沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用科学技术奖项目申报书管理资料.docx
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沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用科学技术奖项目申报书管理资料
科学技术奖申报书
（1）
一、成果基本情况
（2）
成果
名称
（3）
沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用
主要
完成
单位
（4）
江苏沪宁钢机股份有限公司
主
要
完
成
人
（5）
吴文平、傅新芝、孙夏峰、刘华、丁剑强、姜余忠、王永康、万家福、李强、徐纲、鲁博、刘旭辉
申
报
单
位
意
见
（6）
同意申报。
申报单位公章
年月日
任务来源（7）
自筹
计划名称及编号（8）
研制起止时间（9）
成果用于生产时间（10）
组织鉴定或评审部门（11）
中国钢结构协会
鉴定或评审日期（12）
鉴定或评审证书编号（13）
鉴字【2012】第14号
建议密级（14）
申报等级（15）
批准密级（16）
本成果曾获何部门何种奖励，奖励等级（17）
1、沈阳文化艺术中心钢结构工程（制作、安装）荣获2012年中国钢结构金奖（国家优质工程奖）
2、发明专利“一种铸钢件高空安装定位方法”已受理，申请号：
本成果主题词（18）
建筑钢结构、施工新技术、大型铸钢节点
二、申报成果的详细技术内容（19）
1、成果的主要用途、技术原理（20）
一、任务来源
，外形酷似一颗钻石，主体建筑主要由1800座的中央剧场、1200座的音乐厅和500座的多功能厅三部分组成，其功能和演出效果完全可以与国家大剧院相媲美。
沈阳文化艺术中心的“钻石”外观，其最大的亮点就是多面性，它有64个面，建成后的艺术中心，从东西南北四个方向眺望它，就会呈现出步移景异的效果，其立面均呈现不同形态，如艺术一般，从每个角度观赏都有新的感受。
白天，文化艺术中心宛如璀璨钻石，晶莹剔透，清澈而宁静的偎依在浑河岸边，夜幕降临，它又变身为色彩斑斓的梦幻之石，呈现绚丽的变化，代表着各种艺术形式在这里碰撞、交融、熠熠发光。
沈阳文化艺术中心钢结构工程由屋盖、排烟窗及室内舞台钢结构组成。
屋盖外形似“钻石”，最大宽度110米、长度178米、标高60米，其主体结构由26个铸钢节点通过89根主杆件连接形成64个三角形平面，彼此相互弯折组成，每个三角形平面内通过次杆件互相交叉形成16个小三角形，结构主体通过12个柱脚、36组埋件与其下部混凝土结构相连。
主杆件主要采用φ1430×40、φ1370×65～75大直径厚壁钢管，次构件主要采用φ775×30、φ760×25二种钢管，材质均为Q345D。
主构件连接处设计采用了大型铸钢节点进行连接，主次构件间采用相贯连接形式，屋盖底部支座与混凝土大平台连接采用了铸钢连接节点。
由于本工程结构构件大多为超长超重构件（最长杆件达63米、最大铸钢件达103吨），且均为高空安装（最大安装高度60米），所有焊缝均为全熔透一级焊缝，安装的难度之大、风险之高在国内极为罕见，为此我司组织精干力量制定适合本工程结构的安装施工方案。
发现本工程中有许多其它工程从未有过的一些施工难题，为了解决这些难题，从而引发我司自行立项和开发了本自选研究项目。
（一）项目名称：
沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用。
（二）项目施工期：
2012年3月~2012年9月
二、应用领域和技术原理：
（一）应用领域:
建筑钢结构
（二）技术原理
我公司承担了沈阳文化艺术中心钢结构工程制作与安装任务。
