珠海长隆海洋王国维生管道系统的支承结构设计

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2014 年 1 月 第 1 期 JAN 2014 No1 1工程概况 珠海长隆海洋王国项目位于珠海市横琴新区， 是一个以海洋主题乐园、 国际海洋世界、 户外休闲娱 乐设施等为主的主题公园， 拥有鲸鲨馆、 白鲸馆、 海 狮海象表演馆、海豚表演馆等各类展馆和表演馆。 其中鲸鲨馆的规模巨大， 水体达 2.2 万 m3， 比目前世 界上最大、 水体 1.5 万 m3的美国乔治亚水族馆还超出 近 50%， 馆内不但有众多鲸鲨游曳， 更饲养有不同品 种的珍奇鱼类多达 5.5 万条。白鲸馆则居住着十多 只白鲸， 是全球展出白鲸数量最多的单一白鲸展馆， 其繁育基地的水槽最深达 6m、 蓄水 8000t 的水池里， 盛满人工加盐 “调制” 、 温度恒定控制在 16的 “人 工海水” ， 水体消毒过滤卫生系统保证水质清澈， 还 每小时监测一次水质、 盐度、 水温、 微生物等。 海洋馆作为各种海洋动物展示和表演的场所， 为满足各种海洋动物对海水温度及环境的不同要 求， 其维生系统是各海洋馆水质维护的核心和关键， 其健全与否直接关系到海洋馆的展示效果和动物的 健康， 并直接决定了海洋馆运营的成败， 而实现维生 系统顺利运行的关键载体是维生管道系统。 本项目各海洋馆尤其是鲸鲨馆、白鲸馆的地下 维生管道系统最为复杂， 其主要特点如下： 平面分 布面积大， 且分布不规则 （平面局部在场馆内， 局部 在场馆外 ） ； 空间多层分布 （局部位置管道层数超 过 3 层 ） ； 维生管道直径大小不一 （1502000mm ） ； 维生管道埋置较深 （局部位于水池底板以下， 最深 达 8m ） ； 维生管道对沉降变形要求严格 （管道的沉 降不均匀会引起管道弯曲甚至开裂或断裂 ） ； 局部 维生管道后续维修的可能性不大。由于海洋馆维生 管道系统的这些特殊性， 采用一种经济可靠的结构支 承系统显得尤为重要。 2工程地质条件 根据地质勘查报告， 本项目场地由上到下各土层 分别如下：1 素填土： 场地内分布较普遍， 欠压实， 局部夹含石英块石， 厚 0.53.0m， 平均 2.1m；2-1 砾砂： 多呈双层状分布， 中间夹淤泥质土层， 厚 2.4 16.0m， 平均 7.0m， 层底标高-8.32m-16.50m；2-2 淤泥质土： 场地内分布普遍， 夹含少量石英砂， 厚 1.0 4.3m， 平均 2.4m， 层底标高-5.97m-2.99m；4-1 强风 化花岗岩： 场地中分布普遍， 厚 1.49.1m， 平均 4.3m， 珠海长隆海洋王国维生管道系统的支承结构设计 周运朱万志勇 （广州市设计院广州 510620 ） 摘要： 简述珠海长隆海洋王国维生管道系统的重要性及主要特点， 对结构支承方案进行了比较和分析； 结合基础及上部 主体结构， 采取支托、 吊起等方式， 用简单的普通梁、 板结构实现了对大型复杂的地下维生管道系统支承结构的合理设计， 满足 了工艺要求， 应用于鲸鲨馆、 白鲸馆等重要场馆， 取得了良好的经济和社会效益。 关键词： 维生管道系统；工艺要求；管道的支承结构设计；经济性 Structural Design of The Piping Life-Support Systems of Zhuhai Changlong Ocean Kingdom Zhou YunzhuWan Zhiyong （Guangzhou Design InstituteGuangzhou 510620， China ） Abstract：This paper describes the importance of the piping life-support systems of Zhuhai Changlong Ocean Kingdom and main features of the structural support program are compared and