摩天輪結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究

王偉鑫

（浙江鵬鳴游樂設(shè)備有限公司，浙江 紹興 311823）

摩天輪結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用研究

王偉鑫

（浙江鵬鳴游樂設(shè)備有限公司，浙江 紹興 311823）

為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)于娛樂的需求，各種各樣的娛樂設(shè)施不斷出現(xiàn)。一些國(guó)外的企業(yè)家看中中國(guó)這個(gè)巨大的市場(chǎng)，將一些具有外國(guó)特色的大型娛樂設(shè)備也開始陸續(xù)的進(jìn)駐中國(guó)市場(chǎng)，摩天輪就是其中的一種。研究摩天輪的結(jié)構(gòu)，盡可能的提高它的安全系數(shù)具有重要意義。本文結(jié)合摩天輪的發(fā)展歷史，闡述了研究摩天輪結(jié)構(gòu)的意義，探究了摩天輪建設(shè)時(shí)的施工特點(diǎn)和施工方法，最后就如何在摩天輪工程中提高它的安全性能給出了一些建議。

摩天輪 ；工程結(jié)構(gòu)；發(fā)展歷史；施工方法；優(yōu)化措施

在大型游樂場(chǎng)中，有一種受廣大觀眾好評(píng)的設(shè)施——摩天輪，它最初是由觀纜車改造而來的，經(jīng)過幾年的改進(jìn)之后，成就了現(xiàn)在的模式。很多技術(shù)人們都致力于完善摩天輪的設(shè)施，提高摩天輪運(yùn)行的安全系數(shù)，讓游客們?cè)诔俗μ燧啎r(shí)更加的放心，并致力于在摩天輪的纜車中放置更多的設(shè)施，讓游客更加方便、舒心的觀賞城市的美景。所以本文就摩天輪的結(jié)構(gòu)和施工特點(diǎn)進(jìn)行了研究，給出了一些優(yōu)化摩天輪施工工程技術(shù)的建議。

1 摩天輪的發(fā)展歷史

摩天輪是從早期的游樂輪、圓形旋轉(zhuǎn)輪逐步發(fā)展而來的。早期的摩天輪又被叫做巨型觀纜車，它可以一次性乘坐2000多人，而且大多數(shù)的游樂輪或者圓形旋轉(zhuǎn)輪是由木材制成，其旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間大約是20分鐘。摩天輪一出現(xiàn)就受到了很多年輕人的喜愛和歡迎，并得到了迅速的發(fā)展，其發(fā)展過程可以分為三個(gè)階段：第一，全世界范圍內(nèi)的第一座觀纜車出現(xiàn)在1893年的美國(guó)芝加哥，從此掀起了在全球范圍內(nèi)建立摩天輪的高潮，但是由于20世紀(jì)的兩次世界大戰(zhàn)，同時(shí)造成了摩天輪發(fā)展的停滯，這種情況持續(xù)了將近半個(gè)世紀(jì)，在20世紀(jì)70年代到20世紀(jì)末這段時(shí)間內(nèi)，從日本在神戶建造的觀纜車開始，世界上再一次掀起了建造摩天輪的高潮，同時(shí)，經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，促進(jìn)了摩天輪的更快發(fā)展，摩天輪也開始向更高、更大、更舒適的方向轉(zhuǎn)變；第二階段是20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)末，在這一個(gè)發(fā)展階段世界范圍內(nèi)建造了一定數(shù)量的具有代表性的摩天輪，包括日本，英國(guó)和美國(guó)在內(nèi)的一些國(guó)家都先后建成了摩天輪，促進(jìn)了摩天輪這一時(shí)期的發(fā)展；第三階段是20世紀(jì)末至今，這次期間，摩天輪已經(jīng)進(jìn)入了很多國(guó)家，包括很多發(fā)展中國(guó)家，比如中國(guó)等，特別是在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的城市，已經(jīng)建造了大型的摩天輪，例如上海在2002年就建造了108m的觀纜車，2003年在哈爾濱也建立了大型摩天輪，成為這些城市的標(biāo)志性建筑。

