其他
冰雪世界不说再见——中国院结构工程师讲述保障哈尔滨冰雪大世界四季精彩的结构设计
Editor's Note
2024年2月15日，火爆两个多月的哈尔滨冰雪大世界落下帷幕，正式闭园。闭幕并非告别，冰雪大世界还将在今后持续为哈尔滨和全国人民奉献冰雪盛宴。中国建筑设计研究院的两位总工程师——任庆英和孙海林在此详细讲述了保障冰雪大世界精彩运行的奥秘。
The following article is from 建筑结构 Author 任庆英，孙海林等
来源：新华社
2019年，中国建筑设计研究院有限公司受委托开展冰雪大世界四季冰雪项目的扩建设计，大部分新建设施在今年的第25届哈尔滨冰雪大世界中已投入使用，广大游客不仅可以在室外欣赏美轮美奂的冰雪王国，也有可以暂时躲避严寒，进入室内品尝美食，体验游乐设施的“室内暖空间”。
▲ 冰雕冰建及设施场馆环绕主塔“冰雪之冠”布局
（一）冰雕冰建基础设计
1）冰雪之冠园区主轴线上的“冰雪之冠”，其高度达到43m，用冰量达到1.3万m³，是园区内最高、单体最大的冰建景观。面对如此体量的主冰雕，设计团队经过计算，采用2m间距的群桩基础，桩径600mm，承台厚800mm，承台下设有1200mm厚砂垫层，桩型为钻孔压灌超流态混凝土桩，桩端持力层为⑥粗砂层，为“冰雪之冠”打牢基础。
▲ “冰雪之冠”远景
梦幻冰雪馆包含冰雪娱乐馆、美食馆和游乐馆等3个场馆，主体为框架结构，采用桩基础。首层地面荷载较大，冰雪娱乐馆冷区有冰场、雪场、制冷机房、彩冰车间、冰雕等，餐饮管和游乐馆暖区有多种游乐设备（旋转木马、小摩天轮等），考虑到表层原状土土质较差，若通过首层梁板承重传递给基础，经济性较差。因此，结合场馆内冰雕冰建的荷载条件，经过结构比选，采用首层不做结构梁板，进行地基处理（强夯+沉管挤密碎石桩）的方式，首层地面荷载通过建筑刚性地坪直接传递给地基。
（二）大地景观式建筑理念的结构实现手法
1）冰山馆大滑梯一进主入口，北侧就是网上爆红的500m大滑梯，这些壮观的滑梯正是冰山馆的一部分。冰山馆与大滑梯采用一体化设计，像一座山围绕在冰建区的北侧。这样的空间布局一方面利用天然的高度抵挡冬季的寒风，提高参观冰建的观众舒适度；另一方面，结合大滑梯设置餐饮、商店等设施，为游客提供必要的服务，提高游览舒适度。冰山馆中央大厅的造型采用冰块垒砌的形式语言，仿佛一组冰山立于园区之中。大滑梯在造型上与建筑相融合，造就了园区人气最旺的网红打卡地。
梦幻冰雪馆的三个场馆由尾部到主入口处标高逐渐升高，实现由景观大地到场馆的过渡生长，场馆屋顶除中间大跨度钢结构屋盖外，均设置种植土，与场地景观完美融合。结合推土条件，结构设置了架空层，架空层与场馆结构之间设置变形缝。在建筑跟部堆土较高区域采用堆土放坡，堆土可自然放坡进入架空层内部，架空层柱下布桩，并考虑堆土的水平推力。此外，在架空层屋顶、场馆屋顶布置覆土，从而实现覆土从大地连续延伸至场馆的效果。
▲ 梦幻冰雪馆施工过程照片
（三）场馆外立面设计
1）冰山馆冰山馆采用外包玻璃幕墙呈现出昂扬向上、巍峨耸立的“冰山”块体，有很强的视觉冲击力。幕墙主龙骨在主体结构设计中与主体结构统一考虑，建立整体结构模型计算。
