长沙冰雪世界主体拱形结构设计与选型-空间结构会议PPT课件

C组拱
B组拱 拱形曲面结构：三组. 主拱+支撑
A组拱 13
三 主体拱形结构选型
拱形桁架结构体系
拱形桁架：主拱构件+钢立柱+上弦钢梁+斜腹杆
➢由于冰雪世界上部荷载的不均匀性，设置斜腹杆将 上述构件组成拱形桁架，减小主拱构件的弯矩，同时 增强结构在沿拱跨度方向的整体性。 ➢主拱顶部与上弦之间的间距过小时主拱跨中抵抗不 均匀荷载的能力差，距离过大时主拱的效率降低，经 过计算比选，中心距离取为3米。
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解决跨越问题 两大部分结构 理清三者的关系
屋盖与主体拱形 结构的关系示意
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二 结构设计
➢地下室结构与永久性挡土支护之间相互脱开，地下室实际是一层 和两层的结构。 ➢二层地下室、水乐园及车库大部分位于深坑以外的土体上，采用 钢筋混凝土框架结构，局部与拱形结构连接。
➢雪乐园主体拱形结构为大跨度钢结构，雪乐园大部分 位于深坑上方，仅局部滑道区域位于坑壁的土体上。 ➢拱形结构拱脚支承于坑壁岩体，利用深坑三边的岩体 形成大跨结构。
➢各榀拱形桁架之间设置平面外连系桁架和连系梁，提高拱形桁架在平面外的稳定性。由于拱形曲面结构及拱形桁架总体上向坑内 倾斜的趋势，产生倾覆力矩，连系桁架将各榀拱形桁架连成整体抵抗这一倾覆力矩。
➢由于楼面上大约相当于60米直径的不规则开洞削弱了整体的完整性，主要有洞口东侧、西侧的连系桁架发挥这一作用，其斜腹杆
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二 结构设计
地下室结构、主体拱形结构与矿坑山
体关系示意 .
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二 结构设计
地下室和主体拱形结构
➢大跨度空间钢结构屋盖内部及周边不同位置的钢柱支 承在主体拱形结构、雪乐园地下室顶板、水乐园顶板及 坑边土体上等，中部漏斗形结构与主体拱形结构之间没 有联系。
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整体结构示意图
（拱形结构+屋盖）
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三 主体拱形结构选型
拱脚基础与岩体、
地下室关系
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三 主体拱形结构选型
拱脚基础与岩体关系
➢据勘察报告，拱脚作用范围的岩石存在节理、断层、溶洞等不利地质条件，且 岩面起伏很大、局部勘察点岩石埋深很深，岩体稳定性的问题比较突出。
➢主体结构设计对主体拱形结构的布置进行了优化调整，考虑罕遇地震的组合下 的拱脚反力作为岩体稳定性分析的依据。
➢由于楼面上大约相当于60米直径的不规则开洞削弱了整体的完整性，主要有洞口东侧、西侧的连系桁架发挥这一作用，其斜腹杆
协调各榀桁架的变形产生轴力，并将轴力传递到连系桁架的上弦杆及梁板，最终通过锚杆传递至岩石。坑壁稳定性分析单位在分析
中考虑锚索拉力的影响。
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三 主体拱形结构选型
拱形桁架结构体系
拱形桁架间的连系桁架（梁）
长沙冰雪世界 主体拱形结构设计与选型
周健 张耀康 王帅 顾乐明 华东建筑设计研究院有限公司
2014/10/31
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一 工程概况
➢拟建工程场地位于长沙市湘江新区坪塘镇，湖南省新生水泥厂现有采石场坑范围。
➢场地原始地貌单元为湘江河流冲积堆积阶地，经人工采石而成深度达100m、其西、周边长直径约500m、短直径约400m 的似椭圆形的矿坑。
协调各榀桁架的变形产生轴力，并将轴力传递到连系桁架的上弦杆及梁板，最终通过锚杆传递至岩石。坑壁稳定性分析单位在分析
中考虑锚索拉力的影响。
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三 主体拱形结构选型
