銅梁大劇院結構設計

周楊，唐毅，吳澤

（CM CU·中聯建筑，重慶400039）

銅梁大劇院結構設計

周楊，唐毅，吳澤

（CM CU·中聯建筑，重慶400039）

1 工程概況

銅梁大劇院位于重慶市銅梁縣金龍大道以東，地處銅梁縣文化藝術核心區域，整個建筑外觀為小提琴，造型新穎獨特，結合周邊城市主干道，形成一道靚麗的風景線，將成為銅梁縣地標性建筑（圖1）。

根據《中國地震動參數區劃圖》GB 18306-2001和《建筑抗震設計規范》GB 50011-2010，該地區抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g。該工程屬乙類建筑，抗震設防類別為重點設防類，結構安全等級為二級，場地類別為Ⅲ類。

圖1 鳥瞰圖

圖2 結構單元劃分示意圖

2 結構概述

該工程結構通過設置結構縫和釋放約束，總體上分成了四個主要的結構單元：電影院、劇場、琴頭和琴弦（圖2）。

電影院和劇場兩個結構單元為該工程的主體部分，均可看作是由三個結構單元組成，即下部鋼筋混凝土結構、屋面鋼網架及外圍鋼管桁架幕墻維護組成。總體結構受力方案為：下部混凝土結構（采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結構體系）框架柱冒出混凝土屋面，伸至屋面鋼網架底，作為屋面鋼網架支座。外圍鋼管桁架幕墻維護結構與屋面鋼網架的連接采用釋放豎向約束的板鉸構造，即外圍幕墻鋼管桁架不作為屋面鋼網架的豎向支座。整個屋面鋼網架完全由下部混凝土結構框架柱支撐，周邊懸挑。外圍幕墻鋼管桁架下端與基礎剛接，上端與屋面鋼網架豎向滑動連接，僅成為維護結構，并向混凝土和屋面網架結構受力主體傳遞水平方向荷載。

琴頭采用鋼筋混凝土框架結構。

琴弦部分為無功能的建筑造型，該結構單元支承在兩側琴頭和電影院結構單元上，琴弦結構單元與兩側結構單元均設縫斷開，其支承支座采用彈性水平滑動支座。琴弦結構單元采用空間鋼桁架結構。

3 結構特點

3.1 結構超限情況（表1、表2）

表1 電影院超限情況列表

表2 劇院超限情況列表

3.2 結構抗震性能目標

根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010相關規定，結合結構自身超限情況，對結構進行性能化設計。針對結構關鍵部位制定了不同的性能化目標，并采取相應的設計、計算和構造措施，以保證結構的安全可靠[1]（表3）。

表3 電影院和劇院結構抗震性能目標

3.3 結構計算分析

3.3.1 結構彈性分析

（1）劇場和電影院（含下部混凝土主體及上部鋼網架屋面）采用SATWE、PM SAP（版本號：2011.09）和M idas gen進行靜力彈性分析、彈性反應譜分析和動力彈性時程分析。對重要和關鍵受力構件（支撐網架框架柱）進行了中震彈性的補充驗算[2]。

（2）斜屋面鋼網架采用MST2008分析設計，外圍鋼結構各工況支反力輸入相應網架節點上。

（3）外圍護鋼結構和琴弦空間桁架采用3D3S9.0分析設計，上端只施加水平約束，釋放豎向約束。

（4）琴頭框架采用PM SAP（2011.09版）分析設計。

（5）為了考察外圍鋼結構對主體結構的影響，特別是動力特性和抗震性能方面的影響，采用ANSYS作為輔助分析程序，對整體結構模型做了宏觀定性的分析。

3.3.2 電影院和劇院結構彈性分析模型處理的相關說明

（1）模型簡化

從受力而言，外圍鋼結構可視為底端固定、頂部彈性鉸支撐的傾斜柱維護結構。由于其高度較大，同時鋼構件相對于主體混凝土框架—剪力墻結構而言剛度甚小，為簡化分析模型不考慮外圍鋼結構參與抗側計算，直接將其傳遞的水平荷載施加在主體結構上[3]。

（2）風荷載傳遞和輸入

結構風荷載是通過外圍鋼結構再傳遞給主體結構。因此，主體結構模型風荷載是通過輸入外圍鋼結構模型在風工況下支座反力實現。風工況支座反力直接輸在主體模型網架相應節點上。