本工程在主结构中共采用了26个铸钢节点，铸钢节点外形尺寸大，重量重、结构形式复杂，其中最多有8个端口，最大口径达1430mm、**、重达103t、最大安装标高高达60m，现场安装难度大、定位要求高、对起重设备与临时支撑架均提出了十分高的要求。
为了满足本工程铸钢节点主结构构件的空间安装和定位精度要求，本工程在安装过程中共需设置36组重型格构式临时钢结构支撑，支撑最大高度达65m，支架顶部受力最高达330t（落地支撑）。
支撑的大小及稳定需经过详细的仿真模拟计算确定。
由于本工程构件大，铸钢节点重量大，采用“铸钢节点高空安装定位、主杆件高空散装、次结构平面分块吊装加部分嵌补的安装方案”，因此，本工程结构中主要受力焊缝之大部均在现场高空完成，被焊杆件的厚度均在40mm以上，其中最大厚度达130mm，其中与铸钢件端口的对接焊缝隙多达186个，现场焊接工作量十分巨大，焊缝质量要求高，均要求探伤100%合格。
为保证钢结构安装方案的可靠性，需对钢结构施工方案作仿真模拟分析，仿真模拟分析的结果作为指导现场钢结构安装方案的有力依据。
另外，钢结构临时支撑卸载的成功与否直接关系到结构的使用安全和设计预期。
为此，需对该工程临时支撑的卸载作详细的仿真模拟计算，确定卸载的原则和顺序，并作为现场卸载的指导方案。
为此，我公司针对此特殊异形结构的各个重点及难点展开细致的分析，逐一制定专项解决方案。
如结合计算机仿真模拟技术，采用“地面预先定位再高空安装”的新技术解决了大型铸钢节点高空定位时间长、精度差的问题。
所有杆件的安装顺序均经过仿真模拟分析而定。
为保证大型构件的吊装安全，所有吊装耳板和连接板均经过计算和有限元分析确定。
选择合理的焊接顺序和焊接工艺解决了厚板高空焊接的不利影响。
为加强钢结构卸载过程中的变形监测，仿真计算确定监测点的位置及理论变形，为钢结构的独立成型打下基础，从而按照业主提出的工期要求高质量的完成了沈阳文化艺术中心钢结构的施工任务。
三、性能指标
（一）我公司承担了本工程所有钢结构的制作以及安装任务，钢结构总量约11000吨。
1、主体结构由26个铸钢节点通过89根主杆件连接形成64个三角形平面，彼此相互弯折组成，每个三角形平面内通过次杆件互相交叉形成16个小三角形，结构主体通过12个柱脚、36组埋件与其下部混凝土结构相连。
2、主杆件主要采用φ1430×40、φ1370×65～75大直径厚壁钢管，次构件主要采用φ775×30、φ760×25二种钢管，材质均为Q345D。
（二）本工程施工难度最大的部位是大型铸钢节点和超长超重主杆件。
1、大型铸钢节点采用“地面预先定位再高空安装”的技术后，其安装时间大为缩短，安装精度大为提高，其垂直偏差和高度偏差分别控制在±25mm和±15mm范围内。
2、厚板为防止出现裂纹采取加热预热后，在焊接过程中应注意的一个重要问题，就是焊缝层间温度控制措施。
如果层间温度不控制，焊缝区域会出现多次热应变，造成的残余应力对焊缝质量不利，因此在焊接过程中，层间温度必须严格控制。
层间温度一般控制在200℃～250℃之间。
为了保持该温度，厚板在焊接时，要求一次焊接连续作业完成。
当构件较长（大于10米）时，在焊接过程中，厚板冷却速度较快，因此在焊接过程中一直保持预加热温度，防止焊接后的急速冷却造成的层间温度的下降。
3、以三根主管组成一个三角形安装单元，为了保证焊接质量减小焊接应力，在进行焊接时须按照一定顺序施焊，同一根主管两端的焊缝不能同时施焊。
根据施工方案，先安装主管，再安装次构件带牛腿的单元（在多数面上为贯通的面内杆件），最后安装嵌补管，为了减小焊接应力，同一根嵌补管两端的焊缝不能同时施焊，须等一端焊缝焊完后再焊另一端焊缝。
4、选择的15个监测点的实测变形大多均处于仿真计算变形范围内，少数监测点略微偏大，。
