一、任务来源
本课题来源于青岛中青建安建筑科技有限公司和中青建安建设集团有限公司2022年自选项目，本研究通过与青岛理工大学进行校企合作，依托“山东省自然科学基金”项目（项目立项编号ZR2020QE246），进行相关研究。装配式钢结构是建筑工业化发展的重要途径，解决装配式钢结构关键技术、发展高强度结构钢以及建筑结构形式上的优化升级显得尤为重要。节点连接在装配式钢结构中占有很重要的地位。相对于焊接，采用高强度螺栓连接更能满足装配式钢结构施工工艺需要，且可以获得更为良好的力学性能，具有更为广阔的应用和发展前景。
随着高层钢框架结构的日益增多及建筑物空间和平面布局上的特殊要求，钢结构建筑向大型、大跨方向发展，出现了许多复杂体型的结构，大多数钢结构往往是不等跨的。目前国内外针对此类框架结构的设计，通常采用等高度的钢梁贯通整层。此类设计的结构体系，中柱节点域强度往往弱于梁，这会导致节点区域的剪切破坏。本研究针对上述问题，通过开展试验研究、数值模拟和理论分析开展了有无阻尼器和阻尼器类型对不等高梁-柱节点抗震性能的影响，实现了整个结构在震后便于修复、更换的设计思想，从而提高整体结构的抗震能力和可恢复性。
二、应用领域和技术原理
本研究通过试验，根据“强柱弱梁”设计原则，设计了三种不同腹板穿孔形式（椭圆孔、竖条形孔和菱形孔）的H型阻尼器。H型阻尼器通过高强摩擦性螺栓连接至不等高梁-柱节点的低梁和外环板，其穿孔腹板通过剪切变形吸收地震能量。该设计兼具损伤控制与易修复、安全设计与性能控制等特点。在地震作用下，H型阻尼器的上下翼缘发生相对位移，穿孔腹板通过剪切变形有效消耗地震能量，使节点变形和耗能集中于H型阻尼器，保持节点的弹性状态，从而提高整体抗震性能，确保主体结构安全。此外，螺栓连接便于阻尼器在损坏后进行快速更换和维修。
通过对“带H型阻尼器不等高梁-柱节点抗震性能的研究与应用”课题的研究和分析，本研究主要应用于大型钢结构公共建筑、工业厂房、以及钢结构民用建筑等。
三、性能指标
带阻尼器不等高梁柱节点主要性能指标表
试件 测试方法 性能指标
屈服抗剪强度(kN) 剪切变形(rad) 塑性抗剪强度(kN) 剪切变形(rad) 最大抗剪强度(kN) 剪切变形(rad)
普通不等高梁-柱节点 试验 840 0.0027 1079 0.0049 1445 0.0310
带T型连接件不等高梁-柱节点 试验 1200 0.0064 1379 0.0103 1631 0.0434
带竖条形阻尼器不等高梁-柱节点 数值模拟 1090 0.0055 1307 0.0091 1598 0.0407
带椭圆形阻尼器不等高梁-柱节点 数值模拟 1145 0.0059 1321 0.0095 1616 0.0423
带菱形阻尼器不等高梁-柱节点 数值模拟 1186 0.0062 1358 0.0102 1631 0.0447
四、与国内同类技术比较
与国内同类技术最大抗剪强度对比分析
试件 方钢管混凝土柱不等高梁-柱节点 方钢管混凝土柱-H型截面不等高梁节点 带沙漏钢销阻尼器梁-柱节点 带T型狭缝阻尼器梁-柱节点
带T型连接件不等高梁-柱节点 +579.3% +203.2% +47.6% +319.6%
带竖条形阻尼器不等高梁-柱节点 +565.6% +197.0% +44.6% +311.1%
带椭圆形阻尼器不等高梁-柱节点 +573.1% +200.4% +46.2% +315.7%
带菱形阻尼器不等高梁-柱节点 +579.3% +203.2% +47.6% +319.6%
通过与国内同类技术进行比较可知：本工程研究的带H型阻尼器不等高梁-柱节点抗剪强度更高，抗震性能更优。
