成果名称：	大跨度门式钢架及网架钢结构厂房施工关键技术研究
登记日期：	2023-07-06
完成单位：	中国铁建港航局集团有限公司
完成人员：	刘齐辉,黄腾,夏凯峰,刘鹏,许小泉,石和杰,蔡大鹏,陈光,肖佩弦,王娟,段军,李林霄,万能,秦汉军,韩昱,李小猛,张立朝,冯琼磊
研究起止日期：	2021-01-01至2022-12-31
主要应用行业：	建筑业
高新技术领域：	先进制造
评价单位：	中国铁建股份有限公司
评价日期：	2023-06-08
成果简介：	课题来源：中国铁建港航局集团有限公司科研课题《大跨度变截面厂房钢梁施工技术研究》，课题编号2022-A09。
背景：随着我国经济的快速发展，对轻钢结构厂房的需求增加，使得门式刚架和空间网架结构得到飞速发展和大量应用，使得钢结构设计软件的开发和研究、设备制造水平等都获得了大幅度的提高。门式刚架是目前轻钢结构中使用最广泛的，而网架作为新型结构具有自重轻、刚度大、抗震性能优异、便于工厂化生产、安装便利、能承受地基不均匀沉降等优点；网架结构适应性强，适用于大中小各种跨度的建筑。国内外对于大跨度钢结构以及复杂钢结构的设计，已经形成了较为成熟的设计方法和理论，并开发出了配套的计算软件。在大跨度钢结构及复杂钢结构施工技术研究方面，也开展了一定的相关研究，但对一些结构形式相对简单明确且应用较为广泛的大跨度钢结构，例如大跨度门式钢架和空间网架结构的一些施工关键技术缺乏深入的相关研究，缺乏突破性技术研究成果。
原理及性能指标：
（1）钢结构柱脚螺栓预埋安装施工技术研究。采用先预制螺栓群后安装固定的方案，通过螺栓整体预制焊接及钢丝绳定位、复核，有效提高了施工效率的同时保证了施工质量，减少了人工与机械成本。（2）大跨度钢柱及钢梁吊装施工技术研究。基于有限元模拟软件Abaqus对大跨度变截面钢梁进行吊装分析，根据有限元模拟结果提出一套该类钢梁吊装和梁柱连接施工的一体化变形和内力控制技术，实现高空梁柱连接的精准定位以及内力和变形的有效控制。（3）高强螺栓预紧力无接触测量检测方法研究。采用ABAQUS有限元法探讨螺帽在受到预紧力作用时表面应变场分布，并通过电阻应变片检测实验验证有限元结果。随后，采用三维数字图像相关法来检测高强螺栓预紧力，通过设计3D-DIC技术检测高强螺栓预紧力的实验验证此方法的可行性。最后，采用正态分布完全样本可靠度置信下限方法推算8.8级M16高强度螺栓受到80kN预紧力时，螺帽表面应变的目标检测值，为实际工程中应用3D-DIC技术检测高强螺栓预紧力提供指导。（4）大跨度空间网架结构优化研究。通过新型仿生群智能搜索算法“蝠鲼觅食算法”进行网架结构优化，准确的在复杂解空间中搜索到群体最优解。（5）大跨度空间网架BIM模型研究。采用了dynamo可视化编程软件完成网架结构BIM模型建立，通过建立不同的族库，进而建立不同的分项工程，最后进行组装，且通过该BIM模型应用于后期的施工模拟及其它施工技术研究，从而实现了高效率的网架BIM建模。（6）网架施工模拟以及山墙起步跨施工方法研究。依托于时变结构力学原理，对施工阶段进行模拟，从而正确评估个施工阶段的受力状态和结构性能，及时诊断结构构件在施工过程中出现的破坏、变形过大等异常情况，及时采取有效措施，避免安全隐患，保证构件符合正常使用条件下的设计要求。
技术创造性与先进性：
1.研发了钢柱柱脚螺栓群预埋关键技术，实现低成本、高效率且定位精准的钢柱脚螺栓群定位;基于三维数字图像相关法 (3D-DIC) 检测高强栓预紧力验证了通过检测螺帽表面应变确定高强螺栓预紧力方法的可行性和准确性。
2.研发了一种高空辅助脱钩技术，实现了吊装完成后高空自动脱钩，保证施工人员安全，提高了施工效率。
3.基于蝠觅食优化算法的网架轻量化设计优化方法，实现了空间网架轻量化设计。
项目的研究成果已经得到成功应用可为制定相关标准和工法提供参考具有显著的社会、经济效益，对类似工程具有广泛的参考与推广应用价值，总体技术达到国内领先水平。
技术的成熟程度，适用范围和安全性：主要适用于大跨度钢结构厂房工程领域。
应用情况及存在的问题：已应用于国家储备仓库湖北局三三七处综合性国家储备基地工程、襄阳港小河港综合码头一期工程后方陆域建设工程，取得了良好的应用效果。
历年获奖情况：专利《大跨径钢梁的吊装装置》获中国铁建港航局集团有限公司实用新型专利一等奖；专利《一种配合起重机的高空辅助脱钩结构》获中国铁建港航局集团有限公司实用新型专利二等奖；论文《大跨度螺栓球节点钢网架安装施工技术》获中国铁建港航局集团有限公司优秀科技论文二等奖；《基于BIM模型的大跨度钢网架安装施工工法》获得中国铁建港航局集团有限公司优秀工法一等奖；《大跨度变截面钢梁及钢柱安装施工工法》获得中国铁建港航局集团有限公司优秀工法二等奖；《钢结构厂房钢柱柱脚螺栓预埋安装施工工法》获得中国铁建港航局集团有限公司优秀工法二等奖；国家储备仓库湖北局三三七处综合性国家储备基地工程获得武汉市建筑结构优质工程。