（3）地震作用

外圍鋼結構地震作用是通過在網架相應節點上輸入地震工況的支座反力予以實現。為了考察外圍鋼結構對結構主體的影響，采用ANSYS建立了包括網架和外圍幕墻鋼結構的整體模型，進行了靜力分析、模態分析、反應譜分析、動力彈性時程分析和大震彈塑性時程分析[4]（圖3）。

圖3 劇場結構剖面圖

圖4 大劇院整體結構有限元模型

3.3.3 彈塑性分析

（1）靜力彈塑性推覆分析

對電影院和劇場兩個結構單元的主體結構，采用中國建科院編制的EPDA&PUSH程序接力PM SAP含網架的整體模型進行推覆分析，以評價和檢驗這兩個主要結構的抗震特性來指導結構設計[5]。

（2）罕遇地震作用下彈塑性實時程分析

對包含外圍鋼結構桁架在內的電影院、劇場及琴弦結構單元的整體結構，采用ANSYS建模，選取3條地震波進行罕遇地震下的彈塑性時程分析[6]（圖4）。

3.3.4 關鍵節點和支座設計

該工程在設計中，采用了釋放豎向約束的板鉸節點（圖5）。該節點通過在鋼板上開設豎向橢圓孔，實現僅傳遞維護結構的水平力，不傳遞豎向力。由于該節點受力明確，構造簡單，其節點構造方式在我國已有幾十年的使用經驗，最早運用在重型工業廠房的墻架柱，目前也廣泛應用于各類鋼結構公共建筑中。

在琴弦與電影院連接部位需要采用適應位移量大的彈性支座連接。該工程選用雙向球型支座。該支座連接可靠，能適應支座處轉角、位移、上拔力及水平力的需要，是《鋼結構設計規范》GB50017-2003推薦的用于大跨度結構支座之一（第7.6.4條），在國內大跨度鋼結構中已得到普遍應用。如北京首都機場四機位飛機庫、上海虹橋機場飛機庫、廣州體育館等。

圖5 板鉸節點大樣圖

4 結語

銅梁大劇院的結構設計存在多處難點：結構單元的劃分、結構體系的把握、性能化設計的靈活應用、分析模型的選取、計算結果的分析比較和關鍵節點的處理等。通過結構縫的合理設置和支座約束的巧妙釋放將結構劃分為幾個受力明確的結構單元，尤其是外圍幕墻維護結構與主體混凝土和屋頂鋼網架之間的相互受力關系得以清晰明確。

[1]汪夢甫，周錫元.基于性能的建筑結構抗震設計[J].建筑結構學報，2003（3）.

[2]張堅，陸道淵.重慶大劇院結構設計[J].建筑結構學報，2007（5）.

[3]梁淑萍，莫庸，金建民，等.甘肅省大劇院超限復雜結構抗震設計[J].建筑結構學報，2011（1）.

[4]羅永峰，徐春麗，陳春暉.青島大劇院鋼屋蓋結構的穩定性和抗震性能分析[J].結構工程師，2007（8）.

[5]王樹，葛家琪，張慶亮，等.大劇院上下結構共同工作對鋼屋蓋抗震性能影響分析[J].建筑結構學報，2008（12）.

[6]陳丹，楊維國，趙雅，等.海原博物館上下部結構協同工作性能研究[J].建筑結構學報，2011（3）.

StructuralDesign Of Tongliang Theater

銅梁大劇院整個建筑外觀為小提琴，造型新穎獨特，具有重要的標致性意義，其獨特的造型給結構設計增添了不少難度：結構單元的劃分、結構體系的把握、性能化設計的靈活應用、分析模型的選取、計算結果的分析比較和關鍵節點的處理等。該文系統介紹了銅梁大劇院的結構設計，重點敘述了結構整體設計思路、結構分析和計算模型。

整體設計；結構分析；計算模型；結構縫；釋放約束；建筑抗震；大震彈塑性時程分析

Tongliang Theatre looks like a violin,noveland specialw ith landmark significance,so itposes great challenge and difficultieson structure design,including the division ofstructuralunit,the design ofstructuralsystem,the flexible application of performance based design,the selection of analysismodel,the analytical comparison of calculation resultsand the treatmentof key node.Thestructuraldesign of Tongliang Theatre is systematically introduced with theoverall design thought,structuralanalysisand calculationmodelelaborated in detail.

integrated design;structuralanalysis;calculationmodel;structural joint;constraint release;building aseismicity;elastoplastic timeprocedure

TU 502

A

1671-9107（2013）11-0061-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2013.11.061

2013-08-11

周楊(1983-)，男，重慶人，研究生，工程師，主要從事鋼筋混凝土結構性能研究。