建筑结构丨大跨空间结构领域的最新研究进展！收好不谢！

丁洁民

同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司总工程师，全国工程勘察设计大师

报告主题：大跨度铝合金结构的分析与工程应用

报告介绍了铝合金结构体系、铝合金材料特点和常用的铝合金节点以及应用状况，指出了铝合金结构轻质高强、防腐性能好、装配化程度高等特点。以崇明国家体育训练中心—综合训练馆、崇明国家体育训练中心—游泳训练馆、海花岛奇珍馆为例分别介绍了铝合金结构的优点。最后报告指出铝合金结构特别是单层网壳结构与建筑造型、建筑功能融合程度高；铝合金材料由于其强度、刚度相对较小，钢铝混合结构、铝索混合结构的应用可以拓宽铝合金结构应用范围。

张其林

同济大学教授

报告主题：特殊玻璃幕墙结构的设计与应用研究

报告对幕墙的材料和玻璃幕墙的结构发展历程进行了系统介绍，指出玻璃幕墙是由玻璃面板与支承结构体系组成的，可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力，主体结构变形对其不产生作用效应的建筑外围护墙。在此基础上，进一步提出了特殊玻璃幕墙结构的特点：支承结构经历较大施工变形后成形（刚性、柔性），主体结构变形会对其产生部分作用效应。然后对中国航海博物馆、西安会议中心、世博温室三个工程案例的幕墙结构进行了分析。最后报告指出随着建筑结构技术的发展，会出现越来越多的特殊玻璃幕墙结构，对其拒绝和抵制是不理智的、反智的、无效的，只能认真研究、积极应对，才能顺应玻璃幕墙的发展、确保其健康和安全的应用。

李亚明

华建集团上海建筑设计研究院有限公司总工程师

报告主题：上海天文馆结构设计

上海天文馆（上海科技馆分馆）项目位于浦东新区临港新片区，属于上海市重大工程，结构最大高度22.5m，局部突出结构高度26.5m。主体结构由四部分组成：钢结构大悬挑区域、铝合金倒转穹顶区域、钢结构球幕影院区域及各区间连接框架。其中，大悬挑区域悬臂长度约40m，跨度约60m，创新性地采用了空间弧形桁架+楼屋面双层网架结合的形式，避免了传统悬臂结构对建筑室内空间的影响，节约用钢量约21%。结构一阶振型为悬挑端竖向振动，频率为1.89Hz；考虑激励频率1.7Hz，1.9Hz，2.3Hz三种工况，并结合TMD的优化布置，有效地控制了结构舒适度水平。

倒转穹顶区域采用铝合金单层网壳结构，穹顶跨度约42m，支承于下部“三脚架”混凝土立柱的顶部环梁上，穹顶下方设置钢结构旋转步道，步道支承于外倾的“三脚架”立柱上，通过适当加强步道结构与立柱的拉结约束以增强结构的整体刚度。

球幕影院区域球幕影院由一个直径50m的半球形混凝土壳体的顶部通过6个牛腿支承一个直径为29m的球体钢网壳，达到“悬浮”的建筑效果。该结构形式新颖，通过节点细部专项分析、现场节点试验、健康监测技术等手段保证了结构的安全性和合理性。

2016年11月，上海天文馆建筑工程正式开工；2018年6月，上海天文馆大悬挑结构成功实现整体卸载，标志着所有主体钢结构工程顺利收尾；2018年10月，完成上海市科委课题“上海天文馆工程建设关键技术研究与应用”的结题验收。2019年9月建筑工程竣工。下一步将进入展示工程全面建设阶段，预计2021年面向公众开放。

薛素铎

北京工业大学教授，中国钢结构协会空间结构分会理事长

报告主题：近年我国空间索结构的工程实践与创新

索结构是空间结构的一种重要形式，按其构成可分为纯拉索体系以及索与刚性结构组合的混合结构体系。本报告介绍了近年来我国空间索结构的工程实践与创新，主要内容包括索穹顶结构、弦支穹顶结构、轮辐式索结构、索网结构、以及由薛素铎教授团队提出的无环索索支结构新体系，同时介绍了中国钢结构协会空间结构分会开展的索结构标准和指南的编制工作。在索结构创新方面，介绍了正在建设的成都凤凰山体育场采用的大开口索穹顶结构、三亚体育场双层轮辐式索桁架的内环交叉索首次应用碳纤维（CFRP）索、瓯海体育馆弦支网壳首次采用抗连续倒塌性能优越的无环索体系等。

