深圳國際會(huì)展中心登錄大廳與地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

管長勇 何遠(yuǎn)明 李維博 駱年紅

深圳市歐博工程設(shè)計(jì)顧問有限公司

1 深圳國際會(huì)展中心登錄大廳與地下室

深圳國際會(huì)展中心共設(shè)計(jì)了南北兩座登錄大廳。北登錄大廳位于鳳塘大道北側(cè)，與一個(gè)5萬m2的超大展廳和兩個(gè)2萬m2的多功能展廳相鄰；南登錄大廳位于16個(gè)2萬m2標(biāo)準(zhǔn)展廳的中部。作為會(huì)展建筑群中的標(biāo)志性入口和會(huì)展登錄、開幕活動(dòng)、貴賓接待的重要場所，登錄大廳的平面組合、空間形式及立面造型采用了曲線和曲面的設(shè)計(jì)手法，營造了獨(dú)特、完整、流暢的空間體驗(yàn)。登錄大廳地上共3層，橄欖形平面，東西向長約360m，南北向?qū)捈s100m，屋頂為綠化上人屋頂。登錄大廳軸網(wǎng)間距9m，為了形成錯(cuò)落有致的空間布局，在兩個(gè)登錄大廳東西向屋頂上方均設(shè)置了高低起伏的架空屋蓋結(jié)構(gòu)，屋蓋采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)體系。普通建筑空間采用經(jīng)濟(jì)高效的鋼框架結(jié)構(gòu)體系，大跨度的餐飲、會(huì)議、報(bào)告空間則采用平面桁架結(jié)構(gòu)體系。

深圳國際會(huì)展中心地下2層，局部地下1層，分布于中央廊道與南北登錄大廳下方，地下室主要功能空間為車庫、設(shè)備用房及人防，其中人防位于南北登錄大廳西側(cè)。中央廊道為南北走向，總長約1.75km，作為會(huì)展中心主要交通樞紐，連接地上、地下及其他各功能區(qū)間，其下方的2層地下室共設(shè)計(jì)了9 000多個(gè)車位，保證地下交通組織連續(xù)流暢，超長地下室應(yīng)運(yùn)而生。鳳塘大道從會(huì)展中心北側(cè)穿過，將地下室分為南北兩部分，為保證南北貫通，在鳳塘大道下方設(shè)計(jì)下穿通道，南北側(cè)地下室分別長1 250m和415m。另外，為滿足會(huì)展快進(jìn)快出、高效集散的交通組織需求，在地下室的東西兩側(cè)各設(shè)置了四條地下通道。

2 登錄空間結(jié)構(gòu)

登錄功能是南北登錄大廳的首要功能，為了滿足快速疏導(dǎo)大規(guī)模觀展人流的需求，大廳一層?xùn)|側(cè)設(shè)置了寬約63m、長約126m的登錄大廳，大廳上部為結(jié)構(gòu)標(biāo)高22.3m的屋面層，屋面層采用跨度45m的平面桁架，營造了寬敞大氣的空間感受。登錄大廳屋蓋采用單層網(wǎng)殼+分叉柱的結(jié)構(gòu)形式，單層網(wǎng)殼最高點(diǎn)距地面約38m，網(wǎng)殼自然地向登錄大廳前廣場舒展，將這種大氣磅礴的建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)格延續(xù)升華。單層網(wǎng)殼由邊長約6.5m的菱形網(wǎng)格拼接而成，各桿件采用高900mm、寬250mm、壁厚18mm的方通。支撐此屋面的是最大柱間距達(dá)到45m的分叉柱，在柱高18.5m處分為四枝，各分枝成放射狀均勻分布。干柱采用直徑1 300mm的鋼管混凝土柱，分枝柱采用直徑850mm、壁厚32mm的焊接鋼管，干柱和分枝柱均使用Q390B型結(jié)構(gòu)鋼，并通過鑄鋼節(jié)點(diǎn)將其焊接為一體，形成分叉柱支撐拱形屋面的精巧外形。

3 會(huì)議與餐飲空間結(jié)構(gòu)

