1 工程概况 

大连国际会议中心方案由奥地利蓝天组建筑事务所( COOPHIMMELB( L) AU) 创作，结构方案至施工图设计完全由大连市建筑设计研究院独立完成。工程地点位于大连海港东部海边。工程总建筑面积14． 5 万m2 ，主要功能为举办各种大型国际会议和歌剧演出。大连国际会议中心造型独特，结构异常复杂，用钢桁架连接 16 个竖向交通筒体，在标高15． 3m 形成会议中心钢平台; 该平台周边设置7 个500 人以上的会议厅; 建筑物中心设置一座与钢平台部分脱离的1 700 座歌剧院; 各会议厅屋面上设置小会议室、咖啡座和设备间等附属用房; 钢平台夹层区设办公和歌剧院演员化妆间。位于交通筒顶部有总计15 个屋盖支座，形成不规则大悬挑屋盖。屋盖中部悬挂异形天桥，用以连接标高15． 3m 以上平台与歌剧院、各种小会议室等使用空间; 曲面外围框架结构与屋盖、钢平台连接，形成抗风、抗震、抗温度作用的组合整体结构。除交通筒体为型钢框架外包钢筋混凝土结构外，其余结构为钢结构，建筑物长边220m，短边213m，高59m。经计算统计用钢量为3 万余t。 

2 建筑方案 

大连国际会议中心效果图见图1，施工中整体照片见图2。层1( 图3) 为入口大堂区、展览区和部分餐饮商业区。层2 为办公区( 夹层区) ，标高10. 0m。层3( 图4) 为会议功能区，标高15． 0m，包括7 个会议厅、2 000 人达沃斯主会场区( 可举办1 000人宴会) 、4 000m2 多功能平台、1 700 座歌剧院。层4( 图5 ) 为小会议室、咖啡座休闲区，标高17． 85m。层5( 图6) 为小会议区以及吊走廊区，标高28． 5 m，相应的各个剖面见图7，8。

3 结构设计方案 

3． 1 建筑师的结构概念 大连国际会议中心外形复杂，没有规律，但内部空间建筑师有结构概念和要求。按照建筑师的概念，层1 为主入口和展览空间，主要会议使用空间设在层2 标高为15． 3m 的钢平台上。 竖向交通筒体作为整体会议中心的竖向和水平承载构件，见图9; 由钢桁架系统将交通筒串联形成钢平台，在钢平台中部设置歌剧院，见图10; 会议中心屋盖支座设于13 个交通筒上，见图11; 钢平台和屋盖悬挂曲面外围幕墙框架结构，形成复杂的外部造型，见图12; 钢平台上各会议空间由悬挂吊桥相互联系，见图10; 为解决会议中心办公和演出需要的空间，钢平台中间设置夹层( 图8) ，形成局部双层桁架系统。   

3． 2 建筑方案对结构影响 大连国际会议中心建筑方案对结构设计提出了非常大的挑战，其表现为: ( 1) 建筑物竖向质量分布极不均匀，大部分质量集中于15． 3m 钢平台上，头重脚轻，对抗震极为不利，质量分布见图13。 ( 2) 交通筒体数量多，平面分布不均匀，形成多塔，筒之间钢桁架跨度差异较大，并在四周形成较大的悬挑桁架; 屋盖支座分布不均匀且稀少，形成屋盖大量悬挑，见图14; 屋盖支座反力巨大，见表1。

