和地震损伤机理进行研究。刘义和隋?均于2010年毕业于西安建筑科技大学（系赵鸿铁教授指导毕业的博士生），毕业后分别就职于陕西省建筑科学研究院和西安建筑科技大学，在校期间主要针对型钢混凝土异形柱框架节点的抗震性能及设计方法进行研究。高亮和柯晓军均于2014年毕业于西安建筑科技大学（系薛建阳教授指导毕业的博士生），毕业后分别就职于碧桂园集团和广西大学，在校期间分别针对空腹式型钢混凝土异形柱框架抗震性能和型钢混凝土异形柱粘结滑移性能进行研究。西安建筑科技大学科研团队对本项目成果的产出、积累和丰富做出了突出和重要的贡献。

陈宗平于2007年毕业于西安建筑科技大学（系赵鸿铁和薛建阳教授指导毕业的博士生），毕业后就职于广西大学，在校期间主要针对型钢混凝土异形柱的基本力学性能与设计方法进行研究，毕业后围绕型钢混凝土异形柱框架空间节点的受力机理和设计理论进行研究，为本项目成果做出了突出和重要贡献。

徐金俊于2016年毕业于广西大学，是薛建阳（广西大学兼职博导）和陈宗平教授指导毕业的博士生，现工作于南京工业大学。在读期间主要针对型钢混凝土异形柱框架空间节点的抗震性能和承载力计算方法进行研究，为本项目成果做出了重要贡献。

葛鸿鹏和周鹏分别于2004年和1967年毕业于西安建筑科技大学，现均工作于中国建筑西北设计研究院有限公司。西安建筑科技大学和中国建筑西北设计研究院有限公司有着长期的合作历史，2009年共同申报并获准中建股份科技研发课题“型钢混凝土异形柱结构体系性能及设计方法研究（CSCEC-2009-Z-31）”，其中周鹏为课题组组长，薛建阳、赵鸿铁、刘祖强、葛鸿鹏、刘义、隋?为主要完成人。葛鸿鹏和周鹏对于本项目关键技术的成果转化做出了重要贡献。

人员排序考虑在项目中参加试验、计算分析、理论研究和工程技术应用、关键技术解决等的工作量大小、投入精力与时间多少、承担工作的重要性程度及在本项目研究与应用中成果的多少等因素，客观反映本项目成果每个主要完成人的科研工作业绩，经充分协商后一致确定。 

八、主要完成单位排序及贡献

九、完成单位合作关系说明

参加本年度陕西省科学技术奖申报的“型钢混凝土异形柱结构体系关键技术及其工程应用”项目成果，由西安建筑科技大学、广西大学、中国建筑西北设计研究院有限公司三个主要完成单位共同完成并联合申请。西安建筑科技大学和广西大学以结构体系的力学性能、计算理论和设计方法研究为主，中国建筑西北设计研究院有限公司主要负责关键技术的成果转化和工程应用。

西安建筑科技大学和广西大学作为课题承担单位先后完成国家自然科学基金“强震作用下型钢混凝土异形柱框架结构体系性能及设计方法研究（50978217）”、“双向反复荷载型钢混凝土异形柱-钢梁框架节点的破坏机理研究（50908057）”、“型钢混凝土异形柱框架地震损伤机理及灾变控制研究（51308444）”、教育部高等学校博士学科点专项科研基金“型钢混凝土异形柱框架结构性能及设计方法研究（20096120110005）”、广西自然科学基金项目“型钢混凝土异形柱框架节点受力性能研究（桂科青0832004）”、陕西省教育厅专项科研计划“型钢混凝土异形柱抗震承载力及变形性能研究（07JK301）”、“型钢混凝土异形柱框架地震损伤机理及抗震设计方法研究（2013JK0979）”等科研项目，合作完成多项国家专利的申报和授权工作（详见知识产权证明）及数篇科研论文著作（详见主要论文著作证明）。

中国建筑西北设计研究院有限公司和西安建筑科技大学共同承担中建股份科技研发课题“型钢混凝土异形柱结构体系性能及设计方法研究（CSCEC-2009-Z-31）”，合作发表多篇学术论文（详见主要论文著作证明）。

以上述研究成果为基础，西安建筑科技大学、广西大学、中国建筑西北设计研究院有限公司联合公关，自2010年开始先后完成陕西的“西安九洲花园项目”、“西安北辰星座1号楼、2号楼增层改造工程”、“西安二十四城（四期）36号楼”、“西安启迪景怡坊10号楼”、“宝鸡凌云锦绣花园小区四号楼工程”、“渭南鑫龙小区沿街商住楼工程”，山东的“日照鹏爱宫植物药国际产业化基地项目”，天津的“金筑家园二期工程”、广西的“南宁天域.香格里拉楼盘”、“防城港春江嘉园小区”、“金奔腾汽车电子生产车间大楼”、 四川的“成都沙河丽景楼盘”、“红树湾工程”等项目的工程推广应用。