哈爾濱萬(wàn)達(dá)文化旅游新城位于哈爾濱市松北新區(qū),，項(xiàng)目地塊總用地面積約19.77萬(wàn)m2。該項(xiàng)目包括室內(nèi)滑雪場(chǎng),、室內(nèi)步行商業(yè)街,、娛樂(lè)樓、超市,、室內(nèi)滑冰場(chǎng),、電影樂(lè)園等業(yè)態(tài)，總建筑面積33.7萬(wàn)m2,。其中，哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)建成后成為全球最大的室內(nèi)頂級(jí)滑雪場(chǎng),，建筑面積約8.6萬(wàn)m2,。圖1為滑雪場(chǎng)整體效果圖。

圖1整體效果圖

滑雪場(chǎng)總建筑高度為119.66m,，是亞洲最高的單層建筑,。雪道最大高差為87m，樓面存在25.44°的傾角,，平面尺寸長(zhǎng)487m,，跨度從150m漸變到90m。屬于超長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu),，為了減小結(jié)構(gòu)單體長(zhǎng)度并簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性,，將其與下部停車(chē)樓及超市等混凝土結(jié)構(gòu)脫開(kāi)，并設(shè)置兩條縫將其分割為高區(qū),，中區(qū),，低區(qū)三部分。圖2為結(jié)構(gòu)分區(qū)圖,。經(jīng)超限認(rèn)定,，三部分均屬于超限結(jié)構(gòu)。其中高區(qū)是最為復(fù)雜和獨(dú)特的部分,。

圖2 哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)結(jié)構(gòu)分區(qū)圖

滑雪場(chǎng)總用鋼量超過(guò)4萬(wàn)t,，從方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì),、施工圖設(shè)計(jì),、施工完成至項(xiàng)目竣工開(kāi)業(yè)僅用4年時(shí)間,，設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)多次專(zhuān)家評(píng)審論證，對(duì)結(jié)構(gòu)體系及優(yōu)化,、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),、抗震性能目標(biāo)、各種荷載取值及復(fù)雜節(jié)點(diǎn)優(yōu)化等各方面不斷的完善和改進(jìn),，最終于2014年1月通過(guò)了超限高層建筑抗震設(shè)防專(zhuān)項(xiàng)審查,，于2015年陸續(xù)完成施工圖設(shè)計(jì)，于2017年6月30日竣工并投入使用,。

1     重載超長(zhǎng)超大跨度高層建筑

滑雪場(chǎng)總建筑高度為119.66m,，平面尺寸長(zhǎng)487m，跨度從150m漸變到90m,，屬超長(zhǎng)超大跨度高層建筑,。滑雪場(chǎng)采用鋼結(jié)構(gòu)大跨度屋面,，高區(qū)樓面為巨型框架的大跨度建筑,，樓面荷載涉及滑雪相關(guān)的荷載較多，包括鋼結(jié)構(gòu)自重及雪道特殊面層做法自重,，與滑雪相關(guān)的制冷工藝荷載及大型設(shè)備荷載,，索道魔毯荷載，鏟雪車(chē)及雪荷載,，上部景觀(guān)及建筑物荷載（餐廳,，咖啡廳及嬉學(xué)樂(lè)園）等，樓面荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出普通大跨度建筑樓面,。

2         獨(dú)特的立面造型

雪場(chǎng)的立面造型酷似一只紅色冰舞鞋或一架紅鋼琴,，最高處為119.66m,，雪道最大高差為87m,，樓面存在25.44°的傾角，兩側(cè)水平剛度差異很大,，其獨(dú)特的建筑立面造型給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝帶來(lái)了很大的困難和挑戰(zhàn),。

3         特殊的使用溫度和使用功能

雪場(chǎng)位于冰城哈爾濱，哈爾濱冬季嚴(yán)寒,，氣溫可達(dá)到－40℃,，雪場(chǎng)的特殊功能使保溫體系置于鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)，且高強(qiáng)度鋼材和厚鋼板使鋼結(jié)構(gòu)脆性斷裂問(wèn)題尤其突出,，因此鋼筋選型及研究低溫下鋼材的性能尤為重要,。

1     設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及荷載

1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期及使用年限50年，建筑抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi),，抗震等級(jí)為二級(jí),。重要構(gòu)件安全等級(jí)取為一級(jí),，其他構(gòu)件為二級(jí)，鋼結(jié)構(gòu)耐火等級(jí)為一級(jí),。

主要構(gòu)件水平變形控制標(biāo)準(zhǔn)按表1控制,，主要構(gòu)件豎向變形控制標(biāo)準(zhǔn)按表2控制，強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)按表3控制,。