( 3) 曲面外围护框架结构受力复杂，不但要悬挂幕墙系统，而且要将屋盖和钢平台组合成结构整体，三者相互依赖性，不能分离。 ( 4) 歌剧院结构质量和刚度较大，地震作用下对整体结构有较明显影响。 ( 5) 由于建筑声学要求较高，楼板和隔墙质量较大，造成结构自重大，地震作用反应明显。 ( 6) 钢平台悬桃跨度较大，楼板振动明显，影响使用舒适性，需进行减振处理。 ( 7) 屋盖、钢平台、外围护结构交织在一起，不易分缝处理，整体结构受温度和地震作用的影响较明显。 3． 3 结构设计方案 根据建筑师的方案设计要求，经过多次讨论、协商和初步计算，确定最终结构方案如下: ( 1) 利用交通筒作为主要竖向和水平承载构件，结构形式为内藏钢桁架钢筋混凝土筒体，筒体上部设置屋盖支座，现场照片见图15。 ( 2) 钢平台采用钢桁架，连接14 个筒体，并向四周悬挑，钢平台中设置夹层，形成局部双层桁架系统以满足建筑功能需要，现场照片见图16。 ( 3) 在钢平台上设置各会议厅次结构，这些次结构能独立保持稳定且具有抗震能力，次结构为钢结构，现场照片见图17。 ( 4) 歌剧院观众厅部分与钢平台局部脱离，后舞台部分与整体钢平台连接，观众厅由V 形柱和钢环梁支托起来，以减少对整体结构的影响，歌剧院为钢结构，剧场下部V 形柱照片见图18，剧场环梁照片见图19。 ( 5) 屋盖采用双向管桁架，支承于筒体上部，具有足够刚度，满足悬挑和各种悬挂荷载需要，屋盖构造照片见图20。 ( 6) 根据建筑师外围方案要求，采用连续曲面框架系统，不同部位采用不同性能的节点，将屋盖、钢平台连接成空间组合结构，照片见图21。 ( 7) 钢平台楼板为钢筋混凝土组合楼板，各会议厅上部屋盖为满足防火和隔声的需要也采用组合楼板。

4 结构设计、计算分析的总体要求 

4． 1 结构设计原则 大连国际会议中心结构的复杂程度超出目前国内设计规范所涵盖的范围，根据国内外设计经验，该工程应制定安全合理的准则和目标，也就是结构性能化设计思想和要求，这些性能化设计包括抗震、抗风、抗温度作用、抗火、抗腐蚀及抗连续倒塌等内容［1-7］。本工程性能化设计的目标和做法已得到国家有关专家机构和管理部门的批准和认可。 4． 1． 1 结构抗震的性能化要求 ( 1) 工程设计设防烈度为7 度，抗震分类乙类，结构重要性系数为1． 1; 结构在小震和中震作用下完好、无损伤，一般不经过修理即可使用，人员不会因为结构损坏造成伤害，可安全出入和使用; 在大震作用下，结构基本完好，仅有个别构件( 混凝土) 出现轻微裂缝，非主要受力的钢构件出现屈服，可安全出入和使用［8］。 ( 2) 构件承载力控制要求。钢结构主要杆件，如屋盖支座区域杆件、大跨度钢平台桁架端部杆件、悬挑屋盖支座区域上下弦杆、钢平台悬挑桁架根部杆件应力比不大于0． 7，大震不屈服; 其余主桁架、屋盖主要杆件应力比不大于0． 8 ～ 0． 9，中震弹性或不屈服; 其余杆件小震弹性，应力比可控制在1． 0 左右;交通筒体内钢桁架角柱中震弹性，其余为中震不屈服; 混凝土构件满足大震作用下截面控制条件; 曲面外围护框架柱为中震不屈服，其余为小震弹性［9，10］。 4． 1． 2 结构抗风荷载的性能化要求 工程结构体型复杂，按100 年一遇风荷载标准设计主要抗侧力结构，保证结构构件为弹性; 曲面外部围护框架结构强度也应满足100 年一遇风荷载作用下的弹性要求，按照风洞试验结果进行整体计算与设计。 4． 1． 3 结构抗温度作用的性能化要求 大连国际会议中心结构是由若干结构单元组合而成的空间组合体，单元间互相依赖，不可分离; 结构体量庞大，温度作用影响明显。结构在温度作用下吸收的能量在建造过程中需要适当释放，使用过程中支座构造上应允许控制温差下局部敏感部位可通过位移和转角来消耗温度作用的不利影响，这种性能化的要求主要体现在: 1) 建造过程中采取分段建造，在合理温度下合拢，释放部分温度应力; 2) 采用位移转角式屋盖支座，适当调整屋盖变形、应力状态，支座构造见图22; 3 ) 外围护框架结构与屋盖和钢平台连接处采用万向铰节点，有条件、有控制地释放不均匀温度应力，使围护结构能保持正常使用状态，减少玻璃幕墙和金属幕墙损坏，万向铰节点照片见图23; 4) 适当加强曲面外围护框架结构抗温度作用的能力，增加斜杆，减小变形，保护曲面围护框架的安全使用，曲面框架照片见图24。

