哈爾濱市國際會展中心結構與荷載分析

摘要：哈爾濱會展中心主館是一展覽類的建筑，結構設計比較合理且有特色，對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構設計和主館設計中的荷載作用分析及參數選擇。關于張弦桁架結構，上網查閱了相關資料，對該結構的一些設計特點進行了敘述；而荷載分析部分主要參照老師所講，介紹了各個荷載（結構自重、屋面及天窗荷載、屋面活荷載或雪荷載、風荷載、溫度及地震作用、預應力）概念，而后針對主館進行分析。

關鍵詞：張弦桁架；玻璃幕墻；荷載；結構設計

中圖分類號：TU312+1 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）23-0153-03

一、建筑概述

哈爾濱國際會展體育中心坐落于黑龍江省哈爾濱市南崗區紅旗大街，它是集會議、展覽和體育功能于一體的綜合型公共設施，此會展中心從總體上分為三大獨立建筑單元：結構形式相同的展覽大廳、訓練館、萬人體育館相連成一體的主體建筑（下文中簡稱為主館），五萬人體育場，國際會議中心（酒店），整體建筑呈U形。本文主要介紹主館部分。

二、結構體系與主要結構形式

（一）結構體系介紹

會展中心主館總建筑面積約為22萬m2，其縱向總長度為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。整個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510m，采用一端簡支于混凝土柱、一端簡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，這是目前國內張弦桁架結構項目中跨度最大的一個。其屋蓋結構由35張弦桁架組成，桁架總長達140m，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體育館。上述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。

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結構，幕墻面積共33800平方米。兩側山墻及長江路立面標高15.00米以上，采用了預應力索桁架點支式幕墻；黃河路立面大面積采用了鋁合金明框幕墻及通風百葉；透光長廊部分采用了預應力單索幕墻，幕墻總長度561米，高12米，幕墻面積共5400平方米。

（二）主要結構形式

會展中心主館中央部分的5個獨立空間單元結構形式相同，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，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.主館的張弦桁架結構。張弦桁架結構是由拱桁架、拉索及撐桿組合而成的一種新型的預應力空間結構形式。它的最大優點就是可以通過對鋼絲索施加預應力使結構產生反拱，從而大大減小結構的撓度，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，充分發揮了拱形結構的受力優勢和索材的高強度抗拉性能，使結構更加合理，降低了用鋼量。

2.玻璃幕墻的支撐桁架。為與主體鋼結構支撐柱15米間距相呼應，透光長廊單索幕墻抗風柱采用平行弦桁架，間距7.5米。設計中考慮主體建筑伸縮縫的設置情況采用了單層索網45米跨張拉單元，在伸縮縫的左右兩側設置了三角形空間鋼構架，以增加單層索網結構體系的邊界剛度。沿玻璃水平及豎向分格處設置了φ22不銹鋼拉索，用以承受水平及豎向荷載。

三、荷載與結構設計分析

（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。

當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采取，對不同結構應按有關設計規范的規定采用，但不得低于0.3kN/m2。

（二）雪荷載

1.針對主館的雪荷載。由于會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有天窗，天窗沿橫向布置，長度約為90m，屋面未考慮設置自動除雪設備，這些因素對屋面除雪不利，結構設計時需要重視屋面積雪的影響，雪荷載分布系數分布系數取值為1.6。新荷載規范5.3.3條：不上人的屋面均布活荷載，可不與雪荷載和風荷載同時組合。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（會展確實是不上人的）的活荷載同時考慮的，但會展中心屬于大跨結構，設計時還需要參考大跨結構的一些相關標準，更復雜些。

2.風荷載。（1）有關主館的風荷載分析。

哈爾濱50年一遇基本風壓為0.5kN/m2，建筑場地周圍地貌為B級類地貌，結構的風振系數取為1.2。由于屋蓋結構體型較為復雜，要獲取準確的結構風壓分布需要進行風洞試驗。但由于條件受限，風壓分布只能按照已建成的類似體型建筑和荷載規范來取值。分析結果還表明：在無風荷作用時結構不利，風荷向上較大的吸力抵抗部分豎向恒荷和活荷，對結構是有利的。（2）地震作用。主館的地震作用分析：哈爾濱市抗震設防烈度近期由六級調整為七級，哈爾濱國際會展體育中心是具有重要影響的地標式建筑，屋蓋主體鋼結構按七度抗震驗算。

四、節點構造與傳力路徑

（一）張弦桁架中節點構造

張弦桁架中根據需要分別采用了銷軸節點、鑄鋼節點和直接相貫焊接節點，避免了節點處產生復雜焊縫溫度應力，減少了現場工作量。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雜的關鍵節點采用鑄鋼件，節點處避免產生復雜的焊接溫度應力，如：桁架與索兩端的連接節點、索與桁架下弦桿件相交節點、桁架兩端支座節點。

（二）幕墻結構節點構造

1.水平與豎向拉索采用矩形爪點的構造措施，為加強爪點抵抗水平負風壓的能力，爪點采用了槽形構造。爪點外夾片與內夾片用不銹鋼螺栓相連。在內、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的三角空間桁架上，為加強邊部節點與三角空間桁架的剛度，采用了加勁板的構造措施。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夾具扭曲影響，采用半球鉸夾具使螺桿在夾具內有萬向±5°的旋轉自由度。

五、結語

哈爾濱會展體育中心主館不僅外形新穎美觀，結構設計也很成功，它是目前我國已建成的最大跨度張弦桁架結構建筑。現如今，隨著科學技術發展，這種大型張弦桁架結構在建筑鋼結構中被越多地應用，相信對以后的類似結構設計有很好的借鑒作用。

參考文獻：

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[4]劉長龍，趙西安.哈爾濱國際體育會展中心預應力單層索網幕墻設計[A]//首屆全國建筑索結構技術交流會論文集[C].北京，2006.

[5]建筑結構荷載規范（GB50009-2012）[S].

作者簡介：程路巖（1995-），男，本科，河南焦作人。

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