[01568573]基于性能需求的现代木结构防灾减灾关键技术及工程应用

水泥、钢材等传统建材在我国普遍使用,产量均已超过全球的50%。据统计,我国建筑运行CO2排放占总排放的22%,计入建筑建造后占总排放的38%,是我国实现碳中和的重要瓶颈。木材是可再生的绿色固碳建筑材料,现代木结构建筑低碳固碳、绿色环保、健康宜居、工业化程度高,每建造3~5m2木结构建筑固化CO2量1吨,大力发展现代木结构符合碳达峰、碳中和国家战略。 现代木结构发展中尚存以下问题：1)抗震体系不成熟,难以满足中高层建筑抗震性能需求;2)防火设计不成熟,阻碍现代木结构在大跨、中高层建筑中应用;3)耐久性提升技术不成熟,影响服役品质。项目组经过十余年技术攻关,突破了现代木结构抗震防灾、防火阻燃、耐久改性、损伤检测等关键技术难题,建立了现代木结构防灾减灾成套技术体系,极大促进了现代木结构的推广应用。创新成果如下： 1、揭示了多高层木结构协同抗震机理,创新了木结构抗侧力体系。发明了木壳防屈曲耗能支撑及可更换耗能连接节点,大幅提高了构件及节点的抗震韧性;研发了木框架-剪力墙/耗能支撑、耗能正交胶合木剪力墙及木框架-砼核心筒等系列抗侧力体系,探明了混合木结构体系协同工作机理,建立了混合木结构抗侧刚度计算模型,提出了基于不同刚度比的混合木结构地震剪力分配及阻尼比计算方法;构建的多高层及混合木结构体系抗震性能指标纳入了国家标准。 2、探明了现代木结构火灾下灾变机理,建立了性能化防火设计方法。探明了现代木结构火灾作用下木材、增强材料、胶合界面性能劣化机理,发明了树脂浸渍和压缩密实联用的材料阻燃改性技术,显著提升了木材耐火性能;构建了考虑化学反应速率的木构件热响应分析模型,揭示了木构件多尺度失效机理,实现了木构件火灾全过程性能劣化的精确分析;揭示了蔓延火灾下现代木结构整体损伤机理,提出了基于区域损伤概率模型的性能化防火设计方法,实现了安全提升与消防救援的高度统一;主持修订防火规范拓展了木结构应用范围。 3、明确了现代木结构多尺度性能劣化机理,研发了绿色高效耐久性提升技术。创新了以力学性能为导向的“零危害”木材高温改性工艺,解决了木材防护耐久与力学性能及环保要求相互制约的技术难题;研发了高湿环境中木构件强度衰减抑制、弹性模量提升的制造工艺;提出了基于湿应力调控的耐久性能提升方法,为木结构长期性能的提升提供了新路径;建立了适应现场的木结构无损检测系列技术,突破了木构件内藏式缺陷检测技术瓶颈,实现了耐久性评价的全截面覆盖。 项目获授权国家发明专利18件;发表论文100余篇（其中SCI检索44篇、ESI高被引2篇、EI检索18篇）;主编《木结构通用规范》及《建筑设计防火规范》,主编参编13部国家和行业标准;培养博士、硕士研究生120余名;成果已应用于100余项工程,创造了木结构国内高度最高、层数最多、亚洲体量最大、世界桥梁跨度最大等纪录,近两年新增产值逾8.9亿元。项目弥补了我国现代木结构防灾减灾长期落后的短板,多项技术达到国际领先水平,社会经济效益显著。