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從二十世紀(jì)九十年代初開始，無柱展廳已經(jīng)成為德國各大會(huì)展公司對會(huì)展建筑的最基本要求，同時(shí)要求單個(gè)展廳面積能達(dá)到2~3萬m2，這是基于對展會(huì)規(guī)模分析和測算得出的數(shù)據(jù)。只有跨度超過100m的展廳才能同時(shí)滿足這兩個(gè)要求，但這樣的跨度又會(huì)引發(fā)建筑經(jīng)濟(jì)性的問題。傳統(tǒng)的鋼桁架或鋼網(wǎng)架雖然能解決跨度的問題，但結(jié)構(gòu)和建筑的美感又無法充分表達(dá)。這時(shí)，建筑師與結(jié)構(gòu)工程師之間的創(chuàng)意合作成為解鎖這個(gè)難題的鑰匙。

 

 1 漢諾威會(huì)展中心4號(hào)展廳 

 

漢諾威會(huì)展中心4 號(hào)展廳夜景

 

漢諾威會(huì)展中心是世界上最大、最負(fù)盛名的會(huì)展中心，超過50萬m2的凈展面積和每年超過50場的頂級(jí)展會(huì)，使其幾十年來穩(wěn)居行業(yè)龍頭地位。1994年，在漢諾威會(huì)展中心4號(hào)展廳的競賽中，德國gmp國際建筑設(shè)計(jì)有限公司（以下簡稱gmp）和sbp結(jié)構(gòu)工程師事務(wù)所（以下簡稱sbp）聯(lián)袂中標(biāo)。展廳提供了一個(gè)通過玻璃采光頂自然采光的185.6m×116m的無柱大空間，凈展面積超過21 500㎡。雙層屋面結(jié)構(gòu)的下層以承重金屬波形板將屋頂下的設(shè)備管道保護(hù)起來，同時(shí)利用雙層金屬板結(jié)構(gòu)之間的空腔進(jìn)行正壓送風(fēng)，使得灰塵難以進(jìn)入到空腔和管道。4號(hào)廳可以舉辦多種不同類型的活動(dòng)，特別是容易產(chǎn)生灰塵的馬術(shù)等。

 

 

漢諾威會(huì)展中心4號(hào)展廳秩序感極強(qiáng)的內(nèi)部空間

 

4號(hào)展廳的屋蓋采用了跨度122m、高度為9m的張弦桁架結(jié)構(gòu)，并支承于兩側(cè)三層高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)墻體上。富有秩序的結(jié)構(gòu)桿件有效地劃分了這個(gè)巨大的無柱空間。上弦是兩根直徑為500mm的熱軋無縫鋼管，下弦是兩根直徑為75mm的全封閉鋼絞線，與兩端鉸接的直腹桿和交叉索斜腹桿共同組成了索桁架體系。比起傳統(tǒng)的張弦梁，其上弦所受的彎矩很小，從而可以采用更纖細(xì)的截面，獲得結(jié)構(gòu)的輕盈感和良好的經(jīng)濟(jì)性。

 

漢諾威會(huì)展中心4 號(hào)展廳獨(dú)特的懸掛鉸支座

 

如果纖細(xì)的屋蓋鋼結(jié)構(gòu)直接與兩側(cè)完全獨(dú)立的混凝土耳房相連，必然會(huì)導(dǎo)致屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)件在溫度應(yīng)力和支座變形的作用下受到很大的次應(yīng)力，甚至有可能超過其承載能力。所以設(shè)計(jì)的構(gòu)想是將其“懸浮”（結(jié)構(gòu)術(shù)語是“靜定地簡支”）在兩側(cè)耳房之上。

漢諾威會(huì)展中心4 號(hào)展廳支座方案演變過程

 