5、施工和卸载仿真模拟分析的结果证明了施工和卸载方案是合理可行的，其运用有限元程序中单元“生死”技术较为精确的模拟了实际施工过程，为方案的顺利实施提供了理论依据。
2、关键技术和创新点（21）
1）超大型铸钢节点的安装技术
本工程铸钢节点外形尺寸大、重量重、结构形式复杂，其中最多有8个端口，最大口径达1430mm、**、重达103t、安装标高最高达60m，现场安装难度大、定位要求高、对起重设备与临时支撑架均提出了十分高的要求。
由于国内现有规范标准尚无大型铸钢节点的安装验收，结合计算机仿真模拟技术，采用“地面预先定位再高空安装”的新技术，该技术具有极强的可操作性，减少了安装时间，提高了安装精度，创造了良好的经济效益。
公司申请的发明专利“一种铸钢件高空安装定位方法”已受理，申请号：
。
2）合理的焊接顺序和焊接工艺
合理的焊接顺序减小了焊接应力，厚板的的层间温度控制减小了焊接残余应力，有效改善了焊接过程中的应力分布状态，保证了焊接质量。
3）监测点的选择
监测点的布置要具有代表性，既要方便测量员监测又能代表结构变形的整体特点，同时又能作为卸载后的后续监测控制点，15个监测点的位置由仿真模拟计算分析确定。
4）吊耳、连接板的确定
所有吊耳连接板的大小均经计算和有限元分析确定，保证了构件吊装的安全性。
5）运用有限元软件对结构施工安装和卸载作详细分析，其单元“生死”技术的运用极大提高了施工安装和卸载分析的可靠性。
3、成果与国内外已有同类先进技术全面对比情况（22）
成果水平：
A国际领先B国际先进
√C国内领先D国内先进
由于这种在国内外均罕见的特殊异型钢结构，具有焊接质量、安装精度和变形控制难以保证等特点，要解决这种异型钢结构的安装，必须制定符合这种异型结构安装的新技术、新工艺。
经过详细的模拟分析和缜密的理论研究，形成了具有沪宁钢机特色的施工安装新技术；对整个安装、焊接过程进行全过程控制，特别是对大型铸钢节点和超长超重主杆件的安装控制，厚板焊接的焊缝质量控制，卸载变形的控制，保证了结构的整体质量。
本新工艺、新技术成果总体达到国内领先水平，其中103吨大型铸钢件的安装技术达到国际先进水平。
4、已应用、推广情况及推广前景（23）
“沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用”课题的研发成功，解决了“大型铸钢节点高空安装定位”、“厚板高空焊接”、“卸载监测点位置的选择”、“吊耳连接板的确定”、“施工过程仿真模拟分析”等技术难题。
这些技术的研究与应用获得了业主、设计、总包和监理的一致好评，创造了显著的社会效益和经济效益。
由于该研究成果的创新性，对于今后类似工程复杂结构的安装提供了可靠的先例。
对今后新奇、特异钢结构工程的高质量按期完工提供了良好的借鉴，其社会意义巨大！
推广应用的范围、条件和前景
1）推广应用的范围及前景：
“沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用”课题的研发成功，为今后类似复杂形状钢结构的安装方案的选定，提供了可靠地成功范本。
随着建筑钢结构事业的蓬勃发展，各种新奇、特异形状的钢结构工程很多，本课题这种复杂形状钢结构研究成果，对今后类似工程具有重要的借鉴和指导意义，尤其是安装技术具有重要的推广价值。
2）推广应用条件和措施：
（1）对研发的新技术新工艺不断完善形成工法。
（2）本公司和新使用本新技术的单位，可适当增加研究人员和科研经费，以增强科研实力，扩大应用范围。
（3）为今后类似钢结构工程的施工提供范本和借鉴。
（4）为我国钢结构有关规程规范、标准的编制和修订提供依据和参考。
5、经济及社会效益情况（24）
经济效益单位：
万元人民币
项目总投资额
1350
