索结构典型工程：安庆会展中心展馆交叉张弦桁架屋盖

安庆会展中心是安庆市建设现代化区域性中心城市的重要支撑。安庆会展以塔楼为山，以展厅为云，寓意“天柱流云”，展现安庆本土特色。其以“城市引擎”为设计目标，引领安庆区域发展方向；以“便捷高效”为设计原则，体现会展建筑的时代特征（图1）。

安庆会展中心由五个展厅和一个会议中心组成。其中，单个展厅东西向长约120m，南北向长约54m；展厅屋顶高低起伏，采用交叉张弦桁架结构；屋脊处建筑高度为18.000m，檐口处建筑高度15.600m。展厅之间设有天窗，天窗通过橡胶隔震支座与展厅连接。

展厅屋盖采用交叉张弦桁架结构作为屋盖的竖向承重结构。展厅两侧辅助用房，设置钢框架-屈曲约束支撑，并配合支撑屋盖的V柱，共同作为结构的抗侧力体系。

展厅两侧辅房钢柱采用工字型截面，钢柱之间设置屈曲约束支撑；屋盖下采用变截面箱型V柱；张弦桁架的弦杆及腹杆采用箱型截面；拉索为高钒索，抗拉强度1670Mpa，直径116mm，索夹采用铸钢制作。

展厅模型示意图如图2所示，辅房标准层结构平面布置图如图3所示，桁架立面图如图4所示。主要构件截面表如表1所示。

图2 展厅模型示意图

图3 展厅标准层平面布置图（红线表示屈曲约束支撑）

图4 张弦桁架立面图

1）屋盖结构体系

展厅屋盖张弦桁架跨度约为54m，矢高约为5.4m，桁架的矢跨比约为1:10；结合展厅屋面的高低跨，在屋盖结构中设置交叉张弦桁架及交叉支撑（见图5）。

交叉支撑除保证屋盖的整体性外，还承担了竖向力的传递。与张弦桁架直接相连接的檩条将屋面竖向荷载直接传至张弦桁架，与屋盖交叉支撑相连的檩条，将屋面荷载先传至交叉支撑，再由交叉支撑传至张弦桁架，最后由张弦桁架传至下部主体结构。

展厅屋面屋脊处建筑高度为18m，檐口处建筑高度约为15.6m。因此屋面上的交叉支撑（图5中红线所示）形成了拱结构。在竖向荷载作用下，交叉支撑除了承受弯矩作用外，还承受了较大的压力。该项目中交叉支撑截面为B200×400×16×16mm，跨度约为28.5m，矢跨比为1:23。通过利用屋盖的坡度，布置交叉支撑形成拱结构，使用较小的截面，实现了更大的跨度。

交叉支撑为屋盖竖向传力的重要一环，在主桁架施工完成之后，应先施工交叉支撑，最后施工檩条等构件。如果施工完成主桁架之后，檩条及交叉支撑同步施工，则会造成檩条及屋盖支撑挠度过大，可能会影响建筑使用。

图5 屋盖支撑布置示意图（实线为张弦桁架，虚线为交叉支撑，单点长划线为纵向支撑）

2）屋盖风洞试验

安庆会展屋面跨度较大，约54m，且屋面结构复杂、高低起伏，为了保证结构安全，安庆会展展厅进行了风洞实验。风洞试验由同济大学防灾国家重点实验室结构风效应研究室完成。

风洞试验数据表明，在风荷载作用下，屋盖受到风吸作用为主，屋盖的两端局部存在风压作用。风荷载标准值如图6所示。

图6 风洞试验，屋盖风荷载标准值

3）拉索索力确定

拉索拉力大小直接影响了张弦桁架的受力性能，因此对于张弦桁架选取合理的拉力是必要的。对于该结构而言，拉索未设置预拉力时，张弦桁架弯矩如图7中实线所示所示。拉索施加预拉力后，张弦桁架弯矩如图7中的虚线所示。

当张弦桁架的半跨中间弯矩等于整跨跨中弯矩时，即MB=MC=MA时，张弦桁架受力最为合理，最为经济。对于该项目，拉索初始预拉力为1000kN。

图7 张弦桁架弯矩示意图

4）节点设计

①桁架节点

主桁架交汇处处，杆件相交数量较多，为保证建筑美观以及现场施工质量，节点采用铸钢节点（见图8），一体浇筑。 

图8 桁架节点

②索夹节点

安庆会展张弦桁架的拉索为折线形。为避免转折处拉索与索夹产生应力集中，损坏拉索，根据《Eurocode 3-design of steel structures》要求，索夹半径应大于30倍的拉索直径或者400倍的钢丝绳直径。索夹节点见图9。

图9 索夹示意图

③钢球铰节点

张弦桁架与下部主结构为铰接节点，采用钢球铰连接。节点示意图见图10。

图10 钢球铰示意图

张弦桁架由上弦刚体、下弦拉索及其之间的撑杆构成。通过对拉索施加预应力，以达到改变结构受力状态，提高结构刚度，控制结构变形。

根据安庆会展结构的特点，拉索张拉时应注意以下内容：

1）安庆会展拉索撑杆与桁架为刚接，撑杆不可摆动，且拉索受力后不可在索夹中滑动，因此对于拉索，需两侧同时张拉。张拉设备见图11 和图12。

图11 连接耳板处焊接张拉辅助耳板

图12 张弦梁叉耳式热铸锚双千斤顶张拉工装

2）拉索张拉顺序为由两端向中间对称张拉，见图13。

张拉顺序：34/36 轴区间（第 1 根）→34/36 轴区间（第 2 根）→44/46 轴区间（第 1 根）→44/46 轴区间（第 2 根）→42/44 轴区间（第 1 根）→42/44 轴区间（第 2 根）→36/38 轴区间（第 1 根）→36/38 轴区间（第 2 根）→38/40 轴区间（第 1 根）→38/40 轴区间（第 2 根）→40/42 轴区间（第 1 根）→40/42 轴区间（第 2 根）。

图13 拉索张拉顺序示意图

3）在成品索超张拉时，取1根作弹性模量试验检测，试验方法为利用超张拉检测时取得的索力与索长变化的数据，算出拉索的抗拉弹性模量。该项检测在实型索上进行，不属于型式检验，主要用于科学地指导拉索施工。

值得注意的是：施工前期的索力和撑杆轴力相对较大，随着对最后一榀的张拉，整体的索力和撑杆轴力有较为明显的下降。