analyzed. Combined with foundation and the main structure， with some simple ordinary beams and concrete slabs to achieve the rational structural design of the large complex piping life-support systems by bracing and lifting to meet the technological requirements， which are applied to the Whale Shark Hall， Beluga Whales Stadium and other important aquariums， and achieved good economic and social benefits. Keywords：the piping life-support systems；technological requirements；the structural design of the pipeline；economy 14 图 1底板下维生系统 （LSS ） 用水管承做法示意图 做法做法做法 适用于底层主管 直接支承底层托板上 适用于中层主管 设吊柱悬吊于底板下 适用于上层主管和小支管 设吊筋悬吊于底板下 底板面 底板 管底 柱帽 管底 承台面 桩承台 LSS 管道 管道托板 地梁 桩 表 1土 （岩 ） 层的主要物理性质指标 注 ） 预制桩的端阻力特征值为锤击值， 对应桩长 L16m， 括号内为 L=916m。 层号 土层 名称 状态 地基 承载力 （kPa ） 孔隙比 e 含水率 （% ） 1素填土欠压实90- 2-1砾砂松散-稍密1600.494 11.6 2-2淤泥质土软塑701.234 43.5 4-1全风化花岗岩硬塑3500.744 25.1 4-2强风化花岗岩强风化700- 桩侧阻力 特征值 （kPa ） -10 35 -8 70 120 桩端阻力 特征值 * （kPa ） - - - 3200 （4500 ） 4500 （5500 ） 周运朱等：珠海长隆海洋王国维生管道系统的支承结构设计JAN 2014No12014 年 1 月第 1 期 层底标高-21.2m-11.4m；4-2强风 化花岗岩： 场地内分布普遍， 岩芯半岩 半土状， 可捏散， 厚 1.75.5m， 平均 3.7m， 揭露层顶标高-21.2m-8.85m； 4-3 中风化花岗岩： 中粗粒花岗结 构， 块状构造， 风化裂隙较发育， 岩质 坚硬， 应委托方要求未揭穿。土 （岩） 层的主要物理性质指标见表 1。 3结构方案选型与分析 根据地质勘查报告， 表层素填土层为新近回填， 欠压实； 砾砂层， 松散稍密， 密实度较差， 不均匀， 强度较低； 场地普遍分布淤泥质土层， 厚度较大， 工 程性质差， 在上部荷载的作用下易产生较大沉降， 应 考虑地震时震陷的影响； 7 度地震时， 场地内砾砂层 会发生轻微中等液化现象。根据拟建场地内土层 情况和建筑物上部的荷载要求， 不宜采用天然地基。 本工程主体采用了预制管桩， 桩端持力层为强风化 花岗岩层。结合地质资料， 并考虑到维生管道系统 工艺的复杂性及对沉降方面的技术要求，将维 生管道直接放置在地基上显然不能满足要求。 按照以往结构设计的常规思路，维生管道系统 的支承有两种备选结构方案。 方案 1 采用整体地下室， 地下室基本包 络场馆下部的维生管道系统。该方案虽然存在 可维修的可能性， 但同时存在以下主要问题： 结构底板抗浮水力较高（鲸鲨馆抗拔水头达 9m ） ，导致结构基础及地下室底板均需另做抗 拔设计， 地下室内部再另做维生管道支承系统； 需增设较大范围的地下室侧壁，且局部结构 侧壁需预留大批连片的大洞口， 对结构侧壁消弱较 大， 对防水影响也比较大； 由于地下室范围增大较 大， 底板增加较深， 工程造价较高， 施工工期长。 