5 轻钢构架研究.docx
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5 轻钢构架研究.docx
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5轻钢构架研究
项目受理编号:
2
0
0
9
****研究院
科研项目申请表
项目名称:
轻钢架构固模剪力墙结构的试验研究与开发
项目申请人:
***
项目依托部门:
设计五所住宅产业化工作室
起止年限:
2009年2月至2011年3月
****研究院
二〇〇九年二月
填写说明
一、申请书文本一式三份,用A4纸普通订书钉装订,勿用其他装订材料;同时提交申请书电子版(pdf格式),文件名“申请人姓名-项目编号.pdf”;
二、项目名称按拟研究的内容自拟;项目依托部门和合作单位为所、中心和其它单位;
三、课题所属学科和行业领域按国标“《学科分类与代码》(GB/T13745-92)”和“国民经济行业代码(GB/T4754-2002)”填写中文;
四、填写内容涉及到外文名称,首次出现时要写全称和缩写字母。
凡不填内容的栏目,请用“无”表示。
一、申报材料内容
项目名称
轻钢架构固模剪力墙结构的试验研究与开发
参加单位数
2
项目所属学科
560土木建筑工程
所属行业领域
E建筑业
项目起始时间
2009年2月
课题结束时间
2011年3月
申请人
姓名
***
性别
男
出生日期
1973年5月20日
职称
高级工程师
最高学位
硕士
所在部门
设计五所
工作证号
****
申请经费情况
课题总经费:
530万元,
项目类型
01基础研究√02应用研究03试验发展04软科学√05R&D成果转化
项目摘要(包括标点符号不超过500字)
自1999年国务院发布《关于推进住宅产业现代化提高住宅质量的若干意见》(国办发[1999]72号)以来,住宅产业化日益受到全社会的广泛关注,特别是在2009年哥本哈根会议上,我国领导人向世界庄严承诺:
到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。
目前,业界已经形成共识,住宅产业化是实现住宅产业低碳发展的主要保证和有效途径。
我院研发的住宅产业化体系“钢网构架混凝土多层居住建筑技术”(以下简称“钢网构架”)已经取得阶段性成果。
但同时也发现有如下一些不足之处,如:
该技术只能用于多层,用钢量偏高,材料加工损耗较大,混凝土浇筑时漏浆严重,钢网表面局部凹凸不平,观感较差等。
针对上述不足之处,在“钢网构架”的研究基础上,我院发明了“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”并申请了具有完全自主知识产权的新的系列专利。
新技术不但基本实现了剪力墙结构住宅建设的产业化,而且可以应用于高层住宅,同时弥补了“钢网构架”存在的各种不足。
为促进我院专利技术尽快转化为生产力,需要对新型轻型钢构件的截面形式、新型轻型钢构件的材料性能、新型结构构件的节点连接构造、新型楼板的承载能力、新型墙体的抗震性能等一系列问题进行研究,并进行相应的试验验证。
任务来源
我院自主研发
研发形式
我院自主研发
关键词(用分号隔开,最多5个)
轻钢构架结构构造材料性能承载能力抗震性能
二、技术的可支持性评估
(一)、研究内容
1新型轻型钢构件的截面形式研究
本部分研究主要为创造性思维研究,主要研究可以替代原钢网构架中冲孔C型钢的新型轻型钢构件。
冲孔C型钢的构造如下图。
冲孔C型钢是由薄壁钢带经冲孔后经卷边加工形成的,存在如下不足之处:
加工费用较高,加工过程噪声污染严重。
浪费材料,冲孔部分废料占母材的10~15%。
冲孔内穿设钢筋困难。
目前已经取得初步研发成果,发明出如下两种构造形式的轻型钢构件,并均已经申请专利:
冲孔C型钢切割拉伸轻型钢
(一)切割拉伸轻型钢
(二)
下一阶段的研究内容主要为轻型钢构造及细部尺寸的进一步优化研究,以及经过加工后,轻型钢的材料性能研究。
2新型轻型钢构件材料性能的试验研究
取上文中新型轻型钢的单肢作为试件,在试验机上拉伸至破坏,研究轻型钢的强度、伸长率等。
试件示意图拉伸试验机
3新型结构构件的节点连接构造研究
参考现行国家及行业标准,研究新型轻钢构架结构中墙体与墙体、楼板与楼板、墙体与楼板等节点连接构造,特别是使之适用于高层结构。
4新型楼板的承载力能力研究
通过对轻钢构架混凝土楼板进行静载试验,获得轻钢构架混凝土楼板的受力破坏特征、极限承载力和变形能力以及裂缝发展规律。
试验构件拟为1组,共3个试件,板宽为900,跨度均为3000的单跨简支板。
试件一配筋示意图如下:
试件一配筋示意图(板底配筋图)
试件一配筋示意图(剖面图)
荷载采用分级加载,试件加载装置示意图如下图:
楼板加载装置图
各楼板试件均进行施加荷载、构件变形、钢材应变和混凝土应变的量测。
荷载采用力传感器量测,变形采用位移计量测,型钢、钢筋和混凝土应变采用电阻应变片量测,其中型钢、钢筋应变片应预埋使用。
开裂裂缝测量采用裂缝测量仪等仪器。