五、成果创新性、先进性
创新点1：带T型连接件不等高梁-柱节点抗震性能研究的创新性、先进性
通过试验研究、数值模拟和理论分析开展了T型连接件对不等高梁-柱节点抗震性能的研究。在相同条件下，与普通不等高梁-柱节点相比，T型连接件不等高梁-柱节点不仅展现出更丰满且稳定的滞回曲线，而且其抗剪强度还提高了20%。T型连接件有效的加强了不等高梁-柱节点的剪切变形能力和抗剪能力，从而增强节点的抗震性能，使得T型连接件成为不等高梁-柱节点抗震设计的理想选择之一。此外，有限元模型的破坏模式进一步揭示了不等高梁-柱节点在受力过程中的应力分布特征，为结构设计的优化提供了重要依据。基于“强柱弱梁”原则，推导并提出了针对T型连接件不等高梁-柱节点承载力的计算公式，为工程实践中的设计计算提供了有力支持。
创新点2：带H型阻尼器不等高梁-柱节点抗震性能研究的创新性、先进性
通过数值模拟和理论分析开展了H型阻尼器对不等高梁-柱节点抗震性能的研究。根据“强柱弱梁”的设计原则，设计了三种不同腹板穿孔形式（椭圆孔、竖条形孔和菱形孔）的H型阻尼器。H型阻尼器通过高强螺栓与低梁和外环板相连，其兼具有损伤控制与易修复兼顾、安全设计与性能控制结合等特点。在地震作用下，H型钢阻尼器上下翼缘之间会发生相对位移，穿孔腹板可以通过剪切变形有效地消耗地震能量，以确保主体结构安全。与带T型连接件不等高梁-柱节点相比，带竖条形阻尼器和带椭圆形阻尼器的不等高梁-柱节点剪切强度和剪切变形量下降了0.9%-14.1%，而带菱形阻尼器不等高梁-柱节点与带T型连接件不等高梁-柱节点的剪切强度和剪切变形量无显著差距。与带T型连接件不等高梁-柱节点相比，带H型阻尼器（竖条形阻尼器、椭圆形阻尼器和菱形阻尼器）不等高梁-柱节点的累积能量耗散分别提高了400%、335%和103%。带H型阻尼器不等高梁-柱节点的抗剪强度与带T型连接件不等高梁-柱节点相似，但其耗能能力更为优异。此外，有限元模型的破坏模式给出H型阻尼器的应力分布，这可为优化其几何形状和细部构造提供有力支撑，以降低H型阻尼器过早屈服和断裂的风险。基于“强柱弱梁”原则，推导并提出了H型阻尼器不等高梁-柱节点承载力的计算公式，这不仅丰富了钢结构设计理论，更为我国钢结构设计规范的完善与制定提供了坚实的科学依据。
创新点3：带阻尼器不等高梁-柱节点钢框架抗震性能研究的创新性、先进性
通过数值模拟、推覆分析和动力时程分析开展了带阻尼器对不等高梁-柱节点钢框架抗震性能的研究。在三种地震波作用下，阻尼器可以使带不等高梁-柱节点钢框架的最大顶点位移和层间位移角分别降低4.47%~17.17%和7.71%~23.88%。T型连接件在钢框架中的应用可以增强结构刚度，同时为结构提供额外阻尼，从而有效减小结构的最大顶点位移和层间位移角。H型阻尼器与T型连接件的作用效果相似。在神户波和迁安波作用下，H型阻尼器表现出更加优异的抗震性能。与带T型连接件框架相比，带H型阻尼器框架的最大顶点位移和最大层间位移角降低了3.44%-12.39%，9.55%-16.15%。此外，H型阻尼器的腹板穿孔形式一定程度上影响了框架的抗震性能。它们之中，菱形阻尼器可以最大限度地减小最大顶部位移和层间位移角，保证框架的安全性和完整性。
六、作用意义
本成果主要应用于大型钢结构公共建筑、工业厂房、以及钢结构民用建筑工程领域具有很好的经济效益、社会效应，对我国钢结构的快速发展具有重要的意义。
1.经济效益方面
与同类型厂家进行比较，带H型阻尼器不等高梁-柱节点造价更低，成本降低约20%；装配率提高约18%，建筑综合节能效果更好降低约20%，且使用寿命更长。该研究显著提高了公司在装配式建筑施工中的效率，有效解决了结构抗震和经济节能的关键问题，在钢结构建筑中具有良好的应用价值和推广前景。
