影剧院结构设计案例
来源:    发布时间: 2016-06-05 09:03   5861 次浏览   大小:  16px  14px  12px
影剧院结构,电影院结构,歌剧院结构

我们做过的一个影剧院结构,董工为专业总负责,李工参与设计。影剧院等观演建筑类结构和常规的框架和框剪有很多的不同,案例分析从七大方面做了解析,见本页图片后面。


一、工程概况:本剧院有多方面的功能,结构体型复杂、空旷、跨度大,二层楼座看台悬挑很大,平面和立面都比较复杂。该剧院的主要组成部分为辅助用房、舞台、观众厅、前厅(又称门厅),楼板缺失很多,有很多局部错层,其结构刚度和质量分布不均匀,整体刚度很差,扭转较大,薄弱部位较多。

二、结构选型:根据本剧院结构的特点,采用了框架剪力墙结构。在前厅角部楼梯部位,舞台台口两侧和舞台后面边角部位的楼梯间,设置了双向剪力墙,增强了结构的整体抗扭刚度,减小了结构刚心与质心的偏心,采取构造加强了薄弱部位的梁和板,提高了结构的空间协同能力。

       对于剧院类如此不规则的结构,有人想到了设置防震缝,觉的应该在房屋高度或平面突变处设置一道或两道防震缝,将它分割为几个体形简单的独立单元。然而对于剧院类结构,不宜轻易的设置防震缝。因为楼座挑台,恒载和活载均很重,悬挑长度和跨度都较大,即使对于静力作用引起的倾覆力矩,也需要较宽较强的支承框架来平衡。为了使直接支承楼座挑台的框架与门厅框架连成一体,观众厅与门厅不宜设置防震缝。由于楼座使得观众厅与门厅不能设抗震缝,,导致观众厅与舞台之间也不能设置防震缝。这是因为设缝后,舞台部分虽然成了比较规则的独立单元,但观众厅与门厅的联合体结构极不对称,门厅和观众厅后半部分楼座的抗推刚度很大,而观众厅前半部分抗推刚度很小,地震时不可避免地产生强烈的扭转震动,从而带来了极为不利的影响。

三、分析软件:本项目根据规范需要采用两种不同力学模型,所以采用了PKPMMIDAS,考虑扭转耦联效应和双向地震效应及偶然偏心影响。

四、整体计算:

SATWE建模计算位移比时按刚性楼盖计算,但是根据《抗规》,凹凸不规则或楼板局部不连续时,应采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型,见http://www.srxjg.com/mod_article-article_content-article_id-248.html的说明。因此为了能够正确计算该工程的位移比以及扭转特性,决定按以下三步进行。

1、先按刚性楼盖假定进行计算。在此假设的前提下,结构的扭转须满足《抗规》的规定,即楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移分别不宜大于楼层两端弹性水平位移和层间位移平均值的1.5;

2、按考虑楼板平面内实际刚度、楼板平面外刚度为零的弹性膜假定计算。计算楼层竖向构件最大的弹性水平位移和层间位移,使其分别满足不宜大于楼层两端弹性水一平位移和层间位移平均值的1.5倍。这样就可以保证不至于局部震荡变形过大而存在不安全性。经过反复的调整试算,最后都能满足以上条件,达到了预先设定的目标。

3、考虑到本项目体型复杂,存在大跨、连体、错层、楼板大开洞、竖向刚度不均匀等整体计算模型中难以准确模拟的问题,刚性假定及弹性假定均难以准确反映结构在地震作用下的受力状态。故设计中单独研究了每一个振型,并分析了扭转振型下结构变形较大的部位,对其进行构造加强。

五、台口梁柱的设计

剧院台口梁既要支承舞台工艺的各种设备如假台口的吊装点、防火幕、大幕机的吊点等,又是结构本身需要的马道、葡萄架、屋架弦杆、部分梁板的支承构件,并且台塔出屋面后成为双向单排框架。台口梁柱受力比较复杂,故本项目台口采用了钢筋混凝土大梁、台口两侧与其相连的柱子采用了双排柱并在其间加了剪力墙,同时进行了中震弹性验算,提高了抗震性能。

六、看台楼座悬挑的设计:

影剧院结构设计中的楼座挑台结构体系是整个结构中较为重要的一个部分。楼座的恒、活荷载均较大,又是大跨度、长悬挑构件。因此楼座结构选型是否合理直接影响到整个建筑物的使用功能和经济指标,所以在设计中对楼座结构方案进行比较分析,根据影剧院的实际情况选用最佳方案。

本项目二层楼座悬挑挑台结构的形式,考虑和对比了以下三种方案,各有优缺点。

1、悬臂混凝土挑梁。

2、悬臂三角形钢桁架。

3、大跨度预应力大梁或钢梁的梁板结构。

    方案三从形式上说较为简单,施工方便,从结构上看,楼座悬伸长度将不受任何限制,但是主梁截面很大,当高度较大时有可能会遮挡首层池座观众的视线,因此本项目首先否定了这个方案。方案二和方案一与方案三相比,可以减少承重构件的跨度,传力分散,梁的截面可以不用做的很高但其楼座悬挑长度受到限制。

    综合考虑了以上方案,并且考虑到本项目结构挑出长度和观众厅跨度都比较大的情况下,直接采用悬臂挑梁显然不合理,但采用梁板体系,因为大梁与观众厅跨度有关,且又受到内部空间处理和使用功能的限制,所以最终采用了改进的悬挑梁方案,既除了悬挑的斜梁之外,还在斜梁和柱子之间加了水平撑梁,并且延伸到两排柱子,经过计算分析,该方案解决了长悬挑问题,也收到了很好的经济性。

七、屋面大跨度的设计。

屋面观众厅的大跨度和舞台上面的大跨度是两种类型,初期方案计划采用钢网架或者钢桁架,但最终因为有水箱,采用了预应力混凝土结构。经过方案比选和经济性的综合考虑,舞台顶大跨度屋面最终采用了单向密梁体系,观众厅屋面采用了井字梁体系。井字梁的设计见我之前写的一篇文章,有很详细的分析。下载地址:http://www.srxjg.com/mod_download-fullist.html