2 摩天輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

隨著摩天輪越來越受到人們的歡迎，它的安全性也越來越受到人們的關(guān)注和重視，對(duì)于如何提高摩天輪的安全性數(shù)，了解摩天輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)至關(guān)重要。摩天輪一般由三部分組成：輪盤結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和支撐結(jié)構(gòu)。同時(shí)，這三部分也各有各的特點(diǎn)，以輪盤結(jié)構(gòu)為例，它主要有剛性、柔性和剛?cè)峤Y(jié)合等形式。剛性結(jié)構(gòu)形式主要是指輪盤的結(jié)構(gòu)建設(shè)使用桁架結(jié)構(gòu)體系，這種結(jié)構(gòu)體系使得輪盤在施工時(shí)更加的方便，在早期的摩天輪建設(shè)中大多數(shù)都是采用的這種全桁架的結(jié)構(gòu)形式；柔性結(jié)構(gòu)形式則是指轉(zhuǎn)盤主要采用鋼纜索體系，這也是高強(qiáng)度纜索的發(fā)展與應(yīng)用的趨勢(shì)，摩天輪的輪盤開始逐漸采用鋼纜索體系，由此進(jìn)一步避免了大量桿件給人的復(fù)雜感覺，使得結(jié)構(gòu)外觀更加的輕盈；而剛?cè)峤Y(jié)合形式是指轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)以纜索為主，然后結(jié)合一定數(shù)量的桁架，加入剛性素材，隨著摩天輪結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，也開始逐漸采用鋼纜索體系以及纜索和桁架相結(jié)合的體系。除此之外，在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中也從以前的電氣驅(qū)動(dòng)，逐步的開始采用液壓驅(qū)動(dòng)的方式。這些結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展都進(jìn)一步的提高了摩天輪的安全系數(shù)，降低了運(yùn)行成本。

3 摩天輪結(jié)構(gòu)的研究意義

近幾年，大型娛樂業(yè)快速發(fā)展，對(duì)于摩天輪性能的要求越來越高。摩天輪正朝著直徑更大、高度更高的方向發(fā)展。從摩天輪第二個(gè)發(fā)展階段末期到第三個(gè)階段發(fā)展初期，摩天輪有了很大的發(fā)展，無論是在直徑還是高度方面，都取得了很大的成果。在這同時(shí)，對(duì)摩天輪的施工技術(shù)的要求也越來越高，摩天輪結(jié)構(gòu)和工程的研究對(duì)此具有重要意義。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對(duì)于摩天輪的性能的要求也越來越高，早期的觀纜車車廂比較簡(jiǎn)易，沒有什么娛樂設(shè)施，就只能在空中觀賞一些車廂外的美景。相反的，現(xiàn)在的摩天輪車廂建設(shè)已經(jīng)越來越豪華，車廂內(nèi)的設(shè)施也越來越完善，同時(shí)越來越多樣化，已經(jīng)有空調(diào)、音響或是電風(fēng)扇等設(shè)施，隨著人們對(duì)于舒適性的要求逐漸的提高，在未來，電影院、酒吧等都可能被搬到空中去，使人們不但注重自然景觀，還可以有更多的娛樂設(shè)施。

除此之外，摩天輪有一個(gè)很重要的特色就是它可以與周圍的景觀相結(jié)合，和夜晚的燈光效果相結(jié)合，可以成為公眾集會(huì)的屏幕，也可以成為政府或是企業(yè)重大禮儀活動(dòng)的首選，成為一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑，但以前的摩天輪很難離開游樂園獨(dú)立存在。這些關(guān)于摩天輪的新需求，需要更好的、更先進(jìn)的施工技術(shù)，無論是如何豪華如何先進(jìn)的摩天輪設(shè)施，最重要的還是它的安全性和穩(wěn)定性，這也是施工技術(shù)人員首先要做好的一點(diǎn)——減少摩天輪運(yùn)行時(shí)的危險(xiǎn)因素。研究摩天輪的結(jié)構(gòu)和它的工程應(yīng)用，有利于加強(qiáng)摩天輪的安全性能，有利于進(jìn)一步的滿足人們對(duì)于摩天輪新性能的要求。