方案 2 采用局部下沉式隧道结构， 将维生管 道系统基本集中置于下沉式隧道内部。该方案可减 少下沉结构的设计范围， 从而减少工程造价， 同时易 于维修， 但维生管道系统的工艺及技术要求决定了 其平面布置分散、 面积较大、 空间多层等特点， 因此 维生管道很难大范围集中， 以至下沉式隧道结构方 案很难实现。 由此可见， 上述两种常规的的结构设计方案均 存在造价高、 工期长或者设计施工难度大等缺陷， 很 难满足大型海洋馆的地下维生管道系统的工艺及技 术要求。 鉴于业主对工期、 经济性等方面的要求， 本项目 采用了一种新的维生管道系统的结构支承系统， 克 服了常规结构支承方案的造价高、 工程长、 施工难度 大等缺点。 该系统结合了结构基础及上部结构， 采用 支托、 吊起等方式， 用简单的普通梁、 板结构实现了 对大型复杂的地下维生管道系统的结构支撑，满足 了工艺要求，并在长隆海洋王国各大型海洋馆广泛 应用。管道结构支承系统做法如图 1 所示。 图 1 的维生管道结构支承系统主要对f400 及 以上的管道采用做法或施工； 在距水池结构底板 以下 1.0m 范围 （主要是f400 以下的管道 ） 采用做法 施工， 最低层管道采用做法施工， 中部的管道则 结合上部结构及结构基础情况采用做法或施工。 4维生管道的支承结构设计 鲸鲨馆、 白鲸馆是整个海洋王国内最大的表演场 馆， 其维生系统平面管道纵横密集、 分布范围大、 空 间最多处分别设置 3 层和 2 层支撑结构， 主要海洋馆 的维生管道支承结构做法详见表 2。 （下转第 13 页 ） 15 图 11各次收进处楼板损伤情况 上弦层 （29 ） 訳 第 1 次收进处 下弦层 （28 ） 上弦层 （50 ） 訴 第 2 次收进处 下弦层 （49 ） 上弦层 （76 ） 訵 第 3 次收进处 下弦层 （75 ） 广东土木与建筑JAN 2014No12014 年 1 月第 1 期 3.5楼板损伤情况 各层楼板沿着剪力墙边缘、 伸臂桁架位置以及楼 板外圈腰桁架位置出现 00.5 的受压损伤和 0.004 0.0012 的钢筋塑性应变 （如图 ） ， 已进入中度损坏， 且 桁架上弦层楼板损伤情况较下弦层楼板严重， 设计 中需考虑进行加强。 4结语 4.1罕遇地震下仅有能量较大的人工波 5 作用下 结构层间位移角略微超出 1 1 00，各组波层间位移 角平均值约为 1 110， 满足规范要求。 4.2外框筒整体情况较好， 结构 X、 Y 向框架承担的 楼层地震剪力约 25%左右，在核心筒第 3 次收进位 置， Y 向核心筒与外框间剪力分配出现突变，外框剪 力急剧增加，导致该位置外框角柱出现局部塑性应 变， 不影响整体抗震性能， 对其进行适当加强即可。 4.3核心筒外围墙肢均出现了首层拉力， 而此拉力 主要是由剪力墙中钢板产生并承担。 4.4在各核心筒第 1、 2 次收进位置， 各轴剪力墙局部 损坏， 可以采用墙体内埋桁架的方法改进； 剪力墙在 核心筒第 2、 3 次收进后的钢板剪力墙与混凝土剪力 墙过渡位置， 由于承载力和刚度的突变造成钢板收进 后的混凝土剪力墙出现明显损坏。 将这两个薄弱位置 的剪力墙配筋率提高至 1.5%2%， 情况有明显改善。 参考文献 1黄忠海， 廖耘， 李志山等. 珠江新城 J2-5 地块框架-核心 筒超高层结构的罕遇地震弹塑性时程分析 J . 结构工 程师， 2009 （2 ） 2黄忠海， 廖耘， 王远利等. 某复杂超高层结构的罕遇地震 弹塑性时程分析 J . 建筑结构， 2011 （3 ） 3JGJ 32010高层建筑混凝土结构技术规程 S 4GB 50011-2010建筑抗震设计规范 S ! 表 2主要海洋馆的维生管道支承结构做法 维生管道 分层 支承结构做法 鲸鲨馆 （3 层 ） 白鲸馆， 海狮海 象表演场 （2 层 ） 水池底板下 1m 范围做法- 上部 中间层做法或 承台上部范围做法 本项目的主要海洋馆于 2012 年下半年主体完 工， 经过反复试水测试， 各大场馆的维生管道系统运 行良好， 各种珍稀海洋动物均能够适应新环境