成都大魔方演藝中心是成都市最具奇跡效應(yīng)的標(biāo)志建筑，將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)大型室內(nèi)專業(yè)演藝場(chǎng)館的空缺。大陀螺主要由下部陀螺形主體結(jié)構(gòu)及空間鋼桁架屋蓋組成，小陀螺結(jié)構(gòu)二層僅有沿結(jié)構(gòu)外形傾斜向上的外圈框架柱和三個(gè)筒體能豎向連續(xù)。建筑和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均由華東院擔(dān)綱。
近期，成都大魔方演藝中心大陀螺大屋蓋完成卸載，一個(gè)直徑為155m的近似圓，重達(dá)3000噸的大屋蓋在施工人員的控制下，丟掉了70根“拐杖”，獨(dú)自矗立于高空的支座上。該項(xiàng)目位于四川省成都市天府大道，本次卸載采取分區(qū)域同步卸載方案，每級(jí)卸載過程中，通過兩臺(tái)全站儀對(duì)15個(gè)測(cè)控點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，反饋數(shù)據(jù)到指揮中心分析確定后，按照指定的順序?qū)嵤┬遁d，并調(diào)整下一級(jí)的卸載量，使整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)緩慢進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換和結(jié)構(gòu)應(yīng)力調(diào)整與分布，確保了整個(gè)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全，圓滿完成了整體鋼結(jié)構(gòu)的卸載，結(jié)構(gòu)變形值與支座位移量完全符合設(shè)計(jì)要求。
成都大魔方演藝中心總建筑面積約130787m2，地下2層，面積68650 m2；地上6層，面積62137m2。主要功能包括12000座的演藝中心多功能主場(chǎng)館（大陀螺）和450座的音樂俱樂部（小陀螺），大、小陀螺結(jié)構(gòu)在地下室頂板以上設(shè)抗震縫分開，二者之間的連接通道與小陀螺結(jié)構(gòu)連成一體。
1 小陀螺
1.1 小陀螺結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)
小陀螺結(jié)構(gòu)共5層，主要功能為音樂俱樂部，層1為售票大廳，層2為演藝發(fā)布廳，層3為機(jī)房及發(fā)布廳上空，層4，5為音樂廳及看臺(tái)，層5夾層為機(jī)房，屋面最高處標(biāo)高約31.32m 。主要平面呈圓形，逐層偏心放大，底層直徑約為40m，屋面層達(dá)到70m，整體造型如同一個(gè)不規(guī)則的碗。
小陀螺具有下小上大的形態(tài)特點(diǎn)，且由于層2展廳無柱空間的功能需要，層2僅有外圈框架柱和3個(gè)筒體能豎向連續(xù)。其中外圍框架沿結(jié)構(gòu)外形傾斜向上；利用樓、電梯間布置的混凝土筒體呈三角形分布于遠(yuǎn)離較大懸挑的一側(cè)。
1.2 小陀螺關(guān)鍵部位分析和設(shè)計(jì)
小陀螺在豎向荷載作用下，斜柱通過傾斜向上的軸力提供對(duì)樓面的支撐，由于斜柱平面外抵抗矩較小，故主要以軸向受力為主。斜柱水平方向的分力通過樓面(以層4網(wǎng)架模擬)傳遞到剪力墻，故在豎向荷載下剪力墻受到水平力產(chǎn)生的剪力、彎矩等內(nèi)力。
（1）混凝土筒體
為提高混凝土墻體的抗拉能力和延性性能，通過采取在混凝土墻體中設(shè)置型鋼和增加預(yù)應(yīng)力鋼筋等措施提高墻體的受力性能。墻內(nèi)配置型鋼與預(yù)應(yīng)力，在墻體受拉區(qū)布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，且預(yù)應(yīng)力鋼筋伸入基礎(chǔ)內(nèi)。
（2）混凝土樓板
