1、大跨結構應用實例1、廣州國際會議展覽中心廣州國際會議展覽中心位于廣州市海珠區琶洲島，是廣州市重點建設項目，首期工程用地面積48.9萬m2，總建筑面積39.6萬m2，共有16個面積1萬m2左右的展廳，10700個標準展位，是目前世界上單體建筑面積最大的展覽建筑(圖412圖415)。廣州國際會議展覽中心主要部分為3層建筑，包夾層共有7層。架空層主要用作車庫、展廳和設備用房，首層和四層為展廳，二層為連接各個入口和各個展廳的人行通道，三、五、六層為辦公及設備用房。首層的中部和四層的南部各有一條貫通東西的卡車通道，東西兩側各有一條從首層通向四層的卡車坡道，運送展品的集裝箱車可直達各個展廳。其技術特點如下

2、：(1)成功解決了超長混凝土結構不設溫度縫的難題廣州國際會議展覽中心樓蓋分為10個獨立的單元，按建筑要求每個單元不可設縫，其長度和寬度都超過了規范關于溫度區間長度的限值，最大單元的面積達90m×163.5m。為解決這個問題采用平面應力計算方法和有限元三維計算方法對樓蓋的應力進行了仔細的分析，通過設置后澆帶來減少前期溫度應力的影響，通過設置預應力梁和在溫度應力較大的區域增加配筋的方法來控制和抵抗溫度應力。這一做法獲得成功，2002年12月建成投入使用至今，主體結構未發現肉眼可見的裂縫。(2)巧用預應力技術，降低大柱網重荷載的混凝土樓蓋的造價廣州國際會議展覽中心四層展廳樓面荷載重達15k

3、N/m2，柱網為30m×30m，整個展廳的平面尺寸達86m×126.6m。該層綜合采用了有粘結預應力梁(大跨度框架主梁)、無粘結預應力梁(一級次梁)及在梁中加直線預應力筋(二級次梁及其他需要部位)等多種預應力方式。通過精心設計預應力和非預應力鋼筋的比例及預應力張拉控制值，使有效預應力的分布盡量接近理想預應力分布，因而各種材料的性能得到充分的利用，達到了既安全又經濟的目的，比外方提出的設計方案節省混凝土32912m3，節省預應力鋼筋2100t，降低造價約3900萬元(還未包括節省的普通鋼筋的造價)。(3)成功設計了國內最大跨度的新型鋼結構張弦桁架結構廣州國際會議展覽中心四層的

4、5個無柱大展廳的屋蓋采用預應力張弦桁架結構。這是一種性能優越的新型大跨度鋼結構，其截面的高度很大，因而比同樣用鋼量的其他鋼結構具有更高的承載力，其上部受壓，設計為三角形鋼管桁架，有很好的穩定性，其下部受拉采用高強鋼索，可以充分發揮鋼材受拉性能好的優勢。圍繞張弦桁架的設計對其強度、剛度、整體穩定性和拉索出平面的穩定進行仔細的分析，對預應力的取值及預應力的施加方法作了認真的考慮，對鋼管桁架的相貫節點，索與撐桿的連接節點，桁架端部與預應力索連接的鑄鋼節點以及彎曲鋼管的性能都作了專題研究。精心的設計和研究使這一大跨度結構獲得成功，并為這種新型結構的推廣打好了基礎，積累了經驗。張弦桁架每榀重135t，用

5、鋼量為71kg/m2。(4)在國內首次將結構預警技術應用于建筑工程結構預警系統是利用傳感器和計算機，在重要結構的某些部位安裝傳感器，測量結構的某些物理量加速度、速度、位移、應力、應變等，將所測得的這些物理量傳至計算機，計算機根據這些物理量推斷出結構的工作狀態。同時，計算機還可根據測量的歷史記錄，推斷出結構安全儲備和結構的剩余使用壽命。當結構的安全儲備不足或結構的某些量發生不正常的變化時，系統發出警告，提醒人們對結構進行必要的維修加固或采取其他應急措施以避免結構發生災難性破壞。廣州國際會議展覽中心張弦桁架結構跨度達126.6m，為了保證其安全，嘗試在上面安裝結構預警系統。該系統由硬件和軟件兩大部

