BIM设计案例:哈尔滨万达茂室内滑雪场结构设计难点解析

时间:2016-07-22    来源:北京维拓时代建筑设计有限公司     BIM编辑:wang

   今天和大家分享的BIM技术案例是被称为“红色舞鞋”的哈尔滨万达茂室内滑雪场结构设计,这项工程也被称为“大型复杂超限高层结构”。

1. 超长超大跨度建筑

  作为全球最大室内滑雪场,最大鞋长为487米(迪拜为400米),最大鞋宽为150米(迪拜为60米),属于超长超大跨度结构。

  结构奥妙之一:为避免结构超长,将鞋体分为三段分别设计及制作,并与其周围的商业裙房脱开,简化结构受力的复杂性。也应了最近流行的网路佳句“复杂的事情简单做,你就是专家”。

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  其中东区是三区中最为复杂和独特的部分,他是冰舞鞋隽秀的鞋跟!东区滑道层楼面结构仅由2根V型巨柱支撑,侧面大桁架及屋面结构均支撑在滑道层楼面上。巨型柱跟部中心尺寸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

  顺应滑雪功能的需要,她拥有异形流线的曲线造型。并运用超细鞋跟设计,形成一只有高度有风度极具魅力的冰舞鞋。但同时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。

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  结构奥妙之二: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。这与高跟鞋品牌Jimmy Choo有异曲同工之处,都是“穿着不会痛的高跟鞋”。

3. 最高单层大跨度建筑

  总建筑高度为119.66米,单单鞋跟的高度就有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。

  结构奥妙之三:通过MidasGen通用有限元程序对楼板进行应力仿真模拟和分析,在重力荷载作用下,楼面板和楼面梁不仅存在弯矩引起的平面外拉应力,还存在较大的平面内拉应力,为此楼板增设配筋抵抗这部分拉应力。这让我想起穿高跟鞋久了脚会有种隐隐的拉痛感,你有木有呢。。。

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  第二,结构总用钢量约为4.2万吨,超过鸟巢的用钢量,高空安装如此异形的庞然大物确实难度很大,安装方法和安装顺序也尤为重要!现场启动1000吨的履带吊进行吊装。

  结构奥妙之四:通过MidasGen程序仿真模块施工模拟分析。

  考虑安装过程中的结构形态和受力状态的变化,施工加载和卸载的变化,结合施工经验,经过反复评审和论证,最终斜筒柱(鞋跟)和主桁架(鞋底)采取单片吊装方式进行安装,东区屋面(脚踝处鞋面)采用累积滑移施工方法进行安装,西区屋面(脚尖处鞋面)采用整体提升施工方法进行安装。现主体结构已经全部安装完毕。

4.基础设计

  “冰舞鞋”的基础设计存在一系列非常规问题,结构不规则引起的各区域各部位反力不均,巨型框架柱(鞋跟处)支座反力集中,超大跨度基础抗水平力问题等。

  结构奥妙之五:因地制宜,因地布桩。结合当地经验,对各种桩型的特点进行研究,最后不同区域分别采用400直径管桩(PHC),600直径的超流态灌注桩,1000直径后压浆灌注桩,既满足结构安全又节约工程造价。

  结构奥妙之六:利用变刚度调平理论,使布桩中心和荷载中心尽量重合,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。

  结构奥妙之七: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。

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