建筑结构｜清华院石家庄国际会展中心项目荣膺IStructE世界结构大奖大跨度结构类表彰奖

11月5日，国际重量级结构设计奖项IStructE世界结构大奖Structural Awards 2021在伦敦揭晓， 清华大学建筑设计研究院有限公司（THAD）独立完成的石家庄国际会展中心项目从8月公布的全球4个入围奖项目中脱颖而出，获得大跨度结构类表彰奖（Commendation） ，为该类别最终获奖的2个项目之一。英国Buro Happold设计的新加坡星耀樟宜机场获得大跨度结构类优胜奖(Winner)。受疫情影响，本届奖项从2020年和2021年两年的申报项目中评选，竞争尤为激烈，参与角逐大跨度结构奖的共有全球23个项目。

THAD  

IStructE

世界结构大奖

Structural Awards 2021    

▲IStructE获奖公告

▲大跨度结构类2个最终获奖项目

▲大跨度结构类4个入围项目

石家庄国际会展中心此前已获得国内建筑设计综合类与结构单专业类多项重要奖项的一等奖，包括：

中国勘察设计协会行业优秀勘察设计奖的优秀（公共）建筑设计一等奖和优秀建筑结构一等奖；

中国建筑学会建筑设计奖的公共建筑一等奖、建筑结构一等奖；

教育部优秀工程勘察设计奖的公共建筑一等奖、建筑结构一等奖等。

IStructE评委点评

Judge’s Comment

▲IStructE评委点评

这座宽阔的展厅和会议建筑的设计理念来源于优雅的中国古典木结构建筑的下凹式屋顶。在这项设计中，屋顶通过简洁、明快、自然的悬索结构加以实现。整个大跨屋面由双向悬索结构支撑，其中180米跨度的横向悬索通过竖杆支撑于105米跨度的纵向悬索上。标准展厅的高度为28.65米。

展厅内不设吊顶，但横向索桁架的索和锚形成了优美而有韵律感的视觉效果，檩条上45度布置的支撑使屋顶的外观更具动感。悬索结构的特点完美呼应了建筑理念并与中国传统建筑元素产生共鸣。

巧妙的结构细节使得在如此大的跨度上材料用量减少到了极致，从而有助于实现最小化的碳足迹。

THAD  

IStructE

世界结构大奖

THAD获奖项目信息  

石家庄国际会展中心

Shijiazhuang International Convention and Exhibition Center

项目地点  | 河北省石家庄市正定新区

用地面积  | 64.4ha

建筑面积  | 35.6万㎡

设计时间  | 2016-2017

竣工时间  | 2018

主持建筑师  | 庄惟敏

建筑设计  | 庄惟敏  张维  张葵  张红  梁增贤  章宇贲  王禹  王威  龚佳振  张啸乾  于航  李璞  李向苡  张怀萍  吴雪  等

结构设计  | 刘彦生  李青翔  陈宇军  刘培祥  李滨飞  刘  俊  李英杰  罗虎林  王石玉  段春姣  程  进 田  萌  盖珊珊

暖通设计  | 贾昭凯  韩佳宝  赵涛  任健凯  于丽华  等

给排水设计  | 徐青  刘福利  吉兴亮  等

电气设计  | 王磊  崔晓刚  郭红艳  刘力红  张松  徐慧影  等

致谢

Acknowledgement

清华大学建筑设计研究院有限公司（THAD）本次获得IStructE世界结构大奖是项目全体设计团队、各参建方共同努力的结果，感谢每一位设计师、工程师、各参建方同仁的辛勤付出！清华院依托于清华大学各学科深厚的科研实力和积淀，未来将持续致力于为社会和公众提供更优质的建筑作品！特别感谢以下各参建方：

项目业主：中建浩运有限公司

总承包商：中国建筑第八工程局有限公司

独立第三方复核计算：中国建筑科学研究院有限公司

钢结构承包商：中建科工集团有限公司（原中建钢构有限公司）

索结构承包商：东南大学

索结构承包商：北京市建筑工程研究院有限责任公司

索供应商：广东坚朗五金制品股份有限公司

索供应商：巨力索具股份有限公司

奖项介绍

Awards Introduction

Structural Awards由英国结构工程师协会主办，创立于1968年，旨在表彰世界范围内最杰出和富有创意的结构工程师，并展示世界领先的工程设计，是世界上最重要的结构设计类奖项。近年获奖项目包括Buro Happold 设计的2012年伦敦奥运会体育场、Arup设计的新加坡体育中心、SOM设计的哈利法塔、Jacobs设计的英国航空i360观光塔等。本届国内获奖项目还包括：SOM和华东院联合设计的天津CTF金融中心获得高层建筑结构奖、上海院和StructureCraft联合设计的太原植物园展览温室获结构技艺奖（建筑物类）。

