【结构精品】优美的流线飘带造型——哈尔滨大剧院结构设计

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。




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。







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。





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。


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。





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15.7～45.5m，总长度70.45m，网格形式为菱形，边长2.3～3.5m，支承在周边的混凝土与两侧的钢结构上。






侧面钢结构为双层网壳，长度55～80m，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。








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6m与10m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。



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。








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。











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。







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。