1.课题来源与背景 本项目获黑龙江省教育厅科学技术研究项目的资助。 随着东北老工业基地的振兴，既有建筑的加固改造已经称为土木界关注的热点话题。其中增层改造因其施工周期短、不间断原建筑的正常使用，而广泛应用于既有建筑的改造中。众所周知增层结构体系跨度较大，常规的钢筋混凝土框架体系已不能很好的满足需要，鉴于此提出了一种以空腹式角钢混凝土柱为框架柱，预应力钢骨混凝土梁为框架梁的新型结构型式，其中空腹式角钢无配筋混凝土柱是在矩形混凝土柱的四角配以角钢（相当于钢筋混凝土柱的纵向钢筋），并以横向钢板（相当于钢筋混凝土柱的箍筋）将角钢连在一起，形成钢骨架，使之与混凝土形成一体共同受力，来提高试件的承载力和延性。角钢约束混凝土将极大地改善混凝土的延性，可以充分发挥两种材料的性能，其用钢量与普通钢筋混凝土结构接近，但较型钢混凝土和钢管混凝土更加节省，同时，角钢骨架可在工厂预制，简化施工程序，缩短施工周期，在实际工程中将取得良好的经济效益和社会效益。考虑到该类柱存在诸多优点，因此申请了国家实用新型专利: 角钢混凝土柱钢箱组合梁框架，已于2010年8月获得授权（实用新型专利号: ZL200920244195.9）。 研究的目的与意义： 对于地震区的建筑结构，在遭受罕遇地震袭击的情况下，框架柱尤其是底层框架柱将不可避免地经历变形循环历程，从而反复进入非弹性工作范围，致使结构发生破坏，因此对框架柱抗震性能的研究是至关重要的环节，然而到目前为止对空腹式角钢无配筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能研究尚未见报道，对该类柱的破坏机理与力学性能等缺乏认识，其恢复力模型和抗震构造措施尚不明确，因此，开展空腹式角钢无配筋混凝土柱动力性能试验与理论研究是至关重要的。本项目紧密结合工程实际应用，以空腹式角钢无配筋混凝土柱为研究对象，揭示该类柱的抗震性能和破坏规律，给出恢复力模型和抗震构造措施，为进行合理的抗震设计提供科学依据。 2.技术原理及性能指标 空腹式角钢无配筋混凝土柱实现柱中钢筋的集中化，在该类柱构建的组合结构中型钢预应力混凝土梁中的型钢和预应力可在柱中角钢之间穿过，解决了采用钢筋混凝土柱将使型钢和预应力筋无法穿过框架柱的棘手问题。同时预应力筋可实现在柱端的张拉和锚固。该类柱中的角钢不同于型钢混凝土中的型钢，它是布置在柱的四周，大大增加对核心混凝土的约束面积，使内部混凝土处于三向约束，该类柱承载力高，刚度较大，其延性也较好，角钢骨架可在工厂预制，简化施工程序，缩短施工周期。 3.技术的创造性与先进性 （1）开展空腹式角钢无配筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究，获得试验柱的滞回曲线，考察试验柱的耗能、刚度退化、抗力衰减、延性等抗震性能指标。 （2）建立空腹式角钢无配筋混凝土柱非线性分析模型，通过扩展参数分析，统计回归出空腹式角钢无配筋混凝土柱荷载-位移和截面弯矩-曲率恢复力模型； （3）提出空腹式角钢无配筋混凝土柱在不同抗震等级下的轴压比限值和最小配箍率等抗震构造措施，给出该类柱在整体框架体系中的抗震设计方法及施工建议。 该项研究涉及土木工程、地震学、力学等相关学科，具有一定的先进性和前瞻性，通过深入了解该类柱的力学性能，提出在实际工程中可操作的设计建议具有一定的理论意义，又具有实际的工程价值。 4.技术的成熟度、适用范围和安全性 通过资助研究，该项目已经顺利结题，其在实际工程中应用的技术也越来越成熟，已在许多实际建筑工程中应用，包括新建工程、改造工程和增层工程中。经过研究开发，该类柱承载力高，刚度较大，延性也较好，在实际工程中应用具有很高的安全性，同时对环境无污染，无辐射，对长期居住生活的人们不会造成不良的后果。 5.应用情况及存在的问题 目前该类新型柱在新建和改造工程中均应用较多，哈尔滨土木建筑设计院有限公司大庆分公司、大庆科大双锐工程设计有限公司和黑龙江省宝创玉鑫钢结构有限公司等设计的建筑采用了角钢无配筋混凝土柱构成的结构体系，其结构受理合理，施工周期短，工程造价较低，深受工程界的关注和业主的好评，无疑该类柱在实际工程中将越来越多的被推广应用。 该类柱尽管有诸多优点，但也存在一定的不足，构成的结构体系节点较复杂，梁中的钢筋与角钢接触时会无法穿过，现场只能采用焊接技术；但随着对节点的进一步研究，肯定会提出更合理的设计建议。 6.历年获奖情况 于2014年9月获大庆市科学技术进步奖三等奖，评审单位为大庆市科学技术进步奖评审委员会。

东北石油大学

该项目为储备库项目资源，暂无效益分析内容。