介绍
今天给大家分享的BIM技术案例是被誉为“红舞鞋”的哈尔滨万达茂室内滑雪场的结构设计。该工程也被称为“大型复杂超限高层建筑”。
1、超长、超大跨度建筑
作为全球最大的室内滑雪场，最大鞋长为487米（迪拜为400米），最大鞋宽为150米（迪拜为60米）。它是一种超长、超跨结构。
结构秘密之一：为了避免结构过长，鞋体被分成三段，分别设计和生产，并与周围的商业裙房分开，简化了结构受力的复杂性。也对应了最近网络上流行的一句话“复杂的事情简单做，你就是专家”。
其中，东区是三区中最复杂、最独特的部分。就是冰舞鞋的后跟！东区滑层结构仅由两根V型巨柱支撑，大型侧桁架和屋盖结构支撑在滑层上。巨柱跟中心尺寸13.5米，楼板桁架结构中心线间距10米，屋架结构中心线间距8米。
西区和中区为横向桁架和纵向框架的结构体系。上部钢结构可视为无柱间支撑的门式刚架结构体系，下部混凝土为框架结构。
2.独特的流线型造型
符合滑雪功能的需要，她具有异型流线型曲线造型。并且采用超细鞋跟设计，打造出高度、优雅、魅力的冰舞鞋。但同时也给结构设计带来了很大的困难。质心与刚心距离较大，结构不稳定，扭转严重，成为扭转不规则系统。
结构奥秘之二：通过调整巨柱的位置钢结构墙面檩条调平，减小巨柱之间的距离，从而减小质心与刚心的距离，使偏心率从0.25减小到0.14，满足规格要求0.15。这和高跟鞋品牌Jimmy Choo类似，都是“穿起来不会痛的高跟鞋”。
3、最高的单层大跨度建筑
建筑总高度119.66米，仅鞋跟高度就87米。总高度超过“神舟十号”飞船及火箭总装车间的93.5米，相当于40层楼的高度。这是亚洲最高的鞋子。分层的建筑冠。这种特殊类型的高层建筑给结构设计和安装带来了很大的困难。
首先，雪道最大高差达到87米，两侧水平刚度差异很大。 117米长的雪道地板倾斜角度接近30度，地板设计难度很大。
结构谜团之三：通过MidasGen通用有限元程序对楼板进行应力模拟和分析。在重力荷载作用下，楼板和楼梁不仅存在弯矩引起的面外拉应力，而且还存在较大的面内应力。拉应力，在地板上添加加强筋来抵抗这部分拉应力。这让我想起，如果长时间穿高跟鞋，脚会感到轻微的疼痛。你有过这样的经历吗？ 。 。
其次，该结构总用钢量约为4.2万吨，超过了鸟巢的用钢量。想要在高空安装这样的异形庞然大物，确实是非常困难的。安装方法和安装顺序也尤为重要！现场启动1000吨履带式起重机进行吊装。 。
结构之谜之四：通过MidasGen程序模拟模块进行施工模拟分析。
考虑到安装过程中结构形式和受力状态的变化，以及施工装卸的变化，结合施工经验，经过反复评审和论证，斜管柱（脚跟）和主桁架（脚底） ）最终被整体吊装。安装时，东屋面（脚踝上部）采用累积滑移工法安装，西屋面（趾部上部）采用整体提升工法安装。目前主体结构已全部安装完毕。
4.基本设计
“冰舞鞋”基础设计存在一系列非常规问题，包括因结构不规则导致各区域、各部位反力不均匀，反力集中在巨型框架柱（脚跟处）的支撑上，以及存在问题等。与超大跨基础的水平力抗力。等待。
结构秘诀之五：因地制宜、因地制桩。结合当地经验，研究了各种桩型的特点，最终设计了400直径管桩（PHC）、600直径超流体灌注桩、1000直径后注浆灌注桩。应用于不同领域，同时满足结构安全性和经济性。工程成本。
结构谜团之六：利用变刚度调平理论，使桩心与荷载中心尽可能重合，最大限度地减少基础偏心。筏板基础取代独立柱基础，减少应力集中。
结构秘密七：结合不同部位的不同特点，采用抗水平力桩和水平拉力梁来抵抗和平衡水平力。
5、异型超常规节点设计
大跨度钢结构一般用于屋顶设计，但在楼层上不常用。冰舞鞋上的雪荷载是传统地板荷载的四倍，使其成为大跨度的大跨结构。结构构件和节点的规模极其庞大且多样，关键节点类型达20余种。空间关系复杂、节点紧张、无规范可循。