刘彦生

清华大学建筑设计研究院总工程师

报告主题：大跨度胶合木结构设计探讨

报告以介绍胶合木材料的生产方式开始，阐述胶合木的工程特性，并与混凝土和钢材进行对比，论述了材料各向异性特点下，胶合木结构构件的受力和节点连接特性。进而介绍了因胶合木特有的工程特性和节点连接特性，在大跨度结构布置中合理适宜的结构体系和设计策略。对胶合木结构设计关键之一的节点设计进行了全面分析。结合国家植物博物馆工程，系统梳理胶合木结构梁式和拱壳式大跨度屋盖的设计思路，分别对梁式受力体系和拱壳式受力体系的设计难点和技术关键点进行了分析。同时，报告还对胶合木结构今后的发展和研究方向提出了建议。报告以胶合木特有的工程特性为基础，从原理出发，逻辑性系统分析胶合木结构的设计思路和方法。

韩庆华

天津大学建筑工程学院院长、教授

报告主题：新型装配式铝合金节点力学性能及其对网壳承载性能的影响

提出了一种新型装配式铝合金空心毂节点。结合理论分析、数值模拟及足尺试验，揭示了该类节点在轴力、弯矩、偏心荷载作用下的传力机理和破坏模式。基于组件法，推导了新型装配式空心毂节点轴向承载力、抗弯承载力、初始轴向刚度及初始转动刚度的理论计算公式，通过足尺试验和参数化数值模拟对上述公式进行了验证。同时，基于节点承载性能分析结果，通过等效短梁模型模拟节点的各向刚度及承载力，考察了节点刚度特性对铝合金单层网壳稳定承载力影响。通过参数化数值分析，研究了跨度、矢跨比、网格形式等对铝合金单层网壳稳定承载力的影响规律，确定了装配式空心毂节点铝合金网壳稳定承载力折减系数的取值范围。

温四清

中信建筑设计研究总院有限公司首席总工程师

报告主题：力学分析方法在大跨度空间钢结构设计中的应用

采用力学和数学分析方法，对张弦桁架结构及车辐式索承网格结构的受力特点分别进行了系统的分析，得出了一系列简明直观且对工程设计具有指导意义的结论，以此说明基本的力学原理和分析方法在实际工程中的应用及重要性。

对张弦桁架结构，分别采用几何分析法、力学平衡法、能量法和有限元法对其平面外稳定进行了分析，得出上凸型张弦桁架面外是稳定的，不需采取稳定措施，上平型桁架处于临界状态，考虑到索自身的重量以及索预应力的作用，也是稳定的，下凹型张弦桁架则不稳定，需要在桁架索撑节点侧向增加约束或悬挂重物，并给出了定量的理论计算方法。对索承网格结构，通过力学分析，得出了径向索力与屋顶荷载的关系，径向索力与环向索力的关系，从而可使设计人在宏观上把控索承网格结构的关键构件环向索和径向索的设计。

孙 逊

东南大学建筑设计研究院总工程师

报告主题：“非典型”大跨空间结构的创新应用

报告由建筑创作多样化带来的大跨结构的多元化为引子，脱离传统大跨结构的固定应用场景和定式，介绍了近期完成的“南昌海昏侯国遗址展示服务中心”，“宜宾翠屏山游客服务中心”两个项目。前者巧妙地采用了新颖的建筑结构空间一体的整体桁架钢箱梁，有效解决了跨越和扭转的棘手问题，展现出精致的“桥屋”效果；后者巧妙地把大跨环状建筑的主钢箱梁隐藏在建筑中部，结合悬挂方案，圆满实现了建筑的“浮碟”效果。报告同时也介绍了项目结构设计中的关键技术和体会，特别是在大跨钢结构设计中如何从混凝土结构设计思维转变为钢结构设计思维，从重分析向重设计的转变。

贾水钟

华建集团上海建筑设计研究院有限公司结构总工程师

报告主题：太原植物园大跨木结构设计与实践

太原植物园展览温室是目前国内最大的胶合木穹顶空间网格结构之一。该工程应用大型单曲，双曲胶合木和不锈钢拉索结构，是对胶合木结构+斜向交叉索网技术的一次大规模使用和探索。双向交叉索穿越精致的倒四角锥不锈钢铸件，通过调节核心大直径螺栓易于施加索力。木梁拼接及叠放处节点多采用高强自攻螺钉连接，确保建筑效果，经试验验证传力可靠。建成三个大小不一的玻璃穹顶温室建筑群和太山优雅地融为一体。

