有人說,要想了解一座城市的文明和靈魂,就去看看它的劇院。隨著我國城市發(fā)展的步伐加快,近年來各類劇院也在全國各地拔地而起。據(jù)不完全統(tǒng)計,國內(nèi)劇院的總數(shù)已經(jīng)超過2000家。一起來看看幾個典型劇院結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵點~
1、泉州大劇 院
泉州大劇院屬于福建泉州公共文化中心的核心單體之一,總建筑面積43410平方米,其中地下2層,地上8層,結(jié)構(gòu)最大高度35.80m。建筑外立面造型采用玻璃幕墻+穿孔鋁板的雙層表皮結(jié)構(gòu),水平方向的波浪形曲線設(shè)計表達出舞蹈的節(jié)奏與音樂的韻律,也體現(xiàn)出泉州作為海上絲綢之路的文化特點。建筑平面由北側(cè)室內(nèi)音樂廳、中部公共大廳和南側(cè)歌劇院組成,可滿足大型歌劇、音樂會及文藝演出的需要。
▲建筑平面布置
▲典型剖面圖
本項目為A級高度高層建筑,主要柱網(wǎng)尺寸8.4m×8.4m,標準層主要層高為3.6m~5.4m?紤]到樓板缺失區(qū)域較多、建筑層高較高,因此采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,在適當部位增加剪力墻以有效提高結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度。抗震設(shè)防類別為乙類,抗震措施按提高一度至8度考慮。
設(shè)計關(guān)鍵點1——大跨度構(gòu)件設(shè)計
由于建筑室內(nèi)空間效果需要,上部結(jié)構(gòu)存在較多的大跨度構(gòu)件,最大跨度達到34m,且荷載較大。設(shè)計時針對34m跨度的構(gòu)件,采用鋼結(jié)構(gòu)平面桁架;對于跨度在20m左右的構(gòu)件,采用型鋼混凝土框架梁。同時將大跨度構(gòu)件的抗震等級提高一級,并按照中震不屈服的要求進行性能化設(shè)計。
▲大跨桁架設(shè)計圖紙及現(xiàn)場照片
設(shè)計關(guān)鍵點2——水平力的可靠傳遞
由于建筑功能的劃分需要,南北兩個功能區(qū)之間僅以少量梁板構(gòu)件連接,有效樓板寬度小于典型有效樓板寬度的50%。為保證水平力的有效傳遞,將連接處樓板板厚適當加厚,并對開洞區(qū)域樓板進行應(yīng)力分析,滿足大震不屈服的性能化要求。同時在歌劇院觀眾廳等連接處適當增加剪力墻,保證水平力傳遞的連續(xù)性。
▲大震下典型樓板的應(yīng)力分析
設(shè)計關(guān)鍵點3——豎向構(gòu)件不連續(xù)
演出廳兩側(cè)側(cè)臺上方建筑功能由側(cè)臺上空變成琴房等功能,其上共計5層。從而導(dǎo)致相關(guān)區(qū)域的框架柱不連續(xù),需進行轉(zhuǎn)換,而該處水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的跨度約有21m。經(jīng)綜合比較,結(jié)合建筑墻體采用整層桁架進行轉(zhuǎn)換。分析設(shè)計時,將轉(zhuǎn)換桁架及與其相連的豎向構(gòu)件,定義為關(guān)鍵受力構(gòu)件,保證設(shè)防烈度地震作用下滿足屈服承載力的控制要求。同時考慮豎向地震作用對結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的影響,確保結(jié)構(gòu)安全可靠。
▲轉(zhuǎn)換桁架設(shè)計圖紙及現(xiàn)場照片
2、內(nèi)江大劇 院
內(nèi)江大劇院,位于四川省內(nèi)江市謝家河片區(qū)沱江一段,西臨清溪路,北臨紫霞街。建筑根植于內(nèi)江的穹隆山水, 丘陵壩子,以“琴、臺”為構(gòu)思理念,因地制宜的整理出多層次的文化平臺,建筑宛若一架潔白的鋼琴置于其上。風(fēng)琴般優(yōu)雅的表皮,傳遞出音樂的節(jié)奏韻味,更有仙子們舞裙擺褶的艷美。
內(nèi)江大劇院總建筑面積32615平方米,局部地下1層,地上共6層,結(jié)構(gòu)平均高度33.70m,最大結(jié)構(gòu)高度約42.10m。地上建筑依據(jù)建筑功能主要劃分為三個分區(qū):兩側(cè)分別是劇院區(qū)和多功能廳,中部為風(fēng)雨舞臺。三
