一、任务来源
鉴于我国可利用土地资源匮乏，且城市化进程不断加快，城市和乡镇对多高层住宅的需求量也随之增加，因此对多高层冷弯型钢结构体系进行研究具有重要的现实意义和市场价值。该结构体系具有轻质、高强、抗震性能好等优点，同时还可以实现工厂化生产，结合现代数字化和智能化产业模式，可以显著提高建筑效率。因此，针对我国的具体国情和市场需求，开展多高层冷弯型钢结构体系研究势在必行，这将有助于推动我国建筑工业化进程，促进绿色装配式建筑可持续发展。
本项目由莱芜钢铁集团有限公司和重庆大学钢结构工程研究中心共同主持开展研究。项目首先提出“钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构”体系，并对这一双重抗侧力体系的受力性能进行了系统的试验和理论研究。
二、应用领域和技术原理
目前不同形式的钢框架-剪力墙结构发展迅速，其中钢框架-混凝土剪力墙结构与钢框架-钢板剪力墙结构的研究成果较多，且已经形成了较为成熟的设计方法体系。但现有的冷弯薄壁型钢组合墙体的抗侧刚度和承载能力难以满足多高层建筑在地震作用下的抗震设计要求。本项目针对目前多高层建筑的发展需求，结合装配式建筑大力发展的市场趋势，提出“钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构”体系，这对于加快多高层冷弯型钢结构体系的研究步伐，加速推广冷弯型钢结构在我国的应用具有重要意义。
主要技术原理如下
1.框架柱采用冷弯厚壁型钢方钢管或矩管，具有承载力高，延性和稳定性较好等特点，加工过程中焊接部位少，可减少焊接残余应力，并降低生产成本。
2.框架梁与冷弯薄壁型钢剪力墙之间采用高强螺栓和抗拔件连接，装配化程度高，现场施工便捷，减少现场湿作业量和施工噪声，保护环境。
3.钢框架和冷弯薄壁型钢剪力墙组成双重抗侧力体系，剪力墙和框架分别作为抗震第一道和第二道防线。前期主要依靠冷弯薄壁型钢剪力墙承担水平荷载，后期由钢框架主要承担水平荷载，墙体损伤不会引起结构快速倒塌，更加安全。
三、性能指标
1.两种新型冷弯薄壁型钢剪力墙的单调和低周往复加载试验结果表明，两种墙体的破化模式明显不同，但抗侧性能差异较小，主要体现加载初期，冷弯薄壁型钢龙骨剪力墙的弹性抗侧刚度更高，在层间位移角大于0.02时，冷弯薄壁型钢抱合边柱夹支钢板剪力墙的耗能性能更加优秀。经过与试验结果对比，基于变形协调条件的两种墙体弹性抗侧刚度计算方法均具有较好的吻合性。
2.钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙的拟静力试验结果表明，加载过程中该结构的破坏呈现出明显的两阶段性，实现了剪力墙为抗震第一道防线，框架为第二道防线，证明该结构体系是一种典型的双重抗侧力设防体系。与纯框架试件相比，钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构的抗震性能更加优秀，同时结构实际的屈服层间位移角和极限层间位移角均大于规范限值。
3.基于试验结果，建立了可靠的有限元精细化模型，对单层钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构进行参数分析，得到了框架刚度、约束梁段线刚度、竖向荷载、剪力墙高宽比和框架-剪力墙连接形式等因素对钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构体系受力性能的影响规律。提出了在单层结构内，剪力墙与钢框架刚度比取值范围为 1~3，单侧约束梁的线刚度不小于 2106（kN·mm）等设计建议。
4.将钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构的弹性抗侧刚度看作钢框架和冷弯薄壁型钢剪力墙两部分的叠加，推导出考虑约束梁段约束效果的剪力墙弹性抗侧刚度和钢框架弹性抗侧刚度计算公式。基于连续化方法，建立钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构中考虑综合框架、综合约束梁和综合剪力墙的协同工作微分方程，得到结构体系刚度特征值，并通过求解微分方程，得到三种典型水平荷载下，结构位移和内力的计算公式。
5.提出钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构体系的有限元简化模型建立方法，并验证其正确性；详细叙述了结构体系有限元简化模型建模过程和动力时程分析 方法，为未来工程设计分析提供参照。
6.通过单层单跨有限元简化模型分析和多高层三维有限元简化模型IDA分析，并结合数统分析和试验结果，建议钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构的屈服层间位移角和倒塌极限状态层间位移角分别取0.9%和2.7%。
7.通过对9层钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构在罕遇地震下的有限元弹塑性时程分析，发现结构的层间位移角峰值曲线随着结构刚度特征值的变化而变化，并综合四条地震动结果得出，结构的最大层间位移角在结构刚度特征值处于1.5-4时存在最小值。

一、适用范围及推广前景
改革开放以来，我国钢结构有了前所未有的发展，尤其是在公共建筑领域，钢结构建筑蓬勃发展，从传统的厂房和多层房屋，扩展应用至超高层建筑、大跨度会展中心、体育场馆、大型交通建筑等，我国钢结构公共建筑正在向着更高、更广、更轻的方向发展。同时，我国传统建筑业的能源消耗高、建设期环境污染大、劳动生产率低、用工难等问题日益凸显。随着城镇化进程的进一步推进和人们对居住环境的改善需求，我国建筑业的可持续发展亟需全面推进建造方式的变革，绿色、生态、环保已成为新时代建筑追求的关键词。
为了材料的可循环、再利用，更为了可持续发展，推广应用钢结构已越来越成为全社会的共识。同时，我国作为世界钢铁生产大国，钢铁产量要占到全世界的50%，有巨大的产能输出和合理应用的必要，而建筑又是钢铁应用的最大产业，钢铁消耗量约占33%，钢结构建筑的推广应用是促进我国钢铁行业和消费升级的重要手段。
在我国加快经济建设步伐、鼓励社会与环境协调发展的时期，钢结构建筑必定会得到广阔的发展空间，成为整个建筑体系中的主流。近年来，钢结构行业科技创新加大。本项目提出的“钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构”体系适用于多高层装配式建筑，有助于推进结构体系创新与标准规范改革，实现建筑维护系统配套及产业化，标准化、工业化、信息化融合技术，全寿命周期的设计、施工、生产一体化等全面发展，形成全产业链成套产业化技术，提高钢结构生产效率和质量。
二、存在问题及改进意见：
1.在本项目试验研究中，仅对单层单跨的平面结构进行拟静力试验，虽然在后续研究中提出了有限元简化模型建模方法，并进行了三维结构模型的动力时程分析，但缺少拟动力或振动台试验来得到整体结构的真实动力响应，对三维模型模型进行对比验证。
2.本项目提出钢框架-冷弯薄壁型钢剪力墙结构的屈服层间位移角限值、倒塌极限状态层间位移角限值和结构刚度特征值范围的建议值，为确保其精确性，在后续研究中应进一步加大地震动和数统分析的样本范围。