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内蒙古自治区科技进步二等奖—轻型保温钢结构复合板的研制

曹喜教授(简介附后)主持的轻型保温钢结构复合板的研制项目荣获2007年度内蒙古自治区科技进步二等奖。

本项目研究的轻型保温钢结构复合板是由轻型型钢骨架、轻型保温材料和特殊水泥砂浆面层构成的板材。轻型保温材料可以是聚苯,也可以是粉煤灰发泡材料或其它轻型保温材料。特殊水泥砂浆是专门研制的,具有足够的强度、韧性和抗冲击能力。

项目的作用和意义

1.用于大跨度钢结构的屋面板,可大大减轻屋面的自重,减少施工程序,提高保温性能。

2.用于各类建筑物的内外墙板,可降低结构的自重,建成保温性能良好的节能建筑。

3.用于高层钢结构建筑物的楼面板和内墙板可大大减轻建筑物的自重,降低建筑物的整体造价,降低建筑结构的地震作用力,提高建筑物的抗震性能。

项目的创新点

1.技术创新

利用不同材料的特性通过合理的结构形式进行复合,使各种材料在复合体系中起不同的作用,使板的整体性能得以提高。

在生产制作过程中,解决了材料间复合的相关技术问题,诸如材料的粘接性能问题、不同材料间的化学反应后果问题;安装过程中解决了与主体结构的连接问题,找平问题、冷桥问题和防水问题。

面层采用的砂浆经优化配比,并掺入高强工程纤维,有效增强了砂浆的韧性,抑制微细裂缝的产生和发展,提高了板的韧性、抗冲击能力、耐久性和防水性能。

通过将面层砂浆下移使其握裹住桁架的上弦角钢,依靠砂浆和角钢的握裹力、机械咬合力与内置的钢丝网片和桁架的连接作用来共同传递剪力并抵抗桁架和面层砂浆之间的分离,达到了钢与面层砂浆共同工作的效果,大大提高了板的强度和刚度,从而节约钢材用量。

2.理论创新

通过试验研究,对板的上面层应变分布进行了分析,引入了应变梯度的概念,对应变沿板宽的变化情况给出了一个比较客观的评价,确定了板的有效宽度系数。

在弹性分析过程中,提出了用换算截面法计算复合板的承载力与挠度的方法。

由于钢桁架与砂浆交界面之间存在滑移,推导了考虑滑移效应的挠度计算公式。

在塑性分析过程中,推导了考虑钢材进入塑性阶段的极限抗弯承载力计算公式。

与其它建筑用板材的比较

1.与钢筋混凝土板相比较:自身造价相差不多,但省了找平层、保温层等许多工艺做法,更重要的是本产品的自重约为钢筋混凝土板的1/7,使建筑物自重大大降低,主体结构与基础的造价可大大降低,总体造价降低,并可提高结构的抗震性能。

2.与GRC板比较:自重是GRC板的1/2,比GRC板的保温性能好,没有冷桥,不用做找平层,自防水性能好,结构的整体抗震性能好。

3.与彩钢保温夹芯板相比:本产品虽造价稍高,但没有噪音,密封性好,耐久性好的多,在建筑设计的基准期内不需维修、更换,长期经济效益好。

由以上比较可知,本产品具有很强的竞争力。

推广和应用

1.本技术项目的产品系列包括大型轻质保温屋面板、网架板、钢丝网墙板、拼装式内墙板、拼装式外墙板、拼装式建筑造型、拼装式屋面板和楼面板等。

2.主要用于大型工业厂房、仓库、商场、机场、民用及公共建筑的屋面板、内墙板、外墙板、建筑造型等。

3.从2004年研制成功到2008年末总体使用量约为40万平方米。产品遍及内蒙古中西部、北京、陕西,山西等地。在内蒙古的代表性工程有:呼市白塔机场,呼市农牧厅科研楼,东胜汽车站,呼市金天地,内蒙古科技大学,包头市人大工程等。

4.本技术项目的产品在材料、结构形式和性能上优于同类产品,且成本低廉,该项技术带动和提高了内蒙古自治区新型建材的发展水平,处于国内领先位置。其应用前景和发展空间很大。

获奖及专利、证书情况

1.2002.02 获“中国建材工程推荐产品证书” ——中国建材工程建设协会

2.2002.02 获“香港专利技术博览会金牌奖”——中国建材工程建设协会

3.2003.01 通过内蒙古建设厅科技成果鉴定——内蒙古建设厅科技处

4.2003年9月申报国家发明专利,2007年5月获得批准——国家专利局

5.2007.01 获全国建材行业市场公认品牌、国家达标企业——中国建筑材料流通协会

6.2007.01 获“中国绿色环保、节能建材产品”称号——中国建筑材料流通协会

附:曹喜教授简介

曹喜教授,博士研究生,现任内蒙古工业大学土木工程学院院长,1997年被批准为硕士研究生导师,1998年被评定为教授,同年入选内蒙古自治区“321人才工程”第一层次。

曾参加内蒙地区过多项大中型建筑工程的结构设计,其中呼和浩特市少年宫设计获内蒙古自治区优秀设计二等奖,2001年获内蒙古自治区第一批“优秀设计师”称号。在计算结构力学、大跨度空间结构、高层钢结构方面进行了多年的研究,完成了科研项目三项,发表学术论文二十多篇,培养硕士研究生二十多名,主持研制的“轻型钢结构保温复合板”获2007年内蒙古科技进步二等奖。

曾任中国力学学会第六届理事会理事,内蒙古力学学会常务理事。现任内蒙古建筑节能协会常务理事,内蒙古自治区高等院校土建类教材编委会常务主任,《空间结构》杂志编委,内蒙和呼市两级建筑工程招投标评标专家等。
(校党委宣传部)

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