钢结构在展示中心等项目的应用与分析

张明辉 （安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽 合肥 230001）

0 前言

展示中心的首要功能是整个项目的形象展示和宣传功能，不论是大型高档地产项目，还是普通地产项目，甲方都十分重视展示中心的方案与施工图设计。展示中心等项目具有其自身的特点，一般要求造型独特、展厅空间大、内部空间布置灵活。对比混凝土结构，钢结构具有低碳、节能、绿色环保、可重复利用等优点，而且钢结构施工周期短，因此钢结构在展示中心等项目中应用十分普遍。

1 展示中心案例分析一

1.1 工程概况

某高层住宅小区展示中心工程建筑面积约为1628m2，建筑总高度16.8m，建筑物层数为2层（中庭局部2层），一层平面布置图见图1，建筑类别为临时建筑。

1.2 方案设计原则

展现小区建筑风格与楼盘特色，激发客户的良好心理感受，增强客户购买欲望，同时兼顾项目部办公用房。建筑内功能布局分为前区和后区，前区面向客户，包括接待区、展示区、服务区和签约区等；后区面向内部办公，主要包括领导办公、财务办公、部门办公、会议、员工餐厅及辅助功能等。

1.3 结构方案分析与探讨

该项目展示中心为临时建筑，设计使用年限按5年考虑。为了最大限度的减少建筑垃圾，回收再利用建筑材料，本工程决定采用钢结构作为承重结构。考虑到建筑使用功能要求，本工程不宜设置柱间支撑，因此结构型式采用无支撑纯框架钢结构。

1.4 基础及钢柱脚分析与探讨

依据地勘报告，本工程地基持力层较好，属于中硬场地，选取第2层粉质粘土层作为基础持力层，地基承载力特征值160kPa，因此基础形式采用采用浅埋柱下独立基础。

无支撑纯框架钢结构柱脚应为刚性固定柱脚，刚性固定柱脚分为外露式、埋入式及外包式三种形式。埋入式或外包式刚性固定柱脚施工复杂且造价较高，适用于要求较高的高层钢框架结构，本工程为多层钢结构，可以采用相对经济的外露式刚性固定柱脚，为了美观，可采用C20细石混凝土包裹柱脚加劲肋。

1.5 构件及节点分析与探讨

多层钢结构钢材可以采用Q235B钢、Q345B钢、Q390B钢和Q420B钢，其中以Q235B钢和Q345B钢最常用，本工程钢梁与钢柱选用相对高强的Q345B钢。

对于无支撑纯框架钢结构，钢梁与钢柱双向刚接，H型钢弱轴方向刚度较弱，不宜采用。经过与甲方及钢构公司沟通，矩形钢管柱更加适合本工程；钢梁采用成品热轧窄翼缘H型钢。为减少现场焊接工作量，加快施工速度，钢梁与钢柱刚接节点采用腹板高强螺栓连接、翼缘焊接连接的节点形式。

1.6 楼盖分析与探讨

多层钢框架楼盖可以采用钢板楼盖或组合楼盖，结合本工程特点，考虑防火、隔声、舒适度等建筑功能要求，本工程适合采用组合楼盖。组合楼盖分为压型钢板组合楼板、现浇混凝土楼板、预应力叠合楼板及钢筋桁架组合楼板，为了减少支模工作量、加快施工进度，本工程采用工程中常用的开口型压型钢板组合搂板。

2 展示中心案例分析二

2.1 工程概况

某文化旅游地产项目展示中心工程项目位于安徽省会合肥市滨湖新区，紧邻巢湖，展示中心为造型酷似“凤阳花鼓”的鼓型建筑，投资近亿元，直径61m，建筑面积约4258.8m2，建筑总高度18.0m，建筑物层数为2层，一层平面布置图见图2，建筑物设计使用年限为50年。

该展示中心核心区设置直径30m、高18m的圆形大厅，大厅中心为260m2沉降式大沙盘，实景展示整个文化旅游项目未来盛大概貌；正对大门为一块巨型电视屏幕，可以滚动播放整个文化旅游项目的详细介绍；左右两侧分别为分体沙盘展示区、签约区及休闲区，巨型电视屏幕后面为多功能放映厅;二层为内部办公区，主要用作项目内部人员办公室。

2.2 结构方案分析与探讨

本工程为大空间大跨度建筑结构，大厅屋顶直径35.8m的大跨度圆形屋盖，周边每层有3根局部抽柱造成的20.18m大跨度钢梁。为了加快项目进度，尽早展示整个项目形象，甲方要求采用钢结构作为承重结构。

