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【结构学院】干货！这几个典型剧院结构设计关键点分析值得收藏！

发布于：2018-09-13 13:59:13 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

来源：同济设计四院

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有人说，要想了解一座城市的文明和灵魂，就去看看它的剧院。随着我国城市发展的步伐加快，近年来各类剧院也在全国各地拔地而起。据不完全统计，国内剧院的总数已经超过2000家。一起来看看几个典型剧院结构设计的关键点~

1.泉州大剧院

泉州大剧院属于福建泉州公共文化中心的核心单体之一，总建筑面积43410平方米，其中地下2层，地上8层，结构最大高度35.80m。建筑外立面造型采用玻璃幕墙+穿孔铝板的双层表皮结构，水平方向的波浪形曲线设计表达出舞蹈的节奏与音乐的韵律，也体现出泉州作为海上丝绸之路的文化特点。建筑平面由北侧室内音乐厅、中部公共大厅和南侧歌剧院组成，可满足大型歌剧、音乐会及文艺演出的需要。

▲建筑平面布置

▲典型剖面图

本项目为A级高度高层建筑，主要柱网尺寸8.4m×8.4m，标准层主要层高为3.6m~5.4m。考虑到楼板缺失区域较多、建筑层高较高，因此采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，在适当部位增加剪力墙以有效提高结构抗侧刚度。抗震设防类别为乙类，抗震措施按提高一度至8度考虑。

设计关键点1——大跨度构件设计

由于建筑室内空间效果需要，上部结构存在较多的大跨度构件，最大跨度达到34m，且荷载较大。设计时针对34m跨度的构件，采用钢结构平面桁架；对于跨度在20m左右的构件，采用型钢混凝土框架梁。同时将大跨度构件的抗震等级提高一级，并按照中震不屈服的要求进行性能化设计。

▲大跨桁架设计图纸及现场照片

设计关键点2——水平力的可靠传递

由于建筑功能的划分需要，南北两个功能区之间仅以少量梁板构件连接，有效楼板宽度小于典型有效楼板宽度的50%。为保证水平力的有效传递，将连接处楼板板厚适当加厚，并对开洞区域楼板进行应力分析，满足大震不屈服的性能化要求。同时在歌剧院观众厅等连接处适当增加剪力墙，保证水平力传递的连续性。

▲大震下典型楼板的应力分析

设计关键点3——竖向构件不连续

演出厅两侧侧台上方建筑功能由侧台上空变成琴房等功能，其上共计5层。从而导致相关区域的框架柱不连续，需进行转换，而该处水平转换构件的跨度约有21m。经综合比较，结合建筑墙体采用整层桁架进行转换。分析设计时，将转换桁架及与其相连的竖向构件，定义为关键受力构件，保证设防烈度地震作用下满足屈服承载力的控制要求。同时考虑竖向地震作用对结构内力及变形的影响，确保结构安全可靠。

▲转换桁架设计图纸及现场照片

2.内江大剧院

内江大剧院，位于四川省内江市谢家河片区沱江一段，西临清溪路，北临紫霞街。建筑根植于内江的穹隆山水, 丘陵坝子，以“琴、台”为构思理念，因地制宜的整理出多层次的文化平台，建筑宛若一架洁白的钢琴置于其上。风琴般优雅的表皮，传递出音乐的节奏韵味，更有仙子们舞裙摆褶的艳美。

内江大剧院总建筑面积32615平方米，局部地下1层，地上共6层，结构平均高度33.70m，最大结构高度约42.10m。地上建筑依据建筑功能主要划分为三个分区：两侧分别是剧院区和多功能厅，中部为风雨舞台。三个分区通过设置变形缝形成三个独立结构单体。其中风雨舞台单体为混凝土框架结构体系，剧院和多功能厅单体采用钢筋（骨）混凝土框架剪力墙结构体系，通过在适当部位（楼电梯间、台仓四角等）增加剪力墙，以有效地提高结构抗侧刚度及平面抗扭刚度。

设计关键点1——大跨及悬挑构件设计

由于建筑室内空间效果需要，上部结构存在较多处的大跨和悬挑部位。剧院观众厅跨度31.4米，剧院大厅、舞台、排练厅上空跨度约20~25米。大跨度构件采用型钢混凝土框架。

水平构件悬挑部位主要集中在剧院西南侧的三层楼面与屋面层，出挑长度8~16.8米。楼层出挑采用型钢混凝土梁，屋面出挑采用钢桁架形式，并向内侧至少延伸一跨。屋面层的悬挑桁架与内侧观众厅、入口大厅顶部桁架连接形成整体。

▲顶层悬挑桁架范围

▲顶层悬挑桁架典型剖面

设计关键点2——结构动力弹塑性分析

为进一步分析结构在罕遇地震下的抗震性能、计算结构在罕遇地震下的整体控制指标（包括最大层间位移及最大基底剪力）、研究结构关键构件在罕遇地震下的塑性损伤情况、针对结构薄弱部位和薄弱构件提出对应的加强措施，对结构进行了罕遇地震作用下的弹塑性补充分析。

分析表明，作为关键构件的大悬挑桁架、转换桁架在罕遇地震下损伤因子不超过0.3，说明大震下大悬挑桁架、转换桁架大部分处于弹性状态而不破坏，桁架的钢结构构件保持弹性未屈服，保证了悬挑端、转换处竖向荷载的有效传递。

▲典型墙肢受拉损伤因子分布

▲典型大跨、悬挑桁架等受拉损伤因子

设计关键点3——水平力的可靠传递

由于建筑功能的划分需要，剧院区三层以上分为两个功能区：观众区和舞台区。两个功能区域之间仅在屋面层形成较完整的楼层平面，其余楼面均存在开洞较大的情况，整体性较差。为了增强结构整体性，三层和屋面层的楼板厚度局部加强，并按中震不屈服的要求进行楼板应力分析

▲典型楼板应力分析结果

3.内江师范学院新校区剧院

该剧院位于内江师范学院新校区的西南侧，总建筑面积12849.71平方米。地上共3层，结构高度24.00m。整体建筑平面尺寸约139.1mx62m，地上建筑依据建筑功能主要划分为二个分区：两侧分别是剧院（1189座），会议中心含一层大报告厅（269座）、小报告厅（106座）及二层音乐厅（561座）。二个分区结构通过设置变形缝脱开，形成两个独立结构单体，均采用现浇钢筋（骨）混凝土框架结构体系。

设计关键点——屋盖钢结构设计

本项目屋面为弧形坡屋面，象征着知识海洋上的层层波浪，也寓意着学校的展翅高飞，是项目的重要表现形式之一。结构结合建筑造型，采用了交叉管桁架的结构体系。由于建筑室内空间效果需要，桁架下部的柱网与桁架存在错位，同时桁架上方吊挂有双层的设备平台，给结构设计带来了一定的挑战。

设计中根据建筑表皮进行精确拟合，X向的三管桁架和Y向四管桁架作为主要受力桁架，X向桁架的一端采用抗震单向滑动球铰支座释放温度作用引起的应力和位移，其余支座采用平板铰接支座。Y向桁架采用平板铰接支座与混凝土柱顶相连。同时对于有建筑功能的区域，根据净高需求对截面高度进行变截面处理，做到了校园建筑经济、美观、实用的要求。