获奖项目名称:基于可更换钢耗能件的预应力装配式结构体系技术创新及应用

　　主要完成单位:南京工程学院、东南大学、江苏新筑预应力工程有限公司、江苏海洋大学、同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司

　　主要完成人:耿方方、蔡小宁、丁幼亮、吴宏磊、朱江、谢鲁齐、闵紫超、祁明伟、陈诚、董志修

　　二、项目背景 

　　装配式建筑代表建筑工业化的发展方向，具有工期短、质量好、环保节能等优点，符合建筑业转型和高质量发展的国家战略。近年来，为了推进装配式建筑、加快预制构件生产，国家出台了一系列相关政策。本项目顺应碳中和、碳达峰的双碳国家发展战略，解决了预应力装配式结构体系在设计、建造和服役过程中面临的主要问题。

　　三、创新成果 

　　本项目创新研发了基于可更换钢耗能件的预应力装配式结构体系，分别解决了传统装配整体式框架结构施工效率低、需要现场湿作业、震后残余变形较大；以及传统风电塔筒结构安装施工效率低、易受疲劳破坏、经济性欠佳等问题。

　　创新成果1：研发了基于角钢—高强螺栓连接及基于软钢阻尼器—异型腹板连接的两类预应力装配式耗能框架PETD节点及LDSCPC节点。PETD节点通过预应力筋和耗能角钢分别提供自复位能力和耗能能力。LDSCPC节点通过预应力筋和软钢阻尼器分别提供自复位能力和耗能能力，具有异性腹板的钢连接件传递梁端竖向剪力。 

图1 预应力装配式耗能框架PETD节点及LDSCPC节点

　　创新成果2：研发了设置新型负泊松比穿孔钢板剪力墙以及基于防屈曲约束支撑BRB的两类预应力装配式耗能框架体系。钢板墙采用花生形开孔，具备负泊松比性能。通过合理设置钢板墙厚度、初始预应力及胞元小圆、大圆半径s/R等参数，显著提升了整体框架结构的承载能力、耗能性能和自复位性能。此外，增大BRB截面厚度可大幅提升整体框架结构的峰值承载力及初始刚度；增大预应力筋截面积可以大幅减小残余位移，提升整体框架结构的自复位能力。 

图2 负泊松比穿孔钢板墙的细部构造及3D打印试件成品图

图3 设置负泊松比钢板剪力墙和防屈曲约束支撑预应力装配式框架结构

　　创新成果3：研发了设置负泊松比耗能件的预应力装配式风电混合式塔筒结构，并建立了新型塔筒结构的设计方法。提出了一种设置负泊松比圆弧耗能件的预制装配式墩柱，并通过对预应力装配式风电混合式塔筒结构的耗能墩柱，以及上部塔筒构造参数进行优化分析，塔筒的刚度、耗能性能和稳定性等均明显提升，实现了风电混合式塔筒结构的整体抗震性能提升。 

图4 设置负泊松比耗能试件的装配式墩柱设计图及其试验现场图

图5 预应力装配式混合式风电塔筒分析模型及结果

　　创新成果4：依据预应力装配式耗能框架节点以及结构的试验及数值分析结果，提出了基于位移的预应力装配式框架结构抗震性能设计方法，从而完善了新型预应力装配式结构韧性评价体系。 

　　四、推广应用情况 

　　项目授权国家发明专利33件，软件著作权4件；发表期刊论文67篇（SCI收录29篇）；主编地方标准在内的标准4部。项目成果应用于温州市博科供应链乐清项目、南京市雨花台区公共卫生服务中心项目、中国民航大学宁河校区二期等多项工程，保证了工程质量和安全，取得了良好经济社会效益。 

图6a 温州市博科供应链乐清项目

图6b 南京市雨花台区瑞尔大厦

图6 项目成果工程应用