一、项目名称大跨度结构技术创新与工程应用

一、项目名称：大跨度结构技术创新与工程应用二、提名单位意见提名单位：中国钢结构协会提名单位意见：大跨度结构的设计施工技术是国家建筑科技水平的重要标志之一。自2000年以来，我国工程建设规模举世瞩目，体育场馆、航站楼、高铁车站、会展、大剧院等各类大型公共建筑的建设均对大跨度结构的设计施工技术提出了前所未有的挑战。本项目申请团队紧密结合行业重大需求，以国家重大工程为导向，历经13年研究所取得的成果，创新性地构建了大跨度结构新型体系，创新了大跨度结构隔震技术，提出了大跨度结构设计新方法，研发了大跨度结构施工新技术，获发明专利授权35项，获工法14项，编制规范、规程7部，工程应用100余项。项目研究成果丰富、系统、创新性突出，取得了良好的经济和社会效益，具有广阔的推广应用前景。经专家鉴定，总体技术达到了国际领先水平。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。三、项目简介大跨度结构向超长、超大、造型多样化等方向发展，给设计施工提出了诸多新问题。已有结构体系难以适应建筑造型多样化的需求；国内外缺乏适合大跨度结构的隔震装置，超大型隔震工程在国内尚无实践案例；适用于长度超过300米的大跨度建筑结构的抗震设计方法，国内外尚属空白；现有钢结构制作工艺、安装方法已不能适应大跨度结构体系的发展。项目组以国家重大工程建设需求为牵引，针对设计施工难题，历经13年合作研究，取得以下创新成果：(1)构建了大跨度结构新体系。基于稳定理论分析及拓扑优化，创新了一种空间性能优异的双向张弦结构体系，应用于世界最大跨度的双向张弦结构-2008年奥运会国家体育馆（114m×144m），比单向张弦结构用钢量节约30%；创新了一种柱底铰接、柱顶刚接的网架-钢支承柱空间框架结构体系，应用于深圳宝安国际机场T3航站楼，解决了排架结构柱脚构造复杂、交叉施工、用钢量高的难题；创新了一种空间斜交连续拱支承结构体系，应用于昆明长水国际机场航站楼，解决了单向拱平面外刚度小、稳定性差的问题。(2)创新了大跨度结构隔震技术。通过减震机理分析及试验研究，发明了多种新型隔震装置，独立或与阻尼器共同组成适用于大跨度结构的隔震系统，大幅提高抗震性能，显著降低超长、超大结构的温度效应。其中蝶形弹簧隔震铰支座应用于深圳宝安国际机场T3航站楼，屋盖水平地震作用降低56.2%，温度效应降低63.3%。建成了全球最大隔震建筑-昆明长水国际机场航站楼（324m×256m），2015年嵩明地震记录表明屋顶最大水平加速度平均仅为地面的28.5%，后续又应用于北京新机场航站楼。(3)提出了大跨度结构设计新方法。依据非线性有限元分析理论，发明了一种可直接求解多目标位形索结构的形态分析方法，应用于500米口径球面射电望远镜工程，解决了551种不同索网形态的找形难题，位形精度控制在1mm以内，后续又应用于卡塔尔世界杯主体育场、2022年冬奥会国家速滑馆。提出了一种适用于建筑结构的多点地震输入时程分析实用方法，应用于北京首都机场T3航站楼，解决了长度超过300米的大跨度建筑结构抗震设计难题，成果纳入《建筑抗震设计规范》。创新了一种风振分析的广义坐标合成法，应用于北京新机场,解决了振型复杂、频谱密集、自由度达50万的大跨度结构风振计算难题，计算量减少90%，计算时间缩短95%。(4)研发了大跨度结构施工新技术。发明了多种大跨度钢结构施工方法及加工工艺。其中，爬坡曲线滑移施工工法、弯扭彩带制作工艺，应用于昆明长水国际机场航站楼，实现了曲面屋盖的变标高滑移，解决了空间斜交连续拱复杂构件的加工难题。发明了索结构多种张拉成形方法及施工装备。其中，马鞍形索网结构张拉成形方法、可夹持大直径单根钢绞线的自爬升施工装置，应用于2018年印尼亚运会主体育场，大幅减少高空作业量，较传统方法工期缩短1/3。以本项目研究和工程应用为基础，获发明专利授权35项，获工法14项，发表代表性论文136篇、出版专著9部，编制规范、规程7部，工程应用100余项，获得詹天佑奖8项等各类工程奖54项，并取得了良好的社会经济效益。