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建筑上的摩天轮们

2018.11.25 | , ,
非解构 非解构

作者:王左远右
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1893 年世界上第1 座现代摩天轮—芝加哥摩天轮(FERRIS Wheel) (直径76.2m)问世。

随后,日本、英国等相继建造了具有代表性的摩天轮多座,其中最著名的要算在2000 年之前为庆祝新千年而建造的英国“伦敦眼(London Eye)摩天轮(直径135m)了。

常见的摩天轮结构有刚性、柔性以及刚柔混合结构三类。最初的摩天轮是刚性桁架制成的,然而刚性摩天轮自重较大,限制了尺寸上进一步扩大的可能。柔性摩天轮及刚柔杂交摩天轮在大直径摩天轮中较为常见,它们自重更轻,拉索纤细,建筑效果也更受建筑师青睐。

摩天轮结构主要由支架与轮辐结构组成,将轮辐结构竖直放置,通过空间支承架支承中心轴,用机械驱动轮辋(即外环),使其绕中心轴转动,就形成了摩天轮。

当轮辋结构为平面钢桁架时(图a),基于连接的方便,轮辐的结构形式一般采用径向布置的平面钢桁架体系,且轮辐之间用直径较小的若干圈钢桁架相连接,用以增加轮辐的刚性,提高结构的稳定性,这种摩天轮结构是刚性的。

当轮辋结构采用三角形空间钢桁架时,同样考虑到轮辐与轮辋的连接构造,轮辐的结构形式常有两种:全钢缆索体系(图b)和钢桁架和钢缆索间隔布置体系(图c),分别形成了柔性摩天轮和刚柔混合型摩天轮结构。

摩天轮的支承结构体系最早采用钢桁架支承,但是现在大多采用A形支承,在面内形成刚度较大的受力体系。在两个A形支承架外侧设置拉索,保证结构的体系稳定性。

摩天轮结构的驱动系统通过摩擦力驱动轮辋转动,该处还同时设有制动系统,以保证突发情况下能够及时将摩天轮停下。从受力角度考虑,驱动系统可以视为轮辋在该处切线方向的约束,当轮辋的面外变形较大时,还可以认为驱动系统处存在一定的平面外约束。摩天轮结构所承受的荷载主要由索预应力,自重荷载,制动力,风荷载和雪荷载等。一般情况下摩天轮结构的第一阶屈曲模态均为轮辋的平面外弯曲屈曲。

摩天轮结构屈曲模态

问世一百多年来,摩天轮已经从单纯的娱乐设施发展成为兼具有城市名片功能的地标性建筑,下面我们就来看看国内外一些建筑上著名的“城市之眼”吧~

01 天津永乐桥摩天轮

永乐桥摩天轮被称作“天津之眼” ,是天津的新地标建筑, 坐落于当年永乐帝率千军万马渡河之处—永乐桥之上, 是世界上唯一一座跨河建筑、桥轮合一的摩天轮, 兼具观光和交通功用。上仰天子之渡灵气, 下拥九河下稍风光, 其奇思妙想、巧夺天工的设计是世界摩天轮建设方面的一大突破。摩天轮直径为110米, 高达135米, 匀速旋转一周约28分钟。座舱到达最高处时, 乘客能看到方圆数十公里的景致, 天津的母亲河海河风貌尽收眼底。

永乐桥摩天轮结构布置图见图( 图中高程采用大沽高程) 。摩天轮塔架起自子牙河两岸,根部间距125. 4m。塔架作为轮盘支承结构承受轮盘传递来的力与弯矩作用,构件采用箱型截面,规格为□4000 ×3500 × 40。从侧立面上来看,塔腿和塔柱的三肢构件在同一个与竖平面夹角9. 624° 的倾斜空间平面内,塔柱顶端的横梁( 主轴) 沿横桥向水平放置,工作原理类似一个大的门式刚架,主轴采用截面2800 ×60 钢管。

02 潍坊白浪河大桥摩天轮

 白浪河摩天轮,有“渤海之眼”之称,是一个集桥梁、摩天轮为一体的工程。

白浪河摩天轮采用创新的固定圆环结构形式,在结构上突破了传统摩天轮的辐条形式。轿舱带有动力装置,沿着设置在轮盘上的固定轨道运动。轮盘为一个由网状编织的钢结构所形成的空间圆环,正立面外轮廓为一个直径125m 的圆,上、下部结构断面分别为一个轴线直径15m 和5m 的圆,以这两个圆为基准,沿轮盘外轮廓线渐变形成轮盘面。轮盘面采用菱形布置的空间封闭网格形式,网格节点采用十字形节点,轮盘外脊设置外弦桁架,内脊设置内弦杆,通过斜柱墩台及两侧稳定索形成竖向及水平支撑体系。轮盘网格及内外弦杆件采用热轧无缝钢管,钢管直径在351 ~ 914mm 范围内,斜柱钢管的直径为1500mm。潍坊白浪河摩天轮的三维模型和轮盘面的杆件连接关系如下图。

03 东经120摩天轮

该项目位于常州市,为城市地标性构筑物,由于其环向中心线即为东经120度经线,故取名东经120摩天轮。

摩天轮整体呈圆环形,出地面约80m,最大直径为89m,外侧悬挂游艺舱体.主体结构为2个圆环状钢箱体通过钢架连接组合而成,厚度仅为7m,钢箱体内侧设置钢管桁架.作为上部钢结构的嵌固部位,景观塔下部设置两层地下室,采用型钢混凝土框架-剪力墙结构,主要建筑功能为管理用房及设备用房.

