四川省建筑设计研究院有限公司、河北工程大学、苏州昆仑绿建木结构科技股份有限公司、同济大学、中冶检测认证有限公司、中国船舶集团国际工程有限公司、西南交通大学、中海建筑有限公司
主要完成人:赵仕兴、刘红波、李征、倪竣、傅彦青、兰涛、杨姝姮、赵敬贤、张明、周金将、刘佳迪、武哲、何飞、贾莉、马艳秋
胶合木具有低碳环保、轻质高强、装配化程度高等优点,越来越多应用于大跨度木结构中。其中,网壳结构由于形状简洁、受力合理而应用最为广泛。钢木空间网壳结构可充分的发挥钢材、胶合木两种材料的优势,具有广阔的应用前景。目前,钢木空间网壳结构设计理论尚不完善、结构体系比较单一、施工水平参差不齐。因此,有必要对钢木空间网壳结构开展系统性研究。
通过试验研究、数值模拟、理论分析和工程实践,按照“材料-节点-结构-实施工程技术”的研究思路,对钢木空间网壳结构开展了结构体系、设计方法和新型实施工程技术的系统性研究,取得了如下创新成果:
1.发展了钢木空间网壳结构体系。基于破坏性试验、有限元模拟与参数化分析,研发预应力钢带增强胶合木连接等多种新型连接节点并探明了节点的力学性能,揭示了不同参数对节点承载力的影响规律;揭示了胶合木单层网壳支单层胶合木网壳的静力破坏机制。
2.建立了钢木空间网壳结构设计方法。提出了高温后胶合木残余力学性能预测模型;建立自攻螺钉连接节点与预应力钢带增强连接节点理论分析模型并提出节点承载力计算方式;提出考虑节点半刚性的网壳杆件计算长度系数计算方式和网壳稳定承载力计算方法。
3.研发了钢木空间网壳结构智能化建造技术。研制了机械应力分等组胚技术与设备,研发了基于机械臂加工的智能化生产软件与装置,建立了胶合木智能化柔性生产线;提出了钢木空间网壳结构模块单元实施工程技术等多项施工工法。
项目成果总体上达到国际领先水平,部分达到国际领先水平,获授权发明专利7件、实用新型专利40件、软件著作权13项,参编国家标准3部、区域标准1部,发表论文51篇(SCI论文25篇、EI论文13篇),取得产品认证14项、省级工法9项,并在数十项工程中进行了示范应用,大大降低了建筑领域的碳排放,取得了良好的经济社会效益和环保效益。
项目形成的分析设计理论、新型结构型式与连接节点、智能化建造技术等,可大范围的应用于钢木空间网壳结构建设的所有的环节,综合效益显著。通过相关单位的推广应用,成果目前已应用于九寨沟景区沟口立体式游客服务中心、温州中交数字科创园-未来体验馆、上海崇明体育训练基地游泳馆、上海奉贤区青少年活动中心等数十项工程中,取得了显著的经济效益、社会效益和生态效益。