大跨度会展项目中的结构成本控制策略 | JAE会展中心建筑精选
阅读:4637 2020-07-28

随着科学技术的进步和社会经济的发展,城市建筑朝着高层、超高层、大跨度、大空间的方向发展。由于举办文艺体育表演和盛大博览会等需求的日益增多,建筑技术自动化、机械化程度的不断提升,让大跨度建筑结构成为我国建筑工程发展的主要方向,被大量运用于会展中心、博物馆、体育馆等大型公共建筑工程中。大跨度的结构设计除了满足建筑造型之外,由于规模很大、耗材巨大,经济因素对结构选型产生巨大影响。

 
本文以三个大跨度会展中心为例,分析大跨度会展项目中的结构成本控制策略。大跨度屋盖是形成会展建筑造价的主要项目之一。展厅大跨屋面难以用钢筋混凝土结构实现,只适合采用造价较高的钢结构,因此展厅屋面结构体系选择是影响结构造价的重要因素之一。其中,钢桁架结构由于技术成熟、受力合理、用钢量节省、自重轻,成为很多会展建筑屋面结构体系的首选。JAE作为三个项目的结构顾问,主要针对业主关心的结构安全和结构造价提供咨询意见,在保证结构安全的前提下优化结构造价是业主的最大需求。


01

济南绿地国际博览城国际会展中心

预计建成时间:2021年


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项目位于山东济南新旧动能转换先行区(简称“先行区”),想要打造成为以会展为主体兼顾会议与酒店功能的大型现代化综合文化会展交流场所。会展中心地上建筑面积达75万㎡,将为专业展、全品类重型展、会议活动、活动演艺赛事等提供场地,场地和空间的灵活性将使城市的展览演出和各种活动更加丰富多彩。


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▲鸟瞰图


展厅由标准单元体构成,结构方案利用建筑方案重复性、相似性的特点,每个单元体屋盖结构布置相同,使得结构构件实现标准化生产,大大减少了构件类型,降低构件生产加工难度,可快捷、安全的进行加工和安装。


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展厅中,80%为标准展馆,单馆面积为1.0-1.5万㎡,2-3个大型展馆,单馆面积为2万㎡,1个大型多功能展馆,单馆面积为4万㎡。屋面体系结合波浪形的建筑外观,屋面主结构随建筑造型布置。根据展厅使用功能需要,结构柱网采用大跨度柱网布局,主要跨度为63m,通过柳叶形空间桁架实现。在确定本项目结构方案时,结构体系进行了反复的比选。在JAE的建议下,屋盖的结构形式从张弦梁结构方案改为采用普通钢管桁架结构方案,虽然对建筑效果有一定影响,但用钢量从每平米100kg左右减少到70kg左右,且节省单价较高的高强拉索的额外造价,并降低施工难度,减短工期。


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▲屋盖结构形式


原张弦梁结构方案会产生较大的柱底水平力,上部结构的优化同时也使得柱底水平力减小,使得基础的难度和造价得到较大优化。


02

西安空港绿地国际会展中心

预计建成时间:2020年


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西安空港绿地国际会展中心项目场地位于西安咸阳国际机场东南侧,主要建筑功能为会展建筑。建筑整体平面呈现U形,由四个单层的矩形展厅组成,地上建筑面积5.7万㎡,地下建筑面积为2.1万㎡。该项目作为典型快推会展建筑项目,设计原则是在满足基本建筑使用功能和基础外观需求的前提下,优先考虑造价经济性。


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▲平面图


由于建筑所在场地和建筑本身特性所导致的难点,对结构设计提出更高要求。整体建筑平面为深U形,且面积过大,边长较长,通过结构分缝来解决结构抗震不利的问题,同时避免结构单体长度超过300m,节省成本。


场地为湿陷性黄土场地,需进行地基处理保证结构安全。最终处理方案采用在柱下一定范围内进行处理、展厅区域用1米厚1:7水泥土换填,相比于建筑平面范围内全部处理的方案,节省造价约980万元。

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屋盖结构比选


展厅跨度为72m,经过结构比选,屋盖采用自重轻、经济性更高的钢桁架结构。展厅柱距对屋面结构选型也有一定影响,一般而言,展厅纵向柱距9-12m较为经济。通过对不同布置形式的钢桁架结构进一步比较,最终选择9m柱距搭配单向鱼腹形平面桁架屋盖的方案,经济性较好、外观简洁、建筑效果好、符合设备专业需求。


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展厅周边结构主要包括支撑屋面的竖向构件、辅助用房及走廊等结构。周边结构由于工程量较大,对结构造价影响也较大。经过综合比选,最终选用钢筋混凝土框架结构方案,含钢量较低,造价经济,结构刚度分布合理,变形较为协调,相比于钢结构框架方案节省造价约2500万元。