回收期（年）
2
栏目
年份
新增利润
新增税收
创收外汇（美元）
节支总额
2012年
678
0
各栏目的计算依据：
新增利润按6%的利润率乘销售收入；新增税收：
增值税按4%的负担率、城建税按5%、企业所得税按利润率计税15%。
节支总额=（新增销售额/）*制造成本比例80%*节支比率4%
社会效益
1、创造性的运用计算机仿真技术解决了超大型铸钢件的高空定位难题，其“地面预先定位再高空安装”的创新技术具有很强的可操作性，提高了安装精度，减少了安装时间，为工程的顺利竣工提供了保障。
为今后类似复杂钢结构工程施工提供了良好的借鉴。
2、合理的焊接顺序和焊接工艺减小了焊接应力，厚板的的层间温度控制减小了焊接残余应力，有效改善了焊接过程中的应力分布状态，保证了焊接质量，提高了工效，创造了较好的经济效益。
3、整个安装、焊接过程进行全过程控制，特别是对大型铸钢节点和超长超重主杆件的安装控制，厚板焊接的焊缝质量控制，卸载变形的控制，保证了结构的整体质量。
4、本工程中采用的新技术、新工艺、新思路缩短了施工工期、节约了成本、创造了良好的社会效益，可为今后国家相关规范、标准的修订提供参考。
6、必要的图表及照片（25）
1、厂内制造照片
2、现场施工照片
三、评审及推荐意见（26）
初
审
意
见
（27）
专家组长：
年月日
初审专家组成员名单（27）
姓名
职称
工作单位
推
荐
意
见
（28）
推荐单位（章）
年月日
专家
委员
会评
审意
见
（29）
专家组长：
年月日
专家委员会评审小组成员名单（29）
姓名
职称
工作单位
科技奖评委会审定意见
（30）
年月日
四、附件目录（31）
1、成果鉴定或评审证书（32）
2、成果用于生产（实践）的时间和应用情况的证明（33）
3、成果在应用部门产生的环境、经济、社会等效益证明（34）
4、研究试验、试制报告或技术总结报告等主要技术文件（35）
5、科技查新报告（36）
成果应用于生产（实践）的时间和应用情况的证明（33）
成果
名称
沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用
成果应用起止时间
自2012年1月30日至2012年12月26日
应
用
情
况
“沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用”课题的研发成功，解决了“大型铸钢节点高空安装定位”、“厚板高空焊接”、“卸载监测点位置的选择”、“吊耳连接板的确定”、“施工过程仿真模拟分析”等技术难题。
这些技术的研究与应用获得了业主、设计、总包和监理的一致好评，创造了显著的社会效益和经济效益。
由于该研究成果的创新性，对于今后类似工程复杂结构的安装提供了可靠的先例。
对今后新奇、特异钢结构工程的高质量按期完工提供了良好的借鉴，其社会意义巨大！
推广应用的范围、条件和前景
1.推广应用的范围及前景：
“沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用”课题的研发成功，为今后类似复杂形状钢结构的安装方案的选定，提供了可靠地成功范本。
随着建筑钢结构事业的蓬勃发展，各种新奇、特异形状的钢结构工程很多，本课题这种复杂形状钢结构研究成果，对今后类似工程具有重要的借鉴和指导意义，尤其是安装技术具有重要的推广价值。
2.推广应用条件和措施：
（1）对研发的新技术新工艺不断完善形成工法；
（2）本公司和新使用本新技术的单位，可适当增加研究人员和科研经费，以增强科研实力，扩大应用范围；
（3）为今后类似钢结构工程的施工提供范本和借鉴；
（4）为我国钢结构有关规程规范、标准的编制和修订提供依据和参考。
应用单位（公章）
年月日
成果在应用单位产生的经济效益证明（34）
