深圳国际会展中心项目^[1]位于深圳宝安国际机场以北、空港新城南部，以承接大型展览为主要功能，可举办超大型展览，总建筑面积160万m²。项目地上建筑由11栋多层建筑组成，其中1栋由16个标准展厅^[2],2个多功能展厅以及1个超大展厅^[3]，南北2个登录大厅^[4,5]及中央廊道构成;2～11栋为会展仓储、行政办公、垃圾用房等配套设施;项目南侧室外用地为室外展场。地下室共二层(局部一层)，设于中央廊道及登录大厅的地下，功能为地下车库、设备用房和安保用房及厨房等。北登录大厅的整体效果图如图1所示，为多层公共建筑，建筑高度23.6m，小于24m，屋顶上方设有金属装饰屋面，装饰屋面最高点标高为40.1m，总建筑面积101463.95m²。东侧单层空间主要为交通空间，局部设有三层配套用房，主要功能为登记、安保、VIP及设备用房等;靠近中央廊道的区域以及西侧空间主要功能为国际报告厅及其配套和餐饮等。下设两层地下室，地下一层为中央厨房、卸货区、安保用房、设备房、地下车库等;地下二层为停车库。

　　 北登录大厅建筑外轮廓尺寸约为530m×128m，其中楼面轮廓尺寸约368m×110m，典型建筑楼层平面及装饰屋面投影如图2所示。考虑建筑造型需要，装饰屋面切分为两个屋面，东西对称，轮廓尺寸约为186m×128m，长度小于300m;最大柱距为45m，柱顶采用分叉柱的形式与装饰屋面网格结构连接，支点间间距为27m，跨度小于120m。结合建筑楼面布置的特点，在中央廊道两侧设缝脱开(图2中虚线所示)，结构单元长度小于300m。

　　 该工程抗震设防烈度为7度，设计地震基本加速度为0.1g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅲ类，特征周期为0.45s。抗震设防类别为乙类。主体结构设计风荷载按50年一遇基本风压，为0.75 kN/m²，装饰金属屋面风荷载设计按100年一遇基本风压，为0.90kN/m²。地面粗糙度类别取A类。

　　 深圳属南亚热带季风气候，长夏短冬，气候温和，日照充足，雨量充沛。年平均气温22～24℃，最热月平均温度28.1℃，最冷月平均温度14.1℃;极端最高温度38.2℃，极端最低温度1.2℃。深圳地区某年气温统计资料如表1所示。

　　 主体部分设计温度:合拢温度取20～25℃，考虑混凝土在使用期间的建筑面层做法及室内空调的影响，最高温度取最热月平均温度，最低温度取最冷月平均温度，则整体温差取升温15℃，降温-15℃。

　　 范重等^[6]采用有限元软件对太阳辐射下大跨度钢屋盖的温升进行了模拟，7月太阳辐射达到峰值，钢结构温度升高约为10.85℃，各月温升6～10℃不等。在安装阶段，钢构件表面涂刷环氧富锌底漆，太阳辐射吸收系数约为0.75。陈志华等^[7]的研究表明，面漆颜色是太阳辐射吸收系数的最重要影响因素，面漆材质对吸收系数的影响较小;而面漆厚度对吸收系数无影响;底漆和中间漆的材质及厚度对太阳辐射吸收系数无影响;白色漆吸收系数约为0.26～0.40，灰色漆吸收系数约为0.63～0.75。林错错等^[8]的研究表明，风速提高后，钢构件表面各个测点的温度均有一定程度的下降。风速从1m/s提高到5m/s时，最大降温为6.6℃。王化杰等^[9]以夏季较热的8月份典型日为例对网架非均匀温度场进行了试验研究，全天实测风速很小，不超过1m/s，不同构件间温差最大可达13℃。王元清等^[10]从2009年4月下旬到9月上旬对各试件进行了连续的温度测量记录;日间试件的温度场分布不均匀，各钢板间最大温差可达10℃，相邻测点间最大温差可达5℃;北京夏季的平均风速为1.6m/s，气象局实测风速一般小于微风(风速为3m/s);在大风天气条件下，在中午太阳光照射最强烈的时候，两种条件(风速)下试件温度的差值最大能达到6.0℃。

