“科学技术奖”二等奖项目 

　　一、基本情况 

　　项目名称：大跨度超小矢跨比弦支穹顶结构关键技术研究与应用 

　　完成单位：中国十七冶集团有限公司、中国航空规划设计研究总院有限公司、北京工业大学、安徽工业大学、中钢天源安徽智能装备股份有限公司 

　　完 成 人：胡义、金仁才、景辉、樊钦鑫、薛素铎、钱元弟、陶清林、裴永忠、刘人杰、胡兵 

　　二、项目背景 

　　弦支穹顶结构作为一种刚柔相济的新型复合结构，融合了单层网壳和索穹顶结构的优点，被广泛应用于各类大跨度空间结构。对穹顶建筑极限矢跨比的追求是美学思想在现代建筑设计中的突出表现，这给场馆设计、建造带来了新的挑战。通过力学分析、设计创新、装备研发及工程应用等4个阶段的研究，在振动台试验指导工程设计、网壳模块化安装及拉索分级/分批张拉等方面取得了创新性成果。 

　　三、创新成果 

　　创新点一：首创90米级全球最小矢跨比吊挂大吨位斗屏肋环-联方组合型单层网壳结构体系。 

　　首次提出采用奥氏体304不锈钢设计面向工程的大跨度空间结构动力缩尺模型杆件和节点，解决了大比例缩尺构件因薄壁而无成品型材可用的窘境。数值模拟分析表明，误差均可控制在3.5%以内。开展了国内首例大跨度超小矢跨比单层网壳弦支穹顶结构振动台试验，进一步验证了大跨度空间钢结构多维多点地震响应分析方法和缩尺模型的可靠性。 

　　此外，对弦支穹顶设计给出了3点建议：1、弦支穹顶下部可采用索网形式以增加穹顶稳定性；2、弦支穹顶周边支座节点可采用径向滑动支座；3、弦支穹顶网架可采用方形钢管，取消球节点设计，径向和环向杆件采用刚性连接。 

　　创新点二：提出一种弦支穹顶结构上部网壳模块化安装技术。 

　　采用热模拟和实验相结合方法，得到不同峰值温度、冷却速度条件下中厚高强度钢的组织和性能，同时开发了双丝埋弧焊接技术和高强钢箱梁中、厚板焊接技术，实现中、厚板I、Y型坡口不清根焊接。 

　　基于弦支穹顶屋盖体系数字模型，开展施工仿真模拟，指导钢箱梁、斗屏机构及索杆安装作业，同时辅以实时监测，提高了施工质量与效率。 

　　创新点三：提出一种弦支穹顶结构拉索分级/分批精准张拉技术。 

　　建立考虑中央斗屏自重和屋面恒载的有限元分析模型，提出了确定弦支穹顶结构的预应力张拉目标索力的方法；分析预应力张拉施工过程中胎架的内力和胎架与网壳连接节点的位移，提出了反向卸载脱胎的精准控制方法与技术手段。 

　　采用分级/分批同步张拉的方法，确保单个索夹上所有螺杆轴力分部均匀；发明一种适用于大直径高预拉值索的精准张拉工装装备，并采用逐级持荷保压的方法，大大减缓预应力损失速率。 

　　基于施工全过程模拟分析结果，建立了基于无线传输的施工全过程监测和健康监测系统，运用建立的施工监测系统对施工阶段进行了包括支座位移、上弦、索力、撑杆及网壳起拱值等施工全过程监测。 

　　四、推广应用 

　　项目成果共计推广应用项目7个，应用工程合同额达21.81亿元，其中以兰州奥体中心工程应用效果最具代表性，同时技术辐射国内数十项公共建筑工程。兰奥项目建成后成功举办了甘肃省第十五届运动会、2023兰州国际马拉松赛等重量级活动，社会效益突出。 

　　五、项目图片