1 北登錄大廳實(shí)景

2 單層網(wǎng)殼整體提升

3 鳥瞰圖

4 國際報(bào)告廳效果圖

5 國際報(bào)告廳桁架立面圖

南北登錄大廳依據(jù)就近原則設(shè)置了多個(gè)會(huì)議廳、會(huì)客廳、宴會(huì)廳以及報(bào)告廳，可以提供各種規(guī)模的會(huì)議、報(bào)告以及宴會(huì)場地。其中，北登錄大廳設(shè)置了1 920座的高規(guī)格國際報(bào)告廳，報(bào)告廳的上人屋面跨度長達(dá)45m，且屋面下存在多種吊掛荷載，經(jīng)過綜合分析，選擇了中部起拱的平面桁架作為該區(qū)域的水平受力構(gòu)件；南登錄大廳在二層設(shè)置了長81m、寬45m、空間可分割的多功能廳。為保證使用空間的最大化，依舊選擇了45m跨度的平面桁架。該平面桁架高3.4m，腹桿與下弦桿夾角在40°左右，大跨度屋面為滿足排水要求，按3%結(jié)構(gòu)找坡，因而中部起拱700mm。弦桿采用高600mm、寬500mm、腹板厚度20mm、翼緣厚度20～80mm的焊接工字鋼，厚度＜40mm的板件采用Q345B結(jié)構(gòu)鋼，厚度＞40mm的板件采用Q345GJ-B結(jié)構(gòu)鋼。

4 登錄大廳的特殊節(jié)點(diǎn)

登錄大廳的桁架、網(wǎng)架、鋼梁與柱子連接處為多桿件交接部位，若采用焊接法，則會(huì)存在多焊縫重疊應(yīng)力集中的現(xiàn)象。為保證結(jié)構(gòu)安全、降低施工難度，在分叉柱節(jié)點(diǎn)處采用鑄鋼一次成型，并運(yùn)用有限元軟件（ABAQUS與ANSYS）將各個(gè)節(jié)點(diǎn)劃分為六面體單元后再施加桿端荷載，以研究鑄鋼節(jié)點(diǎn)在各個(gè)工況下的變形及應(yīng)力分布情況。

5 地下空間結(jié)構(gòu)

深圳國際會(huì)展中心地處獅子洋與內(nèi)伶仃洋交匯處，屬?zèng)_積海積平原，原始地貌主要為河涌、溝渠和魚塘，地下淤泥層較厚，天然地質(zhì)條件較差。為滿足建筑使用要求，同時(shí)綜合考慮工期、經(jīng)濟(jì)性等多方面因素，深圳國際會(huì)展中心采用了旋挖成孔灌注樁與高強(qiáng)混凝土預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。旋挖樁基礎(chǔ)抗壓兼抗拔，用于建有地下室的區(qū)域，展廳區(qū)域無地下室，不需抗拔，因此采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。

深圳國際會(huì)展中心距海較近，地下水位長年處于較高水平，2層地下室埋深10.3m。為滿足建筑結(jié)構(gòu)防水、防腐及抗浮要求，地下室結(jié)構(gòu)選用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，且整個(gè)地下室結(jié)構(gòu)僅在地下連通道與地下室連接處各設(shè)置一道伸縮縫，因此屬于超長混凝土結(jié)構(gòu)。

6 桁架與柱連接節(jié)點(diǎn)有限元分析

7 管節(jié)點(diǎn)有限元分析

8 多功能廳效果圖

9 基礎(chǔ)分布圖

10 地下一層無梁樓蓋、梁板式結(jié)構(gòu)分布圖

11 地下室頂板無梁樓蓋、梁板式結(jié)構(gòu)分布圖

地下室主要功能為車庫與設(shè)備用房，地下管線錯(cuò)綜繁多，為了保證設(shè)備管線的靈活布置，同時(shí)又不影響建筑凈高的要求，會(huì)展中心地下室樓板主要采用無梁樓蓋結(jié)構(gòu)形式。無梁樓蓋沒有明梁，使得建筑結(jié)構(gòu)更為輕巧簡潔，空間更加方便開闊，提高了空間的使用效率。不僅如此，無梁樓蓋還具有施工快捷、經(jīng)濟(jì)惠民等優(yōu)勢。然而受到電梯洞口、設(shè)備管井等因素的限制，局部區(qū)域無法布置無梁樓蓋，于是采用梁板式樓蓋結(jié)構(gòu)形式，兩種結(jié)構(gòu)形式的結(jié)合使得豎向管線與電梯井道的布置更加靈活高效，建筑空間也更為規(guī)整。

6 超長地下室難點(diǎn)設(shè)計(jì)

