《装配式空间钢结构体系的技术创新与应用》

该项目属于土木建筑工程领域。

应用装配式钢结构体系建造的机场、火车站等窗口建筑以及体育场馆、会展中心等大跨度建筑往往是一个城市乃至国家的重要标志,代表着建筑业发展水平和文明发展程度。然而,中国已经建成的一批装配式空间钢结构体系的单位面积用钢量很大,技术水平偏低,资源浪费严重。

项目组在国家自然科学基金、河南省科技计划等支持下,对装配式空间钢结构新体系及工程应用关键技术进行了长期的研究和技术开发,在技术创新和推广应用的多项关键环节中获得了知识产权,发明了矩形平面单层网壳和矩形平面弦支穹顶、三角锥金字塔型空间晶体网格结构等新型装配式空间钢结构体系,创建完善了与体系相应的节点和支座系统,并开发了网架杆件对接长度自动控制装置等装配式空间钢结构施工控制技术。主要创新点包括:

(1)提出了一种新型矩形平面弦支穹顶结构,按照屈曲模态布置拉索和撑杆,在同样的材料用量下比创始人日本川口卫教授提出的普通弦支穹顶承载力更好,而且占用的内部使用空间更小。

(2)借鉴金刚石晶体结构的空间组成规律,分别采用节点和杆件代替金刚石晶体结构中的碳原子和原子键,通过空间扩展构造出了一种具有优越性能的三角锥金字塔型空间晶体网格结构体系。

(3)基于张弦梁结构的基本构成原理,提出了一种悬臂型张弦梁结构,并建立了稳定索张拉成形的施工工法,既发挥了张弦梁结构受力性能合理的优点,又能使其在屋盖不闭合的场型大跨度建筑中得到应用。

(4)借鉴自然界中的生物节点原型,建立了基于计算机辅助几何学原理的仿生铸钢分叉节点参数化数值建模技术,推导了基于主要破坏模式的节点承载力简化理论公式,填补了铸钢分叉节点尚无理论承载力计算公式的空白。

(5)发明了一种网架杆件对接长度自动控制装置,由定位机构数字控制系统的控制器发射脉冲给步进驱动器,驱动定位机构的步进电机旋转,使定位机构滑动,实现了网架杆件对接时长度的自动控制,有效的提高了网架杆件的对接质量和生产效率。

该项目先后获得授权的国家发明专利5项,实用新型专利10项,形成了覆盖关键技术的核心专利群。依托该项目共发表论文48篇,8篇代表性论文论著中,出版著作2本,SCI收录论文4篇,EI收录论文2篇,围绕核心技术点建立了较为完善的应用基础理论。

在工程应用方面,创建的新型空间结构体系成功应用于郑州新郑国际机场二期等十五项实际工程项目中,通过破解关键技术难题有力支撑了国家和地区重点工程项目的建设和顺利实施。近3年项目成果的推广应用取得直接经济效益1.308亿元,在响应国家政策、推动绿色建筑和装配式建筑发展方面,做出了积极贡献,取得了良好的社会效益。该项目研究成果推动了中国装配式空间钢结构体系的技术进步和应用发展,符合中国大力推广装配式建筑的政策需求,符合国际空间结构体系高效轻量方向发展的趋势,具有广泛的应用前景。

成果说明

近三年,本项目的创新成果已成功应用于三家应用单位承担的十五项工程项目中,其中郑州新郑国际机场二期工程为河南省重点工程项目。 在开封安利达绿色装配建筑有限公司承建的项目中得到推广应用的有:禹州市天锦纺织有限公司1号、2号厂房(2016年,350万元)、郑州新郑国际机场二期扩建工程GTC钢网架工程(2017年,6500万元)、开封新区中心商务区博物馆和规划馆项目(2018年,1250万元)、河南省保税物流中心综合查验监管服务项目郑州市跨境电子商务综合监管分拨中心(2018年,150万元)等,创造产值8250

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