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2017年4月 首頁 > 企業(yè)內刊

破解九大難題 擁抱冰雪飛起來

作者:商業(yè)規(guī)劃院結構所 劉向陽 北京維拓時代建筑設計 冷冬梅

哈爾濱萬達茂室內滑雪場,建成后將成為全球最大的室內頂級滑雪場。在這里可以體驗窗外烈日炎炎,窗內白雪皚皚的神奇感受。透過極具視覺沖擊力和感染力的外觀, 其內部的結構構造和設計難度非常大,下面帶你一起解密。

窗外烈日炎炎,窗內白雪皚皚 。在哈爾濱萬達茂室內滑雪場里可以親身體驗這種奇特的感受,這里常年保持適宜低溫的高舒適性,滿足我們隨時和冰雪親近的運動及娛樂需求,隨時體驗在雪上飛起來的感覺。

哈爾濱萬達茂室內滑雪場,建成后將成為全球最大的室內頂級滑雪場??偨ㄖ娣e為8.6萬平米,其中雪面面積約6.4萬平米,約是迪拜雪場的3倍,建成后將完勝迪拜室內滑雪場成為全球第一。

透過極具視覺沖擊力和感染力的外觀,其內部的結構構造和設計難度非常大,國家首席超限專家們定義其為大型復雜超限高層結構。

下面帶你一起解密結構設計上的九大難點:

1.超長超大跨度建筑

作為全球最大室內滑雪場,最大長度為487米(迪拜室內滑雪場為400米),最大寬度為150米(迪拜室內滑雪場為60米),屬于超長超大跨度結構。

為避免結構超長,結構設縫分成三個區(qū)域,并與其周圍的商業(yè)裙房脫開,簡化結構受力的復雜性。其中東區(qū)是三區(qū)中最為復雜和獨特的部分,東區(qū)滑道層樓面結構僅由兩根V形巨柱支撐,側面大桁架及屋面結構均支撐在滑道層樓面上。巨型柱結構中心尺寸為13.5米,樓面桁架結構中心線間距為10米,屋面桁架結構中心線間距為8米。西區(qū)和中區(qū)為橫向桁架、縱向框架的結構體系,上部鋼結構可以看成無柱間支撐的門式剛架結構體系,下部混凝土為框架結構。 

2.獨特的流線造型

為了飛起來的感覺,順應滑雪功能的需要,雪場擁有異型流線的曲線造型。這給結構設計帶來極大的難點,質量中心和剛度中心距離較大,結構不穩(wěn)定,受扭嚴重,成為扭轉不規(guī)則體系。結構設計通過調整巨柱位置,減小巨柱間距,來減小質量中心與剛度中心之間的距離,使偏心率由0.25減小為0.14,滿足0.15的規(guī)范要求。

3.最高單層大跨度建筑

總建筑高度為119.66米,單單V形支撐柱的高度就有87米,總高超過了神舟十號飛船和火箭總裝廠房的93.5米,相當于40層大樓的高度,戴上了亞洲最高的單層建筑的桂冠。這種特殊類型的高層建筑給結構設計和安裝帶來了極大的困難。

首先,雪道最大高差達到了87米,兩側水平剛度差異很大,117米超長雪道樓面存在近30度的傾角,樓板設計難度很大。其次,結構總用鋼量約為4.2萬噸,超過鳥巢的用鋼量。

4.基礎設計難度大

結構不規(guī)則引起的各區(qū)域各部位反力不均,巨型框架柱(V形柱)支座反力集中,超大跨度基礎抗水平力問題等。

基礎設計利用變剛度調平理論,使布樁中心和荷載中心趨向重合,盡量減小基礎偏心。筏板基礎代替獨立柱基礎,減小應力集中,并結合不同部位的不同特點,分別運用抗水平力樁及水平拉梁抵抗和平衡水平力。

抵抗和平衡水平力方式

5.異型超常規(guī)節(jié)點設計

大跨度鋼結構一般用于屋面設計,用于樓面的并不常見,雪面荷載約為常規(guī)樓面荷載的4倍,屬于重載大跨度結構。結構構件尺寸及節(jié)點尺寸超大,而且種類繁多,關鍵節(jié)點多達20余種,空間關系復雜,節(jié)點受力大,無規(guī)范可依。

節(jié)點設計通過Midas Gen和ABAQUS程序對關鍵復雜節(jié)點進行有限元分析,仿真模擬節(jié)點的受力和約束邊界條件,得出節(jié)點區(qū)域各節(jié)點板真實的應力狀態(tài),對節(jié)點優(yōu)化或補強提供合理的建議,既保證了復雜節(jié)點的安全,又避免無依據(jù)地加強節(jié)點,節(jié)約成本。

 節(jié)點優(yōu)化設計

6.復雜的室內功能及空間關系

滑雪場不僅僅有它華麗的外表,內部更是一番新天地!多條不同坡度等級、直彎道變化的雪道,最長雪道近500米;山頂設有餐廳、山坡設有咖啡廳,山下設萬米嬉雪樂園和童話城堡,與商業(yè)街開窗互動,再加之雪場內部索道、魔毯等運輸設備與冷風機吹雪機等造雪設備,玲瓏滿目。復雜的標高關系,特殊的荷載要求,結構專業(yè)又是怎樣應對的呢?

結構專業(yè)全程運用空間建模軟件,空間計算軟件、空間加工軟件,并與Revit軟件實現(xiàn)無縫對接,BIM的運用不僅解決空間碰撞問題,為結構設計優(yōu)化、施工模擬分析提供了強有力的平臺。

學道復雜空間關系

館內娛雪項目

7.對抗低溫 鋼結構性能研究

哈爾濱冬季嚴寒,氣溫可下降到-40℃,雪場的特殊功能使保溫體系置于鋼結構內側,加之高強度鋼材和厚鋼板使鋼結構脆性斷裂問題尤其突出,研究低溫下鋼材性能及低溫對鋼材的影響勢在必行。

8.防倒塌設計精細

采用拆除構件法對西區(qū)跨中柱及東區(qū)巨柱進行防倒塌分析,并采取措施對結構進行防倒塌設計。

9.節(jié)能減排 綠色建筑

首先,在方案階段由單斜柱支撐優(yōu)化為V形柱支撐,經(jīng)計算,這次優(yōu)化共節(jié)約鋼材1萬噸、基礎混凝土及預應力混凝土近1萬噸。

其次,在西區(qū)和中區(qū)沿縱向框架上下層之間設置粘滯阻尼器,形成良好的耗能機制,有效地減小了結構變形,使重要結構構件大震不壞,抗震性能高于國家標準。同時,減小了構件的尺寸,節(jié)約了鋼材。實現(xiàn)了結構設計上的綠色建筑,對節(jié)能減排有著十分重要的意義。

目前,哈爾濱萬達茂室內滑雪場已經(jīng)進行首次造雪試驗,2017年6月30日將耀世開放。這個夏天,讓我們期待與冰雪結緣,體驗飛一般的感覺。

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