　　 深圳平均风速约为2.7～3.1m/s，项目所在地临近海边，且周边空旷，风速较大。构件出厂时，已涂装灰色中间漆和底漆。钢结构部分设计温度:合拢温度取20～25℃，综合多因素考虑，温度取至极值温差，则整体温差取升温+20℃，降温-20℃。

　　 设计使用年限为50年，结构安全等级取一级，结构重要性系数取1.1。地基基础设计为甲级，建筑桩基安全等级为一级，钢结构抗震等级为三级，建筑结构构件耐火等级为一级。

　　 地上主体结构为钢框架结构体系，登录大厅整体计算模型如图3所示。柱截面为圆钢管柱或圆钢管混凝土柱，其中圆钢管柱截面为Ф400～Ф1 000，圆钢管混凝土柱截面Ф1 000～Ф1 200，管内浇筑C60混凝土，钢管壁厚20～40mm不等，柱截面在地上部分等截面通高设置。钢梁、钢柱均采用Q345B钢材(支承金属屋面的柱采用Q390B，金属屋面构件采用Q390B)。

　　 登录大厅典型柱距9m，大跨度柱距有18,27,45m等。除45m跨度范围采用桁架结构体系外，楼面均采用单向次梁结构体系。上翼缘铺压型钢板混凝土组合楼板的梁考虑组合梁效应，计算方法采用钢结构规范^[11]第11章的相关规定，梁两侧楼板设置相应的构造分布钢筋。

　　 对于挠度不满足要求的大跨度构件，通过计算设置预起拱值，考虑起拱后的构件挠度满足规范要求。楼盖结构的竖向自振频率均大于3Hz。

　　 装饰金属屋面的主体支承结构采用钢网格结构体系^[4]，网格钢梁截面统一为900mm高、250mm宽，截面有□900×250×18×18，□900×250×18×24，□900×250×18×30，□900×250×30×100四种。网格梁节间采用直线形式，以减少弯扭构件的数量。为保证屋盖的建筑效果，两侧悬挑部分的下凹区域仍采用弯扭构件，便于与支承柱连接节点对接。支承柱采用Ф1 300钢管混凝土柱，管内浇筑C60混凝土，钢管壁厚有25,34,40mm三种规格，柱截面在地上部分等截面通高设置。中柱间距45m，边跨柱间距27m，柱顶端采用四分叉柱与屋盖网格结构相连，以减小结构跨度(图4)，分叉柱节点间最大距离27m，分叉柱截面为850×32。

　　 北登录大厅国际报告厅跨度45m，上部为结构上人屋面层，含轻餐饮等业态功能，有景观覆土，荷载较重。国际报告厅内部有多条面光桥马道，舞台机械、灯光、吊顶造型等(图5和图6)，采用平面桁架的结构形式，桁架间距9 000mm，桁架上下弦中心高度约4 100mm。初设阶段，对桁架的布置形式进行了多方案比选，综合结构造价和刚度等因素，最终确定采用压杆起步的桁架形式;为减小桁架支承框架柱的弯矩及柱截面尺寸，桁架往周边延伸一跨。桁架支承框架柱采用截面为Ф1 000×20，Ф1 200×30，Ф1 300×34的圆钢管混凝土柱，管内浇筑C60混凝土。

　　 桁架下弦设有吊挂钢梁系统，吊点间距4 500×9 000，因此桁架间设置次梁，间距4 500mm，可兼做桁架下弦的面外支撑，以提高结构整体稳定性。

　　 考虑到吊挂荷载的不均匀布置、面光桥马道标高不一等因素，吊索可能在桁架下弦面外产生一定的水平力，且桁架承担荷载较重，通过结构选型对比分析最终采用了图7所示的桁架布置形式，与柱刚接，并往里延伸一跨。应吊顶净高要求，实际桁架杆件中心最大高度4 100mm。