6、分組成。硬件由三個加速度傳感器A1、A2、A3及一個激光測距儀S組成，布置在桁架跨中和跨度的1/4和3/4處。該系統的所有軟件均自主開發，具有如下功能：實時測取結構的前三個固有頻率；實時測取結構的位移和內力以及結構的安全狀態；定時將測量數據及主要分析結果存盤，形成結構工作的歷史記錄；迅速查看結構的工作歷史記錄。建筑結構預警系統在國內是首創，在國外也未見報導。該系統的研發開創了建筑結構監控方面的一個新領域，對保障大跨度建筑、高層建筑等重大建筑的安全有極為重大的意義。(5)推出一種新型的屋面結構體系廣州國際會議展覽中心二層展廳和珠江散步道的屋面面積近10萬m2，不僅要求有很好的隔熱、防水性能，而且

7、要求有很好的裝飾效果。該屋面面積大，為雙向彎曲的曲面而排水坡很小，排水路線很長，最長的達79m，因此防水設計的難度很大。新設計的屋面結構體系由基層、面層和裝飾層構成。基層是壓型鋼板+聚氨酯發泡板十三元乙丙聚氨酯防水卷材組成的新型復合板，它本身便有承重、隔熱和防水三重功能。和傳統的夾芯板相比，它拼裝后的防水性能更好。在它的上面再做一層3600咬合的壓型鋼板面層，保證了整個屋面滴水不漏。在基層上面設計了一種滑動支座，可以讓它上面長達138m無橫向接縫的面層在溫度變化時伸縮自如。實踐證明這種基層和面層構成的屋面體系施工方便，隔熱效果好，防水可靠，可以推廣應用到其他工程中。裝飾層是建筑造型特別需要的，

8、通過一個特別的鋁夾具固定在面層，這個特別的夾具不需穿破面層，而能承受裝飾板傳來的施工活荷載和風荷載。(6)開發一種新的抓點式玻璃幕墻廣州國際會議展覽中心有近7萬m2的玻璃幕墻，統一采用豎向預應力鋼索承受玻璃自重，水平交叉預應力索承受風荷載的新型索結構體系；采用新型的有良好隔熱效果的鍍有低輻射膜的中空玻璃。玻璃的抓點摒棄了常見的四爪抓點，創造了一種嶄新的矩形抓點，這種抓點一樣可以固定相鄰的四塊玻璃的角點，可以適應玻璃的變形，也便于安裝和更換玻璃，而外形卻十分簡捷新穎。通過有限元分析，并通過荷載試驗，證明這種結點安全可靠。(7)綜合應用各種形式的鋼結構，滿足現代建筑的造型要求采用兩榀雙箱形截面的連

9、續鋼拱結構+三角形斷面的連續立體鋼管桁架結構，構成會展中心標致性的構筑物中央車站罩篷；采用腹板上開橢圓孔的H型鋼曲梁結構，構成極具韻律感的卡車通道罩篷；采用立體鋼管桁架+鋼管擺柱，構成高大寬敞而輕巧美觀的珠江散步道屋蓋和幕墻承重體系；采用不帶剪刀撐的鋼管柱列鏤空的水平鋼梁及支撐，勾畫出會展中心“飄”的外柱廊； 圍繞設計開展專項研究，取得一批成果。廣州國際會議展覽中心面積大、跨度大、荷載大，特別是屋蓋結構的張弦桁架跨度為國內之最。結構設計難度也較大，為了保證結構安全及設計合理、可靠，設計單位與華南理工大學、廣州大學、同濟大學等單位合作，對一些新技術問題及設計難點問題進行了專門的研究，其中包括：張

10、弦桁架性能的研究；空間結構大型鑄鋼節點的研究；彎曲鋼管性能的研究；大直徑鋼管雙K形相貫節點的研究；帶搖擺柱的鋼管桁架屋蓋結構抗震性能研究；結構預警系統的研究。這些研究包括結構計算分析及模型或實體試驗，在各方共同努力下，取得了一批有實際意義的研究成果，并應用于本工程的設計中，不但保證和提高了本工程的設計質量和設計水平，而且對提高我國建筑結構設計水平做出了較大的貢獻。2、廣州新白云機場GAMECO10號機庫(1)工程概況：本工程由維修機庫、噴漆機庫、航材庫和與之配套的附樓組合而成，其中機庫大廳長350m，進深100m，分為跨度100m150m的飛機維修區和跨度100m的噴漆區，屋蓋下弦標高29m、