主要構(gòu)件水平變形控制標(biāo)準(zhǔn)               表1

注：H為樓層高度,。

主要構(gòu)件豎向變形控制標(biāo)準(zhǔn)               表2

注：L為構(gòu)件跨度。

主要構(gòu)件強(qiáng)度控制標(biāo)準(zhǔn)                 表3

工程抗震設(shè)防烈度為6度,，設(shè)計(jì)地震分組為第一組,，場(chǎng)地特征周期為0.45s。小震峰值加速度按照《哈爾濱萬(wàn)達(dá)城工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》（簡(jiǎn)稱(chēng)安評(píng)報(bào)告）取值,，中震和大震的峰值加速度基于規(guī)范規(guī)定按小震加速度同樣倍數(shù)（32/18=1.78）放大,，分別為87gal和222gal；中震峰值加速度與安評(píng)報(bào)告中的中震峰值加速度值90gal接近,，大震峰值加速度大于安評(píng)報(bào)告中的大震峰值加速度174gal,。反應(yīng)譜形狀參數(shù)和Tg按規(guī)范[2]和地勘報(bào)告取值[2]。

根據(jù)工程的抗震不利特征,、構(gòu)件重要性及規(guī)范[2]“兩階段三水準(zhǔn)”原則,，并綜合考慮“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎,，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的基本概念，經(jīng)向超限審查專(zhuān)家組咨詢(xún)并進(jìn)行了多次討論,，明確了結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的抗震性能目標(biāo),，表4給出了高區(qū)各構(gòu)件的安全等級(jí)及抗震性能目標(biāo)。

高區(qū)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)               表4 

注：大震應(yīng)力比≤0.95指節(jié)點(diǎn)最大應(yīng)力不超過(guò)鋼材屈服強(qiáng)度的0.95,。

1.2荷載作用

（1）雪道樓面恒荷載依據(jù)冰雪制冷工藝廠(chǎng)家提資,，總恒荷載為8.5kN/m2（包括雪體及面層自重，不包括結(jié)構(gòu)樓板自重）,?；詈奢d根據(jù)滑雪運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地要求和壓雪車(chē)輪壓擴(kuò)散及制動(dòng)荷載，取為4kN/m2,。樓面索道荷載及魔毯荷載依索道及魔毯廠(chǎng)家提資,。

（2）屋面上弦恒荷載取0.9kN/m2，包括二次結(jié)構(gòu)檁條和金屬屋面做法,。屋面上弦活荷載考慮屋面活荷載和雪荷載的包絡(luò),，取0.7kN/m2。屋面檐溝恒荷載按建筑做法取3.5kN/m,。根據(jù)哈爾濱的氣候特征,，檐溝活荷載考慮滿(mǎn)水荷載和滿(mǎn)冰荷載的包絡(luò)組合,。滿(mǎn)冰荷載包括檐溝內(nèi)冰荷載和覆冰荷載，覆冰荷載按照《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50135—2006）計(jì)算,，滿(mǎn)冰荷載共計(jì)5.7kN/m,。

（3）屋面下弦恒荷載取0.7kN/m，包括二次結(jié)構(gòu)檁條和冷庫(kù)板做法,。屋面吊掛的冷風(fēng)機(jī)和吹雪機(jī)等制冷設(shè)備荷載依據(jù)冰雪制冷工藝廠(chǎng)家提資與馬道荷載合并計(jì)算,。吊掛活荷載取0.3kN/m2。

（4）側(cè)墻荷載取值考慮內(nèi)外兩側(cè)二次結(jié)構(gòu)檁條,、冷庫(kù)板,、外裝飾材料及LED屏等做法自重。墻面吊掛制冷設(shè)備荷載計(jì)算方式同屋面下弦,，此外還有特殊的擦窗機(jī)荷載,，依據(jù)廠(chǎng)家提資進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（5）基本風(fēng)壓為0.7kN/m2(100年重現(xiàn)期),，地面粗糙度為B類(lèi),，按照《哈爾濱萬(wàn)達(dá)城風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)報(bào)告》和《哈爾濱萬(wàn)達(dá)城風(fēng)致振動(dòng)分析報(bào)告》進(jìn)行外墻、屋頂,、樓面底部的主體風(fēng)荷載設(shè)計(jì)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載設(shè)計(jì),。

（6）基本雪壓為0.7kN/m2(考慮極端氣候影響適當(dāng)放大)，根據(jù)《哈爾濱萬(wàn)達(dá)城雪荷載分布數(shù)值模擬報(bào)告》,，考慮在風(fēng)荷載作用下屋面積雪的漂移堆積分布,，對(duì)積雪情況進(jìn)行最不利情況分析，不同風(fēng)向角下積雪分布系數(shù)在0.75~1.25之間,。

（7）使用階段鋼結(jié)構(gòu)最高溫度為35°C,，最低溫度為－32°C；施工階段鋼結(jié)構(gòu)最高溫度為55°C,，最低溫度為－38°C,；合攏溫度應(yīng)控制在5~15°C。

1.3設(shè)計(jì)軟件

整體結(jié)構(gòu)分析采用通用有限元分析軟件MIDAS Gen ver800,，并采用SAP2000軟件進(jìn)行復(fù)核,。混凝土部分及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用YJK軟件,。大震及防連續(xù)倒塌分析采用通用有限元分析軟件ABAQUS,。

