某大型主题乐园多单体钢结构深化设计

某大型主题乐园多单体钢结构深化设计

顾永清　蒲伟斌　王　磊　李可军　周军红

(中建钢构有限公司， 广东深圳　518040)

摘　要：钢结构深化设计是项目施工的源头，对项目的成功实施至关重要。以某大型主题乐园项目多单体钢结构为例，针对各单体结构特点，介绍了深化设计过程中的截面优化设计、复杂构件建模、构件涂装体系分类以及构件模拟预拼装技术等。通过精心设计，为项目顺利施工及施工质量提供了充分保障。

关键词：多单体钢结构； 深化设计； 优化设计； 涂装体系； 预拼装

DOI:10.13206/j.gjg201510008

ABSTRACT：Detailed design of steel structure is the source of construction, which is crucial to the success of the project implementation.Taking the multi-monomer structure of a large theme park project as an example,according to the characteristics of each monomer structure, this paper introduced the optimization design of cross section, the modelling of complicated component, the classification of coating systems for members, the simulated pre-assembly technology of members in the process of detailed design. The well-designed multi-monomer steel structure provided sufficient support to the construction process and construction quality.

收稿日期：2015 - 07 - 13

DETAILED DESIGN FOR MULTI-MONOMER STEEL STRUCTURE OF A LARGE THEME PARK

Gu Yongqing　Pu Weibin　Wang Lei　Li Kejun　Zhou Junhong

(China Construction Steel Structure Corporation, Shenzhen 518040, China)

KEY WORDS：multi-monomer steel structure; detailed design; optimal design; coating system; pre-assembly

第一作者:顾永清，男，1980年出生，学士。

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随着人们生活水平的日益提高，越来越多的人会选择去一些游乐场所度假。这些游乐场所一般由许多个单体组成，各单体外观造型新奇、钢结构复杂，对施工质量提出了很高要求。深化设计作为钢结构项目施工的源头，对项目的成功实施起着至关重要的作用。本文以某大型主题乐园项目为例，针对多单体钢结构项目的特点，重点介绍深化设计过程中的关键点。

1　项目介绍

某大型主题乐园项目效果如图1所示。该主题乐园总占地面积3.897 km2，共包括中国园林、幻想世界、明日世界、探险世界、宝藏湾5个核心区域，预计年客流量超过千万人次。园区内建筑物以多而密、小而精为特点。项目预计于2015年底或2016年初对外营业，届时大量造型优美的钢结构建筑将一览无余。

图1　某大型主题乐园项目效果

2　各个单体结构特点

本深化设计包含9个单体钢结构。

2.1　售票亭

售票亭共有4个，分为A、B两种结构形式，两种结构形式左右对称。售票亭钢构件主要为变截面悬挑钢梁、门庭钢柱、连接钢梁及具有简单造型结构的雨篷钢梁，构件中除门庭钢柱、连接钢梁外都需要满足建筑外露结构钢(AESS)构件要求。单个售票亭结构平面尺寸为13.8 m×16.4 m，高5.67 m。最大构件截面为HN800×300×14×26。图2为售票亭整体结构及细部构造。

1—雨蓬梁1；2—悬挑梁；3—支撑节点；
4—屋脊梁；5—雨蓬梁2；6—本单体缩影。
图2　售票亭整体结构及细部构造

2.2　闸机入口

闸机入口为单层钢框架结构，分为东、西两个单体，每个单体由12根矩形柱支撑高屋面、12根圆管柱支撑低屋面，单个入口结构平面尺寸为 7 m×5.5 m，高4.23 m。悬挑雨篷及其连系梁、支撑圆管柱均为AESS构件。图3为闸机入口整体结构及细部构造。

1—雨蓬梁；2—柱支撑节点；3—梁交汇节点；4—本单体缩影。
图3　闸机入口整体结构及细部构造

2.3　入口右侧建筑

入口右侧建筑主体为单层钢框架结构，由钢柱和屋面钢梁组成。结构平面尺寸为34.2 m×27.3 m，钢梁顶标高最高点为 5.520 m，钢梁顶标高最低点为 5.000 m。最大构件截面为HN800×300×14×26，最大板厚为45 mm。此外，入口右侧建筑结构包含灯箱、主题屋顶等立面造型屋顶结构，立面钢梁最高标高为7.775 m。图4为入口右侧建筑结构及细部构造。

