前言

對大型公共建築由外造型和内功能所決定的平面及豎向上的複雜變化以及特殊空間需求，通過立體管桁架 混凝土框架結構體系實現；對大跨度空間結構及特殊形式柱，簡要探讨了結構穩定性及設計控制準則，完成了多管相交節點設計，同時在整體中而非孤立地考察了局部關鍵節點；設計流程中引入了BIM技術，結構設計實現了有效的專業配合、設計優化深化、設計校審及施工配合。

項目名稱：重慶萬達旅遊城萬達茂項目丨娛雪樂園

項目地點：重慶市沙坪壩區西永

業主單位：重慶萬達城投資有限公司

結構設計團隊：重慶市設計院丨第一建築設計院

建築面積：2.9萬平方米

設計時間：2017～2018年

項目背景及概況

重慶萬達茂（Wanda Mall）是超大型文化旅遊項目，位于重慶市沙坪壩區西永片區，項目地塊南側緊臨西井大道，為城市主幹道；西側文旅西二路為城市次幹道。本項目總建築面積21.4萬㎡，由商業街和大型室内主題樂園（溫泉水樂園、海洋樂園、娛雪樂園）組成。商業街與主題樂園由中間消防通道分開各自獨立，三大樂園間通過結構縫脫開。

三個樂園中的娛雪樂園是目前全球最先進的第四代室内滑雪場，場内設有多條不同坡度雪道，還有下雪體驗區，給遊客帶去北國冰雪風景。娛雪樂園總建築面積約2.9萬㎡，平面長向189m，短向142m，地上高度28~40m，屋蓋呈北高南低。

冷區鳥瞰圖

冷區主滑雪道效果圖

結構體系

娛雪樂園下部結構為鋼筋混凝土框架結構，分别在西南側有三層結構（暖區），在東南側和西北側有單層滑雪道結構，在東側有三層滑雪道結構，均為混凝土框架結構與外圍大空間框架相連；西側單層混凝土框架與外圍大空間框架設縫脫開。屋蓋結構為大跨度立體鋼桁架結構，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。

下部結構平面

屋蓋結構平面(主桁架)

結構側立面

滑道結構剖面

結構設計計算分析采用整體建模，以考慮上下部結構協同。

下部混凝土結構

上部鋼結構

整體建模

結構的整體穩定性

整體穩定分析顯示，結構失穩首先體現為屋蓋鋼結構的失穩，各失穩形态為局部性桁架的側向彎曲扭轉，結構穩定性安全系數均≥4.2。下部混凝土結構的穩定性則顯著高于屋蓋鋼結構部分，其穩定安全系數是屋蓋鋼結構穩定安全系數的近2倍，失穩形态呈現一定的整體性結構傾覆。

屋蓋鋼結構失穩形态

下部結構失穩形态

下部結構失穩時最大變位剖面

外圍混凝土框架柱穩定性

建築專業提出在外圍框架柱内檢修通行的功能性需求，因此外圍大柱采用格構柱（帶層間梁的框架）。對懸臂柱分析表明，按杆單元和實體單元建立的格構柱與按杆單元建立的實腹工字形柱三者失穩時形态一緻，穩定承載力接近，柱内開洞後對穩定承載力影響不明顯。此外，混凝土結構分肢柱穩定性高于整體格構柱。

結構設計按規範剛性屋蓋單層排架柱取計算長度控制整體格構柱二階效應基準，同時偏安全按分肢與整體格構柱等穩定性原則控制分肢穩定性，進行承載力設計。

格構柱與實腹柱、杆單元與實體單元模型對比

節點設計

固定鉸支座及滑動支座均采用成品球形鋼支座，球形鋼支座上承鑄鋼節點及一般節點。

一般節點

鑄鋼節點

分析計算表明，采用全固定鉸支座方案時，個别支座水平剪力很大，而通過設置若幹滑動支座，可有效調節支座剪力峰值，将水平剪力的局部集中效應擴散至周邊。但這為支座節點的設計分析帶來了新問題，以往将節點單獨作為隔離體施加約束和荷載的方式，難以準确模拟支座滑動的邊界條件。借助目前可用的通用結構分析手段，将細分網格的滑動支座節點代入整體結構模型，可獲取節點在實際邊界條件中各工況下的應力情況，隻是耗時較長。

滑動支座鑄鋼節點整體分析

對于在空間上難以避免的多管相交的相貫節點，借助通用有限元分析進行承載力複核。分析計算表明，橫向内加勁是一種加強相貫節點的十分高效的方式，然而多數情況下主管承載力足夠，但支管卻彼此搭接較多相互削弱，此時需要增大主管管徑減少支管搭接。因此合理的相貫節點設計應是“主管剛硬，支管分離”的。

主管630x30，無加勁

主管630x30，橫向内加勁3道

主管965x50，橫向内加勁4道

檩條設計

檩條系統分上下檩，上承幕牆金屬屋面闆，下挂冷庫保溫闆，上下檩分别以主桁架上下弦杆為支座在桁架間跨越,為鋪挂闆創造更容易的敷設條件。但一般桁架間距較大，桁架倒三角的形式決定了下檩比上檩需要跨越更大的跨度。若通過對下檩增設吊點減小其跨度，有兩種方案：（1）斜拉至桁架上弦杆；（2）豎向上吊至上檩條。比較分析可知，後者節點連接更為方便，同時可避免前方案因桁架間可能的差異撓曲引起的對兩斜杆拉壓的類桁架效應。

方案一&方案二

檩條系統

結構設計基于BIM的運用

Revit和Tekla建模在不同階段的适時引入，為結構專業橫向與各專業（幕牆、保溫、建築、暖通、制冷造雪等）以及結構專業内部縱向（設計深化、校審、施工等）的配合提供了準确便捷的可視性審查手段，對于大型複雜空間鋼結構設計的合理化及設計管理的前後延伸是有益且必要的。随着設計工具的不斷升級，關鍵環節的逐漸打通，技術間相互融合，“所見即所得，像造車一樣造房”在設計端的提前實現似乎可期。

Revit建模

Tekla建模

典型空間型相貫節點的Tekla建模及施工實況

大跨度鋼結構的實現

大跨度鋼結構一般體量及尺度較大，需擡升至屋面高度與下部結構最終形成整體結構共同受力。根據設備能力及現場條件，擡升時可将屋蓋作為整體或者将屋蓋分區分段，擡升就位方式一般也可分為直接吊裝就位或先擡升後滑移就位等。雖然鋼結構的工廠化程度高，但是運輸條件等的限制意味着即使分區分段後仍需要進一步化整為零。因此，從工廠到現場再到高空，人員、機械及環境等交互作用，在每個環節中能力與邊界條件所決定的綜合距離，即是從設計圖紙到現實的距離。

現場胎架拼裝

500噸履帶式起重機吊裝

實景航拍圖

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