北京電視中心演播室燈柵結構設計

王 瑩，苗建義，李蔚蔚

（中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045）

1 工程概況

北京電視中心是北京電視臺新臺址，選在東長安街延長線國貿橋東南角。北京電視中心一期工程總建筑面積18.3萬平方米，主要由綜合業務樓、多功能演播樓、生活服務樓、地下室和媒體廣場組成。綜合業務樓建筑面積7.5萬平方米，地上41層，地下3層，高236米。主樓上部結構采用鋼結構－框架支撐結構體系，地下部分采用型鋼筋混凝土結構。綜合業務樓內部設有10個100 m2演播室、2個150 m2演播室及1個開放式新聞演播室。多功能演播樓地上10層，其內部設有2個250 m2演播室、2個300 m2演播室、4個600 m2演播室、1個1 000 m2演播室以及1個戰時演播室，以及可容納1 200名觀眾的多功能劇場。

本文針對北京電視中心演播室談談演播室的燈柵結構的設計。

2 燈柵設計

2.1 演播室的結構

以600 m2演播室為例，其結構剖面布置如圖1所示。

表2 各演播室設備活荷載的一般取值

2.2 演播室各設備層高度的確定

從圖1可以看到，演播室空間的豎向劃分自下而上主要包括取景區（即通常所說的天幕高度）、工藝燈光垂吊高度、燈光設備檢修高度、空調高度。

（1）天幕高度

天幕高度即演播室所懸掛的背景幕布的高度。天幕高度應根據演播室的使用功能及房間的長寬尺寸確定。一般來說，演播室根據使用功能分為大型綜藝節目演播室、分景區演播室、新聞演播室等類型，其中大型綜藝節目演播室如600 m2、1 000 m2演播室，因其錄制節目時的取景范圍大，天幕高度是最高的。本工程中各主要演播室的面積、長寬尺寸及天幕高度如表1所示。

（2）燈光懸掛高度

燈光懸掛高度是為適應演播室燈光的調節功能而留出的空間，位于天幕與燈柵層之間，一般高度為1.5 m～2 m。

（3）燈柵層高度

燈柵層是為滿足懸掛燈光機械設備以及便于工作人員安裝、檢修設備而設置的。燈柵層由多道承重槽鋼組成，在承重槽鋼上設置安裝10號槽鋼，用于電動機械、管線、配電及信號柜的安裝。燈柵層一般位于天幕上沿以上2.5 m處，以滿足燈光懸掛的要求。在大型演播室（一般300 m2以上）的燈柵層上空還需預留高度為2 m左右的檢修空間（即燈柵檢修層），以便于工作人員檢修放置在燈柵層上的電機等電氣設備。

一般在演播室地面上設置固定的旋轉鋼梯可到達燈柵層，在條件允許的情況下應盡可能在燈柵高度的附近樓層設置可到達燈柵層的入口。

（4）空調層高度

空調層的高度是根據風管、送回風口的布置及風管經空調機房進入演播室上空的高度確定的。600 m2和1 000 m2演播室的空調層高度大致為6 m ～ 8 m，300 m2以下演播室的空調層高度大致在2 m ～ 2.5 m。

（5）吸、隔聲吊頂高度

吸、隔聲吊頂的作用在于阻絕空調運行時產生的噪聲對演播室的影響，一般將其設置于燈柵檢修層與空調層之間，因此，在確定了燈柵檢修層的高度之后即可確定吸、隔聲吊頂的高度。

2.3 燈柵層設備荷載的取值

燈柵層上的設備主要為電氣設備，其中包括燈具、相關機械懸吊裝置、配電設備以及相關管線等。由于這些設備均懸吊或放置于燈柵層上，因此，在計算燈柵層的承重槽鋼時必須將這些設備的自重及使用荷載全部計入。另外，其他相關專業所提供的一些設備荷載也應加以考慮，例如：吸、隔聲吊頂自重、風管及消聲器的重量、用于消防噴淋的水管自重以及工藝專業的電纜橋架自重等。以600 m2演播室為例，電氣設備荷載約為300 kg/m2，水管重量約為40 kg/m2，暖通設備荷載約為60 kg/m2，吸、隔聲吊頂及電纜橋架等重量按20 kg/m2考慮，將這些荷載值相加