2     結(jié)構(gòu)縫的設(shè)置

由于結(jié)構(gòu)長(zhǎng)487m，屬于超長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu),，為了減小結(jié)構(gòu)單體長(zhǎng)度并簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)受力的復(fù)雜性,，將其與下部停車(chē)樓及超市等混凝土結(jié)構(gòu)脫開(kāi)，并設(shè)置兩條縫將其分割為低區(qū),，中區(qū),，高區(qū)三個(gè)部分,。圖2為結(jié)構(gòu)分區(qū)示意圖。其中低區(qū)平面尺寸為158m×150m,，中區(qū)平面尺寸為151m×（150~120）m,，高區(qū)平面尺寸為173m×(90~120)m，整體結(jié)構(gòu)立面高度最低42m（最西端）,，最高119.66m（最東端）,。經(jīng)超限認(rèn)定，三部分均屬于超限結(jié)構(gòu),。

3     高區(qū)結(jié)構(gòu)體系及優(yōu)化措施

高區(qū)為巨型框架結(jié)構(gòu),，組成部分包括鋼筒體、滑雪層樓面結(jié)構(gòu),、側(cè)面大桁架以及屋面結(jié)構(gòu),。圖3給出了高區(qū)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成簡(jiǎn)圖。

圖3 高區(qū)結(jié)構(gòu)體系

巨型框架柱為6個(gè)鋼筒體,，巨型框架梁為樓面主桁架,。為了分擔(dān)豎向荷載，在左側(cè)南北兩端設(shè)置了兩個(gè)僅承擔(dān)豎向荷載的混凝土筒體,，混凝土筒體支承側(cè)面大桁架,。南北方向布置了樓面次桁架，東西方向布置樓面次梁,。在樓面層上局部布置雪道支承結(jié)構(gòu),，在側(cè)面桁架上布置屋面結(jié)構(gòu)。高區(qū)整體鋼結(jié)構(gòu)與下部停車(chē)樓混凝土結(jié)構(gòu)留縫脫開(kāi),，如圖4所示,。

圖4高區(qū)結(jié)構(gòu)與下部停車(chē)樓的關(guān)系

高區(qū)鋼結(jié)構(gòu)主要荷載的傳遞路徑為：1)屋面豎向荷載→屋面檁條→屋面主桁架或聯(lián)系桁架→側(cè)面大桁架→樓面主桁架→巨型框架柱→基礎(chǔ)；2）樓面豎向荷載→樓面次桁架→樓面主桁架→巨型框架柱→基礎(chǔ),；3）側(cè)向風(fēng)荷載→墻面檁條→側(cè)面大桁架或抗風(fēng)桁架→樓面或屋面主桁架→巨型框架柱→基礎(chǔ)。

滑雪場(chǎng)高區(qū)屬于特殊類(lèi)型的空間高層結(jié)構(gòu),，質(zhì)量中心和剛度中心相差較遠(yuǎn),，偏心率為0.25，扭轉(zhuǎn)位移比超過(guò)1.2,，嚴(yán)重超限,。經(jīng)與建筑專(zhuān)業(yè)協(xié)商，通過(guò)調(diào)整巨柱位置調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的重心,，圖5給出了調(diào)整方法,，左側(cè)直筒右移39m，直筒與斜筒跨度由94.9m減小至54.5m,，減小約40.4m,，筒體間南北距離增大1.7m,，偏心率由0.25減小為0.14，滿(mǎn)足規(guī)范[2]要求（0.15）,。圖6為調(diào)整前后剛度中心和質(zhì)量中心對(duì)比圖,。雖然結(jié)構(gòu)仍然存在一定偏心，但較優(yōu)化前方案有較大改善,。

圖5  巨型框架柱平面位置調(diào)整圖

(a) 調(diào)整前

(b) 調(diào)整后

圖6 調(diào)整前后剛度中心和質(zhì)量中心對(duì)比圖

4     中區(qū)結(jié)構(gòu)體系

滑雪場(chǎng)中區(qū)上部鋼結(jié)構(gòu)為橫向桁架,、縱向框架的結(jié)構(gòu)體系，下部混凝土結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu),，見(jiàn)圖7,。跨度在120~150m之間,。鋼結(jié)構(gòu)柱腳鉸接于下部混凝土結(jié)構(gòu)上,。為減小上部鋼結(jié)構(gòu)縱向地震作用時(shí)的地震反應(yīng)，在縱向框架兩端設(shè)置黏滯阻尼器,。黏滯阻尼器在正常使用狀態(tài)下不提供剛度,，在地震作用下提供附加阻尼。

圖7 滑雪場(chǎng)中區(qū)剖面圖

屋面主受力方向采用單榀門(mén)式剛架,，各榀門(mén)式剛架通過(guò)支承連成整體,。屋面桁架上下弦中心線(xiàn)之間的最大高度為11m，柱肢中心線(xiàn)間距剛架直線(xiàn)段部分為3m,，頂部與屋頂連接處過(guò)渡到6m,。

主桁架弦桿采用工字形截面，腹桿采用箱形截面和圓鋼管,，主桁架之間通過(guò)聯(lián)系桁架和水平連梁連成整體,，見(jiàn)圖8。格構(gòu)柱采用箱形截面,。

