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优美的流线飘带造型——哈尔滨大剧院结构设计

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外表华丽的哈尔滨地标性建筑——哈尔滨大剧院正在紧锣密鼓地建设中,目前,哈尔滨大剧院外部玻璃墙体安装已接近尾声,随后将进行内部装修,预计今年年底竣工。

哈尔滨大剧院由马岩松建筑设计,结构设计单位为北京市建筑设计研究院有限公司。大剧院外形采用流线形飘带造型。观众厅浮岛式设计和自然光的引入,属世界首创,屋面幕墙采用国际上独创的立体纹理异形双曲结构,填补了国内建筑设计的空白。

大剧院钢结构施工现场

1   工程概况

哈尔滨大剧院位于哈尔滨市松北区(新城区)文化中心岛内,是哈尔滨标志性建筑,依水而建,其建筑与哈尔滨文化岛的设计风格和定位相一致。外形采用流线型飘带外形,自然融入周围的湿地环境。大剧院内部楼座采用浮岛式设计。

建筑效果图

大剧院内部

大剧院幕墙

 

哈尔滨大剧院包括大剧场(1564座)、小剧场(414座)、地下车库及附属配套用房等。大剧场地上8层,地下1层(主舞台台仓及乐池部分为地下2层);小剧场地上3层,地下1层(舞台台仓地下2层);地下车库地下1层,高度6.6m。基础埋深2.3m,大、小剧场基础均采用桩筏基础,车库采用桩基础、柱下独立承台。

大剧场纵向剖面

小剧场纵向剖面

2    结构布置

根据建筑体型与功能分区,将整个建筑划分为10个结构单元,包括大剧场、小剧场、6个车库单元与2个水池桥单元。各结构单元之间的防震缝宽度为100mm,满足中震不碰撞的要求。大剧场与小剧场采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构,外壳及异形楼梯采用钢结构。

结构单元划分示意

2.1  大剧场

大剧场钢结构由后区钢结构、玻璃顶、侧面钢结构、旋转楼梯4部分组成。后区钢结构屋面在35m以下采用折梁,依附于后区混凝土结构之上。

大剧场钢结构三维示意图

大剧场钢结构各部分俯视图

 

各榀钢梁之间设置一定横向水平支撑,后区钢结构屋面上各层飘带交接的部位设置人行步道;后区35m平台以上采用双层网壳,玻璃顶钢结构为单层网壳,跨度15.745.5m,总长度70.45m,网格形式为菱形,边长2.33.5m,支承在周边的混凝土与两侧的钢结构上。

大剧场玻璃顶钢结构平面图

大剧场玻璃顶钢结构轴测图

 

侧面钢结构为双层网壳,长度5580m,除侧面以及前后区交界位置支承于混凝土结构之外,自重主要由落地的格构柱承担。根据建筑专业对外露钢结构的要求,玻璃顶的单层网壳与侧面的双层网壳之间采用下图(c)所示的连接构造。

a)平面图

b)轴测图

c)单双层网壳的过渡

大剧场侧面钢结构

 

旋转楼梯分为三段,第一段是两端支承于框架梁的单跑钢梁;第二段是两根旋转180°的U形主曲梁,曲梁间通过楼梯踏步次梁相连,两根主曲梁起止点分别支承于高6m10m的混凝土结构上,其中外环主曲梁在长度中点处由侧面钢结构提供竖向支承;第三段结构形式与第二段基本相同。

大剧场旋转楼梯三维示意图

2.2  小剧场

小 剧场钢结构包括五个部分:后区悬挑端、后区侧面、后区剧场顶部、公共空间落地双层网壳、玻璃顶单层网壳。后区悬挑端采用钢桁架结构,后区侧面为折梁结构, 后区剧场顶部为弧形钢梁。双层网壳主要支承在格构柱上,格构柱直接落到基础。玻璃顶采用单层网壳结构,通过连接构件支承于周边双层网壳结构上。

a)三维示意图

b)小剧场钢结构各部分俯视图

c)小剧场后区悬挑端

小剧场钢结构

3    大震弹塑性分析

针对大、小剧场结构,采用ABAQUS软件进行了罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。考虑几何非线性与材料非线性,楼板按弹性进行分析。选用2条天然波和1条人工波进行计算。结果表明,罕遇地震作用下,结构层间位移角远远小于规范限值,剪力墙混凝土基本完好,钢结构部分杆件进入塑性阶段,其塑性应变远小于钢材极限应变,大部分钢筋混凝土梁柱构件未进入屈服阶段,整体结构强度退化不大。结构满足罕遇地震作用下的性能要求。

aX为输入主方向

bY为输入主方向

罕遇地震下大剧场剪力墙受压损伤因子分布(人工波)

aX为输入主方向

bY为输入主方向

罕遇地震作用下大剧场钢结构构件塑性应变分布(人工波)

4    钢结构节点

对于部分复杂节点,采用有限元分析的方法对应力进行了校核。节点分析时采用四面体实体单元。选取大剧场玻璃顶与双层网壳转换的一个典型节点进行分析,结果表明,该节点基本处于弹性工作状态,少数应力较大的区域主要出现在杆件相连处,应通过增加加劲板的方式进行加强处理。

a)在整体模型中的位置

b)节点区域最大应力/MPa

玻璃顶与双层网壳转换典型节点

 

选取小剧场后区悬挑桁架相贯的一个典型节点进行分析,结果表明,该关键节点区域处于弹性工作状态。节点的约束边界上出现少数应力较大的区域,原因是分析时采用刚性约束连接的方式进行边界模拟,使这些区域出现应力集中。

a)在整体模型中的位置

b)节点区域最大应力/MPa

小剧场后区典型节点

 

更多内容详见《建筑结构》杂志2013年第17期(9月上)北京市建筑设计研究院有限公司专辑文章:

《哈尔滨大剧院结构设计研究》;作者:朱鸣,戴夫聪,张玉峰,刘飞,刘传佳,王春磊,李华峰,朱忠义,张徐;单位:北京市建筑设计研究院有限公司。

作者: 来源:本站原创 发布时间:2014年04月01日