即可得出600 m2演播室的設備活荷載約為420 kg/m2。綜合各專業提供的荷載參考值，本工程各演播室的設備活荷載一般取值如表2所示。

2.4 承重槽鋼、吊桿及轉換槽鋼的選取

承重槽鋼通常選用熱軋普通槽鋼，其規格的確定可以先根據經驗假設一個數值，例如在計算600 m2演播室時，可以選擇型號為20a的槽鋼（即槽鋼高度為200 mm），由《鋼結構設計手冊》可查得其截面尺寸及截面特性，將這些數值代入計算模型驗算，滿足受力、變形及穩定的要求即可。

承重槽鋼是通過吊桿與上部主體結構連接的，吊點的距離一般取為3 m ～ 4 m，吊桿通常可采用等邊角鋼或鋼筋。當上部主體結構即演播室的屋頂為鋼網架時，可以采用鋼筋作為吊桿，一端與鋼網架的球節點以螺栓連接的方式固定，另一端則與承重槽鋼焊接。

本工程中各大型演播室均位于多功能演播樓中，演播室的屋面要求采用鋼筋混凝土現澆結構，600 m2及1 000 m2演播室等大型演播室因跨度較大、框架梁的載面高度又受到演播室凈空高度的限制而不能設計得過大，因此，此次主體結構設計中大跨度演播室的屋面頂板均采用了現澆預應力混凝土空心樓板體系。在這種情況下，如果選用鋼筋作為吊桿，將鋼筋的一端預埋在空心樓板的密肋梁中，而另一端留出待與承重槽鋼焊接，那么勢必會影響模板的支護及混凝土的澆筑，而且鋼筋的抗拉截面較小，難以滿足大型演播室對承載力的要求。故在600 m2及1 000 m2等演播室的設計中均選用了等邊角鋼作為吊桿，樓板施工時先在密肋梁中預埋鋼板，演播室主體結構完工后，再通過連接件將吊桿與預埋鋼板焊接。這樣既可保證施工質量、便于施工，又可縮短施工周期。等邊角鋼的截面根據吊點的受力情況確定即可。

此次演播室的結構設計中，在600 m2演播室的上空還加設了轉換層。其原因在于：

（1）混凝土空心樓板中密肋梁的位置是固定的，即預埋于梁中的預埋鋼板的位置是固定的，這就意味著吊桿的吊點定位必須與其一致，所以板底的吊點位置是不能改變的。

（2）空調層中，風管及送風口、回風口的位置是不能隨意挪動的，與承重槽鋼連接的吊桿應盡量避開這些位置，因此承重槽鋼上的吊點也是相對較為固定的，不能隨意改動。

（3）從演播室布置剖面圖不難看出，空調層介于結構板與承重槽鋼之間，如果從板底直接下吊桿穿過空調層并與承重槽鋼焊接，必然會與風管、風口等發生沖突。

綜合以上幾個因素，要解決這一問題，就需要在結構板下一定高度處設置一層轉換層，通過轉換槽鋼將上部吊點轉換為下部吊點，消除空調設備布置對吊桿的影響。

轉換層高度的設置應盡量不占用空調層的空間，不影響空調風管的布置，另外，還需要在結構板底與轉換槽鋼之間留出一定的施工操作空間，本工程中轉換槽鋼的頂標高距板底距離取為300 mm。轉換槽鋼也可選用熱軋普通槽鋼，計算方法與承重槽鋼基本相同。圖2為600 m2演播室承重槽鋼、轉換槽鋼及吊桿的布置剖面圖。