(a) 屋頂桁架立體圖     (b) 聯(lián)系桁架構(gòu)成圖

圖8 滑雪場(chǎng)中區(qū)和低區(qū)屋面鋼結(jié)構(gòu)做法

5     低區(qū)結(jié)構(gòu)體系

滑雪場(chǎng)低區(qū)上部鋼結(jié)構(gòu)也采用橫向桁架,、縱向框架的結(jié)構(gòu)體系，下部為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),，跨度為150m,，為有效減小屋面跨度，在不影響建筑功能的前提下,，增設(shè)跨中柱,，跨中柱柱底鉸接、柱頂剛接,，見(jiàn)圖9,。屋面結(jié)構(gòu)體系同中區(qū)結(jié)構(gòu)，不同之處在于抽空了局部屋面斜腹桿，使跨中柱的受荷面積減小,，并補(bǔ)充了防連續(xù)倒塌分析,。

圖9 滑雪場(chǎng)低區(qū)剖面圖

1      雪道樓面抗拉設(shè)計(jì)

哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪館高區(qū)滑道部分長(zhǎng)約167m、寬約113m,，為超長(zhǎng)樓板,；滑道樓板兩端最大高差高達(dá)45m，最大坡度角為25.44°,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)迪拜滑雪場(chǎng)的最大坡度15°,。樓面次梁和鋼筋桁架樓層板設(shè)計(jì)都存在很大的難度。

僅在重力荷載的作用下,，樓面梁和樓面板均存在較大的平面外和平面內(nèi)拉應(yīng)力,，見(jiàn)圖10。

圖10 高區(qū)樓面受拉圖

（1）樓面次梁沿雪道坡度方向布置,，均為斜梁,，且與樓面主桁架鉸接，在樓面重力荷載作用下,，產(chǎn)生很大的軸向力,，節(jié)點(diǎn)連接僅通過(guò)腹板連接不能滿(mǎn)足受拉要求；若將翼緣與主桁架焊接,，則會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的梁端彎矩,，會(huì)導(dǎo)致次梁截面嚴(yán)重不足。最后通過(guò)增加鉸接斜撐的方式,，承擔(dān)滑道方向的拉力,，做法見(jiàn)圖11。

圖11 沿雪道方向樓面次梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

（2）樓面板平面內(nèi)受拉分析采用MIDAS軟件,，在高區(qū)整體模型中對(duì)鋼筋桁架樓承板進(jìn)行仿真分析,，樓板選用彈性板6，荷載施加為壓力荷載,，并對(duì)樓板進(jìn)行單元剖分,，真實(shí)模擬樓板平面外和平面內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)。圖12為樓面板平面受拉應(yīng)力云圖,，可見(jiàn)樓板平面內(nèi)存在較大的拉應(yīng)力,，尤其在樓面轉(zhuǎn)角區(qū)域和V形柱支承區(qū)域樓板平面內(nèi)受拉比較明顯，沿坡度方向樓板最大拉應(yīng)力達(dá)到4.5MPa,，超出了混凝土的抗拉強(qiáng)度,，樓板除配置相應(yīng)的受彎鋼筋外,，分區(qū)域額外配置受拉鋼筋,，表5給出了平面內(nèi)受拉鋼筋的配置。

(a) X方向

(b) Y方向

圖12 高區(qū)樓板平面受拉應(yīng)力云圖/（N/mm）

鋼筋桁架樓承板受拉鋼筋配置      表5

2     雪道基層抗滑移試驗(yàn)及設(shè)計(jì)

哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)雪道基層做法復(fù)雜，圖13為雪道基層的做法示意,，包括制冷凝土層,、保溫層、防水及砂漿保護(hù)層,、防結(jié)露暖管層等,，高區(qū)雪道存在很大傾角，最大傾角為25.44°,，雪道基層會(huì)產(chǎn)生較大的下滑力,，同時(shí)在施工階段、造雪初期及使用過(guò)程中室外區(qū)大溫差循環(huán)往復(fù)作用下,，主體結(jié)構(gòu)樓面與雪道基層間可能會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)變形,。這種大傾角，大溫差變化及特殊的使用功能屬于世界首例,，無(wú)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù),，研究在各種荷載工況下雪道基層是否會(huì)產(chǎn)生滑移破壞及采用相應(yīng)的預(yù)防措施是非常有必要的。

圖13雪道基層做法

2.1 雪道基層試驗(yàn)及結(jié)果分析

雪道基層滑移試驗(yàn)包括現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是在坡度25.44°的森林道上按照真實(shí)的雪道基層做法制作樣板段,，如圖14所示，模擬使用過(guò)程中可能發(fā)生的最不利荷載,，包括各基層重力荷載,，雪荷載，活荷載及壓雪車(chē)加減速引起的制動(dòng)荷載等?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果為雪道樣板段并未產(chǎn)生向下的滑移,。

