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获奖项目名称
复杂索杆空间结构设计、控制及数字化建造关键技术
主要完成单位
绍兴文理学院、浙江精工钢结构集团有限公司、东南大学、浙江大学、南昌航空大学
主要完成人
冯晓东、赵文雁、陈耀、邢遵胜、王强强、赵阳、刘中华、吕辉、潘文智、邱仙荣
一
项目背景
随着现代建筑工程的发展，特别是大型体育场馆、会议展览中心、交通枢纽以及标志性建筑对结构的高效性、精准度和创新性要求日益提升，建筑结构需满足轻质高强、造型灵活、空间利用率高等特点，在众多空间结构体系内，复杂索杆空间结构获得了广泛应用。然而，由于该结构本身的特殊性，其设计和施工过程中存在诸多技术难题，尤其是在振动控制、预应力模拟、张拉施工和数字化建造等方面，这些难题直接影响到结构的安全性、稳定性以及施工的精确性，由此复杂索杆空间结构设计、控制及数字化建造关键技术应运而生。
二
创新成果
复杂索杆空间结构形态设计、分析和评估关键技术
本项目提出的复杂索杆空间结构形态设计、分析和评估关键技术，突破了多自应力模态下结构初始找形的技术壁垒，解决了压杆不接触和局部压杆有接触的形态设计问题。同时，预应力优化分析技术以及结构体系多级目标综合性能评价指标，大幅提升了结构形态设计、分析以及评估效率。
图1 面向特定设计需求的结构最优构型评估
(a) “同形异构”的索杆结构(b) 结构体系性能评估指标
(c) 最优构型评估
基于目标优先等级的索杆空间结构的主动振动控制技术
本项目提出的基于目标优先等级的索杆空间结构的主动振动控制技术，增强了索杆空间结构系统振动抑制效果，实现了作动器布局方案的自适应调整，并基于动态滑模理论的振动控制鲁棒性增强技术，设计基于趋近律的动态滑模控制器，提升了控制效率和稳定性。
图2 基于动态滑模理论的振动控制鲁棒性增强技术
(a) 空间索杆塔结构 (b) 控制方法不同时的等效能量输入 (c) 不同的控制方法 (d) 控制效率及鲁棒性的提升效果
面向复杂索杆空间结构的数字化建造技术
本项目提出的面向复杂索杆空间结构的数字化建造技术，突破了传统低效的数据交互方式，实现了节点批量化建模，提升了建模效率。并且，本项目开发的结构零状态安装、等效预张力确定和位形控制技术，有效统一了结构设计与施工状态，提高了结构施工的可靠性和安全性。
图3 基于信息数据库的数字化建模、深化和管理技术
(a) 点到中心和中心到点的高效数据交互 (b) Tekla深化设计软件 (c) 有限元分析软件 (d) BIM可视化平台
三
推广应用
本项目成果成功应用于贵阳奥林匹克体育中心（二期）主体育馆、中国轻纺城体育中心体育馆、三亚市体育中心体育场等大型复杂工程中，取得了显著的经济效益和社会反响，大幅提升了我国复杂索杆空间结构的技术水平与工程应用能力。
图4 贵阳奥林匹克体育中心
图5 中国轻纺城体育中心体育馆
图6 三亚市体育中心体育场
END