【结构精品案例】最美结构“孔雀开屏”云南最大会展主场馆结构分析

1 工程概况昆明滇池国际会展中心项目以“孔雀展屏、祥瑞春城”为设计理念，综合民族特色、地域优势，兼具时代性及独特性，集会议展览、文化体验、休闲娱乐为一体。总用地面积约155万㎡，项目总建筑面积约404万㎡。昆明滇池国际会展中心展馆及会展服务配套区是第3届中国-南亚博览会暨第23届昆交会举办地，展览馆外观极似“孔雀翎羽”，鸟瞰图如图1所示。

1 工程概况

昆明滇池国际会展中心项目以“孔雀展屏、祥瑞春城”为设计理念，综合民族特色、地域优势，兼具时代性及独特性，集会议展览、文化体验、休闲娱乐为一体。总用地面积约155万㎡，项目总建筑面积约404万㎡。昆明滇池国际会展中心展馆及会展服务配套区是第3届中国-南亚博览会暨第23届昆交会举办地，展览馆外观极似“孔雀翎羽”，鸟瞰图如图1所示。

图1昆明滇池国际会展中心鸟瞰图

昆明滇池国际会展中心展馆平面形状为圆环形，外弧长度约1600m，内弧长度约1200m，径向长度约190m，建筑面积约80万㎡，其中钢屋盖投影面积（含内、外弧网格）约20万㎡。

根据使用功能划分（图2），国际会展中心钢屋盖分为13个展馆钢屋盖、前厅钢屋盖、主序厅（图3）及次序厅钢屋盖、内弧及外弧网格等。主序厅位于项目中轴线上，其钢屋盖投影面积为1.7万㎡，宽度为90m，长度为300m，结构最高点标高为47m。

图2 国际会展中心钢屋盖分区图

图3主序厅效果图

2 结构体系

主序厅钢屋盖由单层网壳结构及主次梁结构组成（图4），其中网壳杆件截面尺寸为□800×500×12×16，主次梁结构的杆件采用H型钢，主梁截面尺寸为H(900~1500)×450×16×38，两种结构体系交接处采用弯扭箱形梁连接，其截面尺寸为□1400×600×20×20，钢材材质均为Q345B。

图4主序厅钢屋盖结构布置

主序厅钢屋盖竖向承重构件（图5）及抗侧力构件由两排钢骨混凝土框架柱、中庭花瓶柱（图6）、主幕墙树形柱以及钢拱架组成。

图5 主序厅钢屋盖竖向承重构件布置图

图6 中庭花瓶柱

主幕墙树形柱为箱形截面，其高度在650~1200mm间变化，宽度为1000mm，厚度为30～40mm；钢拱架最大跨度为105m；中庭花瓶柱中心间距为75m，树形柱与钢骨混凝土框架柱间距为48m，整个主序厅在标高14.00m处嵌固在两层钢骨混凝土框架-支撑（局部设置剪力墙）结构大底盘上。主序厅两侧伸出的钢屋盖“尾巴”通过滑动支座支承在其他结构单元的钢骨混凝土柱牛腿上，具体节点做法见图7。

图7 钢屋盖“尾巴”节点做法

主序厅钢屋盖采用外露空间弯扭构件，造型复杂，无法采用预起拱的方法解决竖向挠度问题。为了增强钢屋盖的竖向刚度避免预起拱，在建筑吊顶位置采用抗弯刚度较大的主次梁结构布置代替抗弯刚度较弱的斜向“井字”形单层网壳结构布置，主次梁结构中主梁根部嵌固于钢骨混凝土框架上，见图8。

图8 主序厅剖面示意图

主次梁结构中主钢梁截面为H(900~1500)×450×16×38，为了控制腹板宽厚比及减小钢梁自重，H型钢梁采用了双翼缘截面（图9）。主序厅竖向挠度最大值的位置见图10。

图9 H型钢梁截面

图10主序厅竖向挠度示意

3 拉索幕墙顶部环梁及树形柱设计

主序厅幕墙采用单向单层拉索结构体系，入口处拉索长度达到22m，拉索间距为2m，拉索直径为38mm。竖向荷载主要沿图11所示路径传递。

主序厅主入口处顶部环梁截面尺寸为□1600×1050×50×50，跨度约为25m，处于压弯受力状态，其应力水平较高。而提高环梁的钢材强度即采用Q420B后，环梁承受的内力不增大，但其强度可提高约1.28倍，因此设计采用了提高钢材强度法。

图11树形柱及环梁受力示意图

4 中庭花瓶柱计算分析

中庭花瓶柱采用了由8组共16根杆件（截面尺寸为□400×400×14×14）沿高度方向光滑弯扭形成的网格状筒柱结构体系，其形状类似顶部倾斜的“花瓶”。中庭花瓶柱高度约24m，底部及顶部直径较大（约15m），中部直径最小（约5m），形成“细腰”，中庭花瓶柱沿高度方向弯曲造成偏心。为了保证建筑扶梯入口的净高要求，中庭花瓶柱底部需抽掉1组共2根杆件（图12），这样就减弱了中庭花瓶柱的受力性能。

图12 中庭花瓶柱几何尺寸

5 关键节点有限元分析

由图13可看出，拉索与主拱架连接节点A是树形柱主要传力路径中的关键节点，其既承受大跨度顶部环梁传递的荷载，又直接承受幕墙拉索拉力。

图13 拉索与主拱架连接节点A做法及模型

节点A的von Misses应力云图见图14，最大应力出现在耳板与钢柱相连接的角点（应力集中点），约为178MPa。当不考虑应力集中点时，单元应力均小于120MPa，满足控制要求，节点设计安全、可靠。

图14 节点A的von Misses 应力云图/MPa

6 现场施工照片