(a) 試驗(yàn)段位置          (b) 試驗(yàn)段實(shí)景

圖14 雪道試驗(yàn)段照片

考慮到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的局限性，同時(shí)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn),，分別對(duì)雪道基層抗剪承載力和SBS蠕變性能進(jìn)行了測(cè)試,。雪道基層抗剪承載力試驗(yàn)結(jié)果表明雪道基層破壞首先發(fā)生在聚氨酯防水層，表現(xiàn)為交界面先開(kāi)裂,，之后發(fā)生滑移,，滑移過(guò)程中的剪切承載力不小于5.0kN。另外,，SBS防水卷材上表面有一層薄膜,，導(dǎo)致其與上部水泥砂漿保護(hù)層之間的粘接面是剪切破壞模式的第二薄弱環(huán)節(jié)。SBS蠕變性能試驗(yàn)結(jié)果表明在低溫條件下（－15,，－5℃）,，SBS防水卷材的剪切蠕變量較小，但剪切蠕變量隨溫度的提高而增加,，蠕變量隨溫度變化呈非線(xiàn)性,，常溫41d的蠕變量達(dá)到5.1mm。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的結(jié)論進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：1）使用過(guò)程中保持低溫,，雪道層不會(huì)產(chǎn)生滑移,；2）施工過(guò)程中的SBS蠕變可能會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)高，蠕變量增大,，有產(chǎn)生滑移的可能性,。因此需要采取措施防止因施工過(guò)程中SBS蠕變而產(chǎn)生雪道基層滑移。

2.2 抗滑移設(shè)計(jì)

（1）抗滑移反坎的布置

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況,，通過(guò)在垂直于雪道方向設(shè)置反坎來(lái)阻止施工過(guò)程中可能產(chǎn)生的滑移,。按照雪道角度的不同進(jìn)行計(jì)算，紅道及藍(lán)道需設(shè)置兩道反坎,，森林道需設(shè)置三道反坎,，圖15為雪道反坎平面布置。

圖15雪道反坎平面布置圖

（2）抗滑移反坎的構(gòu)造做法

保溫層外的主體結(jié)構(gòu)在使用階段的最高溫度為35°C,，最低溫度為－32°C,；滑道面層使用階段的溫度保持在－6°C左右；外部主體結(jié)構(gòu)和內(nèi)部滑道面層之間的最高溫差近30°C,。增加反坎前,，雪道面層和主體結(jié)構(gòu)樓面之間是自由的，溫差產(chǎn)生二者的相對(duì)變形可以通過(guò)材料之間的粘結(jié)和摩擦力來(lái)協(xié)調(diào),。增加反坎后,，反坎約束了雪道面層與主體結(jié)構(gòu)之間的變形協(xié)調(diào)，若主體結(jié)構(gòu)升溫,，變形增大,，反坎之間的距離加大，滑道混凝土面層受拉,，經(jīng)MIDAS軟件仿真模擬分析,，反坎處混凝土的最大應(yīng)力接近4N/mm2，滑道混凝土面層有被拉裂的風(fēng)險(xiǎn),。故通過(guò)在反坎與滑道面層之間設(shè)置變形縫釋放應(yīng)力,，嵌縫材料采用500級(jí)高強(qiáng)擠塑聚苯?；炷练纯哺叨葹?40.5mm,，中間采用方鋼管(B140×140×6)連接，并以栓釘保證型鋼的可靠錨固,，型鋼間距取為1000mm,，圖16為反坎的具體構(gòu)造做法。

圖16 雪道反坎做法

3     低溫鋼結(jié)構(gòu)性能研究

哈爾濱地處嚴(yán)寒地區(qū),，極端氣溫可下降到-38℃,。隨著溫度降低,，鋼材塑性和韌性逐漸降低，鋼材易產(chǎn)生脆性破壞,。滑雪場(chǎng)工程中鋼結(jié)構(gòu)部分大量使用高強(qiáng)度鋼材和厚板,，最大厚度為60mm,，在設(shè)計(jì)初期，經(jīng)與建設(shè)方及建筑專(zhuān)業(yè)協(xié)商,，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采取增加外保溫措施,，提高鋼結(jié)構(gòu)的使用溫度。因而在鋼材選擇上,，依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）選擇Q345C級(jí)鋼（工作溫度：－20~0℃）和Q345D級(jí)鋼（工作溫度≤－20℃）,。

在施工進(jìn)行過(guò)程中，為節(jié)省工程造價(jià),，建設(shè)方提出要將V形巨柱外保溫及外裝飾去掉,，如圖17所示。這樣V形巨柱直接外露,，極端工作氣溫下降至-38℃,，此時(shí)，東區(qū)主體結(jié)構(gòu)已施工完畢,，而國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)鋼結(jié)構(gòu)低溫脆斷的控制還不是很完善,，不能對(duì)構(gòu)件在低溫下發(fā)生脆性斷裂進(jìn)行定量的準(zhǔn)確判斷和分析。

圖17鋼結(jié)構(gòu)外露方案

經(jīng)多方面資料匯集,，并結(jié)合2014年10月8日《哈爾濱萬(wàn)達(dá)茂滑雪樂(lè)園鋼結(jié)構(gòu)在嚴(yán)寒地區(qū)外露結(jié)構(gòu)可行性專(zhuān)家論證會(huì)》專(zhuān)家意見(jiàn),，最后參考?xì)W洲規(guī)范EN1993-1-10復(fù)核鋼結(jié)構(gòu)受拉桿件在極端低溫下的應(yīng)力比。

