广交会琶洲展馆三期结构方案研究

广交会琶洲展馆三期结构方案研究
[摘要] 广交会琶洲展馆配套设计项目（三期）是一、二期工程的延续，投资达16亿，，由展馆和广交会指挥中心大楼两大建筑物组成，总建筑面积约30.1万平方米。

其中，展馆建筑面积约20.5万平方米，设有11个展厅，展厅净面积约8万平方米，可容纳国际标准展位4356个。

此项目已于2008年11月投入使用，琶洲会展中心成为中国最大的国际展览中心，位居世界第三。

[关键词]大型展馆，超长结构，大跨度，预应力结构
[abstract] guangzhou fair pazhou exhibition hall supporting design project (3 period), is a continuation of the second phase of the project, the investment of 1.6 billion, by the exhibition and the guangzhou fair command center building of two buildings, a total construction area of about 301000 square meters. Among them, the building area is about 205000 square meters, with 11 exhibition hall, exhibition hall net area is about 80000 square meters, can accommodate 4356 international standard booths. The project has set up a file in November of 2008, put into use, pazhou exhibition center as China’s largest international exhibition center, the world’s third largest.
[key words] large exhibition hall, super long structure, the large span, prestressed structure
1．工程概况
本工程为大型展馆，位于广州国际会议展览中心一期工程的南面，上部四层，局部有夹层，一层地下室，楼高47.5米，建筑平面尺寸约130X285米。

主要柱网间距为18X27米，活载较大，从首层楼面起，沿27米方向每6米设一道设备管沟，截面尺寸为600X600。

图1为展馆建筑效果图。

2．设计挑战
(1)结构超长：建筑平面为135m×286m，地下室按连为一体，地上部分设置三道伸缩缝，分为四个单体, 分别称为展厅A、展厅B、展厅C、展厅D，其中展厅C自地面以上是两个分开的过道，基本对称，分为展厅C1、展厅C2，图2为展厅A平面图。

(2)跨度大：柱基本跨度为18m×27 m，南北两端入口平台和卸货平台的上空,分别悬挑14米和17米。

(3)使用活荷载大：首层展馆活载为50.0kN/m2，二～四层展馆活载为10.0kN/m2。

3. 结构选型
3.1．结构体系及抗震等级
本工程地下室底板及地下室外墙设后浇带解决地下室收缩应力问题，减小混凝土收缩的影响，同时底板采用部分预应力钢筋混凝土，以控制混凝土在温度应力作用下产生的裂缝。

±0.00以上楼板设伸缩缝（兼抗震缝）划分为三个独立的结构单元，单元平面尺寸分别为135m×84m、135m×84m、135m×117m。

结构形式采用钢筋混凝土框架结构，抗震等级为二级。

3.2．楼盖体系
本工程采用普通钢筋混凝土及部分预应力钢筋混凝土梁板楼盖，计算以SATWE为主，辅以ETABS、PMSAP作校核。

4. 结构分析
展馆地上部分分为四个单体，四个单体体型相差不大，仅取展厅A的数据做分析。

4.1 自振周期
SATWE计算结果：
注：单位（秒）（其中表中带*表示扭转周期Tt）
计算结果表明，第一扭转周期与第一平动周期的比值Tt/T1<0.90，满足“高规”第4.3.5条的要求。

有效质量系数均大于90%，故所取振型数（27个）满足规范要求。

前九个振型的振型图如图7-2~图7-5所示，主振型曲线均比较光滑，无突变，结果良好。

扭转振型在X、Y两个方向产生的基底剪力占总基底剪力的比例非常小，因此，可判断扭转振型并非主振型。

结合扭转周期比、扭转位移比等其它参数进行分析，可认为本工程各单体在地震力作用下以单向平动为主，扭转变形影响很小。

4.2 风和地震作用下的最大层间位移角、地震作用下的最大扭转位移比
SATWE计算结果：
计算结果表明：最大层间位移角框架—筒体结构小于1/500，满足“高规”第4.6.3条的要求。

地震作用下，楼层竖向构件最大弹性水平位移和层间位移与楼层两端平均位移和层间平均位移的最大比值均小于1.5。

满足“抗规”第3.4.3-1条及“高规”4.3.5条对扭转不规则的要求。

根据“广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》”中广东省超限高层建筑工程抗震设防审查细则中表4-2.2，本工程扭转不规则属于I类，不属于体型特别不规则的高层建筑结构。