1—柱支撑节点1；2—柱支撑节点2。
图4　入口右侧建筑整体结构及细部构造

2.4　面包房

面包房主体结构为简单的单层钢框架结构，由钢柱、钢梁、顶部钢结构屋面组合楼板结构组成。结构平面尺寸为18.8 m×19.4 m，钢梁顶最高点标高为5.613 m。最大构件截面为HN700×300×13×24。此外，面包房结构包含灯箱、主题屋顶、钢雨篷(AESS构件)等立面造型屋顶结构。图5为面包房整体结构及细部构造。

1—柱支撑节点1；2—柱支撑节点2。
图5　面包房整体结构及细部构造

2.5　花园小酒馆

花园小酒馆是单层钢框架结构，由钢柱、钢梁及立面支撑构成，最大构件截面为HN606×201×12×20。楼顶屋面存在多种标高，低屋面标高为5.137～5.210 m，高屋面标高为6.860 m，折线形钢屋顶标高为8.150 m。此外，花园小酒馆钢结构还包括主题屋顶、局部夹层、人造桁架结构(AESS构件)等。图6为面包房花园小酒馆整体结构及细部构造。

1—柱支撑节点1；2—柱支撑节点2；3—柱支撑节点3。
图6　面包房花园小酒店整体结构及细部构造

2.6　旋转木马

旋转木马钢结构的底部为钢柱支撑，顶部屋盖上下为同心圆，屋脊为弧型方钢管结构，屋面铺设压型板。旋转木马中心为屋盖，周围14根钢柱分布在两个同心圆弧上，整个造型呈伞形分布。构件以方钢管为主，最大截面为□300×200×14×14。屋面钢梁最高点标高8.700 m，最低点标高4.550 m。图7为旋转木马整体结构及细部构造。

1—柱支撑节点1；2—柱支撑节点2；3—屋盖。
图7　旋转木马整体结构及细部构造

2.7　小飞象

小飞象钢结构主要位于排队区，主体为框架结构，下部由圆管钢柱支撑，钢柱间由钢管和方管进行连接，顶部有屋面结构，屋面最高点标高4.710 m，最低点标高3.490 m，顶尖最高点标高6.215 m。构件主要以方钢管和圆钢管为主，且基本为AESS构件，最大构件截面为□200×10。图8为小飞象整体结构及细部构造。

1—屋盖造型1；2—屋盖造型2；3—梁柱节点；4—屋盖造型3。
图8　小飞象整体结构及细部构造

2.8　入口左侧建筑

入口左侧建筑为单层钢框架结构(局部两层)，由型钢柱、圆管柱与方柱及钢梁、立面支撑组成主体框架结构，楼面铺设压型钢板，2层钢结构楼面(局部屋面)标高5.335 m，3层屋面钢结构标高10.335 m，屋面上局部区域有主题钢结构屋顶，其中部分构件为AESS构件，最大构件截面为HN800×300×14×26。图9为入口左侧建筑整体结构及细部构造。

1—梁柱节点1；2—梁柱节点2；3—梁柱节点3。
图9　入口左侧建筑整体结构及细部构造

2.9　入口建筑

入口建筑为2层钢框架结构，包括单层钢框架结构、两个塔楼结构、1个钢雨棚以及钢连廊，此外内部还包括旋转楼梯和阳台。2层楼钢结构钢梁顶标高5.235 m，钢雨棚顶标高为9.405 m，钢连廊顶标高为8.095 m，钢结构小尖塔顶标高为11.620 m，钢结构主塔顶标高为20.940 m。入口建筑由型钢柱、方柱与钢梁、支撑组成，部分为AESS构件，最大构件截面为HN800×300×14×26。图10为入口建筑整体结构及细部构造。

1—塔冠1；2—塔冠夹层；3—钢雨棚；4—塔冠2。
图10　入口建筑整体结构及细部构造

3　深化设计技术

3.1　构件截面优化

本工程构件截面种类多，约2 000 t的工程中，出现了近300种截面规格，给后续材料采购带来了较大的困难。为此，在深化设计前认真熟悉设计图纸，初步统计了各种规格的截面，对相近规格截面及国内不常用的截面进行分析，组织工艺和物资等部门进行评审，提出合理的截面优化方案后，提交结构设计及管理公司审查，并与之充分沟通。最终合理地归并相近截面，减少了截面种类，并替换了国内难以采购的截面型材，给材料采购提供了便利。表1中，仅宽度为100 mm的方管就出现了10种截面，经设计同意，将□100×100×5×5(Q235B)、□100×100×6×6(Q345B)用□100×100×6×6(Q235B)替换；□100×50×5×5(Q235B)、□100×50×6×6(Q345B)用□100×50×6×6(Q345B)替换；□100×200×8×8由于用量较少，直接用8 mm 钢板焊接。最后将10个方管截面优化为5个方管截面和1个焊接截面。