結(jié)構(gòu)工程師和建筑師在支座設(shè)計(jì)上進(jìn)行了深入的討論，從傳統(tǒng)的單榀簡支桁架演變到懸掛雙榀桁架，設(shè)計(jì)出了新穎的懸掛鉸支座。具體來說，就是將桁架的兩根上弦設(shè)置在混凝土墻的兩側(cè)，采用精巧的鑄鋼件通過混凝土墻體上的預(yù)留洞將其連接在一起，形成整體的桁架支座節(jié)點(diǎn)，以類似“鐘擺”的方式懸掛在墻體之上。這一巧妙的設(shè)計(jì)完全釋放了次應(yīng)力，形成了清晰的簡支體系。輕盈的屋蓋和精細(xì)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成為4號(hào)展廳中獨(dú)特的亮點(diǎn)。

 

 2 漢諾威會(huì)展中心8/9號(hào)展廳 

 

漢諾威會(huì)展中心8/9 號(hào)展廳外景

 

同樣由gmp和sbp聯(lián)手設(shè)計(jì)的漢諾威會(huì)展中心8/9號(hào)廳，在4號(hào)廳的基礎(chǔ)上，將建筑和結(jié)構(gòu)的融合又做了進(jìn)一步的提升。展廳無柱空間擴(kuò)展到了135m×235m，凈展面積超過了31 000㎡。屋頂由一個(gè)依靠拉力的鋼索結(jié)構(gòu)覆蓋，整個(gè)結(jié)構(gòu)非常輕盈，用鋼量少，工業(yè)預(yù)制化高，造價(jià)得到了有效控制，建設(shè)周期大大縮短，只用了10個(gè)月。鋼索受地心引力影響產(chǎn)生的下沉曲線形成了一個(gè)連續(xù)起伏的動(dòng)感立面。屋面結(jié)構(gòu)采用空心木箱，里面包裹了通風(fēng)管道等設(shè)備管線，屋頂下方有序且干凈，更加襯托出鋼結(jié)構(gòu)自身的工業(yè)美感。

 

漢諾威會(huì)展中心8/9 號(hào)展廳室內(nèi)空間

 

作為當(dāng)時(shí)世界上最大的展廳，8/9號(hào)廳在設(shè)計(jì)和施工工藝上也幾乎達(dá)到了當(dāng)時(shí)的技術(shù)極限。五榀138m長的類似自錨式懸索橋的主桁架是整個(gè)展廳的主脊，由主纜、背索、水平連接桿及吊索組成，并支承在兩端的A形柱上。主桁架之間設(shè)置了鋼板懸?guī)菝?，和傳統(tǒng)的懸?guī)菝娌煌?，為了避免加大主桁架的?fù)擔(dān)，結(jié)構(gòu)工程師沒有采用加重屋面板的傳統(tǒng)做法，而是在屋面下方加設(shè)穩(wěn)定索，形成豎向剛度較高的索桁架來抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的上吸力和不均勻力。設(shè)計(jì)中充分利用懸掛體系，設(shè)置了包括兩個(gè)懸挑跨在內(nèi)的六跨結(jié)構(gòu)體系，在邊跨設(shè)置水平轉(zhuǎn)換桁架和斜拉索用于錨固。

 

 

漢諾威會(huì)展中心8/9 號(hào)展廳主桁架、懸?guī)Ъ胺€(wěn)定索

漢諾威會(huì)展中心8/9 號(hào)展廳結(jié)構(gòu)體系

 

除了立柱和水平連接桿之外，所有的結(jié)構(gòu)桿件均為柔性索或鋼板帶，雖然這樣的新型體系大大減少了結(jié)構(gòu)用鋼量，但同時(shí)也給設(shè)計(jì)和施工帶來了巨大挑戰(zhàn)。通過精細(xì)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖芰φ倚汀⒔Y(jié)構(gòu)有限元多方位分析、嚴(yán)格而準(zhǔn)確的位型及精度控制和安裝分析，最終成就了這座大跨柔性體系展廳。

 

 3 杜塞爾多夫會(huì)展中心6號(hào)展廳 

 

杜塞爾多夫會(huì)展中心6 號(hào)展廳竣工前后對比

 