专家鉴定项目成果达到国际领先水平，获2018年中国钢结构协会科技进步特等奖。四、客观评价1、验收及鉴定意见评价（1）中国钢结构协会成果评价意见2018年3月6日，中国钢结构协会在北京组织召开了“大跨度结构设计施工技术创新与实践”项目成果鉴定会。以董石麟院士、陈政清院士和岳清瑞院士为主任委员的鉴定委员会认为“该项目成果总体达到国际领先水平”。（2）中国施工企业管理协会成果评价意见2015年7月20日由中国施工企业管理协会在北京组织召开了“昆明新机场工程建造关键技术创新与实践”项目成果鉴定会。以陈颙院士为主任、董石麟院士为副主任的鉴定委员会认为“该成果总体达到国际先进水平，其中隔震集成技术和超大型弯扭钢彩带设计、制作和安装技术达到国际领先水平”。（3）住房和城乡建设部建筑节能与科技司验收意见2010年12月7日，住房和城乡建设部建筑节能与科技司在北京组织召开了中国建筑科学研究院完成的“大跨度空间结构风荷载作用和风致振动若干关键技术的研究”成果验收会。以崔尔杰院士为主任委员的验收委员会认为“课题组研究工作目标明确、针对性强，研究成果具有较高的理论意义和应用价值，主要研究成果达到国际先进水平。创新成果对解决工程建设中的实际问题，提高大跨空间结构荷载取值的准确性和安全性起到重要作用”（4）江苏省住房和城乡建设厅鉴定意见2013年9月23日，江苏省住房和城乡建设厅在北京组织召开了江苏沪宁钢机股份有限公司完成的“大跨度空间管桁架结构制作、安装新技术”成果鉴定会。以叶可明院士为主任委员的鉴定委员会认为“该项目成果总体达到国际先进水平，其中轨距变幅径向累计滑移技术达到国际领先水平”。（5）北京市住房与城乡建设委员会鉴定意见2018年2月5日，北京市住房与城乡建设委员会在北京组织召开了北京城建集团有限责任公司等完成的“‘芙蓉花’状双曲异形剧院工程施工技术与应用”成果鉴定会。以聂建国院士为主任委员、肖绪文院士、岳清瑞院士为副主任委员的鉴定委员会认为“该项目成果总体达到国际先进水平，其中大体量双曲单层网壳结构安装技术达到国际领先水平”。（6）住房和城乡建设部科技发展促进中心鉴定意见2016年1月25日，住房和城乡建设部科技发展促进中心在北京组织召开了江苏沪宁钢机股份有限公司完成的“哈尔滨万达茂滑雪乐园钢结构施工技术研究及应用”成果鉴定会。鉴定委员会认为“该项目成果总体达到国际先进水平，其中带支撑大跨度屋盖高空倾斜累计滑移施工技术达到国际领先水平”。（7）大型椭圆截面锥形（梭形）钢管构件的制作加工工艺等多项技术通过鉴定达到国际领先水平。2、国内外同行评价（1）国际隔震减震控制学会主席周福霖院士的评价周福霖院士在其文章《隔震、消能减震与结构控制体系——终止我国城乡地震灾难的必然技术选择》中将昆明长水国际机场定为目前世界最大的单体隔震建筑，并对其隔震效果进行了高度评价。（2）国际减震协会副主席A.Martelli教授的评价第14届国际隔震减震与结构振动控制大会。意大利著名科学家，国际减震协会副主席A.Martelli教授，大会主题报告将昆明新机场列为近期抗震体系最先进的发展与应用案例，高度评价昆明新机场隔震项目。3、科技奖励本项目组获得的科研、设计及施工奖项共计54项，其中，国际桥梁及结构工程协会杰出结构大奖1项（2017年唯一），詹天佑奖8项，北京市科技进步奖7项，中国钢结构协会科学技术奖特等奖2项，中国钢结构金奖（国家优质工程）8项，中国建筑学会科技进步奖一等奖2项，中国建筑学会优秀建筑结构设计一等奖5项，中国勘察设计协会全国优秀工程勘察设计行业奖一等奖5项，中国钢结构协会工程大奖2项。4、知识产权及规范编制获得国家发明专利授权35项，获国家级、省级工法14项，代表论文136篇、专著9部。部分成果纳入《建筑抗震设计规范》、《建筑与桥梁结构监测技术规范》、《钢结构工程施工质量验收规范》、《建筑工程风洞试验方法标准》、《建筑钢结构十字接头试验方法》、《金属材料管横向弯曲试验方法》等7部规范、规程。