建筑结构丨独家专访广东省院区彤：展示大国重器！珠海新航展馆结构设计

 展示大国重器！

 珠海新航展馆结构设计

区彤

广东省建筑设计研究院有限公司院结构副总工程师

中国国际航空航天博览会（珠海航展）从1996年成功举办首届航展以来，已是世界五大最具国际影响力的航展之一，成为了集贸易性、专业性、观赏性为一体、代表当今国际航空航天业先进科技主流、展示当今世界航空航天业发展水平的蓝天盛会。

2021年9月28日至10月3日，第十三届珠海航展顺利举办。珠海新航展馆作为主展馆之一，展示的是无人机、无人船、无人作战系统、智能装备等国防科工领域的先进技术和成果。新展馆总建筑面积约42000m²，平面尺寸为336m×80m，最高高度为28.8m，设3扇72m宽的平开大门。航展馆平日作为停放飞机使用，可满足B737-800型C类飞机并排停放6架，或交叉停放9架的需求，还具备在展览期间停放坦克的功能。珠海新航展馆效果图如图1所示。

图1 珠海新航展馆效果图

珠海新航展馆的设计单位是广东省建筑设计研究院有限公司，接下来，为了深入探索本项目的设计相关内容，《建筑结构》杂志社小编特别邀请到了广东省建筑设计研究院有限公司结构副总工程师，兼机场设计研究院总工程师，也是本项目的结构总工程师区彤，就大家关心的新航展馆结构设计问题进行了线上采访。

采访内容如下：

《建筑结构》：珠海新航展馆三馆连成一体，平面尺寸大，这种大平面的展览建筑应该怎么进行结构选型？

区彤：展览建筑应根据它的建筑功能和建筑特点进行结构选型。以珠海新航展馆为例，具有停放飞机、展览坦克的功能需求，因此上部采用钢结构屋盖以获得更大的室内空间，在下部功能用房区域，采用混凝土结构得到更好的经济性。整个屋顶造型坡度变化较缓，我们采用了整体刚度大、经济效益好的空间四角锥双层网架结构。由于展览需求，机库门正上方须设置贵宾厅，该区域比传统机库结构荷载大幅增加。针对该区域的功能特点，我们对比了三层网架结构和桁架结构，结果表明桁架结构承载能力高，竖向变形小，更容易满足机库大门正常开启的挠度限值要求。因此，本项目选择了空间四角锥网架+桁架组合结构体系，如图2所示。

图2 空间四角锥网架+桁架组合结构体系

《建筑结构》：机库门上方具有上人功能，那么，机库门入口上方的桁架结构和其余部分的网架结构协同受力吗？

区彤：这种网架+桁架组合结构体系，网架受力形式类似单向板，内力沿网架短跨方向传递，而入口巨型桁架由于刚度大，承担了大部分网架荷载，而传至入口桁架的内力在靠近桁架梁处主要往两边有桁架柱的位置传递，导致靠近桁架位置网架的非跨度方向的弦杆承担了过多内力。为此，我们采用了人工干涉网架传力力流的理念，对靠近机库门附近的网架横向弦杆进行局部抽空，削弱刚度效应，引导力流传至桁架柱。

《建筑结构》：据了解，2017年的天鸽台风、2018年的山竹台风都给当地造成了巨大的损失，当地建筑受到了较大影响。珠海新航展馆位于海边，设计过程中有特别的抗风设计考虑吗？

区彤：关于抗风设计，业主给了我们具体目标：抵抗十七级台风。我们进行风荷载取值时，在充分咨询当地气象部门后，根据广东省DBJ15-101-2014《建筑结构荷载规范》附图E.5-1全省基本风压分布值取其基本风压，主体结构承载力按100年重现期基本风压1.1kPa进行设计（风敏感建筑），变形验算按50年重现期的基本风压0.95kPa。换算成气象学的风速，1.1kPa相当于62.9m/s的瞬时最大风速，满足十七级台风瞬时风速不低于60m/s的标准。此外，本项目机库大门所占立面的比例大，不能保证机库大门在台风来临时均能提前关闭，因此需要考虑机库大门的开启状态对风荷载取值的不利影响。我们在进行风洞试验时考虑了所有机库门均关闭、所有机库门均开启、边跨机库门开启、中间跨机库门关闭和边跨机库门关闭、中间跨机库门开启四种状态。风洞试验结果表明，机库门开启或半开启的屋面负风压均比机库门全关闭有不同程度的提高。本项目进行计算分析时，风荷载根据最不利开门工况的风洞试验结果与规范要求进行包络取值。

