精细化结构与建筑的完美融合——深圳国际会展中心展厅及中央廊道结构设计

梁威 黄用军 何志力 骆年红

深圳市欧博工程设计顾问有限公司

伴随着粤港澳大湾区发展规划纲要尘埃落定，一个比肩国际一流的世界级湾区城市群逐渐呈现。作为粤港澳大湾区“全球最大会客厅”的超级地标，深圳国际会展中心展馆总占地面积约148万m2，室内展览总面积约50万m2，整体建成后将成为全球最大的展馆。设计意象为“巨龙携祥云”，以会展中心的19座展厅为祥云，长约1 750m的中央廊道为龙身，南北登录大厅为龙爪，“巨龙”于“祥云”之上翱翔。

如此超大、复杂的建筑对结构设计提出了挑战。结构设计师采用钢结构实现了跨度和高度的要求，同时提高了空间品质和空间自由度，也实现了建筑的力度和美感。

1 “祥云”——展厅

展厅是深圳国际会展中心的核心，承担着主要展览功能。深圳国际会展中心共有19个展厅，分别为16个2万m2的标准展厅、1个5万m2的超大展厅（17号展厅），满足各种展览（如特大型车展、家具展、器械展）的使用要求；以及2个2万m2的多功能展厅（18号、20号展厅），满足会议、宴会、体育赛事、演艺活动等功能使用要求。除此之外，展厅在发生灾害的时候，也可作为临时避难场所和应急场所。19个展厅造型流线起伏，汇成“祥云”。

结构师从建筑流线造型出发，配合大跨度空间的展览需求，同时结合消防系统、排水系统、空调系统等功能要求，形成现有的展厅结构体系。

1.1 标准展厅

标准展厅平面尺度为209.5m×108m，两个展厅之间宽33m，展厅高26m。原中标方案为沿长向起伏的屋面形态，但由于屋顶起拱方向存在严重排水隐患，在不影响整体屋面效果的情况下，深化设计时将原方案展厅屋面造型进行了90°旋转，使屋面沿着展厅短边方向起伏，以满足建筑排水的要求，同时结合展厅大跨度的要求，最终确定了展厅的结构形式（图1，2）。

结构采用完全拟合建筑外形的单曲立体桁架为结构基本受力单元。结构主体二、三层及屋面层均采用钢结构框架体系，上部曲面屋盖则为钢柱支撑屋顶的立体桁架体系，99m跨度的主桁架跨中矢高为7m，桁架间距18m，共9榀桁架；两个展厅之间跨度为42m，采用桁架连续、框架连续的结构布置，形成了连续、清晰的结构体系，符合抗连续倒塌的要求（图3）。

1.2 超大展厅（17号展厅）

17号展厅实际是将两个标准展厅合二为一，其展览面积近5万m2，可满足各类非常规的超大规模展览需求，如航空展、船舶展等，也可开展大规模群众性文体活动。展厅尺寸为209.5m×249m，将是全世界规模最大、配套最齐全、科技含量最高的展厅（图4）。17号展厅的屋盖造型与标准展厅类似，短向跨度达209.5m，为了减小其结构跨度，同时兼顾展厅屋顶开启的消防要求，在展厅中央增设了4×4个承重柱，同时满足建筑与结构的要求，可谓一举两得。

1 标准展厅原结构体系（长边方向起伏）

2 标准展厅现结构体系（短边方向起伏）

3 正在建设中的标准展厅

4 正在建设中的17号展厅

5 正在建设中的深圳国际会展中心

6 正在建设中的南接待大厅段

17号展厅的主体二、三层及屋面层均采用钢结构框架体系，上部曲面屋盖利用钢柱支撑屋顶立体桁架，主桁架为209.5m方向3跨立体空间桁架，主桁架跨中矢高9m；次桁架为立体桁架的81m跨度，桁架跨中矢高7m，共18榀桁架及立体桁架的60m跨度，桁架跨中矢高7m。

1.3 多功能展厅（18号展厅和20号展厅）

18号展厅主要作为会议、宴会功能使用，其西侧会议区共2层，层高为8m，局部三层为贵宾接待区，东侧为单层大空间展厅和局部2层的厨房配套；20号展厅主要作为体育赛事展厅使用，展厅为单层大空间，8m标高局部设置看台以适应体育赛事功能的观演需求，东西两侧为相应的配套功能和商务招待。