設(shè)計關(guān)鍵點1——大跨及懸挑構(gòu)件設(shè)計
由于建筑室內(nèi)空間效果需要,上部結(jié)構(gòu)存在較多處的大跨和懸挑部位。劇院觀眾廳跨度31.4米,劇院大廳、舞臺、排練廳上空跨度約20~25米。大跨度構(gòu)件采用型鋼混凝土框架。
水平構(gòu)件懸挑部位主要集中在劇院西南側(cè)的三層樓面與屋面層,出挑長度8~16.8米。樓層出挑采用型鋼混凝土梁,屋面出挑采用鋼桁架形式,并向內(nèi)側(cè)至少延伸一跨。屋面層的懸挑桁架與內(nèi)側(cè)觀眾廳、入口大廳頂部桁架連接形成整體。
▲頂層懸挑桁架范圍
▲頂層懸挑桁架典型剖面
設(shè)計關(guān)鍵點2——結(jié)構(gòu)動力彈塑性分析
為進一步分析結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的抗震性能、計算結(jié)構(gòu)在罕遇地震下的整體控制指標(包括最大層間位移及最大基底剪力)、研究結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件在罕遇地震下的塑性損傷情況、針對結(jié)構(gòu)薄弱部位和薄弱構(gòu)件提出對應(yīng)的加強措施,對結(jié)構(gòu)進行了罕遇地震作用下的彈塑性補充分析。
分析表明,作為關(guān)鍵構(gòu)件的大懸挑桁架、轉(zhuǎn)換桁架在罕遇地震下?lián)p傷因子不超過0.3,說明大震下大懸挑桁架、轉(zhuǎn)換桁架大部分處于彈性狀態(tài)而不破壞,桁架的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持彈性未屈服,保證了懸挑端、轉(zhuǎn)換處豎向荷載的有效傳遞。
▲典型墻肢受拉損傷因子分布
▲典型大跨、懸挑桁架等受拉損傷因子
設(shè)計關(guān)鍵點3——水平力的可靠傳遞
由于建筑功能的劃分需要,劇院區(qū)三層以上分為兩個功能區(qū):觀眾區(qū)和舞臺區(qū)。兩個功能區(qū)域之間僅在屋面層形成較完整的樓層平面,其余樓面均存在開洞較大的情況,整體性較差。為了增強結(jié)構(gòu)整體性,三層和屋面層的樓板厚度局部加強,并按中震不屈服的要求進行樓板應(yīng)力分析
▲典型樓板應(yīng)力分析結(jié)果
3、內(nèi)江師范學(xué)院新校區(qū)劇院
該劇院位于內(nèi)江師范學(xué)院新校區(qū)的西南側(cè),總建筑面積12849.71平方米。地上共3層,結(jié)構(gòu)高度24.00m。整體建筑平面尺寸約139.1mx62m,地上建筑依據(jù)建筑功能主要劃分為二個分區(qū):兩側(cè)分別是劇院(1189座),會議中心含一層大報告廳(269座)、小報告廳(106座)及二層音樂廳(561座)。二個分區(qū)結(jié)構(gòu)通過設(shè)置變形縫脫開,形成兩個獨立結(jié)構(gòu)單體,均采用現(xiàn)澆鋼筋(骨)混凝土框架結(jié)構(gòu)體系。
設(shè)計關(guān)鍵點——屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計
本項目屋面為弧形坡屋面,象征著知識海洋上的層層波浪,也寓意著學(xué)校的展翅高飛,是項目的重要表現(xiàn)形式之一。結(jié)構(gòu)結(jié)合建筑造型,采用了交叉管桁架的結(jié)構(gòu)體系。由于建筑室內(nèi)空間效果需要,桁架下部的柱網(wǎng)與桁架存在錯位,同時桁架上方吊掛有雙層的設(shè)備平臺,給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了一定的挑戰(zhàn)。
設(shè)計中根據(jù)建筑表皮進行精確擬合,X向的三管桁架和Y向四管桁架作為主要受力桁架,X向桁架的一端采用抗震單向滑動球鉸支座釋放溫度作用引起的應(yīng)力和位移,其余支座采用平板鉸接支座。Y向桁架采用平板鉸接支座與混凝土柱頂相連。同時對于有建筑功能的區(qū)域,根據(jù)凈高需求對截面高度進行變截面處理,做到了校園建筑經(jīng)濟、美觀、實用的要求。
▲屋蓋桁架布置
▲桁架典型剖面