通过区彤总工的解答，我们对珠海新航展馆的结构设计思路有了初步的了解。接下来具体介绍新航展馆的技术亮点内容。

/ 项目概况 /

珠海新航展馆位于广东省珠海市珠海机场东侧，包括9、10、11号展览馆，总建筑面积约42000m²，平面尺寸为336m×80m，最高高度约28.8m。本项目展馆属于中型展览建筑，展厅等级按展览面积划分为乙级，效果图如图3所示。

图3 珠海新航展馆效果图

珠海新航展馆设计使用年限和结构设计基准期均为50年，抗震设防类别为重点设防类，安全等级为一级。抗震设防烈度为7度（0.10g），第一组，框架结构抗震等级为一级，钢结构抗震等级为三级，地基基础设计等级为甲级，耐火等级为一级，屋面防水等级为一级。金属屋面采用铝镁锰屋面。

航展馆结构分为辅房混凝土结构、入口巨型桁架和屋面钢屋盖。屋面总长度为336m，两道结构缝把整体分为A、B、C三个子块，结构长度分别为106m、124m、106m。其中辅房混凝土结构地上四层，屋面标高21.0m；入口桁架位于机库门正上方，桁架跨度72m，每个子结构分别由两个巨型桁架柱支撑，屋面网架跨度58.8m，一侧支撑于辅房混凝土结构屋面，另一侧与巨型桁架梁连接，与山墙连接区域采用钢柱支撑。结构三维轴测图如图4所示。

图4 结构三维轴侧图

桁架钢柱主要为圆形截面，截面范围D500×20~D800×40，山墙位置钢柱为箱型截面，截面为B600×1000×25×25，桁架梁杆件为圆形截面，截面范围为D299×10~D800×40，材质主要为Q420B和Q355B。网架为正交正放四角锥网架，杆件为无缝钢管，最大规格为P273×16，节点采用焊接球，焊接球共计5个规格，最大规格为WSR5522，材质均为Q345B。本项目钢结构用钢量约5000t，其中网架部分约1500t，桁架部分约为3500t。

/ 项目亮点1：人工干涉传力力流 /

本项目钢结构屋盖采用空间四角锥网架+桁架组合体系，如图5所示。屋盖结构一端支撑在辅房混凝土柱柱顶，另一侧支撑在入口巨型桁架梁柱上，山墙面也兼做屋盖网架的竖向支撑。由于支撑结构刚度的不同，对于网架来说，其传力路径并不会按比例分配。经统计，对于屋盖网架的竖向荷载，其传至桁架梁柱的内力比例为60.6%，传至山墙侧的内力比例为3.7%，传至辅房混凝土柱顶的内力比例为35.7%，通过比例计算，屋盖竖向荷载的85%（60%+40%X60.6%=85%）由入口巨型桁架承担。由于机库大门竖向挠度的控制要求，入口巨型桁架分担过大的荷载导致需要增大桁架刚度，而桁架刚度的增大进一步增加内力的传递比例。为此，在结构设计过程中，采用人工干涉传力力流的理念，取消靠近入口桁架的网架跨中横向上弦杆，弱化该方向的刚度，引导网架首先向桁架梁传力，再传到桁架柱，减小巨型桁架的分担内力，获得更好的经济效益。进行人工干涉传力力流后，屋盖网架传力趋势如图6所示。

图5 空间四角锥网架+桁架组合体系

图6 屋盖网架传力趋势

/ 项目亮点2：复合功能地坪设计 /

本项目平时停放B737和A321等飞机，展览期间兼做停放坦克使用。飞机最大轮压为195.5kN，单辆坦克重量约70吨。进行地坪板等效荷载计算时，对飞机和坦克的不同摆放放置计算比较，分别按飞机和坦克最不利布置计算等效轮压，并考虑动力系数和检修，最后按65kPa活载进行计算。图7、8、9分别为满布等效飞机轮压、局部等效飞机轮压、局部等效飞机轮压与坦克布展工况下的底板应力云图，最大值分别为17.6MPa、9.2MPa和8MPa，可见满布等效飞机轮压为最不利工况。地坪结构最终采用6m×6m区格、350mm厚板和2.2m×2.2m桩帽组合形式，桩帽高度1.2m。

