一、任务来源
自选课题。
二、应用领域和技术原理
1.应用领域：该成果适用于装配式钢结构建筑。
2.技术原理：“多层冷弯薄壁型钢组合墙结构体系研发与应用”的技术创新在墙体构件、楼盖、层间连接均有体现。面对多层冷弯薄壁型钢结构体系对水平抗侧力构件抗剪性能的更高要求，传统覆轻质墙面板组合墙体已不再适用。基于此，本项目提出加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体以及多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构。目前冷弯薄壁型钢结构住宅中常采用冷弯薄壁型钢梁和OSB板经自攻螺钉连接一起形成的组合楼盖，其承载能力和刚度较低，而且当人在楼盖上行走时，楼盖产生的振动会给人造成不舒适的感觉。同时，该组合楼盖很难满足现行国家标准《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014）中耐火极限的要求。基于石膏基自流平材料具有良好的稳定性和流动性、施工操作简便、成型后表面光洁平整、强度较高，并且具有良好的耐水耐酸性等特点，本项目改变了组合楼盖中楼面板的形式，采用在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆的组合楼板形式，以期在保证楼盖自重增加较小的情况下，大幅度提高组合楼盖的承载能力和刚度，这样不仅可以提高楼盖的舒适度，增加楼层之间的隔声效果，还可以解决防火问题同时考虑到多层冷弯薄壁型钢结构体系墙体是不连续的，上层的竖向力和水平力均需通过层间连接传递到下层墙体，层间连接是多层冷弯薄壁型钢结构体系的重要承载部位，其抗侧性能的好坏将直接影响多层冷弯薄壁型钢结构的抗侧性能。层间连接在受水平力作用的同时，也受到竖向力的作用，因此有必要研究水平力和竖向力作用下层间连接的抗侧性能。
三、性能指标
1.“多层冷弯薄壁型钢组合墙结构体系研发与应用”主要技术要求如下：
（1）H/100侧移时，墙体抗侧承载力不小于峰值80%；
（2）安装完成时楼盖挠度不大于L/500;
（3）结构体系大震作用下最大层间位移角不超过2%。
2.针对以上性能指标，本项目将采用理论分析、数值模拟及足尺试验的三种科研手段对所提新型冷弯型钢结构体系进行结构构件及整体的抗震性能试验，并通过科学的量化指标对以下结构构件及整体进行抗震性能评估：
（1）加斜撑冷弯型钢组合墙体抗震性能研究
对加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体开展抗剪性能试验，并在试验的基础上对加斜撑组合墙体进行有限元模拟和参数分析，并对加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体设计给出相关建议。
（2）竖向荷载作用下加斜撑冷弯型钢组合墙体抗震性能研究
对6面1:1足尺带斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体进行低周往复加载试验，研究在竖向荷载作用下墙体的抗剪性能，并在试验的基础上对竖向荷载作用下带斜撑组合墙体开展有限元模拟和参数分析，最后对带斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体给出设计建议。
（3）冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙抗剪性能研究
对冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙试件进行水平低周反复加载试验，分析其拉力带形成过程、破坏特征和应力分布，获得其承载能力、初始刚度、延性、耗能能力、承载力退化及刚度退化等，并在此基础上建立和验证有限元模式。并对冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙给出设计建议。
（4）冷弯型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖受弯性能研究
采用六点加载方式并设置三级加载梁，对试件进行逐级加载，根据试验测得的数据，得到冷弯薄壁型组合楼盖在竖向荷载作用下的破坏形式。在试验的基础上建立有限元模型并进行参数分析。最后通过理论分析得到组合楼盖受弯承载力的简化计算方法并给出冷弯型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖的设计方法。
（5）楼层间连接研究
进行层间连接低周循环加载试验，考察X形支撑件和竖向力对层间连接性能的影响，重点研究竖向力对层间连接的抗侧刚度和抗剪承载力的影响。在层间连接抗侧性能试验研究的基础之上，对层间连接进行简化，提出层间连接抗剪刚度简化计算模型，给出层间连接抗侧刚度计算公式。最后给出层间连接设计建议。
（6）整体结构抗震性能振动台试验研究
对六层足尺冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙结构房屋进行振动台试验，分析房屋的薄弱部位、传力机制及破坏机理，探究其动力特性、加速度响应及位移响应，分析结构构件及非结构构件对多层房屋抗震性能的影响。最后针对本项目研究内容给出多层冷弯薄壁型钢结构体系抗震设计实例。