经过合理分析本工程共设置落地框架柱30根，考虑到局部抽柱后造成部分框架柱承受荷载较大，为了增大框架柱的承载能力，本工程采用钢管混凝土柱作为竖向承重构件；本工程共有6根20.18m大跨度钢梁，大跨度钢梁采用焊接H型钢，同时双面增加等间距加劲肋以增强钢梁稳定性。

本工程大厅屋顶为直径35.8m的大跨度圆形屋盖，如此大空间结构通常采用网架或者桁架屋盖，但是网架或者桁架屋盖结构自身需要一定高度，影响建筑净空。经过论证分析，本工程跨度不大且屋顶荷载较小，如果采用单层网壳结构，会比网架或者桁架更加经济合理，因此建议本工程大跨度屋盖采用单层网壳结构。

2.3 基础及钢柱脚分析与探讨

结合本工程实际情况及地勘报告分析，本工程基础形式采用柱下独立基础，为了增加结构整体性，基础短柱间增设基础拉梁。为了避免首层建筑地面裂缝，建议本工程设250mm厚配筋刚性地坪。

由于本工程为大空间大跨度钢结构，钢柱柱脚节点要求能够可靠传递轴力、弯矩和剪力，构造相对简单的外露式刚性固定柱脚不再适宜本工程项目，因此本工程采用更加可靠的外包式刚性固定柱脚。

2.4 构件及节点分析与探讨

众所周知，混凝土材料的抗压强度高，但抗弯能力非常弱；而钢材特别是型钢具有较高的抗弯能力和良好的弹塑性，但在受压时型钢容易因失稳而丧失轴向抗压能力。钢管混凝土构件在结构上刚好能够将两者的优点有机的结合在一起，在两者共同受力时，混凝土处于侧向受压状态，混凝土抗压强度在侧向约束时得以成倍提高；当钢管内充满混凝土时，其刚度可得到较大提高，钢管与混凝土共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。研究及试验表明，钢管混凝土柱的承载力大于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。相对其它结构构件，钢管混凝土柱具有十分明显的特点：承载力大、延性好、抗震性能好且施工方便。

钢管混凝土柱作为一种新兴的组合结构构件，在高层框架结构中应用比较普遍，鉴于本工程的特殊性，钢管混凝土柱是最好的选择。钢管混凝土柱按截面可分为圆形钢管混凝土柱、矩形钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土等形式，其中以圆形钢管混凝土柱受力最优，所以本工程选择圆形钢管混凝土柱作为竖向承重构件。

在钢结构钢材材质选择时，本工程层高较高、柱距较大且钢梁跨度均较大，因此本工程钢梁与钢柱选用焊接性能好且相对高强的Q345B钢。在钢梁构件选择时，经过优化设计，大跨度钢梁采用工厂焊接H型钢，小跨度钢梁采用成品热轧窄翼缘H型钢。

本工程钢梁与钢柱双向刚接，采用柱为贯通型的刚性连接形式；梁柱刚接节点设计特别做了优化设计，工厂在钢柱上焊接悬伸短梁，然后施工现场将悬伸短梁与中间区段钢梁拼接连接，这样既可以加快施工速度，又能确保施工质量。

本工程大厅屋顶大跨度单层网壳施工时，钢结构施工厂家优化施工工序，小构件工厂焊接确保焊接质量，然后运输到工地现场地面完成焊接组装，最后整体吊装至屋顶完成安装。

2.5 楼盖及隔墙分析与探讨

本工程展示中心建筑使用功能定位较高，建筑主体耐火等级为二级，相对其它组合楼盖，闭口型压型钢板组合搂板尽管造价会高一点，但是其可以满足建筑吊挂灵活布置要求，因此本工程采用闭口型压型钢板组合搂板。

方案造型要求展示中心外立面为外挂铝合金板材，屋面采用白色张拉膜以实现“凤阳花鼓”的鼓面效果。隔墙采用轻质隔墙，既可以减轻隔墙荷载、加快施工进度，又可以灵活分割房间满足建筑功能划分。

3 结 语

展示中心在地产项目中是一类十分独特的工程，更因其具有的形象展示和宣传功能等建筑使用功能，展示中心在整个项目中的重要性不言而喻。本文所述案例一与案例二是工程实际中具有代表性的两个典型工程案例，展示中心案例一作为普通地产项目展示中心代表，美观、经济而且实用；展示中心案例二作为大型高档地产项目展示中心的代表，高贵、大气且给人以震撼。在做展示中心等项目结构设计时，结构设计师既要注重结构概念设计和结构方案论证，又要注重细节设计，合理选择基础形式、钢柱脚形式、钢柱钢梁构件截面、梁柱节点、楼板类型，只有这样才能真正把展示中心做成甲方需要的精品工程和形象工程。

[1]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社，2003.

[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.

[3]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社，2011.

[4]李星荣，魏才昂，丁峙崐，李和华.钢结构连接节点设计手册（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.