欧阳元文

上海通正铝结构建设科技有限公司董事长，上海建科铝合金结构建筑研究院院长

报告主题：大跨空间铝结构数字化建造技术应用与展望

以物联网、人工智能为代表的新一代信息技术，正在催生新一轮的产业革命。全球产业数字化成为一个新趋势，推动着未来社会的发展。麦肯锡调查报告显示，工程建造领域的数字化水平仍处于较低的阶段，且对技术的创新有着相当高的滞后性。与传统结构体系及材料相比，铝结构因其轻量化、高耐久、一体化、工业化、装配式及绿色环保等特点优势，使得铝结构在工程建设的5大阶段中都达到了高度的数字化（5大阶段为：设计、深化与下料、制造、施工及运维）。

以上海G60科创云廊为例，一一阐述了大跨空间铝结构中的数字化建造技术的应用。大跨空间铝结构与数字化建造技术可形容为一种孪生兄弟的关系，大跨空间铝结构的多数应用场景都是在复杂自由曲面建筑上，建筑构件形式多样、尺寸多样，重复性低；每个建筑的差异化也大，所以数字化技术的应用非常必要。而铝合金结构的高度工业化及其100%的装配率，也为实现数字化建造奠定了技术基础，进而演化成两者互惠互补的一种关系。数字化技术的全过程应用，使得大量大跨空间铝结构的实现变得更加可能、更加高效、更加准确、更加精美、成本更低。

周 健

华建集团华东建筑设计研究总院结构总工程师

报告主题：建筑与结构的融合—航站楼大跨屋盖设计

航站楼建筑中，屋盖天窗往往是建筑大空间中的点睛之笔，生动的室内空间效果、绿色节能的设计理念和消防排烟的现实需求，经常需要通过天窗的合理设置来实现。同时，天窗的设置把本来可以隐藏在建筑和装饰之后的屋盖结构构件直接暴露在光影之下，使之成为整个空间中目光聚焦点之一，如何将结构与建筑完美融合，实现建筑结构一体化的效果，是对大跨屋盖结构设计提出的课题。报告通过对华东建筑设计研究总院原创完成的禄口、温州、乌鲁木齐、萧山、呼和浩特等几个航站楼设计实例，介绍各类型天窗在不同屋盖结构体系中的实现，并提出天窗形式可能影响屋盖结构体系的选择，实现完美的天窗效果需要结构工程师与建筑师方案阶段的密切配合。

刘 枫

建研科技股份有限公司副总裁，中国建研院工程咨询设计院院长

报告主题：大跨度景区人行悬索桥设计关键技术研究

近年来，在全国范围内掀起了大跨度景区人行悬索桥建设的热潮，而事实上这类项目的设计、施工、监管等环节均缺少依据，安全隐患突出。

报告介绍了景区人行悬索桥最常见的四种形式以及它们各自的受力特点：分别是吊挂式，索承式，综合承重式及单边支承式曲线悬索桥。报告从人群荷载及风荷载取值、缆索选型、找形分析和人致振动分析四个方面介绍了景区人行悬索桥设计的重点难点。其中人群荷载建议按整体分析和局部构件验算分别取值；风荷载建议根据景区特点，分运营阶段风和极限风分别考虑；缆索选型应综合考虑承载，运输，防腐和锚固四大因素确定；明确了找形分析的主要步骤，并介绍了主缆矢跨比、风缆矢跨比及角度、空间主缆角度等结构参数对其静动力特性的影响；建议人致振动分析激励应参考步频构建。最后还介绍了正在编制中的《景区人行悬索桥工程技术规程》，希望规程的出台可以促进行业的规范进步。