结构秘密之八：楼板桁架节点采用螺栓焊接组合连接。不仅保证了低温下钢结构连接的安全，而且降低了构件空间布置的难度，增大了操作空间，减轻了节点重量，降低了成本，有利于保证施工进度和质量。
结构谜团之九：根据节点的连接形式优化杆件截面。部分楼板H型钢优化成箱形截面，简化节点结构，方便施工，节省钢材消耗。
结构谜团10：利用Midas Gen和ABAQUS程序对关键复杂节点进行有限元分析，模拟节点的应力和约束边界条件，获取节点区域各节点板的真实应力状态，提供信息用于节点优化或加固。合理的建议不仅保证了复杂节点的安全，而且避免了无根据的节点加固，减轻了节点的重量，节省了成本。
6、复杂的内部功能和空间关系
《冰舞鞋》不仅有她华丽的外表，还有她的新世界！这里有许多不同坡度、直弯和弯道的雪道。最长的雪道近500米；山顶有餐厅，山坡上有餐厅。山下1万米处有咖啡馆、雪地公园、童话城堡，通过敞开的窗户与商业街互动。此外，雪场内部的索道、魔毯等交通设备，以及冷风机、吹雪机等造雪设备也都很精致。结构专业人员如何处理复杂的标高关系和特殊荷载要求？
结构谜团十一：结构专业全程使用空间建模软件、空间计算软件、空间处理软件，并与Revit软件无缝对接。 BIM的使用不仅解决空间碰撞问题，还提供结构设计优化和施工模拟分析。一个强大的平台。
7、低温钢结构性能研究
“冰舞鞋”诞生于美丽的冰城哈尔滨。哈尔滨的冬天非常寒冷，气温可降至-40℃。滑雪场的特殊功能使得保温系统集中在钢结构内部。高强度钢材和厚钢板导致钢结构脆性断裂。这个问题尤其严重。研究钢的低温性能以及低温对钢的影响势在必行。
结构谜团之十二：根据欧洲标准钢结构墙面檩条调平，钢材的强度根据钢板厚度和环境温度不同程度降低。按照迈达斯计划计算，巨型立柱和地板主桁架都需要进行外部隔热，这意味着娇嫩的“冰舞高跟鞋”不应该直接暴露在冷风中。
8. 抗倒塌分析
结构谜团之十三：采用“拆除构件法”对西跨中心柱和东段巨型柱进行抗倒塌分析，并采取结构抗倒塌设计措施。
9、节能减材绿色建筑
结构谜团14：单斜柱支撑优化为V形柱支撑。据测算，“溜冰鞋跟”的优化，共节省钢材1万吨，基础混凝土和预应力混凝土近万吨。
结构谜团15：考虑到二级结构实施的合理性和经济性，结合檩条布局，对主体结构进行了优化，局部增加了少量主体结构拉杆，大大减少了檩条跨度和节省了大量的檩条钢材。还减轻了结构的重量，降低了二次结构的成本。
结构谜团十六号：西、中部纵框架上下层之间安装粘性阻尼器，形成良好的耗能机制，有效减少结构变形，使重要结构构件“大面积坚不可摧”。抗震”，抗震性能高于国家标准。同时，减小了构件尺寸，节省钢材，在结构设计上实现了绿色建筑，对于节能减排具有重要意义。
截至目前，这只美丽的“冰舞鞋”主体结构已经完成，室内游乐结构、屋顶、墙体檩条等次要结构正在紧锣密鼓的施工中。 2017年8月，神秘的面纱将被揭开，向世人敞开。
作者：冷冬梅，北京伟拓时代建筑设计有限公司结构业务部技术总监，曾参与广州万达茂室内滑雪馆、北京怀新体育中心、哈尔滨万达茂室内滑雪馆、鲁能玻璃小镇项目、首个房山奥特莱斯项目等数十个大型高难度项目。
项目结构总指挥：李红秋，北京维拓时代建筑设计有限公司副总裁、结构事业部总经理、结构总工程师。负责设计超高层工程、大跨度空间结构、城市商业综合体建筑、大型住宅区建筑等数十项重大工程，荣获省部级奖项数十项。现任中国金属结构协会建筑钢结构专家委员会委员、中国勘察设计协会建筑设计分会专家委员会专家、北京市建设工程评标专家。
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