5新型墙体的抗震性能研究
。
。
。
。
。
。
试验的量测主要包括:
施加的轴压力和水平力,试件高度方向的水平位移,墙内型钢、竖向钢筋应变,混凝土应变等。
荷载采用力传感器量测,位移采用位移计量测,钢材应变和混凝土应变通过电阻应变片量测。
以上数据通过IMP数据采集系统实时采集。
(二)、技术先进性
“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”是我院自主研发并具有完全自主知识产权的专利技术,其技术先进性体现在如下方面:
1本技术是一种具有工业化建造模式的住宅建筑技术。
由于轻钢构架在加工及安装过程中属于轻型钢结构,轻钢构架可实现工厂化大规模生产,把现场绑扎钢筋的工作,尽可能放在工厂内完成,从而实现构件生产工厂化,施工现场装配化。
2主体结构仍为钢筋混凝土结构,结构防火和防腐蚀性能好。
3墙体、楼板混凝土整体浇筑,结构抗震性能好。
4轻钢构架有一定刚度,方便了模板支撑,容易保证工程质量。
5外墙保温板可附着在轻钢构架上,然后浇筑混凝土,有效整合了保温板和主体结构的施工,且为保温板与结构墙体的可靠连接提供了保证。
6施工速度快,在大规模产业化实施的基础上,可降低工程造价。
(三)、技术创新性
“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”是我院不断进行技术创新,自主研发并具有完全自主知识产权的专利技术。
具体创新点有如下几方面:
1本技术是一种符合我国建筑产业现状的,具有大规模产业化实施前景的技术,相关技术均已经获得国家发明专利或实用新型专利。
2本技术提出了两种新型截面的轻型钢。
轻型钢节约材料,便于工厂化加工。
3本技术创造性地将轻型钢结构与混凝土结构有机地结合了起来,在充分利用轻型钢结构方便工厂化加工的同时,通过整体浇筑混凝土,避免了钢结构在防火和防腐蚀方面的不足。
(四)、技术成熟状态
“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”应用于钢筋混凝土剪力墙结构,其设计标准、结构内力分析、构件承载力计算、结构抗震设计等均与国家及行业标准相协调,能够满足结构安全性的要求,技术较为成熟可靠。
(五)、预期成果的产出形式和可靠性
预期成果的产出形式有以下几部分:
1项目组主要成员在土木工程学术期刊合作发表高水平论文4篇以上;
2通过本项目,培养工程硕士1名,硕士毕业论文1份;
3研发成果为《轻钢构架固模剪力墙结构技术规程》提供进一步的技术支持;
4研发成果进一步完善我院“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”的系列专利技术,为专利的市场化推广提供有力的技术支持。
(六)、任务产品或技术对国家现有规范、标准的符合程度
“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”本身并无直接标准可依,为推广此项专利技术,我院正在编制工程建设协会标准《轻钢构架固模剪力墙结构技术规程》,目前已经处于报批阶段。
同时,“轻钢构架固模剪力墙建筑技术”应用于钢筋混凝土剪力墙结构,其安全性、设计计算方法从原则上是与国家现有规范、标准相符合的。
《轻钢构架固模剪力墙结构技术规程》只是针对我院专利技术所涉及的新技术、新工艺部分及其验收标准给出了较为明确的规定。
三、实施条件及计划
(一)、项目组主要人员条件
姓名
性别
身份证号码
出生年月
职称
职务
专业
累计为本课题工作时间(人月)
课题组角色(组长、副组长或成员)
在本课题中分担的任务
所在单位
男
1973
高工
结构
组长
总负责、试验方案
本院
男
1977
工程师
结构
成员
试验研究、数据分析
本院
女
1973
工程师
结构
成员
技术研发、工程试设计
本院
男
1955
研究员
结构
成员
技术研发、工程试设计
本院
女
1970
工程师
结构
成员
技术研发、工程试设计
本院
男
1974
高工
建筑设计
成员
工程实施
本院
项目参加总人数15。
注:
明细表中只需填主要研发人员,且年投入超过6个月的人员;参与课题的学生不用填写,只计人数和工作量。
累计为本课题工作时间(人月)是指在课题实施期间该人总共为课题工作的满月度工作量;合计人月是指课题组所有人员投入人月之合。
(二)、资金条件
本研发项目所需的资金530万元包括:
人员人工:
25万元;
材料采购、试验加载及数据采集等直接投入:
195万元;
委托外部研发费:
300万元;
资料整理、图书出版等其他费用:
10万元
本项目为我院完全自主研发与委托外部开发想结合的项目,上述费用均需我院资助。
(三)、设施条件
本项目的技术研发、成果转化、试验设计及数据分析均由我院自主完成,试件加工、试验加载及数据采集需要委托外单位如土木工程系合作完成。
我院与土木工程系具有良好的合作基础,且土木系试验设施条件完备,在试验加载及数据采集方面具有丰富的经验。
(四)、实施计划
