项目简介
获奖项目名称
铝管组合柱框架墙结构技术研究与应用
主要完成单位
天津大学
天津佳渝建筑工程有限公司
天津城建大学
天津大学建筑设计规划研究总院有限公司
天津富凯建设集团有限公司
主要完成人
宋 昆 史文浩 张清方 姚 钢 李 锵
李进军 曹爽秋 王圣国 张大昕 李路川
项目背景
铝是地壳中最丰富的金属元素，随着冶炼技术的成熟电解铝的能耗自1995年至今已降低了75%，其造价日趋降低。铝合金轻质高强、易于挤压成形、耐腐蚀性能好、且外形美观，能有效解决钢结构的耐腐蚀性较差带来了后期维护成本高，耐久性降低等问题。从2016年起，对高强铝合金的研究也弥补了结构用铝合金强度较低的短板。结构用铝终生免维护、并可实现100%可回收，不仅节省了后期维护成本，还增加了总体利用率，综合经济性优良。目前世界铝合金产量的25%使用于建筑结构，而我国用于建筑结构的铝合金占到总产量的30%左右，且这一比例还在不断增长。
在建筑领域中，铝合金的应用起步较早并广泛应用于桥梁与大跨结构中，并显示出良好的耐久性。然而随着对建筑结构功能要求的逐渐丰富，将铝合金应用于框架结构中，可充分发挥其比强度高、适合快速拼装、耐腐蚀性强、回收利用率高的独特优势，在防疫救灾快速拼装建筑、轻型装配式建筑、滨海地区建筑、甚至国防建设等特殊场景中可得到广阔应用前景。
然而，时至今日，铝合金框架的实际工程十分有限。早期多层铝合金建筑构件及节点均为定制构造，推广难度大，为增强结构稳定性还需采用额外的加固措施。后期铝合金快装实验室与模块建筑的梁柱及节点开始使用常规截面形式，但均为小尺寸薄壁截面，承载力小，应用范围十分有限，并非真正建筑工程意义上的铝合金框架结构。常规截面形式的铝合金框架结构的设计、施工还需进一步探究。
近年来，随着国力的不断增强，我国生态环境保护力度不断加大，保住绿水青山才会保证经济发展的金山银山的理念深入人心。发展铝合金框架结构体系与我国在“十四五”规划中倡导绿色建筑的发展，大力提倡装配式结构的发展大势相契合。
项目组依托实际工程，采用常规截面铝合金梁柱构件，在施工过程中探究铝合金柱体加固方式及短梁加工方法，探究梁柱连接方法及整体结构施工工艺。可为多层铝合金框架结构的设计和工程应用提供技术指导，促进多层铝合金框架结构在我国建筑工程领域的应用，继而推动铝合金结构乃至绿色建筑的进一步发展。
成果简介
本项目组依托天津大学国旗墙项目，采用常规截面铝合金梁柱构件，配合建筑外观需求，在施工过程中探究铝合金柱体加固方式及短梁加工方法，探究梁柱连接方法及整体结构施工工艺。取得主要创新成果如下：
（1）提出外接不锈钢套筒与内填充高强无收缩灌浆料的铝管组合柱体加固方案
提出高强无收缩套筒灌浆施工工艺。采用栓钉连接不锈钢套筒与铝合金方通，并向铝合金方通填充高强无收缩灌浆料，从而实现铝合金柱的内外加固，形成铝管组合柱，并有效防止了灌注过程中铝合金构件的膨胀变形。
（2）采用薄壁铝板弯折成型及激光焊接工艺，提出了异形截面铝合金短梁的加工方式
采用异形截面短梁激光焊接加工工艺。采用激光焊接工艺，将3mm铝板弯折成型的空心铝盒切割并与凹槽焊接形成异形截面铝合金短梁，激光焊接工艺聚焦激光束比的高功率密度，导致焊接速度快，热影响区和变形都极小，有效解决了铝合金材料强度受热影响大幅降低的问题。
（3）确定合理的铝合金角型件节点连接形式，制定角型件焊接开孔加劲肋及采用拉铆钉三向连接梁柱与亚克力国旗的施工工艺
提出铝合金角型件节点连接方法。确定合理的铝合金角型件节点连接形式，角型件采用6063-T5铝合金，在角型件节点一端焊接开孔加劲肋，增加节点的强度和刚度。采用M5拉铆钉通过角型件节点的两肢连接立柱与短梁。加劲肋开孔处则通过拉铆钉连接加劲肋与亚克力国旗。及实现建筑外观需要，又保证整体结构的稳定性。
本项目经由天津市钢结构学会组织专家团队鉴定，认定该成果总体上达到“国内领先”水平。
社会及经济效益
