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单层刚架在工业与民用建筑中应用广泛，根据铰接点的数量，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架。通常，我们所见到的两铰刚架大多将两个铰设在柱底，如图a) 所示，结构呈中心对称布置，这在工业建筑中尤其常见。对称可能会给人以稳定、平衡、规律的感觉，但是也可能让人觉得呆板、缺少变化，因此在文化类的建筑中，也可以见到图b)所示形式的两铰刚架——它将原本位于柱底的其中一个铰移到梁柱节点，这也是深圳会展中心展厅所采用的结构形式。
深圳会展中心由德国gmp公司负责建筑设计，sbp公司负责结构设计，于2005年竣工。建筑平面尺寸为280m×540m，分为不同的功能区，其中中心区域（45m×540m）为5层的混凝土框架结构，柱距30×30m，它为整个中心提供各种必要的服务，同时可以通往包含展厅在内的各个区域（http://www./）。中心区两侧为真正的展厅（125×540m），也是我们此次关注的地方。
虽然展厅的跨度很大，但是结构形式是非常简单的两铰刚架。我们通常所见到的门式刚架，例如在工业厂房建筑中，由于跨度较小（CECS102-2002中建议：门式刚架的跨度宜在9~36m），梁、柱普遍采用实腹式构件。随着跨度的增大，刚架梁的挠度和梁柱节点弯矩显著增加，对刚架起控制作用的往往是钢架梁的跨中挠度【1】 。如果通过增大刚架截面来提高刚度，进而控制梁的挠度，是不经济的，因为钢材强度不能得到充分地利用。张弦梁由上弦刚性杆、下弦柔性索以及联系两者的撑杆组成， 作为一种自重轻、承载能力强的结构，正在得到越发广泛的应用，例如国家会议中心、广州会展中心、哈尔滨会展中心等、北京农业展览馆等，可以考虑将实腹刚架梁替换为张弦梁。对于刚架而言，在竖向荷载作用下，梁的跨中为正弯矩，梁柱节点区为负弯矩。由于索只能受拉、不能受压，因此仅能将正弯矩区的实腹式梁替换为张弦梁，在负弯矩区仍然采用实腹式构件。如果将整个实腹式刚架梁替换为张弦梁，概念上是错误的，并且在没有对索施加预应力的情况下，索可能会因为受压而退出工作，使结构处于不稳定的状态。在不同的荷载工况下，刚架的弯矩图（刚架梁反弯点的位置）会发生变换，我们可以选择一种主要工况，例如恒载作用，确定正弯矩区的范围。（需要对张弦结构在各种荷载组合作用下进行验算，确保索不出现拉力；如果索出现拉力，可以通过对其施加预拉应力或者增加结构配重等措施，消除索的拉力。） 刚架梁反弯点的位置取决于梁、柱的线刚度比。如图4，假设梁（杆② ）、柱（杆① ）均为等截面构件，两者的线刚度比为α，梁顶承担均布竖向荷载，利用位移法，通过简单的推导，可以得到梁反弯点位置x/l与α 之间的关系：
当α趋近于∞，x/l趋近于0，相当于梁、柱铰接；当α趋近于0，x/l趋近于0.292，相当于梁端被完全嵌固；事实上，x/l介于0~0.292之间。对于变截面构件（实腹式变截面构件或者张弦梁），无法给出反弯点位置的解析解，可以尝试按照以下思路试算（未经验证！）： 假设图3所示的刚架梁顶面承担均布线荷载q，赋予x初始值x=x0； ①根据叠加原理，可知梁的最大正弯矩、最大负弯矩分别为M1=q（l-x）^2/8和M2=2(ql^2/8-M1)，进而可以得到梁端剪力及刚架柱的轴力，根据强度准则，可以估算出梁、柱截面； ②按照上述截面建立有限元模型，求得x=x1； ③重复步骤①，② 经过几次迭代试算，相信可以得到一个理想的结果。
深圳会展中心作为两铰刚架，一端与地面铰接，另一端与混凝土柱上的牛腿铰接。张弦式刚架梁的上弦杆采用箱型截面，宽×高为1000×2600mm，下弦采用3根平行布置的直径为140或者150mm的钢拉杆【2】。箱型刚架柱的截面高度由下至上线性增大，在梁柱节点区最大。根据sbp 公司结构工程师Sven Plieninger 的介绍【3】，刚架梁做这么高是出于建筑视觉上的考虑 ，梁高超出了结构的受力需求。 引用资料： 【1】 石小敏, 张勇, 王元清, 等. 大跨度索支承实腹式门式刚架钢结构及其应用[J]. 工业建筑, 2003, 33(2): 68-70. 【2】 张晓燕, 郭彦林, 黄李骥, 等. 深圳会展中心钢结构屋盖起拱方案及施工技术[J]. 工业建筑, 2004, 34(12): 15-18, 31. 【3】Nikolaus Goetze，Sven Plieninger. 结构如何提升建筑美感（gmp sbp）[J]. 建筑技艺, 2012, (5): 58-77. 来源：张亚旭的博客 |
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