成果
名称
沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用
经济效益单位：
万元人民币
项目总投资额
1350
回收期（年）
2
栏目
年份
新增利润
新增税收
创收外汇（美元）
新增利润
2012年
678
0
678
各栏目的计算依据：
新增利润按6%的利润率乘销售收入；新增税收：
增值税按4%的负担率、城建税按5%、企业所得税按利润率计税15%。
节支总额=（新增销售额/）*制造成本比例80%*节支比率4%
1、创造性的运用计算机仿真技术解决了大型铸钢件的高空定位难题，其“地面预先定位再高空安装”的创新技术具有极强的可操作性，减少了安装时间，提高了安装精度，创造了良好的经济效益。
2、合理的焊接顺序和焊接工艺减小了焊接应力，厚板的的层间温度控制减小了焊接残余应力，有效改善了焊接过程中的应力分布状态，保证了焊接质量，提高了工效，创造了较好的经济效益。
3、运用有限元软件对结构施工安装和卸载作详细分析，其单元“生死”技术的运用极大提高了施工安装和卸载分析的可靠性，提高了安装效率，节省了工期。
4、整个安装、焊接过程进行全过程控制，特别是对大型铸钢节点和超长超重主杆件的安装控制，厚板焊接的焊缝质量控制，卸载变形的控制，保证了结构的整体质量。
应用单位财务部门（章）
年月日
中国钢结构协会科学技术奖项目简介
2013年7月12日
项目名称
沈阳文化艺术中心钢结构施工技术研究及应用
主要完成人
吴文平、傅新芝、孙夏峰、刘华、丁剑强、姜余忠、王永康、万家福、李强、徐纲、鲁博、刘旭辉
国内外情况、项目水平
主要完成单位
江苏沪宁钢机股份有限公司
申报等级
由于这种在国内外均罕见的特殊异型钢结构，具有焊接质量、安装精度和变形控制难以保证等特点，要解决这种异型钢结构的安装，必须制定符合这种异型结构安装的新技术、新工艺。
经过详细的模拟分析和缜密的理论研究，形成了具有沪宁钢机特色的施工安装新技术；对整个安装、焊接过程进行全过程控制，特别是对大型铸钢节点和超长超重主杆件的安装控制，厚板焊接的焊缝质量控制，卸载变形的控制，保证了结构的整体质量。
本新工艺、新技术成果总体达到国内领先水平，其中103吨大型铸钢件的安装技术达到国际先进水平。
联系人
李仁革
联系电话
0510-********
内容简介
，外形酷似一颗钻石，主体建筑主要由1800座的中央剧场、1200座的音乐厅和500座的多功能厅三部分组成，其功能和演出效果完全可以与国家大剧院相媲美。
沈阳文化艺术中心的“钻石”外观，其最大的亮点就是多面性，它有64个面，建成后的艺术中心，从东西南北四个方向眺望它，就会呈现出步移景异的效果，其立面均呈现不同形态，如艺术一般，从每个角度观赏都有新的感受。
白天，文化艺术中心宛如璀璨钻石，晶莹剔透，清澈而宁静的偎依在浑河岸边，夜幕降临，它又变身为色彩斑斓的梦幻之石，呈现绚丽的变化，代表着各种艺术形式在这里碰撞、交融、熠熠发光。
沈阳文化艺术中心钢结构工程由屋盖、排烟窗及室内舞台钢结构组成。
屋盖外形似“钻石”，最大宽度110米、长度178米、标高60米，其主体结构由26个铸钢节点通过89根主杆件连接形成64个三角形平面，彼此相互弯折组成，每个三角形平面内通过次杆件互相交叉形成16个小三角形，结构主体通过12个柱脚、36组埋件与其下部混凝土结构相连。
主杆件主要采用φ1430×40、φ1370×65～75大直径厚壁钢管，次构件主要采用φ775×30、φ760×25二种钢管，材质均为Q345D。
主构件连接处设计采用了大型铸钢节点进行连接，主次构件间采用相贯连接形式，屋盖底部支座与混凝土大平台连接采用了铸钢连接节点。