4． 1． 4 结构构件抗火性能化要求 大连国际会议中心为全钢结构工程，内部使用空间相互交错，防火设计非常重要。在设计中根据防火性能化计算的要求，区分重点防火部位，加强结构构件防护，延长耐火极限时间，对结构关键部分杆件适当降低构件应力，提高耐火能力; 对个别易发生火灾部位，如桁架夹层部位，建议增加灭火设备，延长灭火喷淋时间，保证整体结构在一般火灾下，主要控制构件不屈服，特大火灾下，在设防时间内结构不倒塌。 4． 1． 5 结构抗腐蚀要求 由于工程地处海边，盐雾对钢结构腐蚀严重，为保证工程结构耐久性使用要求，除制订钢材防腐加工要求外，对现场焊接部位处理和防腐喷涂均制订严格措施，对重要外露部件采用耐腐蚀钢材。 4． 1． 6 结构舒适使用的性能要求 由于结构悬挑部位多，跨度不均匀，应控制结构舒适使用性能，参考国内外标准进行全面核算和现场测试，提出楼板振动控制标准，制订有效减振措施，保证舒适使用［11］。 4． 1． 7 防止连接结构倒塌的要求 考虑到工程的重要性以及结构的特殊性，应保证在重要结构竖向受力柱出现折断时整体结构不产生倒塌或连续倒塌，根据本工程结构特点，采取抽柱方法进行防连续倒塌验算。 4． 2 结构计算分析原则 大连国际会议中心结构涉及领域较多，既是高层多塔钢结构，又是大跨悬挑空间组合结构，结构计算分析不能依靠单一计算程序，因此结构计算分析采用了多种计算方法，采用静、动力分析包络结果进行设计与验算。 该工程造型复杂无规律，不能采用数字化建模方法，应以Rhinoceros 建筑模型为基础，建立精确三维结构模型，主计算程序采用SAP2000［12］。 4． 3 结构计算分析内容 比较反应谱法和动力时程方法的差异性，确定结构设计采用反应谱结果的可行性; 结构变形和杆件应力比应满足性能化指标要求; 进行屋盖结构非线性稳定计算、整体温度应力计算、施工模拟计算、复杂节点有限元计算、防连续倒塌计算等。抗震计算采用三维地震波输入，并在内力组合中增加以竖向地震为主的组合工况［12］。

5 结构试验 

大连国际会议中心许多结构单元构件形状和受力状态复杂，虽然进行了详细的理论计算，由于可供参考的资料较少，因此进行了范围较大的结构试验，试验包括以下内容。 5． 1 交通筒整体模型试验 交通筒体是本工程最主要的竖向和水平受力构件。计算结果表明，筒体在地震作用下出现偏拉现象，内部钢桁架和钢板剪力墙受力状态异常复杂，其安全程度影响整体结构安全，因此进行了筒体整体模型试验。试验结果表明设计采用的构造可以满足大震不屈服的性能目标，局部薄弱部位出现明显损伤，应及时进行设计修改，保证安全需要［13］，筒体试验照片见图25。 5． 2 斜柱、钢板墙，受拉钢柱、钢梁锚固试验本工程斜柱较多，有的斜柱倾斜角度达57°; 筒体中剪力墙开洞较大，设置钢板墙数量较多，其在混凝土中工作状态需要验证; 筒体角部的型钢暗柱抗拉锚固、悬挑桁架上弦杆与筒体连接节点的锚固能力均影响到结构安全，对这些节点均进行了模型试验［14，15］。筒体角部的型钢暗柱抗拉照试验照片如图26 所示，桁架弦杆与筒体连接节点试验如图27所示。   