表1　部分零件截面规格及材料

材料型材截面规格/mmQ235B□100×100×10×10Q235B□100×100×5×5Q235B□100×100×6×6Q345B□100×100×6×6Q235B□100×100×8×8Q235B□100×200×8×8Q235B□100×50×5×5Q235B□100×50×6×6Q345B□100×50×6×6Q235B□100×75×6×6

3.2　复杂构件的建模

该项目是政府与海外某公司共同投资建设的大型高级别游乐场所项目，由多个国外设计师设计，项目单体结构复杂。除正常的主结构、楼梯、电梯、雨棚外，5个单体还存在二次结构，其造型怪异、质量精度要求高、制作工艺复杂。针对本项目复杂的二次结构，在深化设计前考虑后期图纸表达、制作工艺及现场吊装的便利性。因其结构复杂，原结构图也无法完全体现其定位，在深化设计中，结合建筑图，进行初步建模，并主动与业主聘请的国外设计管理团队协作，进行校核修改，解决复杂二次结构的放样问题。例如，玻璃雨棚(图11)由两个方向的拱形钢梁及中间两个交叉拱形支撑组成，交叉拱形支撑为变截面，设计图无法给出截面如何渐变，且钢梁上表面的弧度需配合X、Y向钢梁弧度。X、Y向钢梁轨迹类似半个椭圆。从设计图中能得到的仅有平面定位及上下标高。根据现有条件，将建筑图导入模型中，模拟出钢梁的轨迹，反复修改钢梁的半径，由于玻璃雨棚为AESS构件，在节点处和变半径处需做到平滑，使肉眼无法看出，然后将模型发给国外设计管理团队进行校核，对仍不满足要求处，再进行修改。一般这种AESS构件，都要经过多次的校核修改，才能满足设计师的要求。

图11　玻璃雨棚结构

3.3　构件涂装体系分类

该项目构件所处位置的不同，涂装体系也不一样。依据设计资料难以区分构件涂装体系的多样性。在深化设计前需要仔细研究每种涂装体系所适用的构件。由于设计文件概述不全，大量构件的涂装信息不明，在深化设计过程中，提前考虑涂装区分，在模型中以不同颜色代表不同涂装体系要求，形成构件图纸模型，如图12所示。与建筑师及管理公司及时协商，对每根构件涂装体系进行审查。对设计图中表述不全的，请建筑师交底，加以完善。深化图纸下发时，出具详细的构件涂装信息表，对每根构件的涂装体系进行交底，确保同一项目多种涂装体系做法的准确无误。

图12　构件涂装模型

3.4　构件模拟预拼装

本工程构件数量多、质量精度要求高、现场安装工作量大、不易定位，为此，在考虑制作安装综合成本的情况下，部分构件在工厂拼装(运输不超宽时)，现场整组吊装，大大减少了现场工作量，提高了构件的安装精度，如图13所示。本项目精度要求高，施工误差允许值要求不超过相关规范允许值的50%。为检验施工质量，结合该项目的特点，项目构件采取

施工现场模拟预拼装技术。采用3D扫描技术对建筑进行扫描，实时获取建筑工程的三维实体模型，将建筑工程的三维实体模型与深化设计模型进行实时比对，发现建筑施工过程中出现的结构偏差及时调整，确保了工程高精度施工，如图14所示。

图14　3D扫描模型和深化模型的比对

4　结束语

由于多单体钢结构项目的每个单体设计理念有所差异，在深化设计中会遇到各种问题，除了要具备扎实的专业技术外，还需要对整个项目进行统筹预判。在本项目实施过程中，时刻保持与建筑师、结构师的联系，了解他们的意图、思路，优化完善原设计；并充分考虑工厂加工及现场安装的实际问题，在深化设计时将问题提前解决，保证项目顺利进行。

参考文献

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