“科学技术奖”特等奖项目

　　一、基本情况 

　　获奖项目名称： 

　　新型轻钢结构体系创新及其抗火抗震关键技术与应用 

　　主要完成单位： 

　　中国矿业大学、斯坦塔（南通）集成建筑科技有限公司、中南大学、中建三局集团有限公司、应急管理部天津消防研究所、 上海益拓建筑技术有限公司、东南大学、中铁城建集团有限公司 

　　主要完成人： 

　　陈伟、叶继红、江力强、尹亮、吴曙岽、叶建、徐长征、秦雅菲、王立异、王星星、陈文文、陈源浚、韩慧超、宋谦益 

　　二、项目背景 

　　当前，促进钢结构产业发展，化解钢铁产能过剩，已成为国家重大需求。轻钢结构优点突出、性能优异，是天然的绿色建筑和工业化建筑，但在我国用量尚明显不足。对比，国外权威数据，轻钢已占北美等地区钢结构用钢量40%以上。然而，国内外轻钢结构抗火抗震要求差异显著有别于普通钢结构，轻钢结构难点在于：结构体系复杂导致计算难、抗火及强震设计理论与方法缺失，导致在我国应用与发展受限。 

　　三、创新成果 

　　项目组国家自然科学基金重点项目等十项省部级以上课题，开展了新型轻钢结构体系创新及其抗火抗震关键技术与应用，形成如下创新成果： 

　　1. 建立了轻钢结构覆板复合保护抗火设计理论与方法，解决了热镀锌轻钢结构不适用涂料防火保护的技术难题。研制了大型整体结构强震-真火耦合试验平台，发明了明火加载与全景监测技术，提出了替代足尺耐火试验的小型试验方法，实现了试验装置-技术-方法的抗火试验全链条创新，率先完成了轻钢房屋足尺自然火灾等试验，揭示了轻钢结构受火倒塌失效机理；提出了关键构件（墙体、柱、楼盖）多层多介质传热-火灾强非线性变形-多模态耦合失稳的高保真解析模型，计算效率提升数十倍，提出了构件抗火实用设计方法，填补了国际抗火规范相关条款的空白；解决了受限空间火灾非均匀温度场-最不利火灾场景识别-高自由度全结构仿真等系列理论与计算难题，提出了轻钢结构性能化抗火设计方法与指标。 

轻钢结构抗火设计理论与方法

　　2. 建立了轻钢结构强震动力灾变设计理论与方法，提出了“小震限位移、中震控损伤、大震强鲁棒”的轻钢结构抗震设计理念与指标体系，解决了轻钢结构强震分析理论缺乏、抗震设计指标单一的技术难题。率先完成了国内五层轻钢结构分层次振动台等试验，提出了复杂受力状态下关键构件相关性算法及结构一体化抗震分析模型，解决了构件众多计算难、协同机制不清、倒塌机理不明等理论与技术难题；建构了识别致塌关键构件和搜寻失效路径的分析理论与方法，实现了轻钢结构倒塌模式量化判定；提出了具有高度非线性损伤特性的地震破坏风险评估理论及强震抗倒塌鲁棒性设计方法，给出了抗震设计量化指标体系。 

轻钢结构强震设计理论与方法

　　3. 完成了轻钢结构新型“构件-节点-连接-体系”的系统研发，实现了长耐火、低震损、高效率、优成本的市场检验与高度、跨度、应用场景的突破。发明了墙体、楼盖、节点、连接构造及系列防火、抗倒塌性能提升措施，突破了国内外轻钢结构现行标准中构件高度和跨度的技术限制，通过了质检机构3.5小时耐火测试，成本降低30%；发明了轻钢结构体系及模块化建造技术，实现了强震区8度可修、10度不倒，模块化装配率达70%以上。 

新型轻钢结构体系研发

　　四、推广应用 

　　该研究成果支撑了主编江苏省轻钢结构技术规程1部、纳入标准及工法10余部，出版专著1部、论文100余篇，授权美国PCT专利2件、中国发明专利30件，应用于上海迪士尼等数十项国内外工程，实现了结构高度由12米至24米的突破、跨度由8米至20米的跨越和应用场景的拓展，经济和社会效益显著。 

典型工程应用