拱形桁架结构体系
主体拱形结构的特点： 1 整体稳定性好 2 结构冗余度大
3 抗连续倒塌能力强
弹性稳定 第1阶 ζ=5.71
弹性稳定 第1阶 ζ=17.58
➢由于建筑造型要求，拱脚与拱顶位置差异而需倾 斜放置，总体上形成向南侧坑内倾斜的趋势，通过 支撑将各榀拱连成完整的面，提高拱平面内的稳定 性。
➢主拱是最主要的竖向荷载受力构件，找形优化后 以轴向受力为主，采用大截面钢管结构*。
➢在端部一定长度范围的钢管内灌C60混凝土，充 分发挥钢管混凝土的受压能力，减小钢管的截面尺 寸。
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一 工程概况
➢拟建工程场地位于长沙市湘江新区坪塘镇，湖南省新生水泥厂现有采石场坑范围。
➢场地原始地貌单元为湘江河流冲积堆积阶地，经人工采石而成深度达100m、其西、周边长直径约500m、短直径约400m 的似椭圆形的矿坑。
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一 工程概况
➢冰雪世界主体结构位于矿坑上，依附山体建造，三边支承，未支承自由边横向跨度达180m。 ➢主要功能包括冰雪世界、水上乐园、停车场等，总建筑面积达12万㎡。 ➢地下室最大深度约10.8米，地上部分最大建筑高度约39.9米。
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拱形桁架三维图及倾斜拱上桁架 14
三 主体拱形结构选型
拱形桁架结构体系
竖向荷载下的受力性能对比
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三 主体拱形结构选型
拱形桁架结构体系
= +
A5
拱形桁架间的连系 桁架（梁）
A1
➢各榀拱形桁架之间设置平面外连系桁架和连系梁，提高拱形桁架在平面外的稳定性。由于拱形曲面结构及拱形桁架总体上向坑内 倾斜的趋势，产生倾覆力矩，连系桁架将各榀拱形桁架连成整体抵抗这一倾覆力矩。
东南角处拱脚结构与岩石的关系
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四 主体拱形结构布置优化
洞口范围调整
➢调整前洞口尺寸接近80米，大面积的楼板位于最南侧拱脚的范围以外，且拱脚在岩石的作用范围较小，对整体结构和拱脚基础岩 石的受力带来不利影响； ➢减小洞口尺寸至约60米，并尽可能靠近北侧坑壁布置。
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4
一 工程概况
东南视角
西北视角
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一 工程概况
深坑内视角
坑底视角
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一 工程概况
餐厅内视角
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冰雪世界
水上乐园
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二 结构设计
➢冰雪世界和水上乐园主要位于-10m标高的楼面 上，底部为主体拱形结构，实现大尺度跨越。 ➢屋盖为空间转折曲面造型，屋盖中部为下凹锥 体，呈漏斗状，穿过-10m楼面，漏斗形支座支撑 在深坑底部人工岛，人工岛为露天剧场。
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三 主体拱形结构选型
拱脚基础与岩体关系
➢主体拱形结构的拱脚支承在坑壁岩体上，在坑壁上沿拱脚点的切线方向在⑨层微风化灰岩 范围内布置巨型钢筋混凝土基础，将荷载均匀扩散传递至微风化灰岩。
➢主要由深坑坑壁岩体承受结构竖向荷载和水平作用，已委托专项单位进行坑壁边坡岩体长期 稳定性评价。
拱脚与基础关系
从拱形曲面概念到三组拱的布置
➢结合建筑造型及矿坑周边支承条件，通过找形优化得到合适的曲面； ➢基于竖向荷载作用下曲面应力分析及应力流方向，布置拱结构实现大跨度 跨越，各组拱之间的夹角大约为45度-60度。
曲面应 力流曲面应力流三来自拱布置.示意图
三组拱布置示意图 12
三 主体拱形结构选型
从拱形曲面概念到三组拱的布置