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【精品案例】“大钢琴”—全球最大钢结构建筑红色舞鞋万达茂结构分析

发布于：2017-01-09 15:49:09 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

红色舞鞋，造价400亿

项目简介：万达茂的是万达集团迄今单体用钢量最大的工程，且位于高寒地区。用钢量超越了国家大剧院和鸟巢体育场，是全球最大的通过雪承载实验和风洞试验的钢结构建筑。万达茂的钢结构设计上同样延请中国国际体育场“鸟巢”的设计公司，堪称奥运级别。万达茂长度487米，最大跨度151米，最高高度117.2米，室内净高40米，用钢量约3.5万吨，创造多项世界纪录，属超限、超高、超大、超重结构，典型的大跨度空间重型钢结构工程，建筑体量堪比鸟巢，施工难度国内罕见，所以万达茂的设计施工就格外引人好奇和关注。

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尔滨万达茂室内滑雪场，建成后将成为全球最大的室内顶级滑雪场！总建筑面积约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，完胜迪拜顶级滑雪场成为全球最大。

 
 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”。

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。

 
 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。

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”。

 
 最高单层大跨度建筑

总建筑高度为 119.66米，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 Midas Gen 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。

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也很大，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 Midas Gen 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。

 
 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。

 
 异形超常规节点设计

大跨度钢结构一般用于屋面设计，用于楼面的并不常见，而冰舞鞋的雪面荷载为常规楼面荷载的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，关键节点多达二十余种，空间关系复杂，节点受力大，且无规范可依。

结构奥妙之八：

楼面桁架节点采用栓焊组合连接。既确保了低温下钢结构连接的安全,又降低构件空间布局难度，增大操作空间，减轻节点重量，降低成本，且有利于保证施工进度和质量。

结构奥妙之九：

根据节点的连接形式，对杆件截面进行优化。部分楼面层的H型钢优化为箱型截面，简化节点构造，便于施工，节约用钢量。

结构奥妙之十：

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块真实的应力状态，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，又避免无依据的加强节点，减轻了节点重量，节约成本。

 
 复杂的室内功能及空间关系

“冰舞鞋”不仅仅有她华丽的外表，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，结构专业又是怎么样应对的呢。