馬明-濰坊125m摩天輪結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、濰坊濰坊125m摩天輪結(jié)構(gòu)體系研究摩天輪結(jié)構(gòu)體系研究馬明中國建筑科學(xué)研究院中國建筑科學(xué)研究院1、工程概況濰坊125m直徑摩天輪建造于山東省濰坊市濱海經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，白浪河大橋主跨中央，摩天輪與新建的白浪河大橋輪橋一體。1、工程概況結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)摩天輪的輻條形造型，采用了創(chuàng)新的固定圓環(huán)的結(jié)構(gòu)形式。輪盤鋼環(huán)外側(cè)安裝軌道，摩天輪轎廂帶有動力裝置，沿軌道繞摩天輪轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了觀光摩天輪功能。直徑15m直徑5m纜風(fēng)索轎廂自帶獨立的動力裝置斜柱2、結(jié)構(gòu)布置2、結(jié)構(gòu)布置頂點高度頂點高度144.6m外圈直徑外圈直徑125m轉(zhuǎn)盤形式轉(zhuǎn)盤形式固定輪盤式轎廂形式帶調(diào)整裝置重力平衡式索數(shù)量索數(shù)量12根穩(wěn)定索支架形式1

2、2根斜柱轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速每轉(zhuǎn)30分鐘轎廂線速度0.22m/s轎廂數(shù)量轎廂數(shù)量36每轎廂乘客數(shù)量10人定員定員10 x36=360人航空障礙燈頂部輪盤網(wǎng)格構(gòu)件采用圓鋼管截面，根據(jù)受力不同，直徑從351mm914mm。外弦桿直徑630mm，部分受力較大區(qū)域加粗到914mm。輪盤內(nèi)側(cè)布置通長的內(nèi)弦桿以增加結(jié)構(gòu)剛度，內(nèi)弦桿直徑914mm。斜柱直徑1.5m，根據(jù)受力不同，柱壁厚分別為70mm與45mm兩種，柱間凈間距4.9m，以保障轎廂通過。每側(cè)輪盤兩側(cè)布置有12根略向內(nèi)張拉的拉索2、結(jié)構(gòu)布置（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)的國家現(xiàn)行標準游樂設(shè)施安全規(guī)范 GB 8408-2008架空游覽車類游藝機通用技術(shù)條件 GB/T

3、18166-2008觀覽車類游藝機通用技術(shù)條件 GB/T 18164-2008建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB 50009-2012建筑抗震設(shè)計規(guī)范 GB 50011-2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB 50010-2010鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB 50017-20033、結(jié)構(gòu)設(shè)計條件3、結(jié)構(gòu)設(shè)計條件（2）游樂設(shè)施相關(guān)設(shè)計要求1）極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，按建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計；2）運行狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算采用容許應(yīng)力法，按游樂設(shè)施相關(guān)設(shè)計規(guī)范進行設(shè)計；3）在運行狀態(tài)下，最大允許風(fēng)速為15米/秒，為距地面高度10米處的10分鐘平均風(fēng)速。當(dāng)超過該值時，設(shè)備應(yīng)停止載客

4、運行。4）采用容許應(yīng)力法進行計算時，對于重要的軸、銷軸及重要構(gòu)件和焊縫，安全系數(shù)應(yīng)安全系數(shù)應(yīng)5 5，對于一般構(gòu)件安全系數(shù)應(yīng)，對于一般構(gòu)件安全系數(shù)應(yīng)3.53.5。安全系數(shù)安全系數(shù)等于材料的破斷強度除以材料的計算應(yīng)力：狀態(tài)分類狀態(tài)分類計算類型計算類型計算內(nèi)容計算內(nèi)容極限狀態(tài)極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)（100年重現(xiàn)期風(fēng)荷載）靜力計算強度強度地震分析(小震)強度強度正常使用極限狀態(tài)靜力計算位移位移地震分析(小震)位移位移疲勞計算節(jié)點疲勞節(jié)點疲勞穩(wěn)定計算結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定罕遇地震狀態(tài)地震分析(大震)位移位移性能目標性能目標運行運行狀態(tài)狀態(tài)靜力計算位移位移強度強度地震分析地震分析(小震小震)強度強度3