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桩基面积大、数量多,在总造价中占可观的比例。桩基初步设计完成后,进一步优化设计。一方面通过对上部结构调整,另一方面优化桩长。优化后,本项目桩基直接成本约减小18%,节省桩基直接造价约81万元,并且抗拔桩取消、桩长缩短,工期有可观的缩短。


展厅刚性地坪面积较大,其造价对总造价有可观的影响,参考其它项目的经验并根据本项目特点对展厅刚性地坪进行优化,根据不同地面荷载分别采用不同厚度混凝土板,并减小配筋、辅以分仓跳格浇筑施工措施,相对于较保守的原始方案,节省造价约738万元。


屋面设计虽然是建筑设计工作范畴,但对结构设计有较大影响。与建筑专业沟通协调,将屋面造型优化为拱形屋面,优化后屋面桁架可随形起拱、受力较优、节省用钢量,且有利于排水。另外,按此优化能减小两侧柱脚水平力、减轻基础负担。优化共节省造价约50万元。



03

绿地郑州会展中心

预计建成时间:2021年


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绿地郑州会展中心位于郑州市中心以南40公里处新郑国际机场的周边,南北走向的万三大道和东西走向的迎宾大道的交汇处,附近有规划待建高铁站点,地处交通要道。该项目总建筑面积319690㎡,其中地上285953㎡,地下33737㎡。地上单体建筑包括1个登陆大厅、16个标准展厅。


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▲总平面图


JAE作为该项目的结构顾问在早期阶段即已介入,对项目进行了全方位的跟踪咨询,对地上单体结构选型、基础选型、幕墙选型、结构安全、结构合理性、结构造价、构件选取等多个方面进行了计算、分析、比选。


展厅为单层大跨建筑,16个展厅宽度均为93m,长度分为144m/168m/216m三种,展厅屋盖为锯齿悬链线形状,两侧立柱采用A字形平面柱,A形柱柱距24m,三种展厅分别为6/7/9榀。


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▲展厅室外建筑效果


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▲展厅室内建筑效果


展厅三种长度采用的结构单元基本相同,均为类门式刚架体系,不同长度采用不同数量的结构单元来实现,三种长度分别为6/7/9榀刚架。


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▲典型展厅结构布置图


由于本工程场地土条件较好,且展厅柱脚反力不大,可考虑使用天然基础的可行性。经过对不同形式天然基础、PHC管桩基础、钻孔灌注桩基础的综合比选,展厅基础最终采用浅埋天然基础方案。


展厅结构设计过程中,结构顾问在展厅柱脚推力、展厅屋面风荷载取值、屋面交叉支撑设置等方面上对展厅的结构提出合理化咨询建议。


结构顾问还对利用端跨结构设置主桁架支座、部分主桁架改由混凝土结构支撑的方案进行了比选,并针对主桁架高强钢拉杆腹杆和屋面檩条进行了方案比选和优化研究,从多方面研究了对结构造价进行优化的可行性。


登陆大厅为单层大跨建筑,平面尺寸120×76m,屋面最高点高45m,屋面两侧外挑各12m,屋面全长144m。屋面整体呈“人”字形,形状类似坡屋面,由沿建筑长向的两侧两排钢柱支撑,钢柱柱距12m,共11排,将登陆大厅分为11榀。


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▲登陆大厅室外建筑效果

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▲登陆大厅室内建筑效果


结构顾问对登陆厅结构选型进行了专项研究,研究登陆厅结构形式、尤其是结构斜柱和立柱结构形式,对登陆厅受力性能及造价的影响。经过各方面综合考虑,最终采用了局部保留空间V柱的平面柱结构方案,并确定了最优拱形形状。


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中央支撑交点标高对比

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柱脚水平位置对比

▲刚架拱形形状研究


登陆厅两山墙幕墙高41m,原始方案采用拉索幕墙,以达到建筑设计需要的通透效果。通过方案比选表明,传统钢网格幕墙与索网幕墙相比,造价大大降低,设计施工均较为简单,施工技术成熟简便,节点构造容易,经综合考虑,最终幕墙采用立柱+横梁矩形钢网格方案。


结构咨询研究工作对项目选取合理高效的结构、更好地实现建筑意图、提供整体结构和构件的备选方案、降低结构造价等多个方面都有非常大的意义。


城市会展中心不仅是现代社会发展的内在需求,也是城市形象展示的重要渠道。会展建筑因其建筑特性对于结构技术有着更高要求,结构体系的设计对会展建筑结构表现形式美具有直接影响。JAE秉持在结构技术上的独特优势,为结构要求高的建筑制定可执行的结构设计方案,坚持完成高质量的建筑,在实现建筑形式的同时,极大降低了建材消耗,保障了建筑的经济性。


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邢民先生自参加工作以来,先后负责完成了三十多项工程的结构设计工作,积累了丰富的结构设计经验,其中就包括已经竣工并交付使用的中国国家大剧院、中国国家游泳中心(水立方),是该两项工程的中方结构负责人之一。


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