4.3 基底剪力、弯矩（扭矩）和总重量（地震作用下）
SATWE计算结果：
计算结果表明，X、Y方向剪重比≥0.016，满足“高规”第3.3.13条各楼层对应于地震作用标准值的楼层水平地震剪力系数λ≥1.6%的要求。

各层侧向刚度均大于相邻上一层侧向刚度的70%，并大于其上相邻三层侧向刚度平均值80%，满足“高规”第4.4.2条的要求。

结构X、Y向刚重比＞10，满足“高规”第5.4.4条关于结构稳定性的规定，能够通过高规(5.4.4)的整体稳定验算，可不考虑重力二阶效应对水平力作用下结构内力和位移的不利影响。

4.4 楼板温度应力计算
地下室平面尺寸约为135X286米，展厅地面以上用伸缩缝划分为90X135米，超过了规范建议的结构伸缩缝最大间距(55m)。

为了掌握温度荷载作用下楼面产生的应力，以便为采取合理的措施提供依据。

采用能反映楼板平面内实际刚度的美国CSI公司的建筑结构设计软件ETABS，并设定全弹性板模式对有代表性的首层结构平面和展厅A部分作有限元分析。

温度荷载根据广州季节温差按20。

C考虑。

左图为计算结果，计算结果表明：
除局部应力集中外，首层最大温度应力出现在楼面中部，约为4.5~5.5MPa。

展厅地上部分温度应力最大的楼层发生在二层，以展厅A为例，二层最大
温度应力出现在楼面中部，约为3.5~4.5MPa。

二层以上最大温度应力降为1.5~2.5MPa左右。

根据这一计算结果，采取了一系列的防裂措施来控制大跨度砼楼板裂缝宽度：
a、采用有粘结预应力技术对底板施加压应力，抵消部分由于温度差及混凝土收缩产生的拉应力，达到控制裂缝宽度的目的。

b、结合预应力张拉位置，适当设置后浇带，减小混凝土的收缩应力。

c、适当提高板的配筋率，板面钢筋一半拉通，附加钢筋伸出板边1/3，板筋以“小直径，小间距”为原则布置。

局部应力集中处予以特别加强。

d、楼面梁系尽可能贯通，并设置腰筋，所有腰筋均按受拉要求搭接与锚固。

e、严格砼的配合比，要求水灰比控制在0.4左右，中粗砂作细骨料。

为保证砼必要的塌落度，可掺适量的高效减水剂。

f、强调砼浇筑过程的振捣及砼终凝后的养护工作，尽可能采用浸水养护或其它有效措施保证砼在全湿润环境下硬化。

g、楼面装修层采用3m×3m分格的耐磨层，小面积分格以抵抗混凝土收缩产生的裂缝。

5. 对比设计方案
在确保安全的前提下，为了提高本工程展馆的经济性，关于展馆二～四层大跨度，还设计一钢结构方案做比较。

下图为二～四层局部结构平面布置
计算结果表明，二～四层钢梁截面高度需1.5m、1.6m才达到受力要求，钢材用量大，加工费用高，在框架结构中抗震性能和普通混凝土比较并不具备明显优越性，且钢构件要求做防火与防腐涂层，并需要长期维护，其工程造价比普通混凝土要高出很多，综合优势不明显，故该方案不适合本工程展馆的具体情况。

6. 结论
1．受力方面，预应力钢筋混凝土相对更加适合于大跨度结构构件；而本工程层高为11.7米，主梁梁高做到1.8米，使用预应力钢筋混凝土完全不影响空间的使用。

2．造价方面，对于只有四层，高度为47.5米，属大跨度结构的本工程展馆，使用预应力钢筋混凝土能节约材料，降低造价。

3．经验方面，会展中心一期、二期的大跨度结构使用的都是预应力钢筋混凝土，有着成功的建设经验，本工程展馆采用预应力钢筋混凝土结构形式与前两期形成统一性、延续性，并将在前两期的设计基础上加以优化，取得更好的成效。

参考文献：
[1] GB50011-2001 建筑抗震设计规范[S].中国建筑工业出版社，2001
[2] JGJ-2002高层建筑混凝土结构设计规程[S].中国建筑工业出版社，2002
[3] DBJ/T 15-46-2005广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ-2002)补充规定.广东省建设厅发布.2005
[4] 王铁梦.工程结构裂缝控制[M].中国建筑工业出版社.1997
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。