哈爾濱市國(guó)際會(huì)展中心結(jié)構(gòu)與荷載分析

摘要：哈爾濱會(huì)展中心主館是一展覽類的建筑，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較合理且有特色，對(duì)以后類似建筑可起到參照作用。本文著重闡述了張弦桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主館設(shè)計(jì)中的荷載作用分析及參數(shù)選擇。關(guān)于張弦桁架結(jié)構(gòu)，上網(wǎng)查閱了相關(guān)資料，對(duì)該結(jié)構(gòu)的一些設(shè)計(jì)特點(diǎn)進(jìn)行了敘述；而荷載分析部分主要參照老師所講，介紹了各個(gè)荷載（結(jié)構(gòu)自重、屋面及天窗荷載、屋面活荷載或雪荷載、風(fēng)荷載、溫度及地震作用、預(yù)應(yīng)力）概念，而后針對(duì)主館進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：張弦桁架；玻璃幕墻；荷載；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU312+1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）23-0153-03

一、建筑概述

哈爾濱國(guó)際會(huì)展體育中心坐落于黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)紅旗大街，它是集會(huì)議、展覽和體育功能于一體的綜合型公共設(shè)施，此會(huì)展中心從總體上分為三大獨(dú)立建筑單元：結(jié)構(gòu)形式相同的展覽大廳、訓(xùn)練館、萬人體育館相連成一體的主體建筑（下文中簡(jiǎn)稱為主館），五萬人體育場(chǎng)，國(guó)際會(huì)議中心（酒店），整體建筑呈U形。本文主要介紹主館部分。

二、結(jié)構(gòu)體系與主要結(jié)構(gòu)形式

（一）結(jié)構(gòu)體系介紹

會(huì)展中心主館總建筑面積約為22萬m2，其縱向總長(zhǎng)度為618m，橫向長(zhǎng)度為128m（主跨大廳）+20m（附屬玻璃長(zhǎng)廊），建筑縱向兩端為附屬功能用房，下部為混凝土結(jié)構(gòu)，屋面結(jié)構(gòu)為兩片曲面網(wǎng)架。整個(gè)主館建筑四周均由玻璃幕墻圍合。

1.主跨大廳。主館中心部分全長(zhǎng)510m，采用一端簡(jiǎn)支于混凝土柱、一端簡(jiǎn)支于人形搖擺柱的大跨度張弦桁架（跨度128m）來滿足建筑大空間要求，這是目前國(guó)內(nèi)張弦桁架結(jié)構(gòu)項(xiàng)目中跨度最大的一個(gè)。其屋蓋結(jié)構(gòu)由35張弦桁架組成，桁架總長(zhǎng)達(dá)140m，間距為15m，共分成5個(gè)矩形空間，它們彼此互相獨(dú)立，左邊3個(gè)矩形空間為單層展覽大廳，第4與第5個(gè)矩形空間分別為訓(xùn)練館和體育館。上述5個(gè)矩形空間由前端的20m寬玻璃長(zhǎng)廊連接交通，該玻璃長(zhǎng)廊為輕型鋼結(jié)構(gòu)體系。

2.玻璃幕墻。其四周立面大面積采用了玻璃幕墻作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，幕墻面積共33800平方米。兩側(cè)山墻及長(zhǎng)江路立面標(biāo)高15.00米以上，采用了預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式幕墻；黃河路立面大面積采用了鋁合金明框幕墻及通風(fēng)百葉；透光長(zhǎng)廊部分采用了預(yù)應(yīng)力單索幕墻，幕墻總長(zhǎng)度561米，高12米，幕墻面積共5400平方米。

（二）主要結(jié)構(gòu)形式

會(huì)展中心主館中央部分的5個(gè)獨(dú)立空間單元結(jié)構(gòu)形式相同，每個(gè)單元由數(shù)榀完全相同的張弦桁架通過支撐系統(tǒng)連接成整體，桁架間的支撐由五道均勻布置的縱向剛性支撐和沿單元周邊布置的平面交叉支撐組成，其中縱向剛性支撐也為空間桁架形式。

1.主館的張弦桁架結(jié)構(gòu)。張弦桁架結(jié)構(gòu)是由拱桁架、拉索及撐桿組合而成的一種新型的預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)形式。它的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以通過對(duì)鋼絲索施加預(yù)應(yīng)力使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反拱，從而大大減小結(jié)構(gòu)的撓度，具有足夠的抗震能力和合理的安全度；另一方面由于鋼索抵消了拱腳水平推力，充分發(fā)揮了拱形結(jié)構(gòu)的受力優(yōu)勢(shì)和索材的高強(qiáng)度抗拉性能，使結(jié)構(gòu)更加合理，降低了用鋼量。

2.玻璃幕墻的支撐桁架。為與主體鋼結(jié)構(gòu)支撐柱15米間距相呼應(yīng)，透光長(zhǎng)廊單索幕墻抗風(fēng)柱采用平行弦桁架，間距7.5米。設(shè)計(jì)中考慮主體建筑伸縮縫的設(shè)置情況采用了單層索網(wǎng)45米跨張拉單元，在伸縮縫的左右兩側(cè)設(shè)置了三角形空間鋼構(gòu)架，以增加單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系的邊界剛度。沿玻璃水平及豎向分格處設(shè)置了φ22不銹鋼拉索，用以承受水平及豎向荷載。

