長(zhǎng)沙冰雪世界主體拱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型

長(zhǎng)沙冰雪世界主體拱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選型周健張耀康王帥顧樂明華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司2014/10/31一工程概況擬建工程場(chǎng)地位于長(zhǎng)沙市湘江新區(qū)坪塘鎮(zhèn)，湖南省新生水泥廠現(xiàn)有采石場(chǎng)坑范圍。場(chǎng)地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地，經(jīng)人工采石而成深度達(dá)100m、其西、周邊長(zhǎng)直徑約500m、短直徑約400m的似橢圓形的礦坑。一工程概況擬建工程場(chǎng)地位于長(zhǎng)沙市湘江新區(qū)坪塘鎮(zhèn)，湖南省新生水泥廠現(xiàn)有采石場(chǎng)坑范圍。場(chǎng)地原始地貌單元為湘江河流沖積堆積階地，經(jīng)人工采石而成深度達(dá)100m、其西、周邊長(zhǎng)直徑約500m、短直徑約400m的似橢圓形的礦坑。一工程概況冰雪世界主體結(jié)構(gòu)位于礦坑上，依附山體建造，三邊支承，未支承自由邊橫向跨度達(dá)180m。主要功能包括冰雪世界、水上樂園、停車場(chǎng)等，總建筑面積達(dá)12萬㎡。地下室最大深度約10.8米，地上部分最大建筑高度約39.9米。東南視角西北視角一工程概況深坑內(nèi)視角一工程概況坑底視角餐廳內(nèi)視角冰雪世界水上樂園一工程概況冰雪世界和水上樂園主要位于-10m標(biāo)高的樓面上，底部為主體拱形結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)大尺度跨越。屋蓋為空間轉(zhuǎn)折曲面造型，屋蓋中部為下凹錐體，呈漏斗狀，穿過-10m樓面，漏斗形支座支撐在深坑底部人工島，人工島為露天劇場(chǎng)。二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屋蓋與主體拱形結(jié)構(gòu)的關(guān)系示意解決跨越問題兩大部分結(jié)構(gòu)理清三者的關(guān)系二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地下室結(jié)構(gòu)與永久性擋土支護(hù)之間相互脫開，地下室實(shí)際是一層和兩層的結(jié)構(gòu)。二層地下室、水樂園及車庫大部分位于深坑以外的土體上，采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，局部與拱形結(jié)構(gòu)連接。雪樂園主體拱形結(jié)構(gòu)為大跨度鋼結(jié)構(gòu)，雪樂園大部分位于深坑上方，僅局部滑道區(qū)域位于坑壁的土體上。拱形結(jié)構(gòu)拱腳支承于坑壁巖體，利用深坑三邊的巖體形成大跨結(jié)構(gòu)。二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)地下室結(jié)構(gòu)、主體拱形結(jié)構(gòu)與礦坑山體關(guān)系示意二結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體結(jié)構(gòu)示意圖（拱形結(jié)構(gòu)+屋蓋）地下室和主體拱形結(jié)構(gòu)大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)屋蓋內(nèi)部及周邊不同位置的鋼柱支承在主體拱形結(jié)構(gòu)、雪樂園地下室頂板、水樂園頂板及坑邊土體上等，中部漏斗形結(jié)構(gòu)與主體拱形結(jié)構(gòu)之間沒有聯(lián)系。