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010-2010）中規(guī)定，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)超過一定尺度范圍時(shí)，應(yīng)設(shè)置伸縮縫，且框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距不宜超過55m。但是，對于地下水位較高或有防水要求的地下結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)分縫處的防水問題很難處理。由于項(xiàng)目距海較近、地下水位較高，故對地下室的防水有較高要求，而無縫超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)恰好可以解決這一問題。

但是超長混凝土結(jié)構(gòu)對溫度、收縮、徐變作用十分敏感，容易因溫度變化和混凝土凝結(jié)硬化過程中發(fā)生的體積變化等原因出現(xiàn)開裂，進(jìn)而影響建筑的美觀及正常使用，而且會(huì)展中心地下室結(jié)構(gòu)最大不分縫長度為1 250m，是常規(guī)超長地下室結(jié)構(gòu)長度的數(shù)倍，這無疑為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。為了克服上述困難，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從地下室的設(shè)計(jì)與構(gòu)造、建筑材料、施工建造等多方面采取了應(yīng)對措施，此處僅重點(diǎn)介紹設(shè)計(jì)與構(gòu)造方面采取的措施。

12 底板結(jié)構(gòu)溝與后澆帶分布圖

13 底板結(jié)構(gòu)溝做法

14 地下一層后澆帶分布圖

15 頂板結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施分布圖

16 短邊與地下室相連處結(jié)構(gòu)溝做法

17 室外墻誘導(dǎo)縫做法

在結(jié)構(gòu)計(jì)算方面，利用有限元軟件進(jìn)行專項(xiàng)分析，通過分析超長混凝土結(jié)構(gòu)在溫度、收縮及徐變作用下的應(yīng)力應(yīng)變情況以及施工過程中采用跳倉法、后澆帶設(shè)置等措施的施工模擬結(jié)果，來指導(dǎo)地下室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在構(gòu)造措施方面，將地下室底板每隔約150m設(shè)置一道與后澆帶結(jié)合設(shè)置的結(jié)構(gòu)溝，地下室頂板也每隔約150m設(shè)置一條后澆帶，地下一層僅設(shè)置后澆帶，中廊部分每隔約300m預(yù)留一條后澆帶，待主體結(jié)構(gòu)完工后再澆筑（后澆帶均在兩側(cè)混凝土澆筑完成后60天澆筑）。建有地下室區(qū)域的頂板結(jié)構(gòu)與展廳地面結(jié)構(gòu)相連，為減小寬度方向的面內(nèi)剛度，在各展廳短邊與地下室相連的第一跨設(shè)置結(jié)構(gòu)溝。由于外墻本身剛度大且長度超長，養(yǎng)護(hù)條件差，容易出現(xiàn)裂縫，故地下室外墻每隔30m設(shè)置一道誘導(dǎo)縫。地下室外墻在各樓層后澆帶對應(yīng)的位置亦設(shè)置后澆帶，后澆帶澆筑封閉時(shí)間亦為兩側(cè)混凝土澆筑后60天。

7 總結(jié)

登錄大廳在會(huì)展項(xiàng)目中有著舉足輕重的作用，單層網(wǎng)殼+分叉柱的結(jié)構(gòu)形式將登錄大廳建筑與結(jié)構(gòu)的美展現(xiàn)得淋漓盡致。在其設(shè)計(jì)過程中，我們總結(jié)了如下經(jīng)驗(yàn)：1）大空間屋蓋造型別致時(shí)優(yōu)先選用單層網(wǎng)殼+分叉柱的結(jié)構(gòu)體系；2）當(dāng)荷載與大跨度同時(shí)存在時(shí)非屋面層優(yōu)先選用平面桁架，可以通過中部起拱來降低桁架整體高度并提高剛度；3）多桿件交于一點(diǎn)時(shí)，為避免焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過多殘余應(yīng)力，可采用鑄鋼節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)的有限元分析，以保證結(jié)構(gòu)復(fù)雜、薄弱位置的安全冗余。

在地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我們結(jié)合建筑功能和正常使用要求，選用了超長無縫鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，解決了因分縫引起的建筑防水隱患；依靠設(shè)計(jì)與構(gòu)造措施，減少或消除了因超長混凝土結(jié)構(gòu)開裂導(dǎo)致的不利影響；無梁樓蓋與梁板式相結(jié)合的地下室樓板結(jié)構(gòu)形式使建筑結(jié)構(gòu)輕巧簡潔，空間使用率也得到了提高。