同樣聞名遐邇的德國杜塞爾多夫會(huì)展中心，在二十世紀(jì)八九十年代通過單個(gè)展廳的一步步擴(kuò)展，形成了較大的會(huì)展規(guī)模。從二十世紀(jì)九十年代后期開始，杜塞爾多夫會(huì)展公司為了進(jìn)一步穩(wěn)固自己在會(huì)展業(yè)的地位，在當(dāng)時(shí)即將設(shè)計(jì)的6號(hào)展廳中，提出了“無柱、多功能”的要求。gmp以一個(gè)正圓形的Arena概念獲得了評委會(huì)的青睞，但會(huì)展公司認(rèn)為展廳還是要考慮到展位的垂直正交布置，要求建筑師放棄原來的圓形穹頂?shù)母拍?，轉(zhuǎn)為正方形或矩形平面。于是建筑師將原來直徑160m的圓形平面改為160m×160m的正方形平面。在整個(gè)24 000㎡的大空間四角都設(shè)置了結(jié)構(gòu)柱，使得主桁架的跨度減少到90m，利用主桁架外挑形成兩個(gè)不同的展廳層高，中央部分凈高為26.75m，外圍16m。同時(shí)為了滿足體育、工藝表演活動(dòng)還設(shè)置了可移動(dòng)看臺(tái)，能布置36排共12 000個(gè)座位。這個(gè)項(xiàng)目也形成了一個(gè)新類型的展廳，即可調(diào)自然光展廳。立面在幕墻之外設(shè)置了每組五個(gè)水平百葉，葉面長5~7.5m，寬1.2m，通過線形馬達(dá)帶動(dòng)百葉轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣一來，6號(hào)廳具備了以前展廳所不具備的多功能性，不僅可以作為高效的展廳，也可以作為完整的室內(nèi)體育比賽場地和文藝表演場地，既可以自然采光，也可以變成依靠人工照明的黑盒子。

杜塞爾多夫會(huì)展中心6 號(hào)展廳內(nèi)部空間

 

設(shè)計(jì)中采用了巨型結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌子結(jié)構(gòu)的模數(shù)化方式。平面布置為十字形的矩形桁架支承在四個(gè)桁架核心筒上，結(jié)合中間設(shè)置的巨型下張弦體系將屋蓋體系分成了若干個(gè)最大跨度為30m的區(qū)域，而30m的跨度正好是當(dāng)時(shí)流行的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)跨度。結(jié)構(gòu)工程師巧妙地結(jié)合了使用功能，與建筑師一起創(chuàng)造出了這個(gè)看似理所當(dāng)然、實(shí)則內(nèi)有乾坤的體系。

杜塞爾多夫會(huì)展中心6 號(hào)展廳結(jié)構(gòu)體系

 

 4 深圳會(huì)展中心 

 

深圳會(huì)展中心鳥瞰

 

從二十世紀(jì)末開始，中國各個(gè)省會(huì)城市都開始了會(huì)展中心的建設(shè)。由于會(huì)展中心的超大體量，各地政府都希望將其建成地標(biāo)建筑。中國的會(huì)展建筑往往是一口氣全部建成，即使分期，第一期也必須具備一定的規(guī)模，以便“出形象”。由此，歐洲會(huì)展普遍采用的“模塊化”或“生長型”建筑對中國的借鑒意義降低了，而美國的整體式造型則受到了決策者和建筑師的青睞。各種由寓意、隱喻、象征形成的會(huì)展中心比比皆是，其中有些為了地標(biāo)造型，影響甚至犧牲了功能、結(jié)構(gòu)的合理性。

 

2001年的深圳會(huì)展中心國際方案競賽就是在這樣一個(gè)大背景下舉行的。用地位于城市新中心——福田中心區(qū)南北中軸線上，但狹小的用地和緊張的交通條件給建筑設(shè)計(jì)帶來了很大的困難。gmp的建筑師堅(jiān)信單層展廳最高效、最具功能性，于是建筑師將會(huì)議中心“懸浮”在展廳之上，為展廳騰出了首層的空間。同時(shí)，由于市中心的區(qū)位和周邊林立的高層建筑，會(huì)展中心的“第五立面”顯得尤為重要。建筑師希望通過有張力的鋼梁對建筑進(jìn)行有序分割，形成有韻律、有節(jié)奏的體量、立面和屋頂，同時(shí)屋頂采用金屬百葉，一方面打破“鐵皮盒子”的形象，另一方面也能為展廳引入自然光線。