5、、結(jié)構(gòu)設(shè)計條件3、結(jié)構(gòu)設(shè)計條件（3）設(shè)計荷載：恒載：結(jié)構(gòu)自重+附屬構(gòu)件+轎廂活荷載：7.5kN/轎廂風(fēng)荷載：基本風(fēng)壓按照100年一遇，取值為0.65kN/m2乙類，抗震設(shè)防烈度7度（0.15g），場地類別III類，第二組。溫度作用：+60/-304、結(jié)構(gòu)分析（1）結(jié)構(gòu)模型a)采用Sap2000建模，MSGS校對復(fù)核。b）設(shè)計計算中對帶基礎(chǔ)計算與不帶基礎(chǔ)計算2種情況的包絡(luò)分析。4、結(jié)構(gòu)分析（2）結(jié)構(gòu)周期第1階第2階第3階階數(shù)階數(shù)12345周期周期(s)2.726 2.283 1.219 0.974 0.855 階數(shù)階數(shù)678910周期周期(s)0.689 0.564 0.514 0.472 0.

6、402 4、結(jié)構(gòu)分析（3）影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要影響因素荷載：豎向荷載主要是自重，活荷載比例很小風(fēng)荷載：摩天輪是一個鏤空的結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載對摩天輪的作用主要體現(xiàn)為風(fēng)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的作用，桿件體形系數(shù)取為0.6。地震作用：根據(jù)設(shè)計要求，考慮地震作用影響時，選用規(guī)范中震反應(yīng)譜進行計算。關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)計4、結(jié)構(gòu)分析（4）結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定恒+垂直輪盤風(fēng)荷載（第1階屈曲系數(shù)27.0）恒+輪盤面內(nèi)方向風(fēng)荷載（第1階屈曲系數(shù)26.4）4、結(jié)構(gòu)分析（4）結(jié)構(gòu)變形恒載+活載跨中最大變形70mm垂直輪盤方向水平作用極限風(fēng)荷載作用下頂端水平變形927mm地震作用于摩天輪時，其頂端水平變形371mm運營狀態(tài)下結(jié)構(gòu)變形不得影響轎廂

7、運行極限狀態(tài)下可參考高聳結(jié)構(gòu)相關(guān)變形要求進行控制。5、節(jié)點設(shè)計（1）主要連接節(jié)點：輪盤節(jié)點輪盤網(wǎng)格節(jié)點典型輪盤節(jié)點有限元分析模型5、結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）主要連接節(jié)點：鑄鋼節(jié)點摩天輪斜柱與輪盤加勁弦桿、加勁環(huán)相連接，支承起整個輪盤。斜柱截面較大，與眾多桿件相交，采用焊接連接存在定位難度大，焊接變形難以控制，安裝誤差較大的問題，在該位置采用鑄鋼節(jié)點，將節(jié)點與每一種構(gòu)件的連接面均鑄造成型，以保證桿件連接精度5、結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）主要連接節(jié)點：鑄鋼節(jié)點1倍設(shè)計內(nèi)力3倍設(shè)計內(nèi)力5、結(jié)構(gòu)設(shè)計（2）主要連接節(jié)點：鑄鋼節(jié)點1倍設(shè)計內(nèi)力3倍設(shè)計內(nèi)力5、結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）基礎(chǔ)：拉索基礎(chǔ)預(yù)埋鋼構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋5、結(jié)構(gòu)設(shè)計（3）基礎(chǔ)：斜柱基礎(chǔ)預(yù)埋鋼桁架延伸至承臺斜柱箱形鋼支座摩天輪設(shè)計使用年限50年，在設(shè)計使用年限內(nèi)運營維護要求如下：主要部件均需按設(shè)定的期限定期進行檢驗（一般每年