04 上海大悦城摩天轮

大悦城摩天轮有“魔都爱情地标”美誉,其在体量上虽不及其他知名摩天轮,然而依靠其悬挂结构的特点,将观览车悬于建筑外侧的特殊造型却是国内乃至世界范围内的第1 台悬臂观览车。

观览车的结构形式复杂多变,最终呈现出来的昼夜间的整体效果也各不相同。大悦城观览车采用单面支撑的结构形式,转盘与转轴的连接采用全缆索的式样,在转盘钢骨架外圈上布置大量LED 点阵光源。白天在外观上给人一种通透、完整的视觉感受,夜间也可以呈现出一轮象爱情戒指般的光圈效果。这一时尚且新颖的外观设计吸引着更多年轻人的目光,这座摩天轮逐渐成为上海年轻人心目中的爱情圣地。

05 长沙摩天轮

长沙摩天轮是贺龙体育馆广场附近的标志性建筑,它伫立在一个巨型的屋顶之上,摩天轮运转时可以观赏整个“娱乐之都”的风景,向东可看到长沙大学、世界之窗和星河开发区;向南可看到省植物园,南郊公园;向西可以看到湘江对岸的岳麓山以及江心橘子洲;向北可以看到伍家岭以北的开福区政府。

摩天轮游乐购物中心地上二层, 半地下室一层, 地下室一层。建筑占地面积4429m2, 总建筑面积18593 m2, 建筑物高度20.33m。一个直径99m 的大型摩天轮设备安装在建筑物的屋顶上, 摩天轮上有60 个座舱, 可同时容纳360 人游乐观光。摩天轮总重量通过八根钢柱支撑在建筑物屋顶面。在对摩天轮支柱间距和商场建筑功能进行分析后, 建筑柱网尺寸采用7.8m×10.5m。这样既能满足商业建筑的要求, 又能使摩天轮上的荷载直接通过建筑框架柱和局部剪力墙传至地基上。

正立面图

侧立面

06 澳门影汇之星摩天轮

影汇之星高悬130米、全球最高的8字形摩天轮,澳门景致更尽收眼底,此摩天轮包含17个以复古科幻为主题的观景厢可容纳多达10人,运行一次15分钟。影汇之星是全球独一无二的的8字形摩天轮,耸立于两座酒店大楼之间,其设计概念源自荷里活巨制之震撼场景,恍如两颗炽热行星冲击大楼外墙,留下了一个近乎完美的“8”字,打造了“影汇之星”这个与众不同的标志性外观。

07 广州塔摩天轮

广州塔摩天轮是全球最高横向摩天轮,位于广州塔顶450米高空处。摩天轮由16个“水晶”观光球舱组成,观光球舱环绕一圈约为20分钟,每个观光球舱可容纳4-6名乘客,游客可以从各个角度观赏广州迷人夜景。

08 日本大阪 Hep Five

“在摩天轮到达顶端时互相拥抱的情侣一定会永远在一起。”这句话在日本几乎是口口相传。“Hep Five”摩天轮作为大阪的地标性建筑,频繁出现在各个浪漫的日剧当中,满足了人们对爱情的美好幻想。

Hep Five直径长达75米的红色摩天轮,最高可以上升到离地面106米的高度,旋转一圈大约需要15分钟。整个摩天轮,包括每一根柱子,每一个包厢,都是酷酷的大红色,给人一种热情似火的感觉!

09 其他特色摩天轮 

“水城之眼”

聊城“水城之眼”摩天轮位于聊城南部新城行政商务中心,地下一层,地上13层,共14层,项目设备总高130米,是全球首座建筑与摩天轮相结合的城市地标。

“石狮之眼”

海西最大的摩天轮——直径88米,橙色支柱底座,蓝色轮缘,搭配彩虹色钢架和不同主题色系轿厢,多彩的摩天轮成为这座城市的标志性建筑,也为石狮的天空画上绚烂色调。

“高雄之眼”

这是台湾最大的巨型摩天轮,建在高雄梦时代购物中心顶层,晚上亮起幻变霓虹灯光后,就成了高雄一颗璀璨明珠。高雄之眼直径50米,旋转一圈需要15分钟,36个车厢内均有彩绘作品。

Skyview摩天轮

它是全欧洲唯一矗立于大海之上的摩天轮, 随摩天轮缓缓上升,一侧是海牙城的精致市景,一侧是白浪翻滚的北海海岸线。无论是正午时分还是霓虹璀璨时,都能让游客享受在浪漫的气氛之中。

摩天轮结构,因其独特的建筑造型而受到建筑师们的青睐,以其大跨度异性空间结构挑战着结构师的水平,最后因为那个浪漫的传说而走进万千情侣的心中。

参考资料:

01.郭彦林,甜广宇,索结构体系、设计原理与施工控[M],科学出版社.

02.马明 ,王卫东,宋涛 等,天津永乐桥摩天轮结构[J], 建筑结构学报,2010,11,05.

03.张高明,马明, 宋涛 等,潍坊摩天轮节点参数化设计及计算分析  [J], 建筑结构,2016,02,10.

04.周一一,万继玺;,陈联盟;,等,东经120无辐式摩天轮景观塔主体结构设计[J], 空间结构,2014,03,15.

05.王勇,长沙摩天轮游乐购物中心设计[J], 中外建筑,2007,02,01.


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