三主體拱形結(jié)構(gòu)選型從拱形曲面概念到三組拱的布置結(jié)合建筑造型及礦坑周邊支承條件，通過找形優(yōu)化得到合適的曲面；基于豎向荷載作用下曲面應(yīng)力分析及應(yīng)力流方向，布置拱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大跨度跨越，各組拱之間的夾角大約為45度-60度。曲面應(yīng)力流三組拱布置示意圖曲面應(yīng)力流三組拱布置示意圖三主體拱形結(jié)構(gòu)選型從拱形曲面概念到三組拱的布置拱形曲面結(jié)構(gòu)：三組主拱+支撐C組拱A組拱B組拱由于建筑造型要求，拱腳與拱頂位置差異而需傾斜放置，總體上形成向南側(cè)坑內(nèi)傾斜的趨勢(shì)，通過支撐將各榀拱連成完整的面，提高拱平面內(nèi)的穩(wěn)定性。主拱是最主要的豎向荷載受力構(gòu)件，找形優(yōu)化后以軸向受力為主，采用大截面鋼管結(jié)構(gòu)*。在端部一定長(zhǎng)度范圍的鋼管內(nèi)灌C60混凝土，充分發(fā)揮鋼管混凝土的受壓能力，減小鋼管的截面尺寸。三主體拱形結(jié)構(gòu)選型拱形桁架結(jié)構(gòu)體系拱形桁架：主拱構(gòu)件+鋼立柱+上弦鋼梁+斜腹桿拱形桁架三維圖及傾斜拱上桁架由于冰雪世界上部荷載的不均勻性，設(shè)置斜腹桿將上述構(gòu)件組成拱形桁架，減小主拱構(gòu)件的彎矩，同時(shí)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在沿拱跨度方向的整體性。主拱頂部與上弦之間的間距過小時(shí)主拱跨中抵抗不均勻荷載的能力差，距離過大時(shí)主拱的效率降低，經(jīng)過計(jì)算比選，中心距離取為3米。三主體拱形結(jié)構(gòu)選型拱形桁架結(jié)構(gòu)體系豎向荷載下的受力性能對(duì)比各榀拱形桁架之間設(shè)置平面外連系桁架和連系梁，提高拱形桁架在平面外的穩(wěn)定性。由于拱形曲面結(jié)構(gòu)及拱形桁架總體上向坑內(nèi)傾斜的趨勢(shì)，產(chǎn)生傾覆力矩，連系桁架將各榀拱形桁架連成整體抵抗這一傾覆力矩。由于樓面上大約相當(dāng)于60米直徑的不規(guī)則開洞削弱了整體的完整性，主要有洞口東側(cè)、西側(cè)的連系桁架發(fā)揮這一作用，其斜腹桿協(xié)調(diào)各榀桁架的變形產(chǎn)生軸力，并將軸力傳遞到連系桁架的上弦桿及梁板，最終通過錨桿傳遞至巖石。坑壁穩(wěn)定性分析單位在分析中考慮錨索拉力的影響。三主體拱形結(jié)構(gòu)選型拱形桁架間的連系桁架（梁）拱形桁架結(jié)構(gòu)體系+=A1A5各榀拱形桁架之間設(shè)置平面外連系桁架和連系梁，提高拱形桁架在平面外的穩(wěn)定性。由于拱形曲面結(jié)構(gòu)及拱形桁架總體上向坑內(nèi)傾斜的趨勢(shì)，產(chǎn)生傾覆力矩，連系桁架將各榀拱形桁架連成整體抵抗這一傾覆力矩。由于樓面上大約相當(dāng)于60米直徑的不規(guī)則開洞削弱了整體的完整性，主要有洞口東側(cè)、西側(cè)的連系桁架發(fā)揮這一作用，其斜腹桿協(xié)調(diào)各榀桁架的變形產(chǎn)生軸力，并將軸力傳遞到連系桁架的上弦桿及梁板，最終通過錨桿傳遞至巖石。坑壁穩(wěn)定性分析單位在分析中考慮錨索拉力的影響。三主體拱形結(jié)構(gòu)選型拱形桁架結(jié)構(gòu)體系拱形桁架間的連系桁架（梁）三主體拱形結(jié)構(gòu)選型拱形桁架結(jié)構(gòu)體系彈性穩(wěn)定第1階ζ=17.58彈性穩(wěn)定第1階ζ=5.71主體拱形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1整體穩(wěn)定性好2結(jié)構(gòu)冗余度大3抗連續(xù)倒塌能力強(qiáng)主體拱形結(jié)構(gòu)的拱腳支承在坑壁巖體上，在坑壁上沿拱腳點(diǎn)的切線方向在⑨層微風(fēng)化灰?guī)r范圍內(nèi)布置巨型鋼筋混凝土基礎(chǔ)，將荷載均勻擴(kuò)散傳遞至微風(fēng)化灰?guī)r。主要由深坑坑壁巖體承受結(jié)構(gòu)豎向荷載和水平作用，已委托專項(xiàng)單位進(jìn)行坑壁邊坡巖體長(zhǎng)期穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。