 

深圳會(huì)展中心的大跨度屋頂

 

對于這樣一個(gè)城市中心地區(qū)的會(huì)展建筑，除了建筑功能與結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性方面的考量外，如何將這樣一個(gè)超大體量恰當(dāng)?shù)厝谌氤鞘锌臻g，也是需要重點(diǎn)考慮的問題。為了降低大體量對狹窄用地和周邊城市空間的壓迫感，設(shè)計(jì)采用了“雙梁+雙柱”的形式加強(qiáng)分隔的節(jié)奏感，結(jié)構(gòu)桿件也成為這個(gè)項(xiàng)目中建筑設(shè)計(jì)表達(dá)的重要元素。

 

深圳會(huì)展中心內(nèi)部空間

 

展覽廳屋蓋結(jié)構(gòu)由35榀巨型雙箱梁組成，每榀梁結(jié)構(gòu)跨度126m，一端與地面鉸接，另一端與標(biāo)高約30m處的混凝土柱牛腿鉸接。gmp和sbp共同的設(shè)計(jì)目標(biāo)是塑造一座簡樸自然而清晰的建筑，盡可能地耐久且減少后續(xù)維護(hù)。與漢諾威4號(hào)展廳的結(jié)構(gòu)理念類似，采用雙梁構(gòu)件來劃分大尺度空間，從而形成有秩序的結(jié)構(gòu)體系，采用箱型截面構(gòu)件則是為了用純粹的語言去表現(xiàn)建筑的張力，突出線條感。從設(shè)計(jì)之初就秉承一個(gè)理念：整個(gè)建筑語言是無法通過“輕巧”的桁架結(jié)構(gòu)加上外表皮來表達(dá)的，只有通過富于設(shè)計(jì)感的外露結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身來表達(dá)。超過15年時(shí)間的深圳會(huì)展中心至今依然優(yōu)雅經(jīng)典，這一設(shè)計(jì)理念也得以印證。

 

126m的跨度在2001年被譽(yù)為“中國第一跨度”。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用了一系列措施讓這個(gè)“中國第一跨度”在確保建筑意圖的前提下得以高效實(shí)現(xiàn)。大型屋面采用下張弦體系減少鋼梁彎矩，為了獲得與鋼箱梁匹配的剛度，下弦采用了直徑最大為150mm的高強(qiáng)鋼拉桿，這一設(shè)計(jì)也間接推動(dòng)了國內(nèi)自主高強(qiáng)鋼拉桿的高速發(fā)展。施工過程中采用了先滑后固的方式釋放了自重下的柱腳水平推力，減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力。采用連續(xù)梁檁條，大幅度降低了30m跨度檁條的用鋼量。

 

深圳會(huì)展中心鉸接柱腳的機(jī)加工鋼管支座

深圳會(huì)展中心主體鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成

 

精心設(shè)計(jì)和建造的柱腳節(jié)點(diǎn)成為了整個(gè)項(xiàng)目的亮點(diǎn)。為了保證其轉(zhuǎn)動(dòng)能力和側(cè)力傳力可靠，按設(shè)計(jì)要求，柱腳鉸支座的安裝精確到間隙不能超過15mm，這意味著跨度126m、高26m、重約500t的鋼箱梁連接在鉸支座上，兩邊間隙只能放進(jìn)兩根頭發(fā)絲。這些經(jīng)驗(yàn)為后續(xù)其他項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)加工和驗(yàn)收提供了非常重要的技術(shù)支持。

 

 5 青島紅島國際會(huì)展中心 

 

青島紅島國際會(huì)展中心效果圖

 