樓板應(yīng)力顯示在斜柱周圍并無過多區(qū)域沿徑向及環(huán)向受拉，表明由于網(wǎng)架桿件較多，足夠傳遞水平力，樓板受力較小。但由于墻柱等豎向構(gòu)件的限制，跨中樓板豎向變形較大，兩個(gè)混凝土筒體之間的樓板變形較小，區(qū)域間變形不協(xié)調(diào)引起樓板的拉應(yīng)力較大。對(duì)于樓板受拉力較大區(qū)域，采用樓板底加貼鋼板、增加板厚及配筋等措施提高其承載力。
（3）網(wǎng)架網(wǎng)格劃分方法
結(jié)構(gòu)外圈的豎向構(gòu)件均沿弧線布置，部分樓層采用的正放四角錐網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)與豎向構(gòu)件間無法重合，按照常規(guī)做法無法保證豎向構(gòu)件處有節(jié)點(diǎn)，只能通過加長(zhǎng)弦、腹桿等方式連接到豎向構(gòu)件。而靠近豎向構(gòu)件范圍的網(wǎng)架桿件受力較大，此種連接方式顯然不可靠。工程采用在周邊豎向構(gòu)件間布置一定間距的兩榀桁架，桁架節(jié)點(diǎn)位置根據(jù)豎向構(gòu)件和網(wǎng)格確定。該法提高了網(wǎng)格布置的完整性和規(guī)則性，加強(qiáng)了網(wǎng)架在豎向構(gòu)件附近的承載能力，同時(shí)也改善了邊界區(qū)域的桿件受力性能。
2 大陀螺
2.1 大陀螺結(jié)構(gòu)體系及特點(diǎn)
大陀螺平面呈圓形，建筑設(shè)計(jì)采用靈活分隔技術(shù)，可形成不同規(guī)模和形態(tài)的觀演空間，能滿足大中型綜藝演出、體育賽事、集會(huì)慶典等多種功能的使用要求。大陀螺地上6層，屋面最高處距離室外地面46.6m。結(jié)構(gòu)主要由下部陀螺形主體結(jié)構(gòu)及空間鋼桁架屋蓋組成。
大陀螺主體結(jié)構(gòu)由舞臺(tái)區(qū)和觀眾看臺(tái)及其輔助功能區(qū)組成，由于建筑造型的要求，各層平面尺寸均不同。層3樓面的平面尺寸最小，約呈直徑115m的圓，層3樓面以上平面尺寸逐層放大，同時(shí)圓心向觀眾廳側(cè)偏移，到層6樓面時(shí)，平面尺寸達(dá)到直徑為140m的圓形。主體結(jié)構(gòu)在觀眾廳側(cè)，層6平面相較于層3平面，最大外挑約20m。
2.2 大陀螺關(guān)鍵部位分析和設(shè)計(jì)
（1）懸挑桁架
懸挑桁架中框架柱1所受的軸向壓力最大，約30000kN，且有別于一般的框架柱，在豎向荷載和地震作用下，其在斜柱與其相交處強(qiáng)軸均承受較大的彎矩。結(jié)合建筑平面要求，框架柱1選用膠囊形截面，并在柱中設(shè)置型鋼，以提高框架柱的抗彎抗剪承載能力，增強(qiáng)構(gòu)件延性。
桁架懸挑部分的框架梁以及看臺(tái)斜梁均為拉彎構(gòu)件，采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)該部分構(gòu)件進(jìn)行承載能力設(shè)計(jì)。有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的布置共分為兩個(gè)部分，一部分為居梁截面中部直線布置的預(yù)應(yīng)力筋，主要抵抗框架梁截面的拉力；另一部分預(yù)應(yīng)力筋根據(jù)梁截面的受力特點(diǎn)曲線布置，主要抵抗框架梁截面的彎矩，同時(shí)也考慮曲線預(yù)應(yīng)力筋對(duì)截面抗拉的有利作用。
應(yīng)用部分預(yù)應(yīng)力技術(shù)，有效地平衡了拉彎構(gòu)件的部分軸向拉力，保證了構(gòu)件適宜的剛度，控制了構(gòu)件的裂縫寬度，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，足夠非預(yù)應(yīng)力筋的配置，又提高了預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的延性，有利于結(jié)構(gòu)抗震。
（2）混凝土樓板
由于結(jié)構(gòu)的特殊造型，豎向荷載作用下，層3以上存在外傾趨勢(shì)，使得樓板受拉。對(duì)層4~層6樓板，計(jì)算采用膜單元模擬，計(jì)算中考慮了樓板的全部剛度，得到的數(shù)值應(yīng)是樓板內(nèi)可能出現(xiàn)的理論上的應(yīng)力，實(shí)際上由于樓板開裂剛度折減，樓板內(nèi)的應(yīng)力也會(huì)折減。
