前言
对大型公共建筑由外造型和内功能所决定的平面及竖向上的复杂变化以及特殊空间需求，通过立体管桁架+混凝土框架结构体系实现；对大跨度空间结构及特殊形式柱，简要探讨了结构稳定性及设计控制准则，完成了多管相交节点设计，同时在整体中而非孤立地考察了局部关键节点；设计流程中引入了BIM技术，结构设计实现了有效的专业配合、设计优化深化、设计校审及施工配合。
项目名称：重庆万达旅游城万达茂项目丨娱雪乐园
项目地点：重庆市沙坪坝区西永
业主单位：重庆万达城投资有限公司
结构设计团队：重庆市设计院丨第一建筑设计院
建筑面积：2.9万平方米
设计时间：2017～2018年
项目背景及概况
重庆万达茂（Wanda Mall）是超大型文化旅游项目，位于重庆市沙坪坝区西永片区，项目地块南侧紧临西井大道，为城市主干道；西侧文旅西二路为城市次干道。本项目总建筑面积21.4万㎡，由商业街和大型室内主题乐园（温泉水乐园、海洋乐园、娱雪乐园）组成。商业街与主题乐园由中间消防通道分开各自独立，三大乐园间通过结构缝脱开。
三个乐园中的娱雪乐园是目前全球最先进的第四代室内滑雪场，场内设有多条不同坡度雪道，还有下雪体验区，给游客带去北国冰雪风景。娱雪乐园总建筑面积约2.9万㎡，平面长向189m，短向142m，地上高度28~40m，屋盖呈北高南低。
冷区鸟瞰图
冷区主滑雪道效果图
结构体系
娱雪乐园下部结构为钢筋混凝土框架结构，分别在西南侧有三层结构（暖区），在东南侧和西北侧有单层滑雪道结构，在东侧有三层滑雪道结构，均为混凝土框架结构与外围大空间框架相连；西侧单层混凝土框架与外围大空间框架设缝脱开。屋盖结构为大跨度立体钢桁架结构，采用倒三角形立体管桁形式，支座位于下部外围框架柱上。桁架矢高3.9~9.2m，最大跨度80.3m。
下部结构平面
屋盖结构平面(主桁架)
结构侧立面
滑道结构剖面
结构设计计算分析采用整体建模，以考虑上下部结构协同。
下部混凝土结构
上部钢结构
整体建模
结构的整体稳定性
整体稳定分析显示，结构失稳首先体现为屋盖钢结构的失稳，各失稳形态为局部性桁架的侧向弯曲扭转，结构稳定性安全系数均4.2。下部混凝土结构的稳定性则显著高于屋盖钢结构部分，其稳定安全系数是屋盖钢结构稳定安全系数的近2倍，失稳形态呈现一定的整体性结构倾覆。
屋盖钢结构失稳形态
下部结构失稳形态
下部结构失稳时最大变位剖面
外围混凝土框架柱稳定性
建筑专业提出在外围框架柱内检修通行的功能性需求，因此外围大柱采用格构柱（带层间梁的框架）。对悬臂柱分析表明，按杆单元和实体单元建立的格构柱与按杆单元建立的实腹工字形柱三者失稳时形态一致，稳定承载力接近，柱内开洞后对稳定承载力影响不明显。此外，混凝土结构分肢柱稳定性高于整体格构柱。
结构设计按规范刚性屋盖单层排架柱取计算长度控制整体格构柱二阶效应基准，同时偏安全按分肢与整体格构柱等稳定性原则控制分肢稳定性，进行承载力设计。
格构柱与实腹柱、杆单元与实体单元模型对比
节点设计
固定铰支座及滑动支座均采用成品球形钢支座，球形钢支座上承铸钢节点及一般节点。
一般节点
铸钢节点
分析计算表明，采用全固定铰支座方案时，个别支座水平剪力很大，而通过设置若干滑动支座，可有效调节支座剪力峰值，将水平剪力的局部集中效应扩散至周边。但这为支座节点的设计分析带来了新问题，以往将节点单独作为隔离体施加约束和荷载的方式，难以准确模拟支座滑动的边界条件。借助目前可用的通用结构分析手段，将细分网格的滑动支座节点代入整体结构模型，可获取节点在实际边界条件中各工况下的应力情况，只是耗时较长。
滑动支座铸钢节点整体分析
对于在空间上难以避免的多管相交的相贯节点，借助通用有限元分析进行承载力复核。分析计算表明，横向内加劲是一种加强相贯节点的十分高效的方式，然而多数情况下主管承载力足够，但支管却彼此搭接较多相互削弱，此时需要增大主管管径减少支管搭接。因此合理的相贯节点设计应是主管刚硬，支管分离的。
主管630x30，无加劲
主管630x30，横向内加劲3道
主管965x50，横向内加劲4道
檩条设计
檩条系统分上下檩，上承幕墙金属屋面板，下挂冷库保温板，上下檩分别以主桁架上下弦杆为支座在桁架间跨越,为铺挂板创造更容易的敷设条件。但一般桁架间距较大，桁架倒三角的形式决定了下檩比上檩需要跨越更大的跨度。若通过对下檩增设吊点减小其跨度，有两种方案：（1）斜拉至桁架上弦杆；（2）竖向上吊至上檩条。比较分析可知，后者节点连接更为方便，同时可避免前方案因桁架间可能的差异挠曲引起的对两斜杆拉压的类桁架效应。
方案一方案二
檩条系统
结构设计基于BIM的运用
Revit和Tekla建模在不同阶段的适时引入，为结构专业横向与各专业（幕墙、保温、建筑、暖通、制冷造雪等）以及结构专业内部纵向（设计深化、校审、施工等）的配合提供了准确便捷的可视性审查手段，对于大型复杂空间钢结构设计的合理化及设计管理的前后延伸是有益且必要的。随着设计工具的不断升级，关键环节的逐渐打通，技术间相互融合，所见即所得，像造车一样造房在设计端的提前实现似乎可期。
Revit建模
Tekla建模
典型空间型相贯节点的Tekla建模及施工实况
大跨度钢结构的实现
大跨度钢结构一般体量及尺度较大，需抬升至屋面高度与下部结构最终形成整体结构共同受力。根据设备能力及现场条件，抬升时可将屋盖作为整体或者将屋盖分区分段，抬升就位方式一般也可分为直接吊装就位或先抬升后滑移就位等。虽然钢结构的工厂化程度高，但是运输条件等的限制意味着即使分区分段后仍需要进一步化整为零。因此，从工厂到现场再到高空，人员、机械及环境等交互作用，在每个环节中能力与边界条件所决定的综合距离，即是从设计图纸到现实的距离。
现场胎架拼装
500吨履带式起重机吊装
实景航拍图