歐洲規(guī)范EN1993-1-10中2.3.2條給出了不同種類(lèi)鋼材在不同溫度,、不同應(yīng)力狀態(tài)下的最大厚度要求,，本工程可以根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)板材厚度反推出低溫下的最大應(yīng)力狀態(tài)，即在一定的低溫條件下鋼材的抗拉強(qiáng)度隨鋼材厚度進(jìn)行不同程度的折減,。Q345D級(jí)鋼材在低溫-38℃時(shí)允許的強(qiáng)度及最大應(yīng)力比見(jiàn)表6（Q345D級(jí)鋼材參考表2中的355鋼材）,。

不同厚度鋼材在低溫狀態(tài)下的最大應(yīng)力狀態(tài)     表6

通過(guò)MIDAS軟件計(jì)算復(fù)核，與V形巨柱相連的樓面桁架桿件中,，有38根受拉桿件應(yīng)力比大于0.58,，最大應(yīng)力比高達(dá)到0.88，不滿(mǎn)足歐洲規(guī)范EN1993-1-10的要求,，V形巨柱外露存在一定的風(fēng)險(xiǎn),。必須對(duì)外露鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫圍護(hù)和外裝飾處理，不能將其直接外露,。

4     基礎(chǔ)抗不均勻豎向力及水平力設(shè)計(jì)

滑雪場(chǎng)結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜,，各區(qū)自身荷載和剛度分布差異很大,，需根據(jù)各區(qū)不同的特點(diǎn)選取不同的地基和基礎(chǔ)形式，分別抵抗不均勻的豎向力和水平力,，并嚴(yán)格控制基礎(chǔ)變形,。

4.1 基礎(chǔ)抗不均勻豎向力設(shè)計(jì)

高區(qū)結(jié)構(gòu)為巨型框架結(jié)構(gòu)，屋面和樓面的全部荷載均由6根巨型框架柱傳遞給基礎(chǔ),，基礎(chǔ)反力集中在6根巨柱上,，基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜。另外,，雪道高差較大,，兩側(cè)水平剛度差異很大。質(zhì)量中心和剛度中心相差較大,，且哈爾濱地區(qū)溫差較大,，在重力荷載和溫度荷載等非地震工況下，巨型框架柱底存在很大的水平力,，此區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是最為復(fù)雜和獨(dú)特的部分,，是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用YJK軟件模擬各巨柱分肢在各種工況下的真實(shí)內(nèi)力,，采用基礎(chǔ)設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行樁筏有限元分析,。巨柱筏板下采用非均勻布樁方式，通過(guò)調(diào)整布樁位置,，使群樁中心盡量與荷載中心重合,，改變基礎(chǔ)反力分布不均勻狀態(tài)，并有效減小沉降差異,，從根源上改變筏板的受力狀態(tài),，減小筏板厚度，最終達(dá)到節(jié)省造價(jià)的目的,。

4.2 基礎(chǔ)抗水平力設(shè)計(jì)

高區(qū)結(jié)構(gòu)抗水平力設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)多方案的經(jīng)濟(jì)性和可行性的對(duì)比分析及上部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,，最終采用增設(shè)抗水平力樁與原樁體共同抵抗水平力的方案。增設(shè)的專(zhuān)門(mén)抗水平力樁的樁長(zhǎng)由原來(lái)的45m優(yōu)化為12m,，通過(guò)水平承載力試驗(yàn),，單樁水平承載力特征值可達(dá)到230kN，具有很好的經(jīng)濟(jì)性,。

另外,，考慮到巨柱柱腳對(duì)整個(gè)工程的重要性，將地下室側(cè)墻和承臺(tái)側(cè)面的回填土體及承臺(tái)底土體的摩擦力作為抗水平力的安全儲(chǔ)備,，施工土方回填要求采用3:7灰土分層夯實(shí),，壓實(shí)系數(shù)不小于0.96。

中區(qū)和低區(qū)下部結(jié)構(gòu)均為不同層數(shù)的混凝土框架結(jié)構(gòu)支承,，且柱間存在水平拉梁或承臺(tái)梁,，支承屋面柱的水平力通過(guò)水平梁體系整體平衡和分配,。其中支承屋面柱的恒荷載、活荷載及溫度荷載產(chǎn)生的水平力,，由于兩側(cè)柱的內(nèi)力相對(duì),，可通過(guò)水平梁體系相互抵消。支承屋面柱由風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力可通過(guò)水平梁體系協(xié)調(diào)和分配到中部水平力較小的柱底,。從而樁體自身便可以承擔(dān)其分擔(dān)的相應(yīng)水平力,。

本文僅對(duì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行概括性的論述，關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的詳細(xì)分析將在后續(xù)的基礎(chǔ)專(zhuān)項(xiàng)分析中詳細(xì)介紹,。

5     超常規(guī)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則及優(yōu)化措施

滑雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)為重載大跨度鋼結(jié)構(gòu)，大跨度樓面荷載為常規(guī)樓面荷載的4倍左右,，節(jié)點(diǎn)尺寸和受力均超常規(guī),，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型種類(lèi)繁多且空間關(guān)系復(fù)雜。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)首先保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的承載能力高于構(gòu)件：1)結(jié)合抗震超限專(zhuān)家論證會(huì)意見(jiàn),，對(duì)于結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),，應(yīng)達(dá)到的抗震性能目標(biāo)為大震應(yīng)力比不超過(guò)0.95（鋼材強(qiáng)度取屈服強(qiáng)度）；2)節(jié)點(diǎn)傳力直接,，節(jié)點(diǎn)區(qū)應(yīng)有可靠的傳遞主受力構(gòu)件內(nèi)力的能力,；3)方便施工，避免焊縫重疊,，有較強(qiáng)的可操作性,；4)有較好的經(jīng)濟(jì)性。