目前,部分研究工作已经在进行之中,并且已经取得初步成果,如新型轻型钢的研究开发与专利申请、节点构造研究、《轻钢构架固模剪力墙结构技术规程》的编制等。
2009年02月~2009年05月试验设计,完成试件加工图
2009年06月~2009年09月试件制作、混凝土浇筑
2009年10月~2010年03月试验加载、数据采集
2010年04月~2012年07月数据分析
2010年08月~2010年11月成果转化
2010年12月~2011年03月工程试设计
四、产业化前景
(一)成果转化时间
由于本项目部分研发工作已经开始进行并取得初步成果,试验为验证性试验,通过试验研究,优化并确定结构构造及设计计算方法。
因此,本项目结题后,其成果即转化完成,我院便可以在工程规划和设计中推广使用相关专利技术。
(二)市场意义
当前,中央关于制定十二五规划的建议已经发布。
在建议中明确提出“以科学发展为主题,以加快转变经济发展方式为主线,深化改革开放,保障和改善民生……”,“坚持把经济结构战略性调整作为加快转变经济发展方式的主攻方向”等内容。
反映在建筑业上,“调结构”即增加保障性用房的比例,“促转变”及转变传统的房地产发展模式,促进房地产业的产业升级。
通过实施本技术,可以基本实现剪力墙结构住宅建设的产业化,在提高工程质量的同时,加快施工速度,促进产业升级,实现住宅产业的低碳发展。
近些年来,万科集团、远大集团等已经投入很大的人力、物力研究住宅的产业化,并已取得显著成果。
但是,截至目前为止,还很少有设计企业从事相关的研究与开发。
通过本项目的实施,将为我院进入这一领域打下基础,对于提高我院的核心竞争力也有重要意义。
(三)市场容量
目前我国保障性住房逐年大幅度增加,市场容量巨大。
保障性住房工程量大,由政府投资,便于实现产业化,很适合本项技术的应用。
此外,本项技术也可应用于普通住宅、公寓等剪力墙结构体系居住建筑,市场容量巨大。
(四)竞争态势
目前,住宅产业化还处于初期阶段。
由于大幅增加建设成本,万科、远大的技术路线也并非完全符合中国的国情。
我院拥有本项技术完全自主的知识产权,并已经获得多项独占性专利许可,竞争态势良好。
本技术符合国家产业政策,为我院介入这一领域提供了良好的契机。
(五)推广应用前景与措施
本技术在多、高层住宅、公寓等居住建筑,特别是保障性住房的建设中具有广泛的推广应用前景。
具体措施包括:
本技术作为我院所独立拥有的核心技术,在我院参与的项目投标、设计中,增加我院核心竞争力,便于工程中标并提高设计收费。
此外,也可以针对工程项目或行政区域,按专利实施许可的方式进行专利授权,并授权专利使用费。
具体措施可根据市场发育及运行情况进行调整。
五、效益与风险预测
(一)经济效益
本示范项目尚未作明确的经济效益评估。
但是,随着我国住宅产业的不断发展,特别是政府保障性用房的不断增加,住宅产业化的需要越来越迫切。
我院通过参与工程设计或实施专利授权许可等方式,将会为我院增加新的经济增长点,具有良好的经济前景。
(二)社会效益
通过实施本技术,可以基本实现剪力墙结构住宅建设的产业化,促进住宅产业升级,实现住宅产业的低碳发展,具有显著的社会效益。
此外,我院作为一个在业界有很高知名度的设计院,应该在关系到国计民生并符合国家政策导向的领域进行研究与开发,这也是一个企业的社会责任。
(三)主要风险
本项目的主要风险在于市场发育及市场推广情况。
此外,产业化实施时,不仅需要专利技术本身成熟、完善,还需要高效的工厂化制作、加工设备的支持。
(四)投入价值分析
该项目需要资金大约530万,项目研发时间约2年。
本项目不需额外购置设备,除试件加工及试验费用外,大部分资金的投入在于我院拥有自主知识产权的专利技术的研发与成果转化上,同时,为我院培养工程硕士一名。
因此,大部分资金取之于我院,用之于我院。
六、项目综合评估及主要评估结论
(一)项目优势和有利条件
本项目优势在于所研究的内容为我院自主研发的核心技术,我院独立拥有相关知识产权和专利权。
此外,本项目符合国家政策导向,有利于住宅产业的升级,实现住宅产业的低碳发展。
本技术是在“钢网构架”技术研究的基础上研发的,目前部分研究工作已经展开,且已经取得初步成果。
因此,本项目的实施具有明显的内部和外部的有利条件。
(二)项目劣势和不利条件
本项目的不利条件在于:
首先,我院刚刚开始涉足这一领域,经验较少,在某些环节上,难免“摸着石头过河”。
其次,本项目也存在一定的风险,详见本申请表上文“效益与风险预测”中“主要风险”部分内容。
七、签字盖章
申请人承诺:
我保证申请书内容的真实性,如果获得资助,我将履行项目负责人职责,严格遵守《****研究院自主科研计划实施办法(试行)》的规定,切实保证研究工作时间,认真开展工作,及时报送相关材料。
若填报内容失实或违反规定,本人将承担全部责任。
申请人签字:
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- 轻钢构架研究 构架 研究
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