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成都大魔方演艺中心之大、小陀螺填补国内大型室内专业演艺场馆的空缺
来源:建筑钢结构网  作者:  时间:2015-06-16   关键词:成都大魔方演艺中心  

摘要:成都大魔方演艺中心是成都市最具奇迹效应的标志建筑,将填补国内大型室内专业演艺场馆的空缺。大陀螺主要由下部陀螺形主体结构及空间钢桁架

成都大魔方演艺中心是成都市最具奇迹效应的标志建筑,将填补国内大型室内专业演艺场馆的空缺。大陀螺主要由下部陀螺形主体结构及空间钢桁架屋盖组成,小陀螺结构二层仅有沿结构外形倾斜向上的外圈框架柱和三个筒体能竖向连续。建筑和结构设计均由华东院担纲。

 

近期,成都大魔方演艺中心大陀螺大屋盖完成卸载,一个直径为155m的近似圆,重达3000吨的大屋盖在施工人员的控制下,丢掉了70根“拐杖”,独自矗立于高空的支座上。该项目位于四川省成都市天府大道,本次卸载采取分区域同步卸载方案,每级卸载过程中,通过两台全站仪对15个测控点进行观测,反馈数据到指挥中心分析确定后,按照指定的顺序实施卸载,并调整下一级的卸载量,使整个钢结构缓慢进行体系转换和结构应力调整与分布,确保了整个结构的稳定和安全,圆满完成了整体钢结构的卸载,结构变形值与支座位移量完全符合设计要求。

成都大魔方演艺中心总建筑面积约130787m2,地下2层,面积68650 m2;地上6层,面积62137m2。主要功能包括12000座的演艺中心多功能主场馆(大陀螺)和450座的音乐俱乐部(小陀螺),大、小陀螺结构在地下室顶板以上设抗震缝分开,二者之间的连接通道与小陀螺结构连成一体。

小陀螺

1.1 小陀螺结构体系及特点

小陀螺结构共5层,主要功能为音乐俱乐部,层1为售票大厅,层2为演艺发布厅,层3为机房及发布厅上空,层4,5为音乐厅及看台,层5夹层为机房,屋面最高处标高约31.32m 。主要平面呈圆形,逐层偏心放大,底层直径约为40m,屋面层达到70m,整体造型如同一个不规则的碗。

小陀螺具有下小上大的形态特点,且由于层2展厅无柱空间的功能需要,层2仅有外圈框架柱和3个筒体能竖向连续。其中外围框架沿结构外形倾斜向上;利用楼、电梯间布置的混凝土筒体呈三角形分布于远离较大悬挑的一侧。

 

1.2 小陀螺关键部位分析和设计

小陀螺在竖向荷载作用下,斜柱通过倾斜向上的轴力提供对楼面的支撑,由于斜柱平面外抵抗矩较小,故主要以轴向受力为主。斜柱水平方向的分力通过楼面(以层4网架模拟)传递到剪力墙,故在竖向荷载下剪力墙受到水平力产生的剪力、弯矩等内力。

 

1)混凝土筒体

为提高混凝土墙体的抗拉能力和延性性能,通过采取在混凝土墙体中设置型钢和增加预应力钢筋等措施提高墙体的受力性能。墙内配置型钢与预应力,在墙体受拉区布置预应力钢筋,且预应力钢筋伸入基础内。

 

2)混凝土楼板

楼板应力显示在斜柱周围并无过多区域沿径向及环向受拉,表明由于网架杆件较多,足够传递水平力,楼板受力较小。但由于墙柱等竖向构件的限制,跨中楼板竖向变形较大,两个混凝土筒体之间的楼板变形较小,区域间变形不协调引起楼板的拉应力较大。对于楼板受拉力较大区域,采用楼板底加贴钢板、增加板厚及配筋等措施提高其承载力。

 

3)网架网格划分方法

结构外圈的竖向构件均沿弧线布置,部分楼层采用的正放四角锥网架节点与竖向构件间无法重合,按照常规做法无法保证竖向构件处有节点,只能通过加长弦、腹杆等方式连接到竖向构件。而靠近竖向构件范围的网架杆件受力较大,此种连接方式显然不可靠。工程采用在周边竖向构件间布置一定间距的两榀桁架,桁架节点位置根据竖向构件和网格确定。该法提高了网格布置的完整性和规则性,加强了网架在竖向构件附近的承载能力,同时也改善了边界区域的杆件受力性能。

 

大陀螺

2.1 大陀螺结构体系及特点

大陀螺平面呈圆形,建筑设计采用灵活分隔技术,可形成不同规模和形态的观演空间,能满足大中型综艺演出、体育赛事、集会庆典等多种功能的使用要求。大陀螺地上6层,屋面最高处距离室外地面46.6m。结构主要由下部陀螺形主体结构及空间钢桁架屋盖组成。

