内行看门道 | 从“大金碗”看超限结构###
12月18日，万众瞩目的2022年卡塔尔世界杯决赛即将到来。梅西的世界杯“最后之舞”通过夺冠圆满落幕还是姆巴佩蝉联冠军加冕新王？不论结果如何，历史将在“大金碗”卢塞尔体育场书写。
这座据称耗资7.6亿美元的体育场由FOSTER PARTNERS设计，号称“史上最贵”。然而贵有贵的道理，这座体育场的结构难度首当其冲。
FOSTER PARTNERS
从外观上看，项目幕墙三角形网格立面效果展现了卡塔尔传统灯笼纹饰，建筑整体呈现出阿拉伯金色碗状器皿造型。屋面主索网采用双层轮辐式张力结构，跨度达274米，悬挑距离为76米，形如一个巨大的车轮状的“碗盖”。
“看门道”还需内行引领。来自筑博设计的结构副总工程师、广东省超限专家王锦文博士为我们解析了卢塞尔体育场的结构设计“难”在哪里。
先从主体结构说起
卢塞尔体育场的主体结构由屋面索网、受压环梁和V形钢结构柱等组成。
A.屋面索网：径向主索共48榀，环向拉索分为上下2层，各8根；
B.受压环梁： 简称“压环”，将主索的径向拉力转化为压环内部的环向压力；
C.V形钢结构柱(V柱)：共有48片，每两片V柱在顶部相交后形成支承点，将压环的竖向重力传导至下部的24根巨型钢筋混凝土柱；
D.V柱间幕墙桁架：主要作用为增强V柱间的整体性并连接幕墙。
卢塞尔体育场结构剖透视 AMBROSIO G MEZ MORALES & CALLUM JOHN SYKES
相比网架、网壳、桁架等传统空间结构，索网结构不仅建筑效果突出，而且技术经济指标更加优越。但索网结构由只受拉的柔性索单元和承受拉压的刚性杆单元组成，属于柔性结构体系，导致其结构设计和形态分析的难度大大增加。
索网结构靠施加预应力建立几何刚度来达到稳定状态，然而并非任意结构布置方式和任意几何位形都能被预应力“刚化”。
体系复杂的屋盖
图片 Pawel Kopczynski
马鞍形的空间钢结构、柔性的索网体系、大面积张拉状态的膜材结构共同组成卢塞尔体育场的独具特色的空间屋盖结构。
卢塞尔体育场结构剖面 AMBROSIO G MEZ MORALES & CALLUM JOHN SYKES
卢塞尔体育场结构剖面 AMBROSIO G MEZ MORALES & CALLUM JOHN SYKES
屋盖从结构上可细分为索网主结构、索网次结构和膜结构三个部分。
索网结构由径向索、上内环拉索、下内环拉索、水平和竖向交叉索组成，其中内环索通过48 幅径向索与外围钢结构连接成稳定的主索系，并通过交叉索形成整体预应力索网，径向索上面设有拱杆和飞杆，在拱杆上面敷设层膜材料，层膜表面部分由48 个单元膜片组成。
屋顶结构体系非常复杂，各部分形态相互影响，且要考虑结构自重和节点、马道等部件重量的影响，需要综合考虑各种因素，实现对屋顶位移、形状和预应力的控制。
图片来源 FIFA World Cup 2022
图片 NIGEL YOUNG
施工精度要求高
主索网张拉的成功与否直接关系到整体工程的成败，索膜工程施工精度对屋面最终位形和屋面排水的影响非常大。
“要造好这个‘大金碗’，每道工序的误差都要控制在毫米级。”项目屋面工程的施工经理表示。
在屋面索提升的施工过程中，项目采用智能同步液压提升系统，通过千斤顶及泵站上的传感器，将位移量和压力数值传递至主控制室，间歇式对所有轴线连续同步提升，对位移量、索力进行监控，与全景模拟仿真计算数值实时对比，保障了屋面结构的安全及精度要求。
卢赛尔体育场施工现场 图片来源 chinagate.cn
回望卡塔尔近十年的发展，一座座高层地标建筑：多哈大厦、卢塞尔塔、滨海双子塔、卡塔拉塔等进入公众的视野。在沙漠性气候区建设超高层建筑是一个巨大的挑战，建筑不仅要承受长期高强度的紫外线照射，还要抵抗强力温差的恶劣气候。
多哈的高层建筑 图片来源 dreamstime.com
从“大金碗”看超限结构
国内近十年复杂体系结构及超高层建筑像雨后春笋般纷纷拔地而起。筑博设计也在复杂体系结构和超高层建筑设计领域不断地实现技术的突破。筑博设计从深圳出发，超高层建筑项目的版图逐渐拓展至全国各重要区域。
综合当地的特色元素，设计团队将城市中心打造得更具活力和体验感，为建设单位创造更多的商业价值。如大跨度高空连体的金地威新中心、复杂体型结构的光明公共服务平台、大跨悬挑异形结构的龙华两馆、大跨度屋盖结构的崖州三馆等，还有300米以上高度的超高层建筑如碧桂园贵阳中心、城脉中心、深圳中心天元、深圳宝能中心等。
我们将建筑融入城市，上述建筑不止被定位为最具代表性的地表综合体，同时也为未来城市高密度综合体的设计探索提供了平台。
大跨度高空连体的金地威新中心
复杂体型结构光明公共服务平台
大跨悬挑异形结构的龙华两馆（深圳美术馆新馆&深圳第二图书馆）
大跨度屋盖结构的崖州三馆（方案过程图）
全钢结构的350米高汉京中心
