一、基本情况  

　　获奖项目名称： 

　　索膜结构风致效应与形态控制研究及应用 

　　主要完成单位： 

　　重庆大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、北京中天久业膜建筑技术有限公司、北京市建筑工程研究院有限责任公司、北京交通大学、东北电力大学、浙江江南工程管理股份有限公司 

　　主要完成人： 

　　杨庆山、薛素铎、武岳、王晓峰、李雄彦、陈昭庆、张建、孙晓颖、司波、李中立、李天、周华樟、徐昊、宋小兵、孙国军、王腾飞、孙瑛、刘人杰、胡新赞、张维廉 

　　二、项目背景  

　　索膜结构由于造型优美、结构型式多样，广泛应用于体育场馆、剧院、会展中心、航站楼等大跨建筑。索膜结构非线性力学行为复杂，对风荷载敏感，存在显著的风膜流固耦合作用，而且“形”、“态”具有不确定性，与预张应力密切相关。而目前在索膜结构研究方面，缺乏有效的分析方法反映其复杂的非线性力学特性，风致响应分析没有考虑流固耦合作用的影响，施工过程中“形态”监测与控制技术难度大。本项目面向我国大跨度空间结构建设需求，围绕该类结构在力学分析、结构设计以及施工中面临的膜材复杂力学性能、风膜流固耦合作用以及结构形态控制等关键技术问题，进行系统研究。 

　　三、创新成果 

　　(1) 提出了索膜结构复杂力学行为分析方法 

　　提出了考虑纱线相互作用和膜材损伤的撕裂强度模型及撕裂分析方法，揭示了膜材撕裂特征；建立了可度量膜面褶皱程度的褶皱模型及相应的褶皱分析方法，揭示了褶皱变形机理及其对结构静动力行为的影响规律；建立了索膜滑移接触模型，揭示了索膜界面滑移对结构初始形态的影响规律。 

撕裂强度模型

预应力对薄膜一阶模态的影响

　　(2) 建立了风膜流固耦合分析理论和抗风设计方法 

　　建立了基于机器视觉的气弹风洞试验技术及基于分步耦合技术的数值分析方法；揭示了流固耦合机理及其对风致效应的影响规律，建立了气弹失稳的临界风速模型；提出了考虑非线性气动力影响的风振响应计算方法，建立了考虑风膜流固耦合作用的抗风设计方法，研发了典型大跨屋盖结构的抗风设计软件。 

气弹失稳的临界风速模型

　　(3) 形成了施工中结构形态控制关键技术 

　　建立了考虑刚体运动、几何非线性的张拉膜结构施工模拟成套技术；建立了考虑索膜协同工作的气承式膜结构拟动力成形、受力分析一体化技术；通过将GNSS与无人机扫描相结合，建立了大尺度数字模型与细观扫描点云模型相融合的施工形态监控技术；研发了索膜结构成形实时智能化控制技术，达到形-态双控效果。 

施工形态监测系统

　　四、推广应用 

　　出版著作12部，发表SCI/EI论文150余篇，授权发明专利34项、实用新型专利27项、软件著作权2项。研究成果已直接应用于体育场馆、图书馆、会展中心、商业中心、交通枢纽等200余项重大工程，并纳入《屋盖结构风荷载标准》、《膜结构技术规程》等8部规范标准。以本项目为平台，创建了重庆市重点实验室和北京市重点实验室，及相应的科普基地，为工程社会的抗风减灾提供技术服务；创建引智基地，连续举办8期风工程国际学校，不断提升国际影响；培养硕士/博士研究生120余名，高级工程师、教授10余名，为社会输送了大批索膜结构的专门人才。本项目的研究成果取得了显著的经济和社会效益，推广应用前景广阔。 

成果应用：大连梭鱼湾专业足球场

成果应用：卡塔尔卢塞尔体育场