项 目 简 介

获奖项目名称

钢木组合空间结构关键技术研究与应用

主要完成单位

四川省建筑设计研究院有限公司

天津大学

苏州昆仑绿建木结构科技股份有限公司

天津大学建筑设计研究院有限公司

河北工程大学

中国建筑设计研究院有限公司

主要完成人

赵仕兴     刘红波     倪  竣    赵敬贤     杨姝姮

贾  莉     周金将     史  杰    何  飞     杜  鹏

马艳秋     邱  灿     郭宇航    李  岩     刘浩男

周巧玲     罗麒锐     李明娟    周琪琪     阳  升

项目背景

钢木组合空间结构因为美观、温馨舒适，近年来在大跨度建筑中的应用日益增多。尤其在“双碳”战略以及“大力发展装配式建筑”的背景下，钢木组合空间结构可充分发挥钢材、胶合木两种材料的优势，达到减少碳排放、提高装配化程度的效果。目前，钢木组合空间结构研究对象局限、设计理论尚不完善且缺乏统一的设计标准，工程应用有限、施工水平参差不齐。因此，随着建筑功能、结构受力与施工效率等各方面的要求不断提高，有必要对钢木组合空间结构开展系统性研究。

成果简介

本项目通过大量试验、数值模拟、理论分析和大规模工程实践，对钢木组合空间结构进行了新型结构体系、新型连接节点、新型结构构件和新型施工技术的系统性研究，取得了如下创新成果：

1.提出了钢木组合空间结构分析设计方法。提出单层胶合木网壳结构杆件计算长度系数计算方法及稳定承载力计算方法；提出基于能量法的胶合木张弦梁和交叉胶合木张弦梁极限承载力计算方法；提出考虑钢带约束作用的虚拟桩法，建立预应力钢带胶合木节点理论分析模型，形成节点极限承载力计算方法。

2. 发展了新型钢木组合空间结构体系。基于破坏性试验、有限元模拟与参数化分析，探明了钢木组合拱、交叉胶合木拱、胶合木张弦梁、交叉胶合木张弦梁的典型破坏模式和极限承载力等力学特性，揭示了不同参数对钢木组合拱、胶合木张弦梁面内极限承载力的影响规律；探明了胶合木网壳和弦支胶合木穹顶的结构力学响应和破坏模式。

3. 研发了新型钢木组合空间结构连接节点。研发预应力钢带加固胶合木连接节点，解决了传统胶合木连接节点木材易开裂、延性差、承载力不高等缺陷，并明确了节点的力学性能，揭示了不同参数对节点承载力的影响规律；研发了缓解应力集中的木结构连接节点等多种专利技术，提高了节点连接的安全性与安装便利性。

项目获授权发明专利2件、实用新型专利20件、软件著作权7项，发表论文15篇（其中SCI论文7篇、中文核心论文7篇、国际会议论文1篇），取得省级工法1项，参与标准编制13部。

社会及经济效益

项目形成的分析设计理论、新型结构型式和连接节点、基于BIM设计与机械臂加工的大跨度植筋式胶合木结构施工技术等，可广泛应用于钢木组合空间结构的各个环节，综合效益显著。通过相关单位的推广应用，成果目前已应用于世界唯一的一条360度回旋弯赛道——冬奥会国家雪车雪橇中心、国内最大胶合木单体建筑——成都天府国际会议中心、成都锦城广场综合换乘服务中心大跨度交叉拱钢木组合结构屋盖、国内单层层高最大的木结构建筑——第十届江苏省园艺博览会主展馆、九寨沟景区沟口立体式游客服务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，实现减少碳排放量约30万吨。

冬奥会国家雪车雪橇中心

（单边最大悬挑12.65m的装配式钢木组合结构）

第十届江苏省园艺博览会主展馆

（获2020年度中国木结构优质工程奖）

九寨沟景区沟口立体式游客服务中心

（国内首次采用三颗开花柱顶起跨度38米的大型不规则形态单层网壳胶合梁木结构）