11、局部18m。機庫屋面最大標高為44m，三連續圓弧拱形屋面和前檐弧形外挑勾勒出優美的建筑輪廓(如下圖所示)。該工程機庫部分為大跨度建筑，結構特點是高大空曠，屋蓋呈三邊支撐受力狀態，柱頂標高29m，最大無柱空間的平面尺寸250m×80m。沿大門一側350m完全開敞，除角柱外僅布置兩根邊柱，屋蓋自由邊長度為100m+150m+100m。該機庫的另一結構特點是有多種移動維修設備懸掛在屋蓋下弦，同時350m長機庫大門完全懸掛于屋蓋自由邊，其懸掛荷載之大為國內機庫之首。因此本機庫屋蓋結構受力狀態復雜，對變形控制要求高，結構方案選擇須充分考慮結構的受力特性，在滿足結構強度、剛度和穩定性的同時，還需

12、滿足懸掛設備工作運行和350m長的懸掛大門穩定的要求。場區的抗震設防烈度為6度，機庫大廳的安全等級為一級。抗震設防類別為乙類建筑，結構抗震設計構造措施按7度。機庫的南、北、西三面均設有附樓，作為機庫的配套設施及輔助用房；機庫大廳內部由于生產工藝的需要在大廳尾部設鋼筋混凝土平臺。附樓及平臺為框架結構，層數為二至五層不等(局部六層)，主要柱網為8m×8m及8m×12.5m。根據生產性質、建筑立面需要及結構合理伸縮縫間距，以伸縮縫分成10個結構單元。(2)設計、技術特點屋蓋結構 該機庫屋蓋采用多級桁架結構體系，桁架沿縱、橫向分級設置，由多層主、次桁架形成空間受力體系。各級桁架按受

13、力狀態選擇其高度和腹桿布置形式，并在不等高的各級桁架上、下弦平面中分別設置水平支撐構件。多級桁架結構體系受力關系明確、滿足變形要求，構造簡潔、加工安裝方便，且空間桿件少，便于噴漆區屋蓋結構中大截面通風管道的穿行布置。另外在主桁架體系之上還設計了屋面支撐系統，以滿足建筑立面設計要求. 桁架結構體系中水平支撐系統的設計十分重要。大跨度機庫建筑總高一般都超過40m，水平風荷載及地震作用對結構都會產生很大的影響。由于機庫特殊功能要求，大門一側全開敞，整個建筑的抗側力構件布置極不均勻，因此要求屋蓋結構有良好的整體剛度，能夠合理、有效地傳遞和分配水平力。該機庫前部大門一側沿350m長共布置了4根受力柱，后

14、部結合機頭、機尾庫位置的限制，布置了兩列共32根受力柱，柱距從845m不等。在屋蓋結構體系中，由于主、次各級桁架跨度及承受的豎向荷載差異很大，因此各級桁架設計高度相差也很大，形成了多層上、下弦平面，設計中在各桁架上、下弦平面和高、低弦層相鄰的斜平面內，分別設置了水平支撐構件，并將拱形屋面系統最低區域的水平支撐與桁架相連接，加強了屋蓋結構的側向剛度和整體穩定，以保證水平力的有效傳遞。 同時，為配合建筑師的設計創作，在主桁架體系之上另設計了一套建筑屋面支撐系統，包括鋼柱、梁、檁條及鋼柱的垂直支撐和沿弧形屋面布置的水平支撐，構建成穩定的3跨連續圓弧拱形屋面；在大門上方還設計了檐口桁架，使檐口呈弧形外

15、挑，勾勒出優美的建筑輪廓，充分滿足了建筑立面設計的要求。大門是機庫結構設計的特色之一，除應滿足飛機進出空間要求之外，大門還是整個建筑外圍護結構的一部分。該機庫大門開啟長度350m，最大開啟高度25.5m。設計選用了在國內民用大跨度機庫中未使用過的懸掛上疊式膜材料大門。共17扇門，每扇門最大寬度20.784m。懸掛式大門的優點是輕巧、美觀，無需門庫大門可同時完全開啟，相鄰門扇可對接，減少門占地，可充分利用建筑面積。此外，懸掛式大門使各區段門高可依據大型飛機進出安全高度而設定，在滿足使用要求的前提下可控制門高，節約能源，又避免了傳統推拉門上部設置小門的做法，簡化施工，方便使用。但因其自重懸掛在屋蓋