同类厂家效益分析
同类厂家 造价成本（元/m2） 装配率（%） 完整的装配体系 建筑综合节能效果（%） 维护年限（年）
惠黔绿建 2700~3300 ≤68.8% √（4种） ≤55.2% 5
鸿毅装配 2780~3200 ≤65.5% × ≤50.6% 3
天丰绿色 2750~3400 ≤70.2% × ≤60.3% 5
H型阻尼器 2200~2400 ≥86.6% √ ≥70.8% 7
2.社会效益方面
带H阻尼器不等高梁-柱节点的社会效益聚焦于提升建筑结构的抗震能力上。该技术融合了损伤高效控制与便捷修复的双重优势，以及安全设计与性能控制的先进理念。这一技术不仅严格遵循并超越了我国现行的抗震设计规范，还实现了建筑物抗震性能的飞跃式提升，为人民群众的生命财产安全构筑了更加坚实的防线。在地震等自然灾害发生时，它能确保建筑物底部稳固不倾，为人员疏散与救援工作争取到宝贵的时间，极大地降低了灾害带来的损失。
3.环保效益方面
带H阻尼器不等高梁-柱节点在推动可恢复型钢结构设计与应用领域具有重要的意义。其中，带H型阻尼器不等高梁-柱节点的设计，不仅可以减少钢材的使用，降低结构体系的自重，也降低了建造成本，更在环境效应上展现出显著优势。该技术的研发优化了结构性能，促进了资源的高效利用，减少了材料消耗与碳排放，体现了绿色建筑的核心理念。其不仅具有重要的实际工程应用价值，将促进绿色节能装配式钢结构建筑在我国的工程应用和推广。

一、推广应用的范围、条件和前景
1.推广应用的范围
本研究主要推广应用于大型钢结构公共建筑、工业厂房、以及钢结构民用建筑等。
2.推广应用的条件
带H型阻尼器不等高梁-柱节点通过实验室试验和计算机模拟，证明了该技术在提升建筑抗震性能方面的有效性。其设计原理基于现代结构力学和抗震工程的最新研究成果，具有较高的技术水平。装配式可恢复型钢结构凭借其在国内多地既有建筑结构的成功应用与理想装配效果，已成为提升建筑抗震能力的关键技术。该技术融合了高效损伤控制、便捷修复、安全设计及性能控制的先进理念，不仅严格遵循并超越了我国抗震设计规范，还实现了抗震性能的飞跃，为民众生命财产安全筑起坚固屏障。
3.推广应用的前景
装配式钢结构建筑是推动建筑业可持续发展的关键。国家“十四五”规划要求，到2025年装配式建筑占新建建筑的比例达到30%以上。带H型阻尼器不等高梁-柱节点已在部分工程中应用并取得良好效果。随着技术的完善，预计未来几年内将广泛应用于建筑工程中，具备良好的产业化前景，将加速绿色节能装配式钢结构建筑的普及，引领行业向可持续发展。
带H型阻尼器不等高梁-柱节点处于推广应用阶段，已经在一些工程项目中得到了实际应用，并取得了良好的效果。随着技术的不断完善和应用经验的积累，预计未来几年内该技术将进入成熟阶段，广泛应用于建筑工程中。综合来看，该技术具备良好的产业化前景，能够在未来的建筑工程中发挥重要作用。这一技术不仅具备极高的工程应用价值，更将加速绿色节能装配式钢结构建筑在我国的普及与推广，引领建筑行业向更加可持续、安全的方向发展。
二、存在的问题和改进意见
1.存在的问题
目前，对于带H型阻尼器不等高梁-柱节点抗震性能的研究还处于初步阶段，项目实际推广应用较少；阻尼器安装部位接头过于复杂，螺栓较多，接头安装相对困难。
2.改进意见
针对以上问题，将会进行深度研究，解决螺栓密集的问题，同时加大对此研究的推广和使用；我司将组建一支专业的施工团队，并积极协调相关高等学府及行业机构，共同研制并确立了一套针对性强、标准化的技术规程与标准。