白浪河 145m 无轴式摩天轮设计
添加日期:[2017-8-18 9:14:17]
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潍坊白浪河大桥工程为滨海新区核心景观带上的关键节点,定位为地标性节点建设项目。在天津慈海桥摩天轮设计成功经验的基础上,大桥主设计单位天津市市政工程设计研究院和摩天轮主设计单位中国建筑科学研究院再次携手合作,为该工程提出了一种新的桥梁与摩天轮结合的建筑型式。


白浪河大桥河面宽 500m,设计阶段周围比较空旷,但以后新区会逐步建设,因此方案要考虑与将来周边环境和建筑的协调。建研院创新提出了一种固定轮盘形式的设计方案,轮盘不再设传统摩天轮的旋转轴,也不再有刚性或柔性轮辐。在轮盘外缘设置固定轨道,乘人轿舱沿轨道运动。 


摩天轮坐落于桥梁上部,桥梁为双层桥,上层为机动车道,下层为人行道和非机动车道。下层布置摩天轮站台、机房、辅助功能区和商业空间等。上层桥面被摩天轮轮盘从中部分开,机动车道从摩天轮两侧通过。经过多方案比较,确定外轮廓直径为 125m,顶点高度为 145m。轮盘为截面变直径的圆环面。顶部截面为直径 15m 的正圆,底部截面圆直径为5m。从顶到底的截面直径随所在大圆的圆心角线性变化。


网格纹理采用菱形构图做为基本元素,体现建筑最强的表现力。由菱形单元在三维空间延伸交汇,形成编织网格的空间结构。网格生成遵循一定的数学算法: 

(a)在平面上构造长 80 格、宽 4 格的斜放网格。

(b)以长向为轴,将短向直线变换成半圆,平面网格变换成半圆筒,保持网格拓扑关系不变。

(c)将半圆筒按对称关系拼成整圆筒。然后以长度方向的中间为基点,保持上侧脊线不动,将各个圆截面直径沿长向线性变换,使中央直径为15m、两端直径为 5m,形成上脊线水平的变截面圆筒。

(d)建立长度方向的直线到圆弧线的几何变换,将上脊线 变换为直径为 125m 的整圆,即将 80个网格的总长映射成 360 度的圆弧,得到环状网格。此时圆环各截面都是正圆,这种关系很便于制造和安装分块。

对上述网格生成过程写出数学解析公式,通过编写程序实现。






摩天轮的网格状圆环具有很大的刚度,在局部受力较大的部位采用加劲环等增强。摩天轮的支承位置设计在圆环的下半部。轮盘两侧各设置斜墩台,与桥梁共用基础。摩天轮结构其他部分与桥梁结构互相独立。轮盘由每个墩台上伸出的 6 根斜柱支承,共 12 根斜柱,形成竖向支承体系和顺桥向的水平支撑体系。为了保持轮盘平面外的稳定性,由轮盘中部向上、下游河中设稳定索,共 4 组拉索,形成垂直轮盘方向的水平支撑体系。稳定索下端设置减振阻尼器。



轮盘网格节点大部分仅有四杆相交,便于节点的标准化、参数化设计。四杆交叉节点均设计成两椭圆板十字相交形式,圆管杆件端部与节点板按平面相贯线焊接,既能满足结构受力要求,又比较美观。通过编程计算所有十字节点板的尺寸、位置、相贯线等参数,并对十字节点在所有荷载组合下的极限承载力进行验算。加强环节点、稳定索节点采用钢管直接相贯,斜柱顶节点采用铸钢节点。对这些异形节点极限承载力进行了详细的有限元计算。




与传统旋转式摩天轮不同,潍坊 145m摩天轮轿舱沿轮盘外缘的固定轨道运行,共设 36 个球形轿舱,每舱可承载 10 人。驱动系统采用分散动力的驱动方式,将所有轿舱沿圆周串联在一起,多组驱动装置均匀分散于周圈,进行同步驱动,并考虑必要的功率冗余。该方案安装容易、驱动效率高,也利于设备检修和维护。



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