【结构精品案例】世界顶级“秀场”武汉万达剧院结构分析

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武汉万达秀场效果图

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武汉万达秀场是万达集团与弗兰克·德贡娱乐集团倾力合作，联袂打造的世界顶级舞台秀场。万达秀场采用新颖独特的表现手法，通过精心推敲的外观和合理设计的功能布局，将浓郁中国元素与现代科技巧妙融合，以中国传统“红灯笼”形象矗立于武汉美丽的东湖之滨、水果湖畔。

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武汉万达秀场日景

武汉万达秀场方案由全球杰出的设计大师马克·菲舍尔先生主创。秀场总面积约8.6万平方米，主要由2000座的观众厅和干湿表演舞台、前服务区、后服务区和机械设备区组成。观众座席由旋转观众席和升降观众席组成。舞台表演区由逾万立方的带水中升降台的表演水池，带升降台的干区舞台，三轴运动的机械臂LED巨屏，大型飞行特技桁架，双层满布悬挂栅顶，四层地下设备层等组成。

万达秀场的建筑造型和内部空间非常复杂，如何将内部空旷、功能复杂、造型别致的红灯笼剧场设计并建造起来，结构工程师着实不容易。以下就为大家揭密这座红灯笼剧场的结构是如何设计和建造的。

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剧场主体结构的设计与建造

建筑表达和典型平面

整个灯笼的建筑高度约71m，平面投影为直径110m的圆。

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红灯笼外立面构成

灯笼建筑外立面由灯笼外皮、灯笼外皮环形“肋”、灯笼穗、灯笼芯组成。整个灯笼外皮由18000多个直径约为800mm的铝合金光盘组成，八道环形的“肋”则撑起整个外皮。

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红灯笼剖面构成

根据表演需要及功能要求，灯笼剧院内部非常空旷，仅在各层周边设置功能用房区域存在楼板，地上主体结构从2层到栅顶层约30多米的高度范围内中心区域几乎中空，各层楼面平面最小开洞尺寸约为水平54米、竖向60米，最大开洞尺寸约为水平68米、竖向87米。

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楼层平面最小开洞尺寸（表演马道层）

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楼层平面最大开洞尺寸（变配电层）

主体结构如何选型实现建筑功能

◆ 为了实现剧场的建筑、表演功能及建筑的造型，秀场采用了钢框架-多筒（共四个筒）抗侧力结构体系，四个“巨型筒”分布在秀场的周边四周，犹如“擎天柱”将受荷很大的屋面这片“天”支撑起来，并作整个结构的主要抗侧力结构。为了满足剧场内部的使用需求，需要屋面层要有比较大的跨越能力，最大的跨度达到70米，结构上在巨型核心筒间设置了6m高的主桁架来实现。

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结构整体骨架模型

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屋面跨越70m的主桁架

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主要承重模型构成图

◆ 除了四个筒以外，为了实现周边建筑功能，围绕四个筒在周边设置钢框架。

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周边钢框架结构布置

◆ 为了满足剧院的使用功能要求，屋面桁架吊挂以下各部分：马道层、后区排练厅层、飞行特技桁架、栅顶层、滑轮梁层，并支撑屋顶观光灯笼芯等。 

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结构立面楼层示意图

◆ 主体结构的建造

作为主体结构最为重要组成部分的屋面桁架，总用钢量约3200吨，其跨度大、构件多、重量大，采用设置满堂支撑、并采用高空散装拼接的方案耗时久，造价高。经多轮论证，屋面桁架核心部分包含吊挂栅顶层和飞行轨道采用整体提升方案。

           

屋面桁架核心部分提升区长81m、宽68m、面积4300㎡、总重量1700吨。范围为下图影阴部分所示：

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屋面桁架整体提升区域

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核心筒顶部提升点

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屋面桁架提升过程

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屋面桁架底部吊挂格栅层整体提升准备

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飞行轨道提升准备

屋面桁架核心部分采用整体提升的方案，大大缩短了现场钢结构的安装进度，并提高了现场的安装质量。

前区墙体无支撑高度达到27m，水平长度达到了80m，因此在前区两核心筒之间采用3m厚的柱面双向交叉桁架，其中柱面外侧钢柱在19m楼层标高楼层转换。

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前厅柱面双向交叉桁架

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前厅柱面双向交叉桁架施工

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红灯笼外形结构的设计与建造

建筑外形的构思

根据建筑的构思，整个红灯笼外形由灯笼体、灯笼穗、灯笼芯三部分组成。

灯笼体的结构设计与建造

灯笼体为圆筒型，由轮辐骨架、支撑系统、外皮系统共同构成。

轮辐骨架由八个两两互为相交的水平投影直径为110m圆的空间椭圆组成。八个椭圆两两相交后形成56个空间网格，网格边长最大的空间长度约为40m。八个轮辐环管骨架形成的空间网格如下图：

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 轮辐骨架空间网格示意图

由于前厅轮辐跨度较大，直线距离达到了80多米，故将前厅轮辐设计为空间交叉桁架结构，后区部分则采用单管交叉轮辐结构，轮辐的直径采用400mm钢管。轮辐骨架通过伞状支撑与屋面外挑桁架、框架柱及裙楼顶部空间轮辐支座将外幕墙与主体结构连接。

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 轮辐骨架及支撑系统构成

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 前厅轮辐结构及灯笼皮索网结构施工现场

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 后区轮辐结构施工现场

八个椭圆形轮辐环管相交形成的56片灯笼外皮，采用单层曲面索网结构，每个网格上双向布索，张拉预紧后，自然往里凸形成马鞍面，同时在每个双向索网交点上布置直径约800mm的圆形装饰碟片，以实现灯笼造型。

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 单层曲面索网幕墙示意

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索节点及光盘效果图

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索网及光盘施工现场

为节约钢索用量，光盘背面最终采用单根交叉索。根据统计，本工程面索合计采用2135条直径为20mm的不锈钢拉索，采用了18000多个红色铝合金光盘。

灯笼穗的结构设计与建造

为了达到细长的建筑效果，灯笼穗采用格构片柱造型，片柱高度达到19m，宽度为0.3m。灯笼穗不仅为满足建筑的造型要求，同时也支承裙楼的各层楼面并为外皮轮辐估计提供了底部支撑。