“钢结构的主要优势在于其固有的装配式特性和高度的工业化水平,且从全生命周期来看,钢材是符合可持续发展理念的绿色低碳建筑材料。今年政府工作报告中就明确要推动建设安全、舒适、绿色、智慧的‘好房子’,以及加快发展绿色低碳经济。”3月9日,全国两会召开期间,全国人大代表,中衡设计集团股份有限公司(下称中衡设计)总经理、总工程师张谨在接受《中国冶金报》记者连线采访时表示,市场的选择就是方向,要鼓励钢结构在高烈度设防地区(抗震设防烈度为8度及以上的地区)、大型公共建筑、多高层建筑等优势场景中推广应用,同时改进和完善现有抗震设计方法,真正实现好钢使在刀刃上。
张谨认为,在我国,钢结构目前主要应用于工业建筑及大跨度空间结构等领域,在量大面广的多高层民用建筑中的应用比例相对较低。这一现象除受到钢结构自身经济性的影响外,还与现行的设计方法密切相关。
作为钢结构设计行业的专家,张谨深耕钢结构抗震设计领域,多次在重要学术会议上就多高层钢结构建筑的工程应用、钢结构抗震性能化设计方法等课题作专题报告,为钢结构的抗震设计与实践提供了重要参考,推动了该领域的发展。
张谨向《中国冶金报》记者介绍,目前我国建筑抗震设计规范主要采用“经典规范设计法”,即通过制定一系列设计规则,基于反应谱理论,并按“处方式”条文采取抗震措施,来达到结构的抗震设计目标。很多专家研究表明,该方法对中等延性如钢筋混凝土结构适用性更高,但难以充分体现钢结构的高延性优势。钢结构的延性是指其在地震或其他外力作用下持续承受变形的能力,延性越高,结构的抗震性能和安全性越好,承载力需求越低。尽管在欧洲国家、美国等国外规范中,已针对不同结构体系延性特征考虑了地震作用的差异,但全盘再对标此类规范不仅耗时耗力,而且难以顺应工程中快速发展的新体系和新材料的应用需求。对此,张谨呼吁推行更具发展前景的性能化设计方法,以期全面提升我国抗震钢结构建筑的设计水平。
所谓抗震性能化设计则是将“经典规范设计法”中宏观定性的抗震设防目标设定为分层分级的多重性能目标,基于对结构性能准确分析和评估,并进而采取有针对性的设计措施。相比于“经典规范设计法”,抗震性能化设计方法可更全面地把控结构的地震响应,保证设计结果的可信度,实现“所见即所得”的设计效果。
“但目前我国在性能化设计方法的研究上,还存在不同规范标准间不太统一、相关性能评价体系缺失等情况。”张谨介绍,针对此,中衡设计联合东南大学、北京科技大学等单位,完成了“多高层钢结构抗震性能化设计创新与应用”的项目研究。该项目首创了受弯和压弯钢构件基于应变指标的性能评价准则,弥补了国内外关于钢构件性能评价研究的缺失,对完善钢结构性能化设计具有积极意义。由中国工程院院士、清华大学教授聂建国等组成的评价专家组认定,该项目成果总体达到国际先进水平,其中基于应变指标的钢构件性能评价准则等达到国际领先水平。该项成果也获得了中国钢结构协会科学技术进步奖一等奖。
“该项目的部分成果现已纳入中国勘察设计协会的《建筑结构抗震性能化设计标准》及相关主流软件。”张谨认为,这只是一个起步,希望未来能得到进一步发展和完善。她指出,如果此类标准能得到更广泛的推广应用,同时结合配套软件开发,不仅能增强钢结构在工程设计中的优势,还可推动当前大力推广的热轧型钢的应用。例如,中衡设计近期在某高烈度地区项目的试点设计中,其团队基于抗震性能化设计方法和自开发的优化软件,实现主要构件用钢量减少25%,同时有效降低竖向承重构件损伤程度,并使支撑等耗能构件损坏分布更均匀,形成了更合理高效的耗能体系。
此外,在谈到对钢厂的建议时,张谨指出,当前钢厂提供的型钢规格未必完全符合设计需求,而设计方也未能主动去充分利用现有的型钢资源,导致了钢厂产品的应用受限。因此,她建议,从整个钢结构产业链协同发展的角度出发,双方应加强沟通对接,尤其在规格型号、标准制定、软件适配和智能制造等方面加强深度融合,以推动钢结构产品的更高效应用。
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