前言
對大型公共建筑由外造型和內(nèi)功能所決定的平面及豎向上的復(fù)雜變化以及特殊空間需求，通過立體管桁架+混凝土框架結(jié)構(gòu)體系實(shí)現(xiàn)；對大跨度空間結(jié)構(gòu)及特殊形式柱，簡要探討了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及設(shè)計(jì)控制準(zhǔn)則，完成了多管相交節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，同時(shí)在整體中而非孤立地考察了局部關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)；設(shè)計(jì)流程中引入了BIM技術(shù)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了有效的專業(yè)配合、設(shè)計(jì)優(yōu)化深化、設(shè)計(jì)校審及施工配合。
項(xiàng)目名稱：重慶萬達(dá)旅游城萬達(dá)茂項(xiàng)目丨娛雪樂園
項(xiàng)目地點(diǎn)：重慶市沙坪壩區(qū)西永
業(yè)主單位：重慶萬達(dá)城投資有限公司
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：重慶市設(shè)計(jì)院丨第一建筑設(shè)計(jì)院
建筑面積：2.9萬平方米
設(shè)計(jì)時(shí)間：2017～2018年
項(xiàng)目背景及概況
重慶萬達(dá)茂（Wanda Mall）是超大型文化旅游項(xiàng)目，位于重慶市沙坪壩區(qū)西永片區(qū)，項(xiàng)目地塊南側(cè)緊臨西井大道，為城市主干道；西側(cè)文旅西二路為城市次干道。本項(xiàng)目總建筑面積21.4萬㎡，由商業(yè)街和大型室內(nèi)主題樂園（溫泉水樂園、海洋樂園、娛雪樂園）組成。商業(yè)街與主題樂園由中間消防通道分開各自獨(dú)立，三大樂園間通過結(jié)構(gòu)縫脫開。
三個(gè)樂園中的娛雪樂園是目前全球最先進(jìn)的第四代室內(nèi)滑雪場，場內(nèi)設(shè)有多條不同坡度雪道，還有下雪體驗(yàn)區(qū)，給游客帶去北國冰雪風(fēng)景。娛雪樂園總建筑面積約2.9萬㎡，平面長向189m，短向142m，地上高度28~40m，屋蓋呈北高南低。
冷區(qū)鳥瞰圖
冷區(qū)主滑雪道效果圖
結(jié)構(gòu)體系
娛雪樂園下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，分別在西南側(cè)有三層結(jié)構(gòu)（暖區(qū)），在東南側(cè)和西北側(cè)有單層滑雪道結(jié)構(gòu)，在東側(cè)有三層滑雪道結(jié)構(gòu)，均為混凝土框架結(jié)構(gòu)與外圍大空間框架相連；西側(cè)單層混凝土框架與外圍大空間框架設(shè)縫脫開。屋蓋結(jié)構(gòu)為大跨度立體鋼桁架結(jié)構(gòu)，采用倒三角形立體管桁形式，支座位于下部外圍框架柱上。桁架矢高3.9~9.2m，最大跨度80.3m。
下部結(jié)構(gòu)平面
屋蓋結(jié)構(gòu)平面(主桁架)
結(jié)構(gòu)側(cè)立面
滑道結(jié)構(gòu)剖面
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算分析采用整體建模，以考慮上下部結(jié)構(gòu)協(xié)同。
下部混凝土結(jié)構(gòu)
上部鋼結(jié)構(gòu)
整體建模
結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性
整體穩(wěn)定分析顯示，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)首先體現(xiàn)為屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，各失穩(wěn)形態(tài)為局部性桁架的側(cè)向彎曲扭轉(zhuǎn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性安全系數(shù)均≥4.2。下部混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性則顯著高于屋蓋鋼結(jié)構(gòu)部分，其穩(wěn)定安全系數(shù)是屋蓋鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)的近2倍，失穩(wěn)形態(tài)呈現(xiàn)一定的整體性結(jié)構(gòu)傾覆。
屋蓋鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形態(tài)
下部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)形態(tài)
下部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)最大變位剖面
外圍混凝土框架柱穩(wěn)定性