　　 屋面层南北向宽度约110m，排水较为困难，考虑3%的结构找坡来实现，相应调整桁架上弦标高。

　　 登录大厅东西两侧入口，有外倾的拉索幕墙(图8)，竖向倾角约27°，通过设置双层马鞍面索网来实现。为了满足自重作用下玻璃幕墙变形的限值要求，拉索需要施加很大的拉力来形成整体的张力和刚度，因此对边界条件(边框)的承载能力和变形能力要求非常高。拉索上端设置巨大的拱结构来提供拉索的锚固点，拉索下端通过厚重的门框结构来承担索的拉力。

　　 拱结构倾角较大，自重作用下有较大的倾覆力矩，最好与主体结构形成拉结，通过主体结构的整体刚度来平衡该倾覆力矩。但拉索对边界条件的变形非常敏感，如果拱与上部结构共同受力，拱的变形将有可能变化，进而影响索网的效率，变得不可控。因此仅拱结构的顶端与两根由主体结构伸出的短柱联系，采用长圆孔连接，只为拱结构提供水平约束，不承担竖向力，如图9、图10所示。

　　 原方案分叉柱与屋盖网格结构的连接节点拟采用变截面锥管柱与网格梁下翼缘板连接。根据以往项目经验，节点设计应全面分析其传力路径的可靠性和节点细部构造可能产生的影响，方能确保设计安全^[12]。通过计算分析，该连接形式存在较大的结构安全隐患。通过各工况的受力分析，本工程的网格梁柱节点不宜采用锥管的节点形式。以往工程案例表明，网格结构主要以轴向受力为主，本工程网格结构由于网格尺寸(方案要求9 000×9 000)和屋面形态等因素主要以受弯为主。最终确定采用等截面柱的连接形式，如图11所示，此连接形式可满足受力需要^[5]。

　　 支承屋盖结构的柱在分叉位置一变四，均为圆钢管构件，如采用普通的焊接节点，各分叉柱仅有一个点与下段柱相切，其余柱壁板均悬空，且四个柱的壁板分布在不同的区间，需要通过一定的构造措施来实现过渡，实施困难且难以保证直接传力，故采用铸钢节点的连接形式。铸钢节点的剖面图和三维实体模型如图12和图13所示。采用ABAQUS软件对铸钢节点进行复核验算，此铸钢节点满足小震各工况弹性、中震弹性和大震不屈服的性能目标，节点设计合理可靠。

　　 局部楼层因功能需要，设置梁上抬柱。梁截面为H型钢，柱截面为圆钢管。为了验证该类连接节点传力的有效性，需要采用实体有限元进行复核。梁长9m，按梁端固接考虑位移边界条件;柱长1.2m，根据SAP2000软件的计算结果，柱轴力1 662.01 k N,X向弯矩622.093kN·m,Y向弯矩247.121kN·m,X向剪力12.55kN,Y向剪力93.02kN。在有限元模型柱上端施加力边界条件，数值根据前述SAP2000的计算结果取值，建立图14所示的ABAQUS有限元计算模型。

　　 经ABAQUS计算分析，梁端最大应力为200.2MPa(图15、图16)，小于构件材料的屈服强度设计值295MPa。柱端最大应力为184.8MPa(图17)，小于构件材料的屈服强度设计值295MPa，应力比约为0.626，与SAP2000软件计算结果(应力比0.641)基本一致。柱下梁翼缘板的应力约为120MPa，小于柱的最大应力，可满足要求。加劲板的最大应力为144.2MPa(图18)，小于材料的屈服强度设计值，构造满足要求。

　　 本文主要介绍了深圳国际会展中心北登录大厅结构设计的相关情况。通过结构选型和对比分析，确定了国际报告厅屋面结构的桁架形式;通过金属屋面钢结构屋盖、拉索幕墙节点、网格分叉柱节点、分叉柱铸钢节点及梁上柱节点的设计等一系列工作，解决了结构设计和施工中的多项关键技术问题，保证了建筑功能和效果的实现。