由于本工程结构构件大多为超长超重构件（最长杆件达63米、最大铸钢件达103吨），且均为高空安装（最大安装高度60米），所有焊缝均为全熔透一级焊缝，安装的难度之大、风险之高在国内极为罕见，为此我司组织精干力量制定适合本工程结构的安装施工方案。
发现本工程中有许多其它工程从未有过的一些施工难题，为了解决这些难题，从而引发我司自行立项和开发了本自选研究项目。
成果鉴定及获奖情况
1、沈阳文化艺术中心钢结构工程（制作、安装）荣获2012年中国钢结构金奖（国家优质工程奖）；
2、发明专利“一种铸钢件高空安装定位方法”已受理，申请号：
《科学技术奖申报书》
填写说明
1、《科技奖申报书》的规格为标准A4纸，竖向装订。
除各种附件外，正文必须打印或铅印，字迹为4号宋体。
申报书及附件材料按规定的顺序装订成册，外加封面。
4、《主要完成人》应按“办法”第十七条限定的名额，标明序号以横书形式由左至右填写。
6、《申报单位意见》由具体申报单位填写。
7、《任务来源》指申报的成果在研究期间是属于何部门下达的科研任务。
8、《计划名称及编号》指申报成果在科研计划中的名称和编号。
9、《研究（制）起止时间》指申报成果从开始研究到通过鉴定或评审的时间。
10、《成果用于生产时间》指成果正式投入运营及工业性生产或技术措施正式用于生产实践的年月。
14、《建议密级》由申报单位依据《科学技术保密条例》的有关规定确定的密级。
15、《申报等级》指按“办法”中规定的条件和要求，申报单位申请授奖的等级。
16、《批准密级》是指保密部门依据《科学技术保密条例》的有关规定确定的密级。
17、《本成果曾获何部门何种奖励，奖励等级》指该成果在申报中国钢结构协会科学技术奖前，是否曾获科学技术奖、自然科学奖、发明奖以及获奖的等级。
18、《成果主题词》申报单位根据《国家汉语主题词表》填写规范词。
19、《申报成果的详细技术内容》此部分是审查、评审该成果是否符合授奖条件的重要内容，应详细阐述。
其中凡涉及保密的内容，必须在有关文字下方标以横线。
20、《成果的主要用途、技术原理》栏应详细填写，纸面不够可另纸附页。
21、《关键技术及创新点》应简明、准确、完整地表达成果的技术实质和创造性的贡献内容。
22、《成果与国内外已有同类先进技术全面对比情况》应着重就所申报成果的主要技术经济指标和总体技术水平同当前国内外同类先进技术进行全面比较，加以综合评述，说明本成果的先进性，并在相应的水平处画“√”。
23、《已应用、推广情况及推广前景》应说明申报成果可应用的范围，实际应用和推广的程度及推广深度、推广前景等情况。
24、《经济或社会效益》指申报成果在投入使用后，所产生的经济或社会效益。
如系经济效益，指采用新技术或措施所产生的直接（一次）累计净增经济效益和年均净增经济效益（两者同时列出），同时说明计算指标的依据和列出计算经济效益的方式，并列出主要的生产和应用单位的名称。
25、《必要的图表或照片》指能直观地说明申报成果的技术指标或外观的图或表。
27、《初审意见》由具体初审单位（中国钢结构协会各专业分会）填写初步评审意见，并附初审专家组成员名单。
28、《推荐意见》由各分会填写推荐意见。
29、《专家委员会评审意见》由专家委员会填写评审意见，并附评审小组成员名单。
30、《科技奖评为会审定意见》由中国钢结构协会科技奖评委会填写审定意见。
31、《附件目录》指申报成果必须具有的各附件，并按顺序装订。
33、《成果应用于生产（实践）的时间和应用情况的证明》由成果的使用或生产单位按各栏目的提示填写。
34、《成果在应用部门产生的经济效益证明》由成果的使用或生产单位财务部门填写，并加盖财务章。
35、申报书最后一页为项目简介，用于了解项目总体情况，要求填写精炼，言简意赅，一页为宜。
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