梦幻冰雪馆建筑外围主立面为毛石砌筑墙，毛石墙按照1:10斜率倾斜。采用建筑结构一体化设计思路，在主体结构外围为毛石墙设置圈梁、构造柱，作为毛石的支撑结构。构造柱下端锚固在主结构的挑梁、挑板上，并在倾斜毛石墙内侧设置双向钢筋网片，与毛石砌块中嵌入的销片、角钢焊接。
▲ 美食馆外立面实景
（四）梦幻冰雪馆结构设计
（五）冰雪秀场结构设计
下部结构结合建筑对于外形及内部空间最终效果的要求，采用混凝土结构。建筑内部空间的主要通道由混凝土连续拱组成，壳体与各楼层相交，楼层结构为壳体提供侧向稳定，壳体也可以作为竖向支撑构件支撑楼面结构。屋顶位于混凝土壳体通道顶部的大跨度空间被一系列拱所分隔，混凝土拱脚部与壳体通道相连接，为混凝土壳体提供壁柱支撑作用，同时增加拱构件的落地面积，这些拱既承担结构支撑作用，又形成连续有机的空间。其他常规建筑空间采用框架结构支撑。建筑首层作为整个建筑的嵌固端，考虑到建筑空间布局复杂自重分布不均匀，在局部地下室区域采用大板体系，尽量增加结构自重，降低抗浮结构代价，采用增加自重方式相较于抗拔桩的抗浮措施不仅造价较低，而且抗浮可靠性较高。秀场屋盖由钢网架与桁架组成，屋盖下吊挂着滑轮梁与演绎所用栅顶层。屋盖跨度为59.8m（短向），矢高为4m，桁架高度最大为3m，对屋盖采用3D3S和盈建科进行对比分析，采用Midas和sap2000进行补充分析，采Abaqus进行节点分析，最终通过试验研究其受力性能。
试验中采用两个液压伺服作动器进行轴向荷载的施加，此外，根据钢节点的受力特点，在关键部位的位置粘贴电阻应变片，了解该试件在整个受力过程中的应力状态。
试验加载制度以25kN一级进行滞回试验加载，当试件进入屈服阶段后采用位移控制进行加载，以0.5mm（屈服位移）位移的整数倍的一半进行加载，直至构件的承载力下降到峰值承载力的85%时或试件出现较为明显的破坏时，则认为试件破坏，结束试验。试验研究表明，本项目节点安全可靠，承载及变形能力满足设计要求，试验结果可以用于指导项目设计，帮助设计人员更加精细地进行结构设计。
（六）场馆拱形出入口结构设计
1）团体售票大厅团体售票大厅，主出入口采用混凝土拱壳结构，拱壳与主体结构混凝土框架剪力墙形成整体，共同受力。拱壳单独采用Etabs软件进行建模计算，并在YJK整体模型中进行包络设计。
相较于团体售票大厅，梦幻冰雪馆主出入口的拱形结构显得更为壮观宏大，水平跨度约23m，高度约12m。
▲ 拱形结构三维定位模型示意
（七）雪花摩天轮设计
结语
哈尔滨冰雪大世界四季冰雪项目倾注了包括设计人员在内的建设各方的大量心血和热情，开业后，看到全国的游客源源不断地来到哈尔滨，来到冰雪大世界感受冰雪乐趣，设计团队感到由衷的欣慰和自豪，希望我们的设计能够为每一位游客带来欢乐和温暖，您们的笑脸就是对我们付出的最大肯定。
希望我们设计的作品，“尔滨”人民能够满意，不负所托。特别值得一提的是，以往冰雪大世界的场地更多的只能在冬季使用，但有了这些新的设施场馆，整个园区即便到夏季也可以成为游客的避暑休闲之地，梦幻冰雪馆中的室内冰雪展示和娱乐区，可以一年四季为游客提供冰雪项目体验，让冰雪大世界真正成为四季都可以游玩的城市乐园。
我们一起祝福哈尔滨，祝福哈尔滨冰雪大世界，祝福每一位游客！