建筑專業(yè)提出在外圍框架柱內(nèi)檢修通行的功能性需求，因此外圍大柱采用格構(gòu)柱（帶層間梁的框架）。對懸臂柱分析表明，按桿單元和實(shí)體單元建立的格構(gòu)柱與按桿單元建立的實(shí)腹工字形柱三者失穩(wěn)時(shí)形態(tài)一致，穩(wěn)定承載力接近，柱內(nèi)開洞后對穩(wěn)定承載力影響不明顯。此外，混凝土結(jié)構(gòu)分肢柱穩(wěn)定性高于整體格構(gòu)柱。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按規(guī)范剛性屋蓋單層排架柱取計(jì)算長度控制整體格構(gòu)柱二階效應(yīng)基準(zhǔn)，同時(shí)偏安全按分肢與整體格構(gòu)柱等穩(wěn)定性原則控制分肢穩(wěn)定性，進(jìn)行承載力設(shè)計(jì)。
格構(gòu)柱與實(shí)腹柱、桿單元與實(shí)體單元模型對比
節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
固定鉸支座及滑動(dòng)支座均采用成品球形鋼支座，球形鋼支座上承鑄鋼節(jié)點(diǎn)及一般節(jié)點(diǎn)。
一般節(jié)點(diǎn)
鑄鋼節(jié)點(diǎn)
分析計(jì)算表明，采用全固定鉸支座方案時(shí)，個(gè)別支座水平剪力很大，而通過設(shè)置若干滑動(dòng)支座，可有效調(diào)節(jié)支座剪力峰值，將水平剪力的局部集中效應(yīng)擴(kuò)散至周邊。但這為支座節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)分析帶來了新問題，以往將節(jié)點(diǎn)單獨(dú)作為隔離體施加約束和荷載的方式，難以準(zhǔn)確模擬支座滑動(dòng)的邊界條件。借助目前可用的通用結(jié)構(gòu)分析手段，將細(xì)分網(wǎng)格的滑動(dòng)支座節(jié)點(diǎn)代入整體結(jié)構(gòu)模型，可獲取節(jié)點(diǎn)在實(shí)際邊界條件中各工況下的應(yīng)力情況，只是耗時(shí)較長。
滑動(dòng)支座鑄鋼節(jié)點(diǎn)整體分析
對于在空間上難以避免的多管相交的相貫節(jié)點(diǎn)，借助通用有限元分析進(jìn)行承載力復(fù)核。分析計(jì)算表明，橫向內(nèi)加勁是一種加強(qiáng)相貫節(jié)點(diǎn)的十分高效的方式，然而多數(shù)情況下主管承載力足夠，但支管卻彼此搭接較多相互削弱，此時(shí)需要增大主管管徑減少支管搭接。因此合理的相貫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)是“主管剛硬，支管分離”的。
主管630x30，無加勁
主管630x30，橫向內(nèi)加勁3道
主管965x50，橫向內(nèi)加勁4道
檁條設(shè)計(jì)
檁條系統(tǒng)分上下檁，上承幕墻金屬屋面板，下掛冷庫保溫板，上下檁分別以主桁架上下弦桿為支座在桁架間跨越,為鋪掛板創(chuàng)造更容易的敷設(shè)條件。但一般桁架間距較大，桁架倒三角的形式?jīng)Q定了下檁比上檁需要跨越更大的跨度。若通過對下檁增設(shè)吊點(diǎn)減小其跨度，有兩種方案：（1）斜拉至桁架上弦桿；（2）豎向上吊至上檁條。比較分析可知，后者節(jié)點(diǎn)連接更為方便，同時(shí)可避免前方案因桁架間可能的差異撓曲引起的對兩斜桿拉壓的類桁架效應(yīng)。
方案一&方案二
檁條系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于BIM的運(yùn)用
Revit和Tekla建模在不同階段的適時(shí)引入，為結(jié)構(gòu)專業(yè)橫向與各專業(yè)（幕墻、保溫、建筑、暖通、制冷造雪等）以及結(jié)構(gòu)專業(yè)內(nèi)部縱向（設(shè)計(jì)深化、校審、施工等）的配合提供了準(zhǔn)確便捷的可視性審查手段，對于大型復(fù)雜空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理化及設(shè)計(jì)管理的前后延伸是有益且必要的。隨著設(shè)計(jì)工具的不斷升級，關(guān)鍵環(huán)節(jié)的逐漸打通，技術(shù)間相互融合，“所見即所得，像造車一樣造房”在設(shè)計(jì)端的提前實(shí)現(xiàn)似乎可期。
Revit建模
Tekla建模
典型空間型相貫節(jié)點(diǎn)的Tekla建模及施工實(shí)況
大跨度鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)
大跨度鋼結(jié)構(gòu)一般體量及尺度較大，需抬升至屋面高度與下部結(jié)構(gòu)最終形成整體結(jié)構(gòu)共同受力。根據(jù)設(shè)備能力及現(xiàn)場條件，抬升時(shí)可將屋蓋作為整體或者將屋蓋分區(qū)分段，抬升就位方式一般也可分為直接吊裝就位或先抬升后滑移就位等。雖然鋼結(jié)構(gòu)的工廠化程度高，但是運(yùn)輸條件等的限制意味著即使分區(qū)分段后仍需要進(jìn)一步化整為零。因此，從工廠到現(xiàn)場再到高空，人員、機(jī)械及環(huán)境等交互作用，在每個(gè)環(huán)節(jié)中能力與邊界條件所決定的綜合距離，即是從設(shè)計(jì)圖紙到現(xiàn)實(shí)的距離。
現(xiàn)場胎架拼裝
500噸履帶式起重機(jī)吊裝
實(shí)景航拍圖
