哈尔滨市国际会展中心结构与荷载分析

摘要：哈尔滨会展中心主馆是一展览类的建筑，结构设计比较合理且有特色，对以后类似建筑可起到参照作用。本文着重阐述了张弦桁架结构设计和主馆设计中的荷载作用分析及参数选择。关于张弦桁架结构，上网查阅了相关资料，对该结构的一些设计特点进行了叙述；而荷载分析部分主要参照老师所讲，介绍了各个荷载（结构自重、屋面及天窗荷载、屋面活荷载或雪荷载、风荷载、温度及地震作用、预应力）概念，而后针对主馆进行分析。

关键词：张弦桁架；玻璃幕墙；荷载；结构设计

中图分类号：TU312+1 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）23-0153-03

一、建筑概述

哈尔滨国际会展体育中心坐落于黑龙江省哈尔滨市南岗区红旗大街，它是集会议、展览和体育功能于一体的综合型公共设施，此会展中心从总体上分为三大独立建筑单元：结构形式相同的展览大厅、训练馆、万人体育馆相连成一体的主体建筑（下文中简称为主馆），五万人体育场，国际会议中心（酒店），整体建筑呈U形。本文主要介绍主馆部分。

二、结构体系与主要结构形式

（一）结构体系介绍

会展中心主馆总建筑面积约为22万m2，其纵向总长度为618m，横向长度为128m（主跨大厅）+20m（附属玻璃长廊），建筑纵向两端为附属功能用房，下部为混凝土结构，屋面结构为两片曲面网架。整个主馆建筑四周均由玻璃幕墙围合。

1.主跨大厅。主馆中心部分全长510m，采用一端简支于混凝土柱、一端简支于人形摇摆柱的大跨度张弦桁架（跨度128m）来满足建筑大空间要求，这是目前国内张弦桁架结构项目中跨度最大的一个。其屋盖结构由35张弦桁架组成，桁架总长达140m，间距为15m，共分成5个矩形空间，它们彼此互相独立，左边3个矩形空间为单层展览大厅，第4与第5个矩形空间分别为训练馆和体育馆。上述5个矩形空间由前端的20m宽玻璃长廊连接交通，该玻璃长廊为轻型钢结构体系。

2.玻璃幕墙。其四周立面大面积采用了玻璃幕墙作为外围护结构，幕墙面积共33800平方米。两侧山墙及长江路立面标高15.00米以上，采用了预应力索桁架点支式幕墙；黄河路立面大面积采用了铝合金明框幕墙及通风百叶；透光长廊部分采用了预应力单索幕墙，幕墙总长度561米，高12米，幕墙面积共5400平方米。

（二）主要结构形式

会展中心主馆中央部分的5个独立空间单元结构形式相同，每个单元由数榀完全相同的张弦桁架通过支撑系统连接成整体，桁架间的支撑由五道均匀布置的纵向刚性支撑和沿单元周边布置的平面交叉支撑组成，其中纵向刚性支撑也为空间桁架形式。

1.主馆的张弦桁架结构。张弦桁架结构是由拱桁架、拉索及撑杆组合而成的一种新型的预应力空间结构形式。它的最大优点就是可以通过对钢丝索施加预应力使结构产生反拱，从而大大减小结构的挠度，具有足够的抗震能力和合理的安全度；另一方面由于钢索抵消了拱脚水平推力，充分发挥了拱形结构的受力优势和索材的高强度抗拉性能，使结构更加合理，降低了用钢量。

2.玻璃幕墙的支撑桁架。为与主体钢结构支撑柱15米间距相呼应，透光长廊单索幕墙抗风柱采用平行弦桁架，间距7.5米。设计中考虑主体建筑伸缩缝的设置情况采用了单层索网45米跨张拉单元，在伸缩缝的左右两侧设置了三角形空间钢构架，以增加单层索网结构体系的边界刚度。沿玻璃水平及竖向分格处设置了φ22不锈钢拉索，用以承受水平及竖向荷载。

三、荷载与结构设计分析

（一）可变荷载（屋面活荷载，雪荷载，积灰荷载）

屋面活荷载：

显而易见，人们不能方便地抵达屋面并在屋面上停留，所以其屋面为不上人屋面，按不上人屋面考虑屋面均布活荷载0.5kN/m2。

当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采取，对不同结构应按有关设计规范的规定采用，但不得低于0.3kN/m2。