4 摩天輪工程的施工方法及特點(diǎn)

在不同的施工地點(diǎn)和施工環(huán)境下，對(duì)于摩天輪的建設(shè)可能采用不同的辦法，但是目前，已建摩天輪結(jié)構(gòu)的施工方法可以簡(jiǎn)單的歸納為以下3種：第一，地面拼裝、整體吊裝法，這種方法就是將摩天輪的構(gòu)件，先在工廠進(jìn)行分段加工和組裝，然后再將組裝成功的結(jié)構(gòu)運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)，將構(gòu)件組裝成整體，連接內(nèi)部的剛性桁架支撐或柔性鋼纜索體系，最后整體吊起到空中進(jìn)行安裝，著名的“倫敦之眼”就是采用了這種施工方法，在地面拼裝，然后整體吊裝的方法有利于鋼結(jié)構(gòu)的精細(xì)安裝，保證了鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度，但是一般的摩天輪結(jié)構(gòu)規(guī)模和重量都比較大，所以在整體吊起時(shí)就需要很大的施工場(chǎng)地和較強(qiáng)的起吊能力，才能更好的保證空中的安裝；第二，中心旋轉(zhuǎn)安裝法，中心旋轉(zhuǎn)安裝法是指先將支撐整體的塔架和輪軸安裝就位后，利用塔架設(shè)置工作平臺(tái)，或者利用起吊系統(tǒng)從中心向外圍逐漸的安裝其他的摩天輪結(jié)構(gòu)，這種方法一般使用在一些中、小型的摩天輪工程中；第三，立面旋轉(zhuǎn)安裝法，立面旋轉(zhuǎn)安裝法是指在支撐塔架和輪軸安裝就位之后，采用臨時(shí)剛性輪輻帶動(dòng)分段輪緣和鋼索旋轉(zhuǎn)安裝的方法，立面旋轉(zhuǎn)安裝法又分為單側(cè)旋轉(zhuǎn)安裝法和兩側(cè)旋轉(zhuǎn)安裝法這兩種，這種方法比較適用于依靠鋼纜索提供向心力的柔性摩天輪結(jié)構(gòu)體系，而且已經(jīng)在一些摩天輪建設(shè)工程中使用，同時(shí)，這種方法可以避免大量的高空作業(yè)，降低了工人施工的危險(xiǎn)性，但是這種方法的使用需要很大的牽引動(dòng)力系統(tǒng)和良好的制動(dòng)系統(tǒng)，尤其是兩側(cè)旋轉(zhuǎn)安裝法還需對(duì)摩天輪中心輪軸做特殊處理，工程比較繁瑣。

5 摩天輪工程的優(yōu)化措施

隨著商家賦予摩天輪一些浪漫的色彩，摩天輪越來越受到人們的歡迎，尤其是在一些年輕人群體中，同時(shí)，它的安全性也越來越受到人們的關(guān)注，所以要進(jìn)一步優(yōu)化摩天輪工程，在結(jié)構(gòu)體系、材料和施工方法等方面提出新的優(yōu)化方案。在結(jié)構(gòu)體系方面，最基礎(chǔ)的是要完善桁架體系和纜索體系，其次要尋找更適合直徑大、高度高的輪盤結(jié)構(gòu)的材料，使用更為經(jīng)濟(jì)、安全系數(shù)更高的結(jié)構(gòu)體系。在材料選擇方面，最忌諱的就是偷工減料，要采用一些高強(qiáng)度的材料，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力強(qiáng)度，從結(jié)構(gòu)材料和車廂材料等方面提高摩天輪的舒適度。最后，在施工安裝方面，隨著摩天輪體型的增大，高空作業(yè)的難度也在不斷的增加，所以要逐步的改善工人的施工環(huán)境，降低施工難度，進(jìn)一步的保證工作人員的施工安全。

[1]周一一，萬(wàn)繼璽，陳聯(lián)盟，建慧城，潘暑賢.東經(jīng)120無福式摩天輪景觀塔主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].空間結(jié)構(gòu)，2014,01:81-88.

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