北京時間2019年11月16日，The Structural Awards 揭曉2019世界結構大獎獲獎名單，由中國建築設計研究院原創設計的
“青島世界博覽城”項目在經過“結構藝術獎”、“大跨度結構獎”兩項提名後，最終榮獲“結構藝術獎（建築物類）”。
獲獎獎牌
頒獎現場
Judge's comment（評委評價）:
Arranged in a cruciform plan with a 500m long, 47m high primary gallery intersected by a 300m long 32m high cross gallery: the structure creates a magnificent light-filled circulation area between large exhibition halls. The primary gallery height is dictated by the surrounding buildings and being in a coastal area it experiences high wind loading.
設計採用了十字形平面，500米長、47米寬的主展廊與300米長、32米寬的展廊相交；其結構設計在巨大的展廳之間，營造了宏偉而明亮的交通空間。主展廊的高度由周邊建築以及所處沿海地區的風荷載共同決定。
To maintain the lightest of structures a novel prestressed cable arch was developed, with a fabricated box section of just 500mm depth to span 48m.
It is estimated that the use of the cables has permitted a steel weight saving of up to half compared to a traditional arch structure.
為了呈現出最為輕盈的結構形式，設計採用了一種新型的預應力索拱，其截面高度僅為500毫米，可實現長達48米的跨度。據估計，這種索拱與傳統拱形結構相比，能夠節省一半以上的用鋼量。
Cast steel components, from cable clamps to arch base pins have been skilfully pared down for the most compact of connections and have enabled quick and safe construction on-site.
索夾、拱腳等鑄鋼構件都進行了巧妙的精簡，實現了最為緊湊的連接，保證了現場施工的快速與安全。
The judges particularly admired the simple elegance at the intersection of the crossing galleries and the visual coherency of the structure.
評委們尤為欣賞十字展廊交接處的簡潔優雅，以及結構在視覺上呈現的一致性。
建築概況
青島中鐵世界博覽城位於青島市黃島區，建築內在的空間結構形成了外部形態的美學韻律和視覺衝擊力，使建築形象真實而動人。
高雅、輕巧的結構構件，勾勒出整個中央展廊的宏大的場所空間，均勻佈置的結構杆件體現出強烈的韻律感，巧妙優化的結構節點，充分融入了整個建築空間，豐富而不雜亂，同時輕盈的結構系統也減少了對空間的壓抑感。
結構藝術
設計概況
青島世界博覽城項目位於青島西海岸新區核心區南側，緊鄰濱海大道，總佔地約3000畝，以會展會議為核心引擎，打造集商務、商業、居住、休閒度假等於一體的多功能的綜合博覽新城。
本地塊總建築面積約27萬平米，包括12棟展館、1個十字展廊、2棟停車樓。長度為560m，寬度為352m，每個展館長度為135m，跨度72m。展館屋面簷口高度（建築高度）為23.85m，東西向展廊跨度48m，長度508m，高度為35.795m，南北向展廊跨度32m，長度287m，高度為25.358m。
展廊結構設計
展廊結構由主拱、次拱、交叉拱、拱間的聯繫杆和斜拉桿組成，主次拱端設置端拱；每榀索拱結構由鋼拱、絃索和兩者之間的鋼拉桿組成，索拱結構是索和拱組成的一種雜交結構。利用索的拉力或撐杆提供的支承作用以調整結構內力分佈並限制其變形的發展，進而有效提高結構的剛度和穩定性。拉索與撐杆相比於傳統的桁架杆件，截面更為纖細輕盈，從而營造出通透美觀的室內觀感，展現結構的自身美。
十字展廊屋蓋結構體系為預應力索拱結構，索拱平面外順柱面網殼沿縱向利用高強鋼拉桿通長設置交叉支撐，以保障索拱面外的穩定。
主拱上弦截面口500x300x20x25，次拱上弦截面口400X250X20X25l主次拱下弦均為高釩索，直徑分別為68mm和56mml腹索採用高強鋼拉桿，底部設置剛性撐杆，截面為Φ50x4.5。
主拱方向跨度為47.46m，矢高為28.75m，矢跨比為1:1.6。次拱方向跨度為31.56m，矢高為19.15m，矢跨比為1:1.6，均屬高矢跨比拱形。主次拱沿其縱向，每隔4.5m佈置一榀。
主次展廊交匯的位置設置兩榀相互交叉的十字交叉索拱，有效的了減少交叉拱範圍內構件的跨度，十字交叉索拱與相貫拱共同分擔該區域的荷載。
展廊端部帽簷採用純拱結構，拱腳埋入混凝土柱內形成剛接。主拱帽簷截面為箱形800~500X400X30X30拱面內依靠自身的剛度抵抗，面外靠支撐拉接。