（二）雪荷载

1.针对主馆的雪荷载。由于会展中心主馆屋面横向跨度过大（接近150m），而且在每幅张弦桁架位置处屋面设有天窗，天窗沿横向布置，长度约为90m，屋面未考虑设置自动除雪设备，这些因素对屋面除雪不利，结构设计时需要重视屋面积雪的影响，雪荷载分布系数分布系数取值为1.6。新荷载规范5.3.3条：不上人的屋面均布活荷载，可不与雪荷载和风荷载同时组合。令又咨询老师，可理解为：一般的建筑，雪荷载是与不上人屋面（会展确实是不上人的）的活荷载同时考虑的，但会展中心属于大跨结构，设计时还需要参考大跨结构的一些相关标准，更复杂些。

2.风荷载。（1）有关主馆的风荷载分析。

哈尔滨50年一遇基本风压为0.5kN/m2，建筑场地周围地貌为B级类地貌，结构的风振系数取为1.2。由于屋盖结构体型较为复杂，要获取准确的结构风压分布需要进行风洞试验。但由于条件受限，风压分布只能按照已建成的类似体型建筑和荷载规范来取值。分析结果还表明：在无风荷作用时结构不利，风荷向上较大的吸力抵抗部分竖向恒荷和活荷，对结构是有利的。（2）地震作用。主馆的地震作用分析：哈尔滨市抗震设防烈度近期由六级调整为七级，哈尔滨国际会展体育中心是具有重要影响的地标式建筑，屋盖主体钢结构按七度抗震验算。

四、节点构造与传力路径

（一）张弦桁架中节点构造

张弦桁架中根据需要分别采用了销轴节点、铸钢节点和直接相贯焊接节点，避免了节点处产生复杂焊缝温度应力，减少了现场工作量。为了受力更合理，将张弦桁架的拉索锚固端节点设置在桁架的形心处，使得拉索中的拉力由相交于一点的5根桁架腹杆直接传递到桁架弦杆上，同时也简化了拉索锚固端节点的构造。为了方便施工，张弦桁架与摇摆柱、张弦桁架与纵向支撑间的连接大量采用了销栓式连接。张弦桁架中的一些受力复杂的关键节点采用铸钢件，节点处避免产生复杂的焊接温度应力，如：桁架与索两端的连接节点、索与桁架下弦杆件相交节点、桁架两端支座节点。

（二）幕墙结构节点构造

1.水平与竖向拉索采用矩形爪点的构造措施，为加强爪点抵抗水平负风压的能力，爪点采用了槽形构造。爪点外夹片与内夹片用不锈钢螺栓相连。在内、外夹片的背后，由两块带凹槽的压块通过四根不锈钢螺栓将水平与竖向拉索锚固锁紧。

2.水平单拉索的两端张拉在变形缝两侧的三角空间桁架上，为加强边部节点与三角空间桁架的刚度，采用了加劲板的构造措施。在最大水平荷载作用，拉索的最大变形为150mm，为防止单索端头张拉装置中螺杆与矩形爪点夹具扭曲影响，采用半球铰夹具使螺杆在夹具内有万向±5°的旋转自由度。

五、结语

哈尔滨会展体育中心主馆不仅外形新颖美观，结构设计也很成功，它是目前我国已建成的最大跨度张弦桁架结构建筑。现如今，随着科学技术发展，这种大型张弦桁架结构在建筑钢结构中被越多地应用，相信对以后的类似结构设计有很好的借鉴作用。

参考文献：

[1]张小刚，郭楠，邵新妍.土木工程荷载与结构设计方法[M].北京：中国质检出版社，2011.

[2]范峰，支旭东，沈世钊.黑龙江省国际会展体育中心主馆大跨钢结构设计[A]//第十届空间结构学术会议论文集[C].北京：中国建材工业出版社，2002：806-801.

[3]范峰，支旭东，沈世钊.哈尔滨国际会展体育中心大跨钢结构设计[A]//第三届中国现代学术工程研讨会[C].天津，2003.

[4]刘长龙，赵西安.哈尔滨国际体育会展中心预应力单层索网幕墙设计[A]//首届全国建筑索结构技术交流会论文集[C].北京，2006.

[5]建筑结构荷载规范（GB50009-2012）[S].

作者简介：程路岩（1995-），男，本科，河南焦作人。

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