2015年gmp中標(biāo)了青島紅島國際會(huì)展中心。當(dāng)時(shí)，國內(nèi)已建成了幾百座大大小小的會(huì)展中心。但這些會(huì)展中心大部分都是一個(gè)大體量甚至超大體量的整體造型，并且很多造型夸張。不少業(yè)內(nèi)人士開始反思中國會(huì)展的成果和未來發(fā)展，越來越多的人認(rèn)識(shí)到會(huì)展中心功能和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性的重要性。在青島紅島國際會(huì)展中心的方案設(shè)計(jì)中，建筑師非常明確地提出，在展廳部分采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的單元，用盡可能經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系、立面和屋面系統(tǒng)。而在入口大廳采用“畫龍點(diǎn)睛”的手法，突出重點(diǎn)，賦予其一定的標(biāo)志性和可識(shí)別性。

設(shè)計(jì)通過高40m、跨度95m的弧形膜結(jié)構(gòu)屋面和大面積玻璃幕墻突出了入口大廳的核心地位，并清晰高效地引導(dǎo)人流。十四個(gè)展廳分東西兩翼布局，西側(cè)布置了四個(gè)單層展廳，東側(cè)布置了五組兩層共十個(gè)展廳。這十四個(gè)展廳均采用了國內(nèi)會(huì)展公司常用的每個(gè)展廳10 000㎡的標(biāo)準(zhǔn)尺寸。展廳采用“方盒子”的設(shè)計(jì)理念和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系，用框架統(tǒng)一各展廳的語匯，并以清水混凝土呼應(yīng)入口大廳。從漢諾威會(huì)展中心數(shù)個(gè)展廳設(shè)計(jì)的發(fā)展中可以清晰地看到，目前的展廳設(shè)計(jì)遵從功能和商業(yè)價(jià)值至上。因此，必須嚴(yán)格符合高效嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼刮荒?shù)，符合最佳吊點(diǎn)位置和高要求的吊掛荷載。而在這樣的條件下，漢諾威8/9號(hào)展廳的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)不再適用。青島紅島會(huì)展中心的展廳正是基于這種高效布展的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)的：單層或雙層的展廳采用了典型的方盒子形式，下層布置重展，上層布置輕展。下層采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最大跨度為24m，梁高2.0m，樓面荷載1.5t。屋蓋體系采用最為經(jīng)濟(jì)的桁架結(jié)構(gòu)，跨度63m，桁架高度4.7m，用鋼量僅為90kg/㎡。

青島紅島國際會(huì)展中心施工現(xiàn)場

 

占據(jù)著整個(gè)會(huì)展中心核心位置的入口大廳采用輕盈、潔白的體塊跨越95m的無柱空間，支承在兩側(cè)的耳房上，并在大廳設(shè)置了通透的玻璃幕墻。為了避免微拱的屋面桁架將很大的水平荷載傳遞給混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)工程師沿用了深圳會(huì)展中心的先滑后固的支座施工技術(shù)，在大幅減小拱腳水平推力的同時(shí)，亦保證了在風(fēng)、雪、地震荷載作用下可以將荷載均勻地傳遞給兩側(cè)的承載結(jié)構(gòu)。

 

極度輕巧精細(xì)的魚腹桁架在這里被用于38m高的入口幕墻，通過施加預(yù)應(yīng)力的雙股鋼索，大大地減小了立柱的失穩(wěn)長度， 從而實(shí)現(xiàn)了240mm×360mm的立柱截面。

 

 6 漢諾威會(huì)展中心19/20號(hào)展廳 

漢諾威會(huì)展中心19/20 號(hào)展廳外景

 