18号展厅和20号展厅因多功能的需求，在标准展厅同一空间结构下附加了次结构。18号展厅东侧的宴会厅需大跨度空间，采取钢柱支撑平面桁架，跨度为73.5m，桁架跨中矢高为3.8m；20号展厅设有演出观众席，钢结构框架按照观众席斜度布置，给予观众最好的观演体验。

2 “龙身”——中央廊道

中央廊道屋盖造型流线起伏，一条长1 750m的中央廊道汇成“巨龙”之势。“巨龙”为“祥云”而来，中央廊道承担整个会展中交通枢纽的重要角色，沿主动线依次排列19个单层展厅。为实现人货分流，使布展、观展、撤展组织高效清晰，中央廊道贯穿从地下二层至地下一层（8m标高）的各个空间，将南入口、南北登录大厅和19个展厅组织成一个整体。

由此，中央廊道的屋盖最终确定为钢结构空间网壳结构体系，网壳结构兼有杆件结构和薄壳结构的主要特性，受力合理，可以实现较大的跨度。作为典型的空间结构，网壳结构合理的曲面可以使结构力流均匀，具有较大的刚度，变形小，稳定性高，节省材料。同时，网壳结构与建筑造型完美融合，既能表现建筑的静态美，又能通过平面和立面的切割以及网格、支撑与杆件的变化表现动态美。

中央廊道下部结构为正常的钢结构梁柱结构，结合建筑功能，利用结构分缝及滑动支座的特性，使得中央廊道与各大展厅及登录大厅有效连接，从而起到交通枢纽的作用（图5～8）。

3 精细化设计

一个成功的建筑，不仅要有令人震撼的空间，也要有令人惊叹的细节。深圳市国际会展中心作为湾区的标志性建筑，不仅需要呈现出流畅、协调的整体设计，作为建筑结构一体化设计中的重中之重，细节更是我们要着重考虑的问题。精细化的设计需要从设计的精细度和对施工的预判两方面来进行。设计的精细度是指图纸制作的精细程度，施工的预判是指提前对施工中可能出现的问题进行判断，从而在设计阶段就将其解决。

7 正在建设中的中廊展厅连接段

8 中廊实景

9 现场施工中的钢管柱

10 现场施工中的铸钢节点

深圳国际会展中心作为一个建筑结构设计协调度很高的建筑，结构工程师也需要在设计过程中时刻关注细节，一方面紧密地与建筑专业协同配合，基于建筑、结构共同的Rhino软件平台，高效率地完成建筑模型、结构模型与结构图纸的实时同步更新；另一方面，高效交流与沟通也十分重要，发现问题及时解决，最终实现结构和建筑的完美结合。

实践证明，结构构件在表现建筑美感方面不可或缺，在钢结构建筑中，结构构件几乎成为了美的“主角”，因此精致也应当成为结构设计需求的代名词。

3.1 钢管的应用

深圳国际会展中心大多数钢柱及桁架构件均采用钢管，除了能给人一种结构尺度感之外，也能增加有效的使用空间（图9）。钢管的强度较高，具有安全可靠性高、使用寿命长并能够抵御一定地震烈度的破坏等特点，既增加了建筑的空间，又减少了工程用钢量。

3.2 铸钢节点的应用

由于展厅钢柱与屋盖桁架的连接分叉节点和中央廊道的树状结构节点等形状较为复杂，因而采用能满足节点设计要求的铸钢相贯节点。钢节点的整体浇铸成型，避免了相贯焊接带来的应力集中，同时也避免了许多钢结构措施的采用，实现光滑连贯，对建筑的表达效果也非常有利（图10）。

3.3 施工建造的配合与管控

深圳国际会展中心项目的钢结构施工是该工程的重难点，也是建筑效果的保证。利用通用有限元软件Abaqus完善施工模拟分析，并主要通过以下部分进行过程配合、总体控制：1）配合施工单位进行深化设计，并审核深化设计，提升整体项目的质量；2）（桁架）加工、相贯节点加工以及弯扭构件等与钢结构施工单位协调，保证建造总体效果；3）构件需进行高空原位安装，大型设备对走道的承载力有着较高要求，当楼板不满足设备行走时，提供结构加固方案，有效减少加固措施，缩短工期。

4 结语

建筑结构一体化协调且精细化的设计，成就了深圳国际会展中心这座地标性建筑，可谓结构成就建筑之美，建筑展现结构之精妙。通过这次实践，我们也深刻感受到只有建筑与结构紧密配合，才能创造出更多高品质的建筑。