在滿(mǎn)足以上四條的前提下,，進(jìn)行各種優(yōu)化：1)進(jìn)行了螺栓連接和栓焊混合連接方法的論證和優(yōu)化,；2)通過(guò)優(yōu)化截面形式的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的優(yōu)化；3)優(yōu)化有限元分析方法,，通過(guò)MIDAS軟件把關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的三維實(shí)體模型嵌入整體線(xiàn)性模型中,，實(shí)現(xiàn)有限元分析，避免荷載和邊界條件的假定不符合實(shí)際受力狀態(tài),，提高節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性,。

限于篇幅，本文僅對(duì)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)行概括性論述,，后續(xù)的節(jié)點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)分析將分別對(duì)巨型框架交叉節(jié)點(diǎn),、樓面及屋面復(fù)雜節(jié)點(diǎn)、低區(qū)跨中柱與屋面連接節(jié)點(diǎn),、抗風(fēng)桁架典型節(jié)點(diǎn),、柱腳設(shè)計(jì)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)做詳細(xì)介紹。

1     鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

工程耐火等級(jí)為一級(jí),，建筑各承重構(gòu)件的耐火極限詳表7,。

哈爾濱地區(qū)晝夜溫差較大,，巨型框架柱耐火極限要求較高，柱肢最大截面寬度為1.8m,，所需涂裝寬度較大,，涂裝厚度也較厚，且與地面成70°斜角,，在大面積涂裝過(guò)程中,，下掛的防火涂料在自重及極端溫差下，極易出現(xiàn)裂縫,，產(chǎn)生氣泡,、空鼓等現(xiàn)象，且易掉落,。

結(jié)合以上特點(diǎn),，在保證耐火極限及安全使用性能要求下，最終選擇自重輕,、粘結(jié)強(qiáng)度高,、耐候性好的厚型防火涂料，且在防火涂層中增設(shè)鋼筋網(wǎng)片,，強(qiáng)度不小于6MPa,。此種措施在一定程度上增加了防火噴涂的難度，但有效預(yù)防了后期掉落的危險(xiǎn),。

耐火極限                                             表7

 2     鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)

雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)涂層應(yīng)保證50年（防腐設(shè)計(jì)使用年限）內(nèi)需進(jìn)行維修的次數(shù)不多于兩次(不含正常養(yǎng)護(hù)次數(shù)),。經(jīng)除銹處理后涂環(huán)氧富鋅底漆,，干膜厚度≥75μm；中間漆采用環(huán)氧云鐵,，干膜厚度≥75μm,。防火涂料涂于中間漆之上、面漆之下,。當(dāng)采用厚型防火涂料時(shí),，應(yīng)在防銹漆外側(cè)噴涂防火涂料。

1     二次結(jié)構(gòu)施工模擬分析設(shè)計(jì)

馬道及檁條等二次結(jié)構(gòu)的安裝順序是在主體結(jié)構(gòu)卸載而產(chǎn)生變形以后,，此時(shí)二次結(jié)構(gòu)的安裝對(duì)主體結(jié)構(gòu)和二次結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生有害次應(yīng)力,，因此對(duì)二次結(jié)構(gòu)的施工安裝進(jìn)行模擬分析，得出正確的受力模型和施工順序尤為重要,。

采用MIDAS有限元程序?qū)︸R道（圖18）和主體結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行整體非線(xiàn)性仿真模擬分析,，得出馬道必須分段均勻安裝，且提供側(cè)向剛度的馬道斜撐應(yīng)在主體結(jié)構(gòu),、馬道結(jié)構(gòu),、圍護(hù)結(jié)構(gòu)吊裝完畢之后安裝的結(jié)論,。并優(yōu)化了馬道桿件斷面，取得了很好的經(jīng)濟(jì)性,。

圖18 懸掛于主體結(jié)構(gòu)下的馬道模型

2     鋼結(jié)構(gòu)施工模擬分析

高區(qū)鋼結(jié)構(gòu)巨柱采用雙向傾斜無(wú)支撐片狀吊裝,，屋蓋采用帶支撐高空傾斜累積滑移安裝[4]，避免了傳統(tǒng)施工方法臨時(shí)支撐用量大,、人工和機(jī)械成本多的缺點(diǎn),。低、中區(qū)結(jié)構(gòu)采用了地面原位拼裝,、分塊提升的安裝方法[5],，并采用了國(guó)內(nèi)首次應(yīng)用的提升水平控制系統(tǒng)，均為國(guó)內(nèi)先進(jìn)的施工工藝,。采用有限元程序進(jìn)行施工模擬分析,，并解決了以下問(wèn)題：1）施工上可以對(duì)不同的施工方案進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化分析；2）分析每個(gè)施工階段的變形和穩(wěn)定性,，確保了施工安全,；3）為施工臨時(shí)設(shè)施的設(shè)計(jì)和制作提供了力學(xué)參數(shù),；4）對(duì)支撐系統(tǒng)卸載過(guò)程進(jìn)行模擬分析并與卸載監(jiān)測(cè)值比較,，驗(yàn)證鋼結(jié)構(gòu)臨時(shí)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)及布置的合理性，各卸載監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)值均處于理論及規(guī)范允許范圍內(nèi),；5）為支撐臨時(shí)支撐的主體結(jié)構(gòu)提供設(shè)計(jì)依據(jù),，驗(yàn)算其施工中的安全性，圖19為施工過(guò)程照片,。