5． 3 K 型节点 本工程中钢平台采用宽翼缘工字钢较多，由于宽翼缘工字钢的特点，许多K 形节点如不进行补强处理，很难满足强节点弱杆件的要求，虽然经过有限元分析，仍需进行节点补强效果模型试验，以保证安全需要［16］。K 形节点试验照片见图28。 5． 4 新型节点 为满足大连国际会议中心某些特殊节点，同时满足不同方向约束需要，本工程发明了一种新型节点［17］，并对节点的性能进行了模型试验。计算和试验表明，新型节点可以达到设计要求，其试验照片见图29。 6 复杂节点处理 由于该工程外形复杂，钢平台、屋盖曲线边界收进，引起外部和内部钢平台结合部位、外围护曲面框架与屋盖、钢平台连接处出现大量复杂的节点( 图30) 。经过多方案比较，采用多种杆件杂交节点和少量铸钢节点( 图31) 。经过详细的计算分析，这些节点能满足设计和施工要求。 

  7 结语 

  大连国际会议中心结构设计由本院设计团队独立完成。在方案和设计过程中，对这种复杂的结构边界、起拱值等进行有效控制，工程设计和施工建设都得到较顺利的实现。 实践表明，大连国际会议中心采取的性能化设计方法，对提高设计质量，保证结构整体性、安全性、经济性是必要的。对复杂结构采用精确的三维结构模型，有利于提高设计、加工、制作、安装质量; 本工程的许多结构试验不但验证了结构设计构造措施的安全可靠，同时也填补了多项国内空白，促进国内设计工作的发展。 参考文献 ［1 ］ 徐培福，傅学怡，王翠坤，等． 复杂高层建筑结构设计［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2005． ［2 ］ 谢礼立，马玉宏，翟长海． 基于性态的抗震设防与设计地震动［M］． 北京: 科学出版社，2009． ［3 ］ 李刚，程耿东． 基于性能的结构抗震设计: 理论、方法与应用［M］． 北京: 科学出版社，2004． ［4 ］ GHOBARAH A． Performance-based seismic design of tall building structures beyond the code-specification ［J］．Engineering Structures，2001，23( 12) : 1525-1543． ［5 ］ 沈世钊． 大跨空间结构理论研究若干新进展［C］/ / 结构防灾、监测与控制［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2008: 1-20． ［6 ］ 马宏旺，吕西林． 建筑结构基于性能抗震设计几个问题［J］． 同济大学学报: 自然科学版，2002，30 ( 12 ) : 99-102． ［7 ］ CECS 160: 2004 建筑工程抗震性态设计通则［S］． 北京: 中国工程建设标准化协会，2004． ［8 ］ GB 50011—2001 建筑抗震设计规范［S］． 2008 年版． 北京: 中国建筑工业出版社，2008． ［9 ］ GB 50017—2003 钢结构设计规范［S］． 北京: 中国计划出版社，2003． ［10］ 傅学怡． 国家游泳中心水立方结构设计［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2009． ［11］ 曹乐，左清林，王立长，等． 大连国际会议中心楼盖振动测试与分析［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 58-65． ［12］ 王立长，李东方，韩光翔，等． 大连国际会议中心结构分析［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 7-14． ［13］ 王立长，王国雷，刘楠，等． 大连国际会议中心支撑筒设计与试验研究［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 27-32． ［14］ 曲鑫蕃，姜拥军，邱旭光． 支撑筒角部钢柱抗拔锚固设计试验研究［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 66-70． ［15］ 邱旭光，李东方，姜拥军，等． 钢桁架与钢支撑桁架混凝土筒体连接节点试验研究［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 71-73． ［16］ 温海林，姜波，曹乐，等． 宽翼缘型钢桁架K 形节点设计试验研究［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 45-48． ［17］ 王国雷，刘楠，温海林，等． 大连国际会议中心新型节点设计与试验研究［J］． 建筑结构，2012，42( 2) : 33-37．