300米高旋转斜柱的前海世茂金融中心
贵阳中心
城脉中心
深圳中心天元
深圳宝能中心
除了上述地标性建筑，目前200米以上的公建项目及150米以上住宅项目越来越多。
如龙华区观城城市更新项目住宅高度达到180米，南山区沙河街道城市更新（绿景白石洲）住宅项目塔楼高度更是达到250米，且多为不规则超限建筑，大多存在弱连接楼盖、大跨复杂转换、单向少墙、多塔等不规则项，给结构设计带来了层出不穷的挑战。
龙华区观城城市更新
南山区沙河街道城市更新（绿景白石洲）
不仅超限结构，筑博设计的结构工程师们也在实践中总结经验并不断打磨其他方面的专业技术。
筑博培训学院的结构课程结合以往项目的案例，展示复杂结构设计中的常见问题，及解决思路。旨在让专业负责人加强结合实际的结构概念设计能力，提升设计水平，避免类似问题或错误的反复出现。
李斌
筑博设计结构副总工程师
城脉建筑设计结构总工程师
11月26日，由筑博设计结构副总工程师、城脉建筑设计结构总工程师李斌带来了《结构与建筑配合常见问题》与《常见结构设计及施工失误的处理》课程。
课堂上介绍了在设计过程中，建筑专业与结构专业容易出现问题的各个方面，供结构负责人在项目管理过程中重点关注并采取措施，减少项目错漏碰问题的出现。
课程重点关注楼梯，扶梯，电梯，桩基础等方面，根据不同类型现场失误处理的案例，结合出现的原因，探讨如何避免此类问题出现及需要采取的相关措施。
应对结构与建筑的配合、结构设计及施工失误的问题，筑博设计结构工程师们有了哪些新办法？
结构与建筑的配合方面：
城脉建筑设计 结构一部 朱梓铭
建筑楼板边界问题：无建筑节点，平面无填充，结构容易搞错边界位置。因画楼梯未注意建筑门洞，梯柱挡门，结构画完楼梯需把梯柱落到建筑图上，复核一遍，并提给建筑同事套上，以防建筑后期调整门洞导致梯柱挡门。
广佛分公司 结构部 骆利彬
项目未施工，在校对过程中发现问题：设计人设计楼梯时只看楼梯大样图，建筑楼梯大样图没表达集水井，只表达了隔墙，结构在隔墙内设置梯柱，当校对人将梯柱落到地下室图纸时，发现与集水井打架，若按原梯柱施工，会导致集水井无法安装。
深圳分公司 结构三部 杨华
裙房商业墙身经常会出现建筑表达结构构件的位置与结构图实际梁位、柱位不符、或者建筑未剖切到的位置结构做法不符合建筑立面的情况，导致建筑立面无法达到设计效果或者出现不满足消防验收等情况。
筑博设计（深圳）有限公司 结构研发中心 卢鹏
因节点时间比较急，结构通常难以全盘校对建筑图，如大样图普遍存在赶图依葫芦画瓢的情况，此时容易出现建筑结构对不上的情况。
如结构变墙厚时候未与建筑沟通，在核心筒内部变截面，导致上不楼层建筑控制利用不充分。时间充裕时，结构应对建筑图追根溯源，搞清楚每个大样的由来影响，以及平面有无错漏。建筑亦需要对结构模板图深刻理解并核对。
施工失误后的处理方面：
深圳分公司 结构一部 朱勇
某人防区域顶板，楼梯间与车库有高差，通过小楼梯过度，施工单位人防上没有开门洞，本来降板的区域与周边做一样高了，导致楼梯跑不出来。后续经与建筑协商，从上一层出来，往下到车库，避免了再开凿板。
城市建筑设计 结构一部 陈晓杨
与隔壁项目医院共用外墙，医院项目施工较早，现场未预留这边项目的梁板插筋，和预留止水钢板。
由于交接位置刚好是市政路范围，上面覆土及行车荷载，可能导致交接面开裂渗水的情况。梁板钢筋考虑后植的情况下，增加梁板加腋，降低交界面开裂，同时增设两道止水条。避免后期渗水。
城市建筑设计 结构三部 施传潮
标准层位置窗户正常设置，到了屋面层由于建筑内部造型设置的跃层的通高窗，结构仍按标准层布置梁，未退梁，造成通高窗打断，最后的处理方式是方案调整内部，取消通高窗，结构不处理。
广佛分公司 结构部 唐伟杰
建筑因套错外轮廓线，提供了错误坐标，施工打完塔楼桩时复核发现于地下室错位600mm。处理方案是及时上报项目负责人及上级领导，同时与建筑核查错误原因，寻找最省最有效的处理方案，所幸移位不多，最后补桩十几条解决。
后续工作中要求建筑必须已参照提供坐标，同时绑定提供总图，结构设计应逐个校核坐标，专负复核，对施工交底，标高须与建筑专业图纸核对无误后方可施工，坐标定位须与建筑总图核对无误后方可施工。
课程现场 筑博培训学院
专业内容指导：
王锦文
工学博士 | 博士后
筑博设计结构副总工程师
筑博设计（深圳）有限公司
结构总工程师
结构研发中心总经理
筑博培训学院是筑博设计结合当下市场和行业发展趋势，基于自身26年的实战经验沉淀出一套面向集团内部的人才战略培养方案。从2021年6月开始，筑博培训学院推出多个系列课程，赋能不同阶段的建筑从业人员提升工作能力，获得岗位胜任力，成为集团面向未来的中坚力量。课堂通过导师案例讲解、学员案例分享、导师学员开放式讨论等方式灵活展开，让学员和导师在活跃的气氛中共同探讨相关主题，分享相关经验，学习专业知识。