三主體拱形結(jié)構(gòu)選型拱腳基礎(chǔ)與巖體關(guān)系拱腳基礎(chǔ)與巖體、地下室關(guān)系拱腳與基礎(chǔ)關(guān)系據(jù)勘慕察報(bào)鴉告，子拱腳絮作用勻范圍宿的巖劃石存戶在節(jié)攝理、絮斷層罰、溶撤洞等花不利若地質(zhì)自條件會(huì)，且攪巖面尺起伏污很大摧、局報(bào)部勘救察點(diǎn)彎巖石象埋深狗很深膛，巖旅體穩(wěn)晃定性幼的問撤題比吃較突宇出。主體結(jié)號(hào)構(gòu)設(shè)計(jì)禮對(duì)主體祖拱形結(jié)筍構(gòu)的布泊置進(jìn)行羊了優(yōu)化揉調(diào)整，柔考慮罕歪遇地震腔的組合繞下的拱鋼腳反力擁作為巖翁體穩(wěn)定弄性分析我的依據(jù)額。三主芒體拱形竟結(jié)構(gòu)選慌型拱腳貼基礎(chǔ)腔與巖異體關(guān)以系東南怒角處肚拱腳俗結(jié)構(gòu)巷與巖鴿石的榆關(guān)系四岸主體駐拱形尤結(jié)構(gòu)熱布置間優(yōu)化洞口在范圍惡調(diào)整調(diào)整前毀洞口尺深寸接近80米，情大面缺積的奔樓板勵(lì)位于沈最南醉側(cè)拱反腳的牛范圍涼以外序，且筆拱腳罷在巖笛石的混作用蠻范圍紡較小糞，對(duì)標(biāo)整體慣結(jié)構(gòu)做和拱霸腳基開礎(chǔ)巖社石的秋受力拜帶來宋不利蘆影響滅；減小洞代口尺寸彩至約60米，并薦盡可能恢靠近北命側(cè)坑壁艙布置。四主顯體拱形慎結(jié)構(gòu)布袋置優(yōu)化拱平面俱布置調(diào)礙整調(diào)整前窗南側(cè)的賺五榀拱杏在拱腳茅處距離血很近，重局部區(qū)形域內(nèi)傳適遞給巖鉗體的力耗比較集掉中，因淘此調(diào)整襯了靠近墓洞口的滿各榀拱躬的拱腳騰平面位撞置及拱猾的平面拳形狀。東北側(cè)存五榀拱爸作用力外方向在權(quán)水樂園拋位置東墾南角處銀巖體的野薄弱受推力方向俱，因此柳調(diào)整了毯東側(cè)拱哥腳的位少置和拱噴的平面贊形狀。上述糞調(diào)整含明顯饑加大魔了受表力較涌大的翁南側(cè)唱拱腳房誠(chéng)的作累用范奇圍，機(jī)且所集有拱娛腳相丈對(duì)更耕加均屆勻的地傳遞流軸力共到巖翅石，勻改善柔巖體匹的穩(wěn)淚定性財(cái)。四主燭體拱形他結(jié)構(gòu)布優(yōu)置優(yōu)化拱腳標(biāo)愧高調(diào)整隨著勘乎察數(shù)據(jù)辛的增加庫和對(duì)東洗南角拱伴腳所在至的巖體看的進(jìn)一尖步了解鑼，在不救影響整炒體建筑床效果的噴前提下烏，拱腳紀(jì)標(biāo)高調(diào)弱整了兩膜次，南背側(cè)最大也一組拱鹿的拱腳派基礎(chǔ)標(biāo)美高比方翅案階段涂降低約8米。一方面粒減小了匯拱的水欲平推力鮮，另一然方面增斷大了巖叨體的抗縫滑移剪悲切面，持對(duì)巖體捧穩(wěn)定性蒸有較大稿的改善胖。各次調(diào)足整的拱詠形都經(jīng)鄙過形態(tài)傷創(chuàng)建得態(tài)到。方案階減段第一次陶調(diào)整第二劃次調(diào)培整五結(jié)語長(zhǎng)沙糊冰雪耐世界棄項(xiàng)目庫利用深坑坑通壁三邊話有巖體的自差然條爹件，干結(jié)合豈建筑擋師對(duì)仿造型叼的要棄求，奴選擇鳴三組攤拱形損桁架堂結(jié)構(gòu)港及聯(lián)緒系桁威架形打成的輪大跨抽度空米間結(jié)序構(gòu)體路系，愉實(shí)現(xiàn)齊最大18廈0米跨傅度的副礦坑絹頂部初跨越賓。選型格過程鍛中根用據(jù)坑壁巖值石的實(shí)味際情況對(duì)主村體拱沿形結(jié)缸構(gòu)進(jìn)庭行優(yōu)化突調(diào)整，使得艘方案更表具有實(shí)但施的可北行性。Rhi摧no(犀牛)、Gra寒ssh寒opp撫er等三維隊(duì)程序在攏復(fù)雜結(jié)稀構(gòu)設(shè)計(jì)子、找形開以及與波建筑師撥溝通過烏程中發(fā)杠揮重要芳作用。設(shè)計(jì)孟過程礎(chǔ)中進(jìn)誘行了江地晃震參激數(shù)取耍值研競(jìng)