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2024.8.13-15

廣州廣交會展館C區(琶洲)

廣東建筑科技周

鋼結構 | 全球最大鋼結構建筑紅色舞鞋萬達茂結構分析

廣東建筑工業化展 2017-12-19 1096

哈爾濱萬達茂室內滑雪場是萬達集團迄今單體用鋼量最大的工程，且位于高寒地區。用鋼量超越了國家大劇院和鳥巢體育場，是全球最大的通過雪承載實驗和風洞試驗的鋼結構建筑。萬達茂的鋼結構設計上同樣延請中國國際體育場“鳥巢”的設計公司，堪稱奧運級別。萬達茂長度487米，最大跨度151米，最高高度117.2米，室內凈高40米，用鋼量約3.5萬噸，創造多項世界紀錄，屬超限、超高、超大、超重結構，典型的大跨度空間重型鋼結構工程，建筑體量堪比鳥巢，施工難度國內罕見，所以萬達茂的設計施工就格外引人好奇和關注。

哈爾濱萬達茂室內滑雪場，建成后將成為全球最大的室內頂級滑雪場！總建筑面積約8.6萬平米，其中雪面面積約6.4萬平米，約是迪拜雪場的3倍，完勝迪拜頂級滑雪場成為全球最大。

超長超大跨度建筑

作為全球最大室內滑雪場，最大鞋長為487米（迪拜為400米），最大鞋寬為150米（迪拜為60米），屬于超長超大跨度結構。

結構奧妙之一：為避免結構超長，將鞋體分為三段分別設計及制作，并與其周圍的商業裙房脫開，簡化結構受力的復雜性。也應了最近流行的網路佳句“ 復雜的事情簡單做，你就是專家”。

其中東區是三區中最為復雜和獨特的部分，他是冰舞鞋雋秀的鞋跟！東區滑道層樓面結構僅由２根Ｖ型巨柱支撐，側面大桁架及屋面結構均支撐在滑道層樓面上。巨型柱跟部中心尺寸 13.5米，樓面桁架結構中心線間距為10米，屋面桁架結構中心線間距為8米。

西區和中區為橫向桁架，縱向框架的結構體系，上部鋼結構可以看成無柱間支撐的門式剛架結構體系，下部混凝土為框架結構。

獨特的流線造型

順應滑雪功能的需要，她擁有異形流線的曲線造型。并運用超細鞋跟設計，形成一只有高度有風度極具魅力的冰舞鞋。但同時給結構設計帶來極大的難點，質量中心和剛度中心距離較大，結構不穩定，受扭嚴重，成為扭轉不規則體系。

結構奧妙之二：通過調整巨柱位置,減小巨柱間距，來減小質量中心與剛度中心之間的距離，使偏心率由0.25減小為0.14，滿足0.15的規范要求。這與高跟鞋品牌 Jimmy Choo 有異曲同工之處，都是“穿著不會痛的高跟鞋”。

最高單層大跨度建筑

總建筑高度為 119.66米，單鞋跟的高度就有87米，總高超過了“神舟十號”飛船和火箭總裝廠房的 93.5米，相當于40層大樓的高度，戴上了亞洲最高的單層建筑的桂冠。這種特殊類型的高層建筑給結構設計和安裝帶來了極大的困難。

首先，雪道最大高差達到了87米，兩側水平剛度差異很大，117 米超長雪道樓面存在近30度的傾角，樓板設計難度很大。

結構奧妙之三：通過 Midas Gen 通用有限元程序對樓板進行應力仿真模擬和分析，在重力荷載作用下，樓面板和樓面梁不僅存在彎矩引起的平面外拉應力，還存在較大的平面內拉應力，為此樓板增設配筋抵抗這部分拉應力。

第二，結構總用鋼量約為4.2萬噸，超過鳥巢的用鋼量，高空安裝如此異形的龐然大物確實難度也很大，安裝方法和安裝順序也尤為重要！現場啟動1000噸的履帶吊進行吊裝。

結構奧妙之四：通過 Midas Gen 程序仿真模塊施工模擬分析。

考慮安裝過程中的結構形態和受力狀態的變化，施工加載和卸載的變化，結合施工經驗，經過反復評審和論證，最終斜筒柱（鞋跟）和主桁架（鞋底）采取單片吊裝方式進行安裝，東區屋面（腳踝處鞋面）采用累積滑移施工方法進行安裝，西區屋面（腳尖處鞋面）采用整體提升施工方法進行安裝。現主體結構已經全部安裝完畢。

基礎設計

“冰舞鞋”的基礎設計存在一系列非常規問題，結構不規則引起的各區域各部位反力不均，巨型框架柱（鞋跟處）支座反力集中，超大跨度基礎抗水平力問題等。

結構奧妙之五：因地制宜，因地布樁。結合當地經驗，對各種樁型的特點進行研究，最后不同區域分別采用400直徑管樁（PHC），600 直徑的超流態灌注樁，1000直徑后壓漿灌注樁，既滿足結構安全又節約工程造價。

結構奧妙之六：利用變剛度調平理論，使布樁中心和荷載中心盡量重合，盡量減小基礎偏心。筏板基礎代替獨立柱基礎，減小應力集中。

結構奧妙之七：結合不同部位的不同特點，分別運用抗水平力樁及水平拉梁抵抗和平衡水平力。

異形超常規節點設計

大跨度鋼結構一般用于屋面設計，用于樓面的并不常見，而冰舞鞋的雪面荷載為常規樓面荷載的4倍，屬于重載大跨度結構。結構構件尺寸及節點尺寸超大，而且種類繁多，關鍵節點多達二十余種，空間關系復雜，節點受力大，且無規范可依。

結構奧妙之八：樓面桁架節點采用栓焊組合連接。既確保了低溫下鋼結構連接的安全,又降低構件空間布局難度，增大操作空間，減輕節點重量，降低成本，且有利于保證施工進度和質量。

結構奧妙之九：根據節點的連接形式，對桿件截面進行優化。部分樓面層的H型鋼優化為箱型截面，簡化節點構造，便于施工，節約用鋼量。

結構奧妙之十：通過 Midas Gen 和 ABAQUS 程序對關鍵復雜節點進行有限元分析，仿真模擬節點的受力和約束邊界條件，得出節點區域各節點板塊真實的應力狀態，對節點優化或補強提供合理的建議，既保證了復雜節點的安全，又避免無依據的加強節點，減輕了節點重量，節約成本。

復雜的室內功能及空間關系

“冰舞鞋”不僅僅有她華麗的外表，內部更是一番新天地！多條不同坡度等級、直彎道變化的雪道，最長雪道近 500 米；山頂設有餐廳、山坡設有咖啡廳，山下萬米嬉雪樂園和童話城堡，與商業街開窗互動，再加之雪場內部索道、魔毯等運輸設備與冷風機吹雪機等造雪設備，玲瓏滿目。復雜的標高關系，特殊的荷載要求，結構專業又是怎么樣應對的呢。