2.5 承重槽鋼的計算模型

承重槽鋼的計算模型可以考慮以下兩種方式：

（1）取一根荷載最不利布置的承重槽鋼，將此承重槽鋼上的全部吊點均作為支座，槽鋼作為多跨連續梁進行計算。

（2）取一根承重槽鋼中兩個吊點之間跨度最大的一跨即最不利的一跨進行計算。

但是，在采用第二種方式時，單跨梁兩端的支座不能完全按固定端計算，應考慮適當的彎矩調幅，使其受力狀態及計算結果更為合理。對于面積較大的演播室，可先采用第一種方式進行計算，然后用第二種方式進行復核，取較大的計算數值，使結果有利于安全。吊點之間的跨度通常取值為3 m ～4 m，根據風管及風口的布置可作適當調整。槽鋼采用了《理正結構設計系列軟件》進行計算。仍以600 m2演播室為例，其中一根承重槽鋼的基本計算模型如圖3所示。

表3 槽鋼在各個受力狀態下的最小安全系數

承重槽鋼上作用有均布荷載，由設備活荷載值及兩道槽鋼之間的間距可導算出作用在槽鋼上的均布線荷載，例如，600 m2演播室的設備活荷載為420 kg/m2，即4.2 kN/m2，槽鋼間距為2.3 m，考慮到未來電視中心事業和技術的發展，需在設計時預留出足夠的擴展空間，故將荷載在4.2 kN/m2的基礎上每平方米增加1 kN，那么作用在槽鋼上的均布線荷載為

將此數值輸入計算程序可得出槽鋼在各個受力狀態下的最小安全系數。計算結果參見表3。

結果顯示各項安全系數均小于容許安全系數1.0。

復核時取第2跨進行驗算，跨長為3 850 mm，按單跨梁計算，槽鋼的側向穩定、抗彎強度及抗剪強度均滿足計算要求，故選用型號為20a的槽鋼可滿足各項受力狀態及變形的要求。

2.6 節點設計

演播室中的節點設計主要包括槽鋼與演播室墻體及主體結構梁的連接、吊桿與轉換槽鋼及承重槽鋼的連接等。圖4為槽鋼與主體結構梁的連接。因演播室的頂板采用了現澆預應力混凝土空心樓板體系，故需在空心樓板的密肋梁中預埋鋼板，通過節點板將吊桿與預埋件焊接。圖5為吊桿與轉換槽鋼及承重槽鋼的連接。圖6為承重槽鋼端部與演播室墻體的連接。

2.7 應注意的問題及處理方法

演播室燈柵設計中主要應注意的問題是吊點的定位。在設計吊點定位時，應綜合考慮電氣專業提供的安裝槽鋼的位置，以及暖通專業提供的風管及風口的位置。吊點的布置必須避開安裝槽鋼、風管、消聲靜壓箱等。另外，安裝槽鋼一般取兩根10號槽鋼為一組，在這兩根槽鋼中間會有200 mm ～ 300 mm的空隙，吊點在布置時也應避開這個空隙，以免影響電氣設備的安裝就位及使用。

如果遇到吊桿與風管沖突，且無法避讓的情況，可以用橫擔做轉換加以解決。通常情況下橫擔的做法如圖7所示。

3 結束語

燈柵結構設計是演播室設計中的重要組成部分，合理而完整的燈柵設計是確保演播室各專業設備正常使用及安全播出的關鍵所在。設計中應與各專業密切配合，盡量滿足各專業提出的要求，并使燈柵層設備活荷載的取值最為合理，與此同時，還要保證計算的正確、制圖的清晰。

此次完成的演播室燈柵結構設計最大程度地滿足了演播室燈光設計的要求，自2008年北京電視中心建成并投入使用以來，經歷了各類重要電視節目的錄制及播出，如2008年奧運節目轉播、2009年和2010年北京電視臺春節晚會等大型節目。由于演播室燈柵結構設計時與各個專業的密切配合，使得演播室燈光設計系統在投入使用過程中受到了業主和觀眾的一致好評。此次演播室燈柵結構設計安全可靠、科學適用、經濟合理，與實際使用緊密結合，同時考慮了未來發展需要，整個系統具有充分的延展性。在當今技術發展的基礎上，北京電視臺電視中心演播室燈柵結構設計進行了有益的嘗試，結合實際使用取得了很好的效果。