圖19 施工過(guò)程中的全景照片

針對(duì)該建筑的特殊結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性,，為了全面掌握鋼結(jié)構(gòu)在施工和使用過(guò)程中的實(shí)際受力狀態(tài)，提供結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)信息,，準(zhǔn)確把握和安全狀況,，依靠現(xiàn)代高精度的監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)施工過(guò)程及結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，以確保工程結(jié)構(gòu)使用的安全性,、完整性,、適用性和耐久性。

1     施工過(guò)程監(jiān)測(cè)

施工監(jiān)測(cè)包括施工過(guò)程中的沉降觀(guān)測(cè),，大跨度鋼結(jié)構(gòu)控制點(diǎn)的變形監(jiān)測(cè),，大跨度鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的應(yīng)力，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵焊縫監(jiān)測(cè)及施工過(guò)程中臨時(shí)支護(hù)等構(gòu)件,。

監(jiān)測(cè)變形,，應(yīng)力/應(yīng)變數(shù)據(jù)變化的預(yù)警值按照設(shè)計(jì)值的80%取值。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果,，高區(qū)結(jié)構(gòu)巨柱區(qū)域的沉降最大為8.94mm,，低區(qū)和中區(qū)結(jié)構(gòu)沉降最大值在跨中柱支撐屋面柱下,，為8.20mm。整體沉降值及沉降差值均相對(duì)較小,，且遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值及預(yù)警值,。滿(mǎn)足規(guī)范[6]對(duì)不均勻沉降的要求，可保證建筑使用中的安全性,。

2     健康監(jiān)測(cè)

哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)健康監(jiān)測(cè)可以在雪場(chǎng)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的整體健康狀況,，定期分析雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力狀態(tài)的變化趨勢(shì)，尤其是對(duì)鋼結(jié)構(gòu)溫度的監(jiān)測(cè),，對(duì)鋼材發(fā)生冷脆破壞有一定的預(yù)測(cè)作用,。健康監(jiān)測(cè)可以建立滑雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)字化和信息化檔案，科學(xué)合理的協(xié)助滑雪場(chǎng)的管理和養(yǎng)護(hù),。

在運(yùn)營(yíng)階段健康監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目包括：溫度監(jiān)測(cè),、環(huán)境監(jiān)測(cè)、代表性結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力/應(yīng)變監(jiān)測(cè),、支座位移監(jiān)測(cè),、鋼結(jié)構(gòu)的卸載監(jiān)測(cè)。

健康監(jiān)測(cè)工期為工程竣工后三年,。

(1) 哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)為超大跨度結(jié)構(gòu),，造型獨(dú)特，結(jié)構(gòu)復(fù)雜超限,，設(shè)計(jì)難點(diǎn)較多,，通過(guò)合理的分縫簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，各區(qū)結(jié)構(gòu)體系均傳力路徑清晰,，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)明確,。實(shí)現(xiàn)了建筑與結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合。

(2) 對(duì)超大室內(nèi)滑雪場(chǎng)的特殊關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了歸納和總結(jié),，其中包括高區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),，雪道樓面抗拉設(shè)計(jì)，雪道基層抗滑移試驗(yàn)及設(shè)計(jì),，低溫鋼結(jié)構(gòu)性能研究,，基礎(chǔ)抗不均勻豎向力及水平力設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則等。

(3)本文給出了一系列大型滑雪場(chǎng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)和技巧,，可供同類(lèi)設(shè)計(jì)參考,。

[1] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50011—2010 [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] 朱忠義, 張琳, 李洪求,等. 哈爾濱萬(wàn)達(dá)茂室內(nèi)滑雪場(chǎng)高區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2018,48(23):

[3] 張琳, 朱忠義, 王哲,等. 哈爾濱萬(wàn)達(dá)滑雪場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2017,47(18):32-36.

[4] 劉遠(yuǎn)帆, 楊文俠, 高建軍,等. 哈爾濱萬(wàn)達(dá)茂滑雪樂(lè)園東區(qū)鋼結(jié)構(gòu)工程施工技術(shù)[J]. 施工技術(shù), 2015,44(24):1-4.

[5] 賈尚瑞, 邢遵勝, 豆德勝,等. 萬(wàn)達(dá)茂滑雪樂(lè)園西區(qū)鋼結(jié)構(gòu)提升施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 施工技術(shù), 2015,44(8):9-12.

[6]建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50007—2011 [S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,，2011.