（3）鋼屋蓋設(shè)計(jì)與分析
成都大魔方演藝中心大陀螺屋蓋具有跨度大、矢高較低、懸掛荷載較大且分布不均勻及支承條件不均勻等特點(diǎn)，平面形狀近似為圓形，直徑約152m，頂部建筑標(biāo)高約為46.6m，檐口最低標(biāo)高為約38.95m。覆蓋舞臺(tái)區(qū)和非舞臺(tái)區(qū)兩個(gè)區(qū)域。
1）屋蓋跨越結(jié)構(gòu)選型
經(jīng)過比較，空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)雖在結(jié)構(gòu)用鋼量上有一定優(yōu)勢(shì)，但由于矢高較低、懸掛集中荷載較大，空間桁架結(jié)構(gòu)體系在豎向剛度、懸掛荷載適應(yīng)性、節(jié)點(diǎn)施工難度、構(gòu)件節(jié)點(diǎn)數(shù)及施工周期等方面比空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)?？臻g桁架結(jié)構(gòu)由徑向桁架和環(huán)向桁架雙向共同作用，靠近主桁架及支承筒體的環(huán)向桁架有效地參與受力，對(duì)改善屋蓋的撓度及變形起到了較好的效果。且空間桁架結(jié)構(gòu)的造型與下部的座位布置更為協(xié)調(diào)，能更好地滿足結(jié)構(gòu)外露的建筑效果，實(shí)現(xiàn)觀眾視線等各方面的要求。因此屋蓋采用空間桁架結(jié)構(gòu)體系。
2）支承結(jié)構(gòu)體系
鋼屋蓋支承于下部混凝土結(jié)構(gòu)之上，在遠(yuǎn)離舞臺(tái)的區(qū)域，由于屋蓋與下部混凝土標(biāo)高相差較大，需要另設(shè)框架柱進(jìn)行支承。為了有效地協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)的剛度分配，特在支承柱間設(shè)置“人字形”的BRB支撐，以控制屋蓋結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
鋼屋蓋與下部混凝土結(jié)構(gòu)間的相互約束關(guān)系對(duì)其受力有較大的影響。為了協(xié)調(diào)鋼屋蓋在豎向荷載、溫度、水平地震力等作用下的內(nèi)力和變形，上下部連接節(jié)點(diǎn)采用抗震型球形支座。根據(jù)不同部位的受力需求，分別采用固定支座、單向滑動(dòng)支座和雙向滑動(dòng)支座。
3）關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
與抗震支座相連的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和受力較為復(fù)雜。為了防止支承處節(jié)點(diǎn)域發(fā)生破壞，設(shè)計(jì)中采用連接板將桁架桿件與抗震支座相連，使得支座反力能夠均勻地作用于桿件之上。在支座節(jié)點(diǎn)區(qū)的主管內(nèi)設(shè)置內(nèi)加勁板，并內(nèi)填無收縮專用高強(qiáng)度灌漿料（CGM），提高節(jié)點(diǎn)域強(qiáng)度承載力的同時(shí)，也可以防止鋼材的局部失穩(wěn)。
空間桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)較為復(fù)雜，不少節(jié)點(diǎn)在上、下弦平面內(nèi)有5根及以上的弦桿相交，加之雙向或多向桁架的空間作用，節(jié)點(diǎn)處于空間受力狀態(tài)，超出了規(guī)范中節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算的適用范圍。針對(duì)次弦桿軸力較大的節(jié)點(diǎn)，采用內(nèi)插勁板或外加強(qiáng)環(huán)的措施進(jìn)行加強(qiáng)。
獲獎(jiǎng)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)個(gè)人專訪錄
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