《大跨空间结构关键节点、复杂构件和施工控制技术研究及其工程应用》

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随着现代大跨度结构理论和应用的不断创新,国内外出现了诸多形态新颖、功能多样的大跨空间结构建筑,结构体系复杂,产生了不同形式的新型关键节点与异形构件,引发了相关设计和建造技术的突破和变革。然而现有大跨空间结构尚存在设计理论不完善、试验数据不充分、施工控制技术滞后等突出问题,会导致建筑结构存在安全隐患、造价偏高甚至引发重大工程质量安全事故,造成人员伤亡和巨大的经济损失。因此,其关键节点和复杂异形构件的性能化设计、智能制造和施工控制等基础研究和工程应用尤为关键和重要。现有研究主要针对具体工程开展,缺乏对共性和基础问题研究,也缺乏标准规范规定,已成为制约大跨空间结构发展的瓶颈。项目历经10余年研究,在多项国家科研计划的资助下,依托多项重大工程建设项目,立足于科学前沿和行业重大需求,形成了大跨空间结构关键节点、复杂构件和施工控制技术研究的成套创新成果:

建立了大跨空间钢结构关键节点的设计方法:发明了大跨度管桁架与箱型截面构件空间转换节点并提出设计方法,发展了大跨重载钢桁架销轴节点装配技术和抗震设计方法,解决了复杂相贯节点和异形铸钢节点的组装和计算难题。

研发了大跨空间钢结构复杂构件的设计方法及智能制作技术。创建了大跨钢结构箱型截面曲梁构件设计方法,提出了大跨钢结构薄壁箱形斜柱的承载力和稳定计算方法,发明了复杂异形扭曲钢构件的智能成型与精度控制技术。

实现了大跨空间铝合金结构关键节点与大截面构件的首次应用。提出了铝合金单层网壳结构环槽铆钉盘式节点设计方法,发明了铝合金结构铸铝节点及其螺栓连接承载力计算方法,建立了大截面铝合金构件的设计理论。

创建了大跨空间结构施工过程控制技术理论。构建了大跨空间钢结构改进的施工分析方法与临界状态判定准则,基于大跨空间结构施工监测技术建立了参数化预警方法,研发了基于绿色施工的大跨空间结构装配式支撑体系。

经知名专家和机构鉴定评价:项目具有技术先进、创新性突出、推广应用价值高的优势,总体处于国际先进水平,部分成果达到国际领先水平。

项目获得发明专利授权10项、国家级工法1项、软件著作权2项,出版著作3部,发表相关学术论文150篇。参编和主编《钢结构设计规范GB》、《铝合金结构技术标准GB》等国家标准、行业标准及地方标准共6部。项目研究成果在合肥新桥国际机场航站楼、中国现代五项游泳击剑馆、上海世博会西班牙馆、上海虹桥交通枢纽等数十项中国重要工程中成功应用,多个项目成为中国地区标志性建筑。主要成果获省级科学技术进步一等奖2项、二等奖1项,主要应用工程获国家鲁班奖2项、中国钢结构金奖15项、中国勘察设计一等奖1项。

项目实现了中国大跨度空间结构设计理论和建造技术的提升式发展,成功应用于瑞典Arena体育馆、新加坡植物园等国外项目,实现了中国建筑钢结构核心技术和建造装备的自主研发,社会和经济效益显著,对加快中国建筑业转型升级,推动行业科技进步,促进重大工程绿色建设具有特别重大意义。

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