經過多種典型體系對比，最後採用新型的三角形柔性撐杆的弦撐式索拱結構，為鋼拱（上弦）+拉桿+拉索（下弦）的空間結構體系。下弦拉索採用高釩索，採用熱鑄的索頭和調節套筒，鋼拱和絃索之間拉桿採用等強鋼拉桿。
▲結構體系的整體指標
計算採用YJK和MIDAS整體建模，軟件計算結果相互符合。整體穩定計算採用ANSYS，用鋼量68kg/㎡。
▲應力比
杆件應力比整體較低，絕大多數都控制在0.5以內，個別位置構件應力比較大，最大值為0.79。
中部十字拱杆件應力比整體較低，絕大多數都控制在0.5以內，個別位置構件應力比較大，最大值為0.6。
典型主拱構件應力比在跨中和頂部最大，最大值為0.4。
主拱帽簷根部構件的應力比最大，最大值為0.79。若考慮根部進入塑性，將根部點鉸計算，跨中構件應力比最大為0.7。
▲溫度對結構力學性能影響
兩個端頭同時內收，變形接近52mm，該變形值與自由變形量相當。沿柱面網殼面內佈置的交叉斜撐對結構的縱剛度貢獻有限。
溫度荷載在上弦拱面外引起的彎矩最大值為110kNm，對應於口500x300x20x25的鋼樑，溫度荷載引起的應力比增大接近0.1。
▲施工過程分析
1、先在胎架上或者滑移法安裝上弦屋蓋，張緊面外交叉斜索；2、拆除胎架；3、安裝斜腹索和主索；4、調整斜腹索至設計索長；5、張拉主索；6、逐根微調腹索至設計索力；7、安裝屋面PC板。
張拉思路：主索主動張力，腹索被動受力，最終微調腹索索力。
連橋
問題：橋面跨度接近32m，建築希望橋面輕盈，最早採用吊橋的方案，施工難度大，對單榀影響大。
解決方案：採用組合梁+MTMD的方式，控制結構舒適度。
展廊屋面
PC板塊採用：單層PC板塊，四邊支承。板塊厚度為 12 mm，板塊強度為100MPa，彈性模量 E = 0.24x104MPa，泊松比 v = 0.39，PC板塊密度ρ = 12kN/m3。
展館結構設計
單一展館平面尺寸約135米×72米，建築高度約23.85米；展館採用鋼筋混凝土剪力牆+空間桁架鋼結構，周邊設置抗風柱；每個筒體尺寸9×9米，兩個中間區域鋼結構桁架跨度54米，桁架高度4.0~4.5米，杆件採用Q345圓鋼管截面，節點形式採用相貫節點；每個筒體的四個角部作為鋼屋蓋的支座，單個展館設置24個支座；靠近拱形展廳的筒體通過設置雙柱，和展廊結構分開從而形成獨立的結構單元；每個展館屋頂之間有飛簷造型，邊緣展館外側採用斜柱鋼結構屋頂下弦不設置吊頂，對視覺要求較高；屋頂上弦設置幕牆金屬屋面並設有通風窗口。
每個展館鋼結構屋蓋下設6個剪力牆筒體作為豎向抗側支撐結構，每個筒體上設置四個可釋放水平位移的成品彈性鉸支座。
結構佈置：1.各榀主桁架間距4.5米，桁架高度4.0米~4.5米；2.X和Y方向中部各有5榀貫通桁架；3.核心筒之間設置桁架作為54m×54m桁架的支撐體系；桁架水平面內設置斜撐傳遞水平荷載；4.斜柱兩端鉸接，斜柱頂部水平系杆截面同斜柱以協同斜柱受力。
▲豎向位移結果(恆+活)
▲風荷載作用下位移
▲設計中的關鍵問題
桁架的大小跨導致邊緣部位支座產生拉力(最大拉力設計值可達1400KN),通過柱內佈置型鋼抵抗此拉力作用；根據幕牆的定位要求修改邊緣桁架的平面位置(偏移量距軸線500mm)，需在柱頂設置牛腿作為彈性支座的下部支撐，產生了單側牛腿(邊線中點)和雙側牛腿(角點)兩種情況；
脊線桁架頂部交匯杆件較多，通過增大脊線桁架腹杆管徑使其它杆件相貫連接；
▲節點有限元分析(脊線桁架頂部的上弦交點)
▲節點有限元分析(脊線桁架頂部的下弦交點)
施工模擬
整體提升重量約1000噸，在6個核心筒上設置提升支點。
基礎設計
採用樁基礎，450預製方樁，採用抗拔樁解決抗浮問題。本工程相對標高±0.000相當於絕對標高7.650 m。地勘報告建議擬建建築物抗浮設防水位標高按6.50m考慮或室外地面-0.500。擬建建築物基底所對應的岩土層主要以填土層、細砂為主，地基承載力較低，因此建議採用樁基礎，以第9層粗砂或基岩作為樁基持力層。
項目信息
STRUCTURAL DESIGNER
China Architecture Design & Research Group
CLIENT NAME
Qingdao Cosmopolitan Exposition International Conference and Exhibition Co., Ltd.
LOCATION
Qingdao, China
PRINCIPAL CONTRACTOR
China Railway Tianfeng Construction Engineering Co., Ltd.
ARCHITECT
China Architecture Design & Research Group
KEY CONTRACTORS
China Railway Heavy Machinery Co., Ltd. - Steel manufacture
China Railway Huatie Supervision Co., Ltd. - Supervision
Shenzhen Qixin Construction Group Co., Ltd. - Curtain wall manufacture
============================
《建築結構》雜誌是國內結構設計專業影響力最大的雜誌，創刊於1971年，隸屬於中國建築設計研究院，歷屆核心期刊評比中均名列前茅。官網：www.buildingstructure.cn。
閱讀更多 建築結構雜誌社 的文章