5、查新报告评价教育部科技查新工作站查新报告对本项目的查新结论为：在国内外公开发表的中英文文献中，除查新项目委托人的文献和专利外，未见其它相关报道:1)基于带碟形弹簧铰支座的大跨结构水平隔震系统；2）提出基于振型分解和广义坐标运动方程频域解法的风振分析广义坐标合成法；3）基于万向水平弹性支座的大跨重载结构（楼盖）水平减震系统；4）提出马鞍形索穹顶结构的整体提升张拉施工工艺；5）提出大开口非对称柔性索网结构地面无应力组装、计算机同步控制、整体提升和分批张拉锚固的施工方法；5）提出一种自爬式千斤顶，由穿心式千斤顶、后推进器、前锁紧器和前退锚器构成，可夹持大规格钢绞线（直径为21.8mm和28.6mm）。6、其他评价（1）昆明新机场航站楼隔震成套技术研究与应用，获中国地震局十一五以来十项最具有应用实效的科技成果第一名。（2）昆明新机场航站楼成为应用减隔震技术的世界最大单体建筑，获得2009年云南省十大科技进展。（3）深圳宝安国际机场T3航站楼作为改革开放重要成果在2018年11月国家博物馆举行的《庆祝改革开放40周年大型展览》中展出。（4）朱忠义获得第六届首都科技盛典-推动“北京创造”的十大科技人物称号，2017年入选国家百千万人才工程，并获得“FAST工程建设突出贡献个人”、“首都劳动奖章”、“首届中国钢结构协会钢结构大师”等荣誉称号。五、推广应用情况主要应用单位情况表序号单位名称应用的技术应用对象及规模应用起止时间单位联系人/电话1昆明新机场建设指挥部创新点一、二、三、四昆明长水国际机场2007.5-2011.12韩利斌/159251098342深圳机场扩建工程指挥部创新点一、二、三深圳宝安国际机场T3航站楼2007.2-2012.12蔡帮均/139029423803北京新机场建设指挥部创新点二、三、四北京新机场2015.12-2017.12赵建明/139102163214北京演艺集团国家体育馆项目管理部创新点一国家体育馆2004.5-2008.5贾建秋/138108556985中建材国际装备有限公司创新点三伊拉克埃米纳体育综合体主体育场2011.10-2013.6王萍/139112338736通辽市城市投资集团有限公司创新点二通辽市孝庄河文化产业带名俗文化馆科尔沁名人馆2014.3-2016.12孙晓明/138480507077中国建筑科学研究院有限公司工程抗震研究所创新点三《建筑抗震设计规范》（GB50011）和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》2005.5-2015.5黄世敏/139108039488中国航空规划设计总院有限公司创新点三广州白云机场GAMECO机库，等2013.10-2018.12赵伯友/136710773589中国建筑设计研究院有限公司创新点三昌吉体育馆，等2013.10-2018.12史杰/1501031807810深圳市建筑设计研究总院有限公司北京分院创新点三新疆大剧院，等2013.10-2018.12韩纪升/1391016860611南京禄口国际机场二期工程建设指挥部创新点四南京禄口国际机场二期2012.03-2013.07陈学军/1360515176412江苏大剧院工程建设指挥部创新点四江苏大剧院2014.09-2015.06刘思杰/1385172980113中国建筑第八工程局有限公司创新点四青岛新机场2016.01-2018.10张志华/1866160842214上海太阳膜结构有限公司创新点四枣庄文体中心体育场2016.4-2017.5唐泽/1381680079715北京建工集团有限责任公司徐州分公司创新点四徐州奥体中心体育场2012.8-2013.12张伟/13338960123六、主要知识产权和标准规范等目录知识产权知识产权具体名称国家（地区）授权号授权日期证书编号权利人发明人专利有效状态发明专利一种索杆结构初始应变确定方法中国ZL201610218928.62018年08月7日3023608北京市建筑设计研究院有限公司