图7 满布等效飞机轮压

图8 局部等效飞机轮压

图9 局部等效飞机轮压与坦克布展

/ 项目亮点3：贵宾厅桁架舒适度分析 /

设置上人贵宾厅是本项目相比国内其它机库的最大特点。上人贵宾厅区域，人行振动加速度直接影响整体振动舒适性评价。根据JGJ∕T 441-2019《建筑楼盖结构振动舒适度技术标准》的要求，竖向振动加速度峰值不应超过0.150m/s²。

对步行荷载采用“连续步行(IABSE)”模型，分别对大跨度桁架的中部和悬挑端进行分析。舒适行走（行人密度<1人/m2）同时考虑贵宾厅楼盖实际宽度14.6m的活动空间，设置分析的最大同步人数为10人，假定10人同时分别从贵宾厅楼面中线（行走路线1）和室外阳台边缘结构悬挑位置（行走路线2）行走贯穿贵宾厅，行走路线如图10所示。

图10 不同行走路线

分析结果表明，行走路线1的加速度峰值为0.0034m/s²，行走路线2的加速度峰值为0.0302m/s²，均满足限值峰值加速度要求，如图11、12所示。可见，阳台边缘振动加速度较贵宾厅中线振动加速度明显增加，但人行荷载引起的楼面响应较小，贵宾厅的舒适性能得到足够保障。

图11 行走路线1的加速度时程曲线

图12 行走路线2的加速度时程曲线

/ 项目亮点4：大空间钢结构整体防火计算分析 /

本项目最大跨度为72m，应进行钢结构防火设计。常用的分析方法为耐火极限法、承载力法以及临界温度法，本项目采用承载力法。进行防火设计时，升温曲线采用大空间升温曲线，如图13所示。在火灾荷载作用下，屋盖钢结构荷载比最大值为0.982，钢柱荷载比最大值为0.461，均小于1，满足承载力要求。屋盖钢结构、钢柱计算结果荷载比云图分别如图14、15所示。

图13 大空间升温曲线

图14 屋盖钢结构荷载比云图

图15 钢柱荷载比云图

/ 施工关键节点 /

2020年4月1日，A区格构柱与桁架拼装成型，如图16所示。

图16 A区格构柱与桁架拼装成型

2020年4月15日，B区格构柱开始吊装，如图17所示。

图17 B区格构柱吊装

2020年5月3日，B区钢网架二次提升，建设与防疫并行，如图18所示。

图18 B区钢网架二次提升

2020年5月17日，钢结构屋盖提升完毕，如图19所示。

图19 钢结构屋盖提升完毕

建成后鸟瞰图，如图20所示：

图20 鸟瞰图

展厅内大空间实景，如图21所示。

图21 展厅内大空间

基于先进的设计理念，本项目获得了第十二届广东钢结构金奖“粤钢奖”一等奖，粤钢奖奖杯如图22所示。

图22 粤钢奖奖杯

最后，精选几张航展的照片，有兴趣的小伙伴可以今年来参观哦。

项目信息

业主：珠海航展有限公司、珠海华金开发建设有限公司

建设地点：广东省珠海市

设计单位：广东省建筑设计研究院有限公司

建筑设计团队：陈雄、钟伟华、郭其轶、黄俊华、许尧强、邓章豪、金少雄、倪俍

结构设计团队：区彤、罗赤宇、陈进于、张增球、谭坚、林松伟、林家豪、戴朋森

给排水设计团队：叶志良、李建俊、唐文广

电气设计团队：黄宇清、谭文荣

暖通设计团队：陈小辉、方标

总建筑面积：42000平方米

项目状态：已建成

设计时间：2019.9-2020.1

图片来源

除特别注明外，其余图片均由作者提供，部分航展图片来自网络。

供稿人

陈进于，广东省建筑设计研究院有限公司，高级工程师，国家一级注册结构工程师

林松伟，广东省建筑设计研究院有限公司，结构工程师

作者简介

区彤，  1990年毕业于华南理工大学，现任广东省建筑设计研究院有限公司结构专业副总工程师，兼机场设计研究院总工程师，担任中国工程建设标准化协会空间结构专业委员会委员、中国钢结构协会围护系统分会专家、广东省超限高层建筑抗震设防审查专家、广东省钢结构协会专家兼副秘书长，广东省土木建筑学会结构工程专业委员会委员等职。作为课题负责人主持完成了各类研究课题18项，拥34项专利（15项发明专利），参编多部国家行业及地方标准，在大跨度钢结构、减隔震（振）等方面进行了大量研究，取得了多项重大创新性成果，获得省部级科学技术奖19项，主编出版了两本著作，并在国内外核心期刊发表学术论文37篇，其中多篇被SCI收录。

责任编辑：左丹丹

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