张拉弦结构-以广州国际会展中心为例

张拉弦结构——以广州国际会展中心为例
1 形态作用结构体系
形态作用结构体系是一种“高效”的结构体系，力分布简洁均匀，而材料性能的发挥更好，能够获得更自由的形态和更大的跨度。

尤其该体系依其独特的方式传递力的作用，结构形态与力的改向方式取得了完美的统一。

随着新的结构形式、尤其是钢结构的的迅速发展，结构体系也越来越为建筑师所关注。

形态作用结构体系依其内力的不同划分为形态作用拉力体系和形态作用压力体系。

受拉结构体系有悬索结构体系、张拉整体结构、帐篷结构体系，由于只承受拉力，按结构断面与跨度之比来说，是跨越空间最经济的体系。

压力作用体系则是以单一压力的形式来将荷载作同样的传递，如拱。

同样的荷载下，拱的曲线实际就是翻转过来的悬索的曲线。

形态作用结构体系最显著的特点就在于它们是通过简单的法向应力来改变外力的方向，承载机制在本质上是根据物质的形态。

因此当体系发生细微的变化而偏离正确形态时，稳定将面临破坏，这时就需要额外的机制来补偿这种偏离。

在这方面索与拱有着很大的不同。

前者本身就是柔性的体系，而当荷载或是体系发生变形时，会立即改变形态来与之相适应。

拱则不然，是刚性的结构，荷载发生变化或是自身产生形变时，会产生较大的内力。

但论结构本身对体系变化的适应能力如何，结构设计而言都是需要着重考虑的内容。

此外，缘于这种结构体系独特的承载机制，曲线方向传递的力会产生两个方向上的分量。

垂直方向的分量经基座传递给地面，水平方向的分量就会使结构体系在结构的端点产生水平应力，平应力的平衡是设计中必须解决的重要问题。

1 2 复合结构——张弦梁结构
形态作用结构体系几个典型结构类型都具有鲜明的优点，发挥材料性能、创造新的结构形式上都表现出了优于很多结构体系的特点。

但就单个结构类型进行分析，我们会发现拱顶必需的高强度底座、悬索结构的索端拉力平衡这些结构构件是每个结构体系不可或缺的。

事实上，何一个单独的结构体系往往都要解决因结构本身的缺点或是其结构特性引起的结构问题。

虽然这些结构的“附加”部分同样可以成为结构形式美的组成，若从发展结构的角度出发，有必要更进一步探讨能够将这种问题避免或是削弱的结构方案。

张拉弦结构就是一个很好的例子。

张弦梁结构的力学原理是借助预应力的
施加、达到控制受弯构件的弯矩分布的
目的，而能够减小受弯构件的截面、控
制结构的变形。

张弦梁结构可以实现主
要结构构件处于近似轴向受力的理想状
态，结构不需要很大的额外刚度来保证
其稳定。

同时该结构体系是一个自平衡体系，附加结构只需要保障其稳定既可，这样可以减轻其它建筑构件的负荷、便于施工。

张弦梁结构的主要构件都可以是直线型的，选材料也更为广泛，可以说是一种可以被广泛应用的结构方案。

总的来说，张弦梁结构有一下几个优点：
1)张弦梁结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。

2)桁架或梁与张紧的索构成的共同受力体系，柔性索与刚性桁架或梁的结合使得实体构件承压，弦索受拉,充分发挥了各自的受力特性。

3)对张弦结构中的索施加一定的预拉力，这既可以使索具有适当的初始绷紧度，也可以对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分布(使桁架或梁中的内力分布趋于均匀)。

2我们可以称这种结构为复合结构，此类还有斜拱、索膜等等。

3 工程实例
广州国际会展中心
广州国际会展中心(琶洲展馆)是到2009年1月为止，亚洲最大的会展中心。

展馆总建筑面积110万平方米，室内展厅总面积33.8万平方米，室外展场面积4.36万平方米。

其中展馆A区室内展厅面积13万平方米，室外展场面积3万平方米；B区室内展厅面积12.8万平方米，室外展场面积1.36万平方米;C区室内展厅面积8万平方米。

2014年6月19日，广州国际会展中心四期扩建规划通过，四期建设后，展览面积达50万平方米，超过德国汉诺威的47万平方米;整个琶
洲地区会展面积达66万平方米，规模世界第一。

广州国际会展中心共有5个展厅使用单向布置张弦梁作为屋面结构，结构剖面如图2。

张弦梁的跨度达到了126. 6 m，是国内目前跨度最大的张弦梁结构。

它的压弯构件采用了空间拱桁架。

使得拱的平面外刚度增强,有利于控制结构的平面外稳定。

每榀张弦梁共设置了11根圆形钢管作为撑杆。

屋面处设置了平面外水平支撑，进一步保证平面外的稳定，而下弦却未设平面外支撑,使整个建筑物的空间效果十分简洁、轻巧。

总的来说，屋盖整体采用钢张弦梁结构，结构轻，抗震性能好，跨度大，非常适合实际使用要求。

广州会展中心展览大厅充分结合建筑造型，实现了结构与建筑的完美结合，是一个比较成功的结构设计。

参考·文献
[1]王宏伟. 试析适宜建筑师的结构理论内容及应用[D]. 南京: 东南大学，2005.
[2]马美玲. 张弦梁结构找形和受力性能研究[D]. 杭州: 浙江大学，2004.。