更多详情：

01

项目简介

Brief Introduction

石家庄国际会展中心

Shijiazhuang International Convention and Exhibition Center

图片摄影  | 姚力

▲项目平面

石家庄国际会展中心平面总长度约648m，总宽度约352m，由一组展厅和中部会议区组成，建筑寓意“一桥居中、两水分片”。

展厅包括3组标准展厅（A、C、E区）和1组大型展厅（D区）。各展厅结构体系均采用“多榀横向索，通过受压竖杆支撑于纵向索之上的双向正交悬索结构”。标准展厅高度28.65米，结构横向跨度108米，纵向跨度105米。

▲标准展厅

▲展厅与会议区通廊

▲展厅屋面犹如水波

02

结构设计创新

Structural Design Innovation

▲标准展厅

▲主悬索桁架

石家庄国际会展中心采用了新型悬索结构体系“多榀横向索，通过受压竖杆支撑于纵向索之上的双向正交悬索结构”。刘彦生总工程师会同该项目结构主设李青翔、陈宇军等创新性地将该结构体系的跨度推进到了108m，远大于国外此类项目45m的跨度，同时使此类结构首次具备了可靠的防连续倒塌机制，弥补了悬索结构冗余度低的弱点。项目具有多项开创性设计，技术水平达到国际领先，获得国内外同行高度认可。

1.  在国内首次应用“多榀横向索，通过受压竖杆支撑于纵向索之上的双向正交悬索结构”，是目前国际上唯一具有可靠防连续倒塌机制、且跨度最大的此类结构。

▲展厅屋盖传力路径

▲展厅室内

2.  采用主、次索受力变形耦联的复杂张拉过程控制技术：横向索悬挂于竖杆，竖杆支承于纵向索，主、次索受力变形耦联，互相影响。设计中对复杂的张拉过程进行全过程控制，保证施工中索结构的稳定。

STEP 1安装A形柱及主桁架	STEP 2安装屋面
STEP 3边拉索施加预应力	STEP 4添加屋面稳定索
STEP 5添加定形索，移除部分屋面重量	STEP 6屋面稳定索施加预应力
STEP 7添加主桁架承重索	STEP 8张拉主承重索
STEP 9拆除临时支撑	STEP 10添加幕墙立柱

▲施工全过程模拟分析

3.  双方向悬索均为柔性结构，策略性地使两者巧妙地互为支撑：纵向主悬索、固定杆、檩条为横向支承体系提供面外约束，次索、稳定索为纵向支承体系提供面外约束。

▲双方向悬索互为支撑

4.  次索为超长大轴力受压自平衡杆提供稳定约束：主悬索落地拉索因建筑要求不能斜向落地，因此采用受压自平衡杆实现端拉索的弯折和竖向落地。受压杆长136m、压力18000kN，要在满足建筑对截面要求的前提下，控制压杆稳定。设计团队通过利用多榀次索施加侧向约束，减小受压杆截面，使方案可行。

▲受压自平衡杆稳定策略

▲主悬索端拉索

5.  实现此类索结构防连续倒塌机制：主索防连续倒塌能力通过设置主索固定杆实现，主索固定杆在端拉索失效后虽变形较大，但可保证屋盖不倒塌。次索防连续倒塌能力通过设置屋檐桁架实现备用传力路径，屋檐桁架在边拉索失效后可将失效拉索承担的力转移至两侧拉索。

▲防连续倒塌设计

6.  根据风洞试验数据，优化索结构形状和布置，大幅降低风效应。

7.  为保证纤细的索桁架实现室内空旷通透的效果，设计团队在设计节点时也力求简洁、高效和轻巧，追求直观地表达出节点处的力学概念。

▲主索桁架节点及有限元分析

▲展厅不设吊顶，直接表现索结构

03

项目效益

Value

1.  项目材料用量节省，索用量为16.3kg/m2。由于结构自身具有表现力，也节省了室内吊顶，进一步降低了造价。

2.  在国内首次采用“多榀横向索，通过受压竖杆支撑于纵向索之上的双向正交悬索结构”。

3.  国际上最大跨度的此类结构，展厅横向跨度108m，远大于德国类似结构45m的横向跨度，大大推进此类结构的使用跨度。

4.  在国际上首次实现此类结构的抗连续倒塌能力并提高全生命周期的可靠度，弥补了悬索结构冗余度低的弱点。

5.  该体系结构构件截面小，空间通透，取得了很好的建筑效果。

6.  丰富了大跨屋面的结构选型，项目成为石家庄标志性建筑之一，推动了当地会展经济发展。

来源：THAD清华建筑设计院。