区 彤

广东省建筑设计研究院有限公司结构副总工程师、机场设计研究所总工程师

报告主题：沿海强风高烈度体育场馆设计——汕头亚青会场馆要点分析

报告介绍了2021年第三届亚洲青年运动会的主场馆，位于广东省汕头市，距离海岸线约300米，抗震设防烈度为8度，50年基本风压0.8kpa，属于强台风地区。抗震设计，下部混凝土采用框架+减震支撑（防屈曲支撑BRB），上部钢屋盖采用倒三角桁架+拱桁架结构，配套高防腐的方案；在抗风设计方面，特别设计了带预应力的弹簧阻尼复合减振支座，对局部细长柱刚度进行调节，从而减少在风荷载作用下细长柱的压力；屋面抗风上采用不锈钢66H屋面系统，具有良好的抗风性能，并进行了抗风揭和温度场试验研究，针对沿海腐蚀性的环境，采用了不锈钢材料。由于屋面钢结构对屋面温度敏感，项目进行了温度场的有限元模拟，精确分析屋面作用温度及其影响。整个项目进行了温度、风速、风向、应力和变形等的全过程健康监测。

陈 伟

德国施莱希工程设计咨询有限公司（SBP）执行合伙人

报告主题：轻、远——大跨度人行桥的设计探讨

大跨度空间体系的探索和研究已经很深地融入了sbp公司文化里，而轻和远就是大跨度空间体系重要特征。报告人用近两年来sbp设计建造完成的三座独特的人行桥：上海西岸的张家塘港人行桥、厦门山海步道和美桥、深圳光明步道的悬桥，来分享大跨度人行桥在桥梁选线、结构方案、动力特性、施工难度等方面的心得。并且和一线的设计师们共勉：设计师要有能力去表达其设计理念并获得大家的认可；需要抱有激情进行新颖的设计；在尊重苛刻的边界条件下还能有所创新；具备勇气和深厚技术实力并关注细节；和各方协作去实现高效和优雅的体系。这是成就优秀的大跨度空间体系设计的重要条件和任务。

郭丽云

北京盈建科软件股份有限公司测试部经理、首席讲师

报告主题：YJK在大跨空间结构中的应用

报告由空间结构建模、空间结构分析、空间网架、桁架施工图设计以及工程实例四部分组成。在空间结构建模环节，介绍了空间结构的几种建模方式、蒙皮导荷、通过普通层与空间层的有机结合来实现各类复杂空间结构模型的建立；在空间结构分析环节，介绍了空间杆件属性定义、空间结构的支座设置和弹性连接以及节点有限元精细化分析等诸多热点亮点功能；最后给大家展示了若干个用盈建科软件设计的大跨空间结构的案例。本报告从计算机技术应用角度，展现了大跨空间结构的发展状况。同时也让与会者感受到盈建科软件为中国大跨空间结构的发展和技术水平的提升，贡献着他们的力量！

闫翔宇

天津大学建筑设计研究院钢结构中心副主任

报告主题：大跨度场馆马鞍形屋盖结构选型与设计实践

该报告在论述马鞍形屋盖起源的基础上，总结了马鞍面屋盖常用的几种结构形式及其在实际工程中的应用情况。进一步结合设计完成的两个项目——深州市体育馆和北戴河全民健身活动中心一期工程（综合体育馆），详细阐述了两种不同结构体系（网架网架和弦支网壳）的选型、关键设计要点、分析计算结果和主要的节点构造，特别是针对垂跨比远小于规范限值的马鞍形屋面，提出了一种新型弦支双曲抛物面网壳结构，通过结构静动力性能分析、张拉过程分析和拉索锚固节点分析，验证了该新型结构的适用性和良好的受力性能。

黄 轶

上海建工四建集团有限公司副总裁、副总工程师

报告主题：上海图书馆东馆大空间结构施工关键技术

报告分析了上海图书馆东馆大跨度、大空间、大层高、大悬挑的结构特点，阐述了异形大跨多层悬挂结构施工控制要点；针对性地介绍了三向桁架交汇及悬吊钢拉杆等关键节点试验情况；详细说明了结构总体施工技术路线、悬吊区钢结构施工的工况顺序安排、核心区结构施工流程、顶部悬挑桁架和各楼层水平结构起拱值及内力全过程计算分析、施工阶段结构健康监测等内容；对大空间钢结构体系在施工过程中如何保证其稳定、控制附加变形和内力在预定范围内的措施、悬吊区钢拉杆安装及受荷顺序安排等关键技术点进行了剖析。最后，介绍了最高通高达到21.5m的劲性清水混凝土柱及内嵌剪力钢板墙的核心筒清水混凝土施工工艺。

汪大绥

任庆英

徐晓明

周建龙