16、前沿，給鋼屋蓋設計增加了難度，提高了對門口桁架承載力和變形的要求。基礎設計方案 在基礎方案的確定過程中，根據機庫大廳柱及附樓柱的受力特點和地質條件，對每個鉆孔的土、巖層情況進行了認真的分析比較。該機庫地處珠江三角洲北部，為亞熱帶覆蓋型巖溶地區，水文地質條件極為復雜。根據勘察報告，南側多為全風化巖和強風化巖，其下的中風化巖層不連續，微風化巖巖面起伏很大；北側多為回填土、粉質黏土、粗砂層，其下即為中風化灰巖和微風化灰巖，巖性以砂巖、泥質粉砂巖、炭質頁巖、頁巖、泥質灰巖、炭質灰巖為主。同時，建設場地分布有大量的溶洞。整個機庫南北長達400m，從機庫到附樓，僅柱底軸力設計值由59843.3kN到400

17、500kN變化，樁端(基礎)持力層深度從40多米到基巖露頭，只有經多方案比較并結合不同的受力狀況、土層分布采取不同的基礎方案，才能取得合理、經濟的效果。典型的基礎方案如下： 機庫大廳柱下的全強、風化巖層厚度分布不均且不連續，中、微風化巖層的巖面起伏大，為保證機庫主體結構的安全性，因此確定機庫大廳柱下均采用鉆(沖)孔灌注樁。6個主受力柱由于垂直和水平荷載大，為嵌巖端承樁，持力層為微風化巖，樁徑為1000和1200兩種，樁進入持力層的深度為1.5d(d為樁徑)。其余機庫柱為摩擦端承樁或端承摩擦樁基礎，持力層為中風化或微風化巖，樁徑為800，樁進入持力層的深度為500mm。 北附樓及西北附樓由于其下

18、多為粗砂層和粉質黏土層，無可靠的天然地基持力層，因此采取鉆(沖)孔灌注樁，為摩擦端承樁或端承摩擦樁基礎，持力層為中風化或微風化巖，樁徑為800，樁進入持力層的深度為500mm。 南附樓、西南側、西側中部附樓下多為全風化巖和強風化巖層，基礎是否可以選用全風化和強風化巖層做持力層?對此做了一些深入細致的工作，進行了方案比較。 但由于該場地的全風化巖、強風化巖有其地區特點，遇水易軟化和崩解，當基坑晾曬時間過長時承載力會降低，其壓縮模量E值較低，分別為7MPa和8MPa。根據此值進行獨立柱基的沉降計算，如南側附樓中柱采用天然地基，持力層為強風化巖，計算出的沉降值約為108mm，而機庫柱下為樁基礎，幾乎

19、沒有沉降，兩柱相距8m，沉降差不滿足框架結構0.2的要求。據此最終也采用鉆(沖)孔灌注樁基礎。持力層為中風化或微風化巖，樁徑為800，樁進入持力層的深度為500mm。 另外，對中、微風化巖露頭和埋深較淺的區域按獨立基礎設計，3640軸間的西北附樓有一層地下室，其下為中風化巖層，采用筏板基礎。 由于機庫柱底有較大的水平力，因此在樁基礎的設計中不僅要考慮豎向承載力，還要考慮水平承載力能否滿足上部結構的要求。還由于建設場地的地質情況比較復雜，基巖面坡度較大。為了保證水平力的正常傳遞和樁抗水平力的安全性，加強基礎的整體剛性，增強結構整體的安全，在所有樁基礎間設置了基礎梁，有柱問支撐的樁基礎間設置了鋼筋

20、混凝土壓桿。 另外，據了解廣州地區無單樁水平靜載試驗方面的經驗資料及試驗數據，因此將000和1200的樁身配筋率控制在0.65%以上，使樁的水平承載力設計值滿足柱底對樁基礎的水平承載力要求。 3、哈爾濱國際會展體育中心本工程為哈爾濱國際會展體育中心(如下圖所示)，位于哈爾濱市經濟技術開發區內，地理位置優越。建設用地西臨紅旗大街，東臨南直路，南為長江路，北為黃河路，泰山路從場地內穿過。由于基地四周均為城市干道，基礎設施良好，交通便利、通達。張弦桁架結構簡圖本工程屬超大型公共建筑，總用地43.72hm2。建設總規模為：建筑面積321943m2，五萬人體育場。本工程集會議、展覽、體育訓練與比賽功能為

