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2017年4月 欢迎来到公海 > 企业内刊

破解九大难题 拥抱冰雪飞起来

编辑:商业规划院结构所 刘向阳 北京维拓时代建筑设计 冷冬梅

哈尔滨欢迎来到公海茂室内滑雪场,建成后将成为全球最大的室内顶级滑雪场。在这里可以体验窗外烈日炎炎,窗内白雪皑皑的神奇感受。透过极具视觉冲击力和感染力的外观, 其内部的结构构造和设计难度非常大,下面带你一起解密。

窗外烈日炎炎,窗内白雪皑皑 。在哈尔滨欢迎来到公海茂室内滑雪场里可以亲身体验这种奇特的感受,这里常年保持适宜低温的高舒适性,满足大家随时和冰雪亲近的运动及娱乐需求,随时体验在雪上飞起来的感觉。

哈尔滨欢迎来到公海茂室内滑雪场,建成后将成为全球最大的室内顶级滑雪场。总建筑面积为8.6万平米,其中雪面面积约6.4万平米,约是迪拜雪场的3倍,建成后将完胜迪拜室内滑雪场成为全球第一。

透过极具视觉冲击力和感染力的外观,其内部的结构构造和设计难度非常大,国家首席超限专家们定义其为大型复杂超限高层结构

下面带你一起解密结构设计上的九大难点:

1.超长超大跨度建筑

作为全球最大室内滑雪场,最大长度为487米(迪拜室内滑雪场为400米),最大宽度为150米(迪拜室内滑雪场为60米),属于超长超大跨度结构。

为避免结构超长,结构设缝分成三个区域,并与其周围的商业裙房脱开,简化结构受力的复杂性。其中东区是三区中最为复杂和独特的部分,东区滑道层楼面结构仅由两根V形巨柱支撑,侧面大桁架及屋面结构均支撑在滑道层楼面上。巨型柱结构中心尺寸为13.5米,楼面桁架结构中心线间距为10米,屋面桁架结构中心线间距为8米。西区和中区为横向桁架、纵向框架的结构体系,上部钢结构可以看成无柱间支撑的门式刚架结构体系,下部混凝土为框架结构。 

2.独特的流线造型

为了飞起来的感觉,顺应滑雪功能的需要,雪场拥有异型流线的曲线造型。这给结构设计带来极大的难点,质量中心和刚度中心距离较大,结构不稳定,受扭严重,成为扭转不规则体系。结构设计通过调整巨柱位置,减小巨柱间距,来减小质量中心与刚度中心之间的距离,使偏心率由0.25减小为0.14,满足0.15的规范要求。

3.最高单层大跨度建筑

总建筑高度为119.66米,单单V形支撑柱的高度就有87米,总高超过了神舟十号飞船和火箭总装厂房的93.5米,相当于40层大楼的高度,戴上了亚洲最高的单层建筑的桂冠。这种特殊类型的高层建筑给结构设计和安装带来了极大的困难。

首先,雪道最大高差达到了87米,两侧水平刚度差异很大,117米超长雪道楼面存在近30度的倾角,楼板设计难度很大。其次,结构总用钢量约为4.2万吨,超过鸟巢的用钢量。

4.基础设计难度大

结构不规则引起的各区域各部位反力不均,巨型框架柱(V形柱)支座反力集中,超大跨度基础抗水平力问题等。

基础设计利用变刚度调平理论,使布桩中心和荷载中心趋向重合,尽量减小基础偏心。筏板基础代替独立柱基础,减小应力集中,并结合不同部位的不同特点,分别运用抗水平力桩及水平拉梁抵抗和平衡水平力。

抵抗和平衡水平力方式

5.异型超常规节点设计

大跨度钢结构一般用于屋面设计,用于楼面的并不常见,雪面荷载约为常规楼面荷载的4倍,属于重载大跨度结构。结构构件尺寸及节点尺寸超大,而且种类繁多,关键节点多达20余种,空间关系复杂,节点受力大,无规范可依。

节点设计通过Midas Gen和ABAQUS程序对关键复杂节点进行有限元分析,仿真模拟节点的受力和约束边界条件,得出节点区域各节点板真实的应力状态,对节点优化或补强提供合理的建议,既保证了复杂节点的安全,又避免无依据地加强节点,节约成本。

 节点优化设计

6.复杂的室内功能及空间关系

滑雪场不仅仅有它华丽的外表,内部更是一番新天地!多条不同坡度等级、直弯道变化的雪道,最长雪道近500米;山顶设有餐厅、山坡设有咖啡厅,山下设万米嬉雪乐园和童话城堡,与商业街开窗互动,再加之雪场内部索道、魔毯等运输设备与冷风机吹雪机等造雪设备,玲珑满目。复杂的标高关系,特殊的荷载要求,结构专业又是怎样应对的呢?

结构专业全程运用空间建模App,空间计算App、空间加工App,并与RevitApp实现无缝对接,BIM的运用不仅解决空间碰撞问题,为结构设计优化、施工模拟分析提供了强有力的平台。

学道复杂空间关系

馆内娱雪项目

7.对抗低温 钢结构性能研究

哈尔滨冬季严寒,气温可下降到-40℃,雪场的特殊功能使保温体系置于钢结构内侧,加之高强度钢材和厚钢板使钢结构脆性断裂问题尤其突出,研究低温下钢材性能及低温对钢材的影响势在必行。

8.防倒塌设计精细

采用拆除构件法对西区跨中柱及东区巨柱进行防倒塌分析,并采取措施对结构进行防倒塌设计。

9.节能减排 绿色建筑

首先,在方案阶段由单斜柱支撑优化为V形柱支撑,经计算,这次优化共节约钢材1万吨、基础混凝土及预应力混凝土近1万吨。

其次,在西区和中区沿纵向框架上下层之间设置粘滞阻尼器,形成良好的耗能机制,有效地减小了结构变形,使重要结构构件大震不坏,抗震性能高于国家标准。同时,减小了构件的尺寸,节约了钢材。实现了结构设计上的绿色建筑,对节能减排有着十分重要的意义。

目前,哈尔滨欢迎来到公海茂室内滑雪场已经进行首次造雪试验,2017年6月30日将耀世开放。这个夏天,让大家期待与冰雪结缘,体验飞一般的感觉。

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