1.需求解决的技术问题

拟针对新型钢-木组合桁架结构开展力学性能与施工技术开展研究。该类结构在建造过程中存在施工力学分析不明确、加工精度要求高、节点安装复杂等难题，亟需科学家共同参与研究并解决以下问题：

①新型钢-木结构中构件由钢材与木材组合而成，两种材料的力学性能差异较大，且材料之间采用结构胶粘接，界面连接性能缺乏研究。亟需对钢-木结构的组合受力机理开展理论分析和试验研究，建立科学、合理、可行的力学分析方法。

②新型钢-木组合桁架结构具有低碳环保、轻质高强以及美观宜居等特点，但其节点构造复杂且安装精度要求高。且木材不宜受热，节点连接部位无法采用焊接，因而加工制造及安装工作极具挑战。需要对钢-木组合桁架的复杂节点加工制造和施工拼装进行技术升级，提出适用于钢-木组合桁架的加工制造精度控制指标，并提出合理的模块化施工方案。

③新型钢-木组合桁架结构运用于大跨度屋盖结构，受温度影响较大，施工中需要严格把控结构的合拢温度。而钢材和木材的温度线膨胀系数相差较大，温度变化过程中易产生内力重新分布，采用现有的力学模型难以对其进行安全、合理的计算，亟需研发适合于新型钢-木组合桁架大跨度结构的施工力学模拟分析方法。

2.技术需求提出背景及技术应用领域

技术需求来源于未来之瞳项目，该项目由著名建筑大师、普利兹克奖得主、西安市政府城市规划建设顾问王澍主持设计。设计应合秦岭山脉与周边城市空间发生关系，形成“城山相映山水相映”具有城市特色的艺术景观空间。项目建成后将成为西北地区技术领先、功能齐备的国际文化艺术交流中心，满足市民日益增长的文化需求。项目中大量运用了新型钢-木组合桁架结构，该类结构体系比传统的木结构坚固耐用，又比现代的纯钢结构更丰富多彩且具备木材保温调湿、隔声吸声的物理特性。且使建筑兼具刚强与友善、力度与柔韧、实用与美学。因此，钢-木组合结构建筑有良好的推广价值和广阔的应用空间。

钢-木组合桁架结构是一种新型建筑结构体系，目前该结构体系主要应用于多层建筑中，研究人员针对多针对于采用钢制连接件的现代木结构方案进行了大量的研究，提出了多种钢-木组合连接构造。并对传统的梁、柱组合构件采用试验和有限元方法进行受力性能分析，为钢-木组合结构在普通的多层建筑中进行应用提供了良好的解决方案。针对大跨度和异形复杂屋盖结构，目前仅针对木屋架张弦结构进行了研究，通过理论分析和数值模拟，探究木屋架张弦梁结构在荷载作用下的受力性能和变形特征。虽然这些研究成果对于木屋架张弦梁结构的应用和改进提供了一定的指导，但对于其他材料或者材料组合结构的研究相对较少，尤其是针对钢-木组合桁架结构的研究尚未见到。

综上所述，目前针对钢-木组合桁架结构的研究存在较多空白，对钢-木组合结构进行计算分析时仅考虑钢材的承载力贡献，而忽略木材的刚度和承载力，造成了严重的材料浪费；而实际应用时木材又参与结构的承载，而木材部分缺乏强度和稳定性校核，不仅不符合我国可持续发展和节约型社会的要求，而且具有较大的安全隐患。此外，整个屋盖桁架结构跨度较大，钢-木组合结构的整体结构力学性能不明确，建造过程中临时支撑设置及结构成型方案缺乏科学的施工模拟方法，难以实施高效、科学的建造方案，因此亟需对其开展相关研究工作。

3.技术难点

①研究钢-木之间两种材料的界面连接力学性能，得到钢-木界面的粘结滑移本构关系，建立钢-木连接界面的力学破坏准则。

②利用计算机辅助制造技术和数控加工设备，实现复杂节点的精确加工和高效生产；采用模块化施工方式，降低施工难度和安装误差。

③研究温度变化作用下钢-木组合结构中各部分的应力分布及变化规律，建立钢-木组合构件的温度场力学模型，提出温度作用下施工力学分析方法。