四、与国内同类技术比
低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系于21世纪初引入我国，并在2008年5·12汶川大地震灾后重建中得到推广应用，而我国多层冷弯薄壁型钢住宅工程实例较少。目前冷弯薄壁型钢结构体系普遍采用剪力墙、普通承重及非承重墙体、楼盖层间连接和屋盖组成，当前国内冷弯型钢结构体系主要依靠冷弯薄壁型钢组合墙体抗震，此类组合墙体由冷弯薄壁型钢龙骨及轻质墙面板通过自攻螺钉连接形成，而组合楼盖则通常采用冷弯薄壁型钢梁与OSB板通过自攻螺钉连接而成。由于层数较低结构体系自重小，以上构造很容易使得低层冷弯薄壁型钢结构体系满足抗震需求。
本项目所提的冷弯薄壁型钢多层结构体系则采用加斜撑冷弯薄壁型钢组合墙体及多层冷弯薄壁型钢-钢板剪力墙作为抗侧力构件，相比前述墙体构造，所提新型墙体抗剪承载力及抗剪刚度更高，使得冷弯薄壁型钢结构体系更易满足向多高层发展所面临的严峻的抗震需求；同时，基于石膏基自流平材料具有良好的稳定性和流动性、施工操作简便、成型后表面光洁平整、强度较高，并且具有良好的耐水耐酸性等特点，本项目改变了组合楼盖中楼面板的形式，采用在压型钢板上浇筑石膏基自流平砂浆的组合楼板形式，在保证楼盖自重增加较小的情况下，大幅度提高组合楼盖的承载能力及刚度，这样不仅可以提高楼盖的舒适度，增加楼层之间的隔声效果，还可以优化楼盖防火构造。
五、成果创新性、先进性
1.提出了一种新型带加劲板V字形冷弯薄壁型钢组合墙结构，并建立了相应的弹性抗侧刚度理论计算方法；
2.提出了一种新型帽形拼合边柱冷弯薄壁型钢剪力墙结构，并提出了其抗震性能评价方法；
3.提出了一种新型冷弯薄壁型钢-石膏基自流平砂浆组合楼盖结构及其受弯承载力设计方法；
4.系统性研究了冷弯薄壁型钢结构体系种层间连接性能，为实际施工提供准确的试验依据；
5.提出了一种新型配置夹支钢板及钢管端柱钢板剪力墙的多层冷弯薄壁型钢结构体系，并进行足尺六层双向地震动振动台试验，验证了所提结构优越的抗震性能。
六、推广应用的范围、条件和前景
由于新型多层冷弯型钢建筑体系的突出优点, 它具备广阔的应用范围，比如一般工农业建筑，商业、服务性建筑，标准办公楼、学校、医院建筑, 别墅、旅游建筑, 各类仓库性建筑，娱乐、体育场馆，地震区建筑，活动式可拆迁建筑, 建材缺乏地区的建筑, 工期紧的建筑, 旧房改建、翻修等建筑领域。
根据《工业化预制装配式建筑的全生命周期碳排放研究》，住宅的碳排放是欧洲四大碳排放来源之一，占社会总碳排放的10%；在中国，住宅带来的能源消耗产生的二氧化碳排放量占全国总排放量的34.34%，与建筑相关的热电联产的碳排放比例高达42%。因此，对于缓解国家在建筑产业碳排放严峻形势，多层冷弯结构体系具有广阔的应用前景。
七、存在的问题和改进意见
对所提多层冷弯结构体系部件加工及整体施工过程中的碳排放缺少量化评估，建议在后续研究中，补充针对多层冷弯结构体系加工及施工过程中碳排放量的计算，以准确评估所提结构体系绿色环保程度。

一、适用范围及推广前景
所提多层冷弯结构体系具有优良的抗震性能，提供了冷弯结构体系在高烈度地区由低多层向多高层发展的理论依据；同时，所提新型结构体系有效发挥了冷弯型钢结构绿色无污染、工厂预制化程度高、高装配化、施工周期短的显著优势，契合国家促进绿色装配式钢结构建筑发展的时代需求，同时有效缓解了我国人口众多、可利用土地资源匮乏的严峻国情。对于建筑钢结构领域稳步实现“碳中和”、“碳达峰”目标具有重要理论意义及推动作用。在中国，低层冷弯薄壁型钢结构住宅的应用起步晚，但发展快；2002年，由大连海昌集团投资，加拿大BPA公司设计，上海钢之杰公司制作，在大连建成了约120幢冷弯薄壁型钢结构别墅；2003年以来居其美业房屋建筑技术有限公司在北京和成都引进了几百套北美低层冷弯薄壁型钢结构别墅；2006年，由美国Worthington/Dietrich公司利用北美技术在常熟也建成了一栋6层3单元试点住宅楼。
由于新型多层冷弯型钢建筑体系的突出优点, 它具备广阔的应用范围，比如一般工农业建筑, 商业、服务性建筑, 标准办公楼、学校、医院建筑, 别墅、旅游建筑, 各类仓库性建筑, 娱乐、体育场馆, 地震区建筑, 活动式可拆迁建筑, 建材缺乏地区的建筑, 工期紧的建筑, 旧房改建、翻修等建筑领域。
根据《工业化预制装配式建筑的全生命周期碳排放研究》，住宅的碳排放是欧洲四大碳排放来源之一，占社会总碳排放的10%；在中国，住宅带来的能源消耗产生的二氧化碳排放量占全国总排放量的34.34%，与建筑相关的热电联产的碳排放比例高达42%。因此，对于缓解国家在建筑产业碳排放严峻形势，多层冷弯结构体系具有广阔的应用前景。
二、存在问题及改进意见
1.整体安装构件的重量要大于散件重量，因此应选择适配的塔吊/汽车吊，该技术适合于多、高层类钢结构建筑中的中、小截面钢构件的整体安装；
2.吊至安装位置时易导致构件间碰撞，此时塔吊操作人员要注意力高度集中，坚决听从信号员的指令；
3.火焰切割临时杆件连接板时宜在焊缝突出5mm位置处，杜绝损伤母材；
4.偏差累加导致安装难度增加，需要在钢构件安装过程中与相关轴线的定位确认；
5.对所提多层冷弯结构体系部件加工及整体施工过程中的碳排放缺少量化评估，建议在后续研究中，补充针对多层冷弯结构体系加工及施工过程中碳排放量的计算，以准确评估所提结构体系绿色环保程度。