 

大陀螺主体结构由舞台区和观众看台及其辅助功能区组成,由于建筑造型的要求,各层平面尺寸均不同。层3楼面的平面尺寸最小,约呈直径115m的圆,层3楼面以上平面尺寸逐层放大,同时圆心向观众厅侧偏移,到层6楼面时,平面尺寸达到直径为140m的圆形。主体结构在观众厅侧,层6平面相较于层3平面,最大外挑约20m。

 

2.2 大陀螺关键部位分析和设计

1)悬挑桁架

悬挑桁架中框架柱1所受的轴向压力最大,约30000kN,且有别于一般的框架柱,在竖向荷载和地震作用下,其在斜柱与其相交处强轴均承受较大的弯矩。结合建筑平面要求,框架柱1选用胶囊形截面,并在柱中设置型钢,以提高框架柱的抗弯抗剪承载能力,增强构件延性。

 

桁架悬挑部分的框架梁以及看台斜梁均为拉弯构件,采用后张有粘结预应力技术对该部分构件进行承载能力设计。有粘结预应力筋的布置共分为两个部分,一部分为居梁截面中部直线布置的预应力筋,主要抵抗框架梁截面的拉力;另一部分预应力筋根据梁截面的受力特点曲线布置,主要抵抗框架梁截面的弯矩,同时也考虑曲线预应力筋对截面抗拉的有利作用。

应用部分预应力技术,有效地平衡了拉弯构件的部分轴向拉力,保证了构件适宜的刚度,控制了构件的裂缝宽度,取得了很好的经济效益。同时,足够非预应力筋的配置,又提高了预应力构件的延性,有利于结构抗震。

2)混凝土楼板

由于结构的特殊造型,竖向荷载作用下,层3以上存在外倾趋势,使得楼板受拉。对层4~层6楼板,计算采用膜单元模拟,计算中考虑了楼板的全部刚度,得到的数值应是楼板内可能出现的理论上的应力,实际上由于楼板开裂刚度折减,楼板内的应力也会折减。

 

3)钢屋盖设计与分析

成都大魔方演艺中心大陀螺屋盖具有跨度大、矢高较低、悬挂荷载较大且分布不均匀及支承条件不均匀等特点,平面形状近似为圆形,直径约152m,顶部建筑标高约为46.6m,檐口最低标高为约38.95m。覆盖舞台区和非舞台区两个区域。

 

1)屋盖跨越结构选型

经过比较,空间网架结构虽在结构用钢量上有一定优势,但由于矢高较低、悬挂集中荷载较大,空间桁架结构体系在竖向刚度、悬挂荷载适应性、节点施工难度、构件节点数及施工周期等方面比空间网架结构具有相对优势。空间桁架结构由径向桁架和环向桁架双向共同作用,靠近主桁架及支承筒体的环向桁架有效地参与受力,对改善屋盖的挠度及变形起到了较好的效果。且空间桁架结构的造型与下部的座位布置更为协调,能更好地满足结构外露的建筑效果,实现观众视线等各方面的要求。因此屋盖采用空间桁架结构体系。

 

2)支承结构体系

钢屋盖支承于下部混凝土结构之上,在远离舞台的区域,由于屋盖与下部混凝土标高相差较大,需要另设框架柱进行支承。为了有效地协调结构的刚度分配,特在支承柱间设置“人字形”的BRB支撑,以控制屋盖结构的扭转效应。

 

钢屋盖与下部混凝土结构间的相互约束关系对其受力有较大的影响。为了协调钢屋盖在竖向荷载、温度、水平地震力等作用下的内力和变形,上下部连接节点采用抗震型球形支座。根据不同部位的受力需求,分别采用固定支座、单向滑动支座和双向滑动支座。

 

3关键节点设计

与抗震支座相连的节点构造和受力较为复杂。为了防止支承处节点域发生破坏,设计中采用连接板将桁架杆件与抗震支座相连,使得支座反力能够均匀地作用于杆件之上。在支座节点区的主管内设置内加劲板,并内填无收缩专用高强度灌浆料(CGM),提高节点域强度承载力的同时,也可以防止钢材的局部失稳。

 

空间桁架结构节点较为复杂,不少节点在上、下弦平面内有5根及以上的弦杆相交,加之双向或多向桁架的空间作用,节点处于空间受力状态,超出了规范中节点设计计算的适用范围。针对次弦杆轴力较大的节点,采用内插劲板或外加强环的措施进行加强。

 


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