21、一體，建筑群由三部分組成：1號工程為主館，2500個國際標準展位的國際展覽中心、綜合訓練館、體育館。2號工程為國際會議中心、賓館，含1800座會議廳兼劇場及多種規模的會議廳；38層總高度169.7m的四星級賓館。3號工程為五萬人體育場。哈爾濱國際會議展覽體育中心主館縱向總長度為618m，橫向長度為128m(主跨大廳)+20m(附屬玻璃長廊)。建筑縱向兩端為附屬功能用房，下部為混凝土結構，屋面結構為兩片曲面網架。建筑中部由相同的35榀128m跨的張弦桁架覆蓋，桁架間距為15m，共分成5個矩形空間，它們彼此互相獨立，左邊3個矩形空間為單層展覽大廳，第4與第5個矩形空間分別為訓練館和萬人體育館。訓練

22、館和體育館內部為2層結構，內部的樓層為獨立的混凝土結構，在傳力上與屋蓋主體結構不發生關系。這5個矩形空間由前端的20m寬玻璃長廊連接交通，該玻璃長廊為輕型鋼結構體系，整個主館建筑四周均由玻璃幕墻圍合。顯而易見，128m跨的預應力張弦桁架是整個主館結構設計中的關鍵內容。 哈爾濱國際會議展覽體育中心3號工程是一座5萬人的國際標準綜合體育場，體育場沿長軸兩邊看臺上方各有一片罩篷結構，這兩片罩篷結構形式完全相同。該罩篷結構為三維曲面造型，縱向長度為247.5m，橫向最大長度64.2m，每片罩篷面積約15000m2。1號工程主館用鋼量為67kg/m2，3號工程體育場用鋼量為114kg/m2。 其設計特點

23、如下：主館中央部分的5個獨立空間單元結構形式是相同的，只是根據建筑功能的要求每個空間單元館的桁架榀數不同，下圖給出了作為展覽大廳的3個單元的具體結構布置。每個單元由數榀完全相同的張弦桁架通過支撐系統連接成整體，由于張弦桁架為平面受力構件，跨度大并且剛度較弱，平面外需要有強大的支撐。桁架間的支撐由5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。 預應力張弦桁架由前端的人字形搖擺柱和后端的剛性柱支承，桁架與剛性柱之間連接為固定鉸支座，搖擺柱使桁架與下部結構間形成了理想的可動鉸支座，使超大跨度的張弦桁架的整體受力形成理想的簡支形式，這樣可以很好地釋放桁

24、架中的溫度應力，同時可以不對下部結構產生較大推力，大大簡化下部結構和基礎結構的設計。前端的人字柱既可以傳遞豎向力，又可以為建筑物提供足夠強大的縱向剛度，從建筑造型和結構受力上看都是比較理想的。 大廳前立面玻璃幕墻的支撐桁架(抗風柱)上端與張弦桁架連接在一起，并采用了一種專門設計的連接構造，使兩者間僅傳遞水平向力，豎直向不傳力，這樣近30m高的幕墻支撐桁架得到可靠的水平支承，又可以不負擔屋面的豎向荷載，使二者的受力都比較明確。張弦桁架上弦桿截面為480×24，桁架中部下弦桿件截面為480×12，接近支座處下弦桿件為480×24，材質為Q345B，桁架弦桿與腹桿間為相貫焊接連接。張弦桁架拉索選用4397，截面面積為：16895mm2，張弦桁架中拉索為高強度低松弛鍍鋅鋼絲束，其抗拉強度為1570MPa，拉索錨具采用40Cr鋼。為了受力更合理，將張弦桁架的拉索錨固端節點設置在桁架的形心處，使得拉索中的拉力由相交于一點的5根桁架腹桿直接傳遞到桁架弦桿上，同時也簡化了拉索錨固端節點的構造。為了方便施工，張弦桁架與搖擺柱，張弦桁架