三、荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

（一）可變荷載（屋面活荷載，雪荷載，積灰荷載）

屋面活荷載：

顯而易見，人們不能方便地抵達(dá)屋面并在屋面上停留，所以其屋面為不上人屋面，按不上人屋面考慮屋面均布活荷載0.5kN/m2。

當(dāng)施工或維修荷載較大時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況采取，對(duì)不同結(jié)構(gòu)應(yīng)按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定采用，但不得低于0.3kN/m2。

（二）雪荷載

1.針對(duì)主館的雪荷載。由于會(huì)展中心主館屋面橫向跨度過大（接近150m），而且在每幅張弦桁架位置處屋面設(shè)有天窗，天窗沿橫向布置，長(zhǎng)度約為90m，屋面未考慮設(shè)置自動(dòng)除雪設(shè)備，這些因素對(duì)屋面除雪不利，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需要重視屋面積雪的影響，雪荷載分布系數(shù)分布系數(shù)取值為1.6。新荷載規(guī)范5.3.3條：不上人的屋面均布活荷載，可不與雪荷載和風(fēng)荷載同時(shí)組合。令又咨詢老師，可理解為：一般的建筑，雪荷載是與不上人屋面（會(huì)展確實(shí)是不上人的）的活荷載同時(shí)考慮的，但會(huì)展中心屬于大跨結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)時(shí)還需要參考大跨結(jié)構(gòu)的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，更復(fù)雜些。

2.風(fēng)荷載。（1）有關(guān)主館的風(fēng)荷載分析。

哈爾濱50年一遇基本風(fēng)壓為0.5kN/m2，建筑場(chǎng)地周圍地貌為B級(jí)類地貌，結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)取為1.2。由于屋蓋結(jié)構(gòu)體型較為復(fù)雜，要獲取準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布需要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。但由于條件受限，風(fēng)壓分布只能按照已建成的類似體型建筑和荷載規(guī)范來取值。分析結(jié)果還表明：在無風(fēng)荷作用時(shí)結(jié)構(gòu)不利，風(fēng)荷向上較大的吸力抵抗部分豎向恒荷和活荷，對(duì)結(jié)構(gòu)是有利的。（2）地震作用。主館的地震作用分析：哈爾濱市抗震設(shè)防烈度近期由六級(jí)調(diào)整為七級(jí)，哈爾濱國(guó)際會(huì)展體育中心是具有重要影響的地標(biāo)式建筑，屋蓋主體鋼結(jié)構(gòu)按七度抗震驗(yàn)算。

四、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與傳力路徑

（一）張弦桁架中節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

張弦桁架中根據(jù)需要分別采用了銷軸節(jié)點(diǎn)、鑄鋼節(jié)點(diǎn)和直接相貫焊接節(jié)點(diǎn)，避免了節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生復(fù)雜焊縫溫度應(yīng)力，減少了現(xiàn)場(chǎng)工作量。為了受力更合理，將張弦桁架的拉索錨固端節(jié)點(diǎn)設(shè)置在桁架的形心處，使得拉索中的拉力由相交于一點(diǎn)的5根桁架腹桿直接傳遞到桁架弦桿上，同時(shí)也簡(jiǎn)化了拉索錨固端節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。為了方便施工，張弦桁架與搖擺柱、張弦桁架與縱向支撐間的連接大量采用了銷栓式連接。張弦桁架中的一些受力復(fù)雜的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)采用鑄鋼件，節(jié)點(diǎn)處避免產(chǎn)生復(fù)雜的焊接溫度應(yīng)力，如：桁架與索兩端的連接節(jié)點(diǎn)、索與桁架下弦桿件相交節(jié)點(diǎn)、桁架兩端支座節(jié)點(diǎn)。

（二）幕墻結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

1.水平與豎向拉索采用矩形爪點(diǎn)的構(gòu)造措施，為加強(qiáng)爪點(diǎn)抵抗水平負(fù)風(fēng)壓的能力，爪點(diǎn)采用了槽形構(gòu)造。爪點(diǎn)外夾片與內(nèi)夾片用不銹鋼螺栓相連。在內(nèi)、外夾片的背后，由兩塊帶凹槽的壓塊通過四根不銹鋼螺栓將水平與豎向拉索錨固鎖緊。

2.水平單拉索的兩端張拉在變形縫兩側(cè)的三角空間桁架上，為加強(qiáng)邊部節(jié)點(diǎn)與三角空間桁架的剛度，采用了加勁板的構(gòu)造措施。在最大水平荷載作用，拉索的最大變形為150mm，為防止單索端頭張拉裝置中螺桿與矩形爪點(diǎn)夾具扭曲影響，采用半球鉸夾具使螺桿在夾具內(nèi)有萬向±5°的旋轉(zhuǎn)自由度。

五、結(jié)語

哈爾濱會(huì)展體育中心主館不僅外形新穎美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也很成功，它是目前我國(guó)已建成的最大跨度張弦桁架結(jié)構(gòu)建筑。現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，這種大型張弦桁架結(jié)構(gòu)在建筑鋼結(jié)構(gòu)中被越多地應(yīng)用，相信對(duì)以后的類似結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很好的借鑒作用。

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作者簡(jiǎn)介：程路巖（1995-），男，本科，河南焦作人。

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