2015年8月落成的19/20號(hào)廳則是整個(gè)漢諾威會(huì)展中心最新的展廳。從這個(gè)展廳的任務(wù)書要求可以看出德國會(huì)展業(yè)的發(fā)展近況：“多功能”和“空間”是關(guān)鍵詞。整個(gè)展廳由六個(gè)模塊并聯(lián)而成，其中五個(gè)構(gòu)成了14 000m2的展覽大廳，而這五個(gè)模塊又可以通過與展廳齊高的活動(dòng)隔墻分為一個(gè)接近11 000㎡的大廳和一個(gè)3 300㎡的小廳。11 000㎡的規(guī)模是會(huì)展公司經(jīng)常用到的，而3 000㎡的展廳則多用于會(huì)議。在設(shè)計(jì)中，對自然光的利用變得慎重了，與過往大面積玻璃窗不同的是，這個(gè)展廳只通過5m×5m的入口玻璃門和運(yùn)貨出入口導(dǎo)入自然光線。同時(shí)，展位的設(shè)計(jì)發(fā)生了很大變化，運(yùn)用了更多的光電技術(shù)，空間在垂直方向

延展，對空中的掛點(diǎn)要求越來越多且掛點(diǎn)的荷載不斷增加。近年來會(huì)展業(yè)的利潤不斷下降，也導(dǎo)致展廳的設(shè)計(jì)更講究經(jīng)濟(jì)性和功能性。

 

 

漢諾威會(huì)展中心19/20 號(hào)展廳鋼結(jié)構(gòu)桁架

漢諾威會(huì)展中心19/20 號(hào)展廳室內(nèi)

 

在這樣的條件下，結(jié)構(gòu)工程師的工作就變得非常清晰：滿足所有的使用功能，創(chuàng)造出高效、簡潔的結(jié)構(gòu)體系以及可靠安全的節(jié)點(diǎn)，整個(gè)項(xiàng)目第一次全方位地采用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)，對于這樣的體系而言大大提高了各工種相互配合的效率。

 

 7 結(jié)語 

2018年11月29日，德國各大媒體紛紛報(bào)道了世界最大的信息產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)CeBIT這一有著33年歷史的展會(huì)將從2019年起停辦。展會(huì)停辦的原因是近年來展商預(yù)訂展位面積持續(xù)萎縮和參觀人數(shù)驟減，從最早的80萬人減少到去年的12萬人。同時(shí)，德國最大的線上服裝銷售企業(yè)Zalando宣布，2019年度不再舉辦Butter and Bread展覽及文化活動(dòng)。這兩個(gè)具有濃厚的德國展覽文化色彩的展會(huì)停辦，從側(cè)面反映出當(dāng)今會(huì)展業(yè)正在悄然發(fā)生著改變。

 

在德國會(huì)展業(yè)發(fā)生變遷的同時(shí)，亞洲的會(huì)展業(yè)則迅猛發(fā)展，新加坡、中國、印度尼西亞正在成為世界最重要的會(huì)展國家。深圳新會(huì)展中心落成在即，漢諾威作為最大會(huì)展中心的地位將被深圳所取代。而剛剛成功舉辦了中國進(jìn)口博覽會(huì)的上海國家展覽中心和即將開始動(dòng)工的天津國家會(huì)展中心都正在或即將成為世界最大的會(huì)展中心之一，中國會(huì)展建筑可謂是方興未艾。而同時(shí)，由房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)代建的會(huì)展中心越來越多成為一種常見的模式，在新一輪會(huì)展中心的建設(shè)中，無論是決策者、使用者還是建筑師，其實(shí)都處于一個(gè)史無前例的自我心理矛盾的狀態(tài)，即如何處理好會(huì)展建筑的功能性、經(jīng)濟(jì)性和標(biāo)志性之間的關(guān)系。在這個(gè)過程中，建筑師和結(jié)構(gòu)工程師密切協(xié)作、共同創(chuàng)新是行之有效的道路。

 

建筑師和結(jié)構(gòu)工程師各自的知識(shí)體系都有相對局限性，建筑師作為項(xiàng)目品質(zhì)的主控方必須將兩者的優(yōu)勢有效地結(jié)合起來，所以傾聽并深刻理解對方的想法尤為重要；對于結(jié)構(gòu)工程師而言，無論采用何種體系，都是對自身能力的巨大挑戰(zhàn)。只有將建筑和結(jié)構(gòu)完美地結(jié)合，才能產(chǎn)生優(yōu)秀并經(jīng)得起時(shí)間考驗(yàn)的作品。