哈尔滨大剧院结构设计

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一、工程概况

哈尔滨大剧院依水而建,与哈尔滨文化岛的设计风格和定位相一致,体现出北国风光大地景观的设计理念。外形采用流线型飘带外形,自然融入周围的湿地环境。大剧院内部楼座采用浮岛式设计。该项目包括大剧场(1 564座)、小剧场(414座)、地下车库及附属配套用房等。飘带形的造型由多种形式的钢结构组成,包括单层网壳、双层网壳、折梁结构,内部异形楼梯为钢结构。

大剧场地上8层,地下1层(主舞台台仓及乐池部分为地下2层),建筑高度地上56.48m,地下6.5m(台仓局部15m)。小剧场地上3层,地下1层(舞台台仓地下2层),建筑高度地上25.75m,地下6.5m(局部9.5m)。地下车库地下1层,高度6.6m。

哈尔滨大剧院结构设计

大剧场纵向剖面

哈尔滨大剧院结构设计

 

小剧场纵向剖面

二、结构布置

根据建筑体型与功能分区,将整个建筑划分为10个结构单元,包括大剧场、小剧场、6个车库单元与2个水池桥单元。各结构单元之间的防震缝宽度为100mm,满足中震不碰撞的要求。

 

 

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结构平面简图
大剧场与小剧场采用钢筋混凝土框架剪力墙结构,外壳及异形楼梯采用钢结构。大剧场钢结构由后区钢结构、玻璃顶、侧面钢结构、旋转楼梯四部分组成。小剧场钢结构包括五个部分:后区悬挑端、后区侧面、后区剧场顶部、公共空间落地双层网壳、玻璃顶单层网壳。

哈尔滨大剧院结构设计

大剧场钢结构各部分俯视图

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小剧场钢结构各部分俯视图

三、结构基本计算结果

由于钢结构体型复杂,采用MIDAS GEN V7.30软件建立整体模型,同时采用PKPM 2008中的SATWE软件建立整体简化模型,将异形钢结构的荷载加到支座处。钢结构构件设计主要采用MIDAS的结果,混凝土构件的设计主要采用SATWE的结果,与钢结构相连的混凝土构件参考MIDAS的结果。文中给出了大剧场和小剧场的周期与振型、地震剪力与位移、弹性时程分析主要结果(时程分析结果与反应谱分析结果基本相符,可以采用反应谱分析的结果进行设计)。

 

哈尔滨大剧院结构设计
 

 

 

 

 

 

哈尔滨大剧院结构设计

 

哈尔滨大剧院结构设计

大剧场前3阶振型(MIDAS)

四、钢结构设计结果

主要分析了钢结构变形、应力比、舒适度验算(大剧场钢结构有两处可能存在舒适度问题:后区钢梁人行步道与旋转楼梯。经验算满足相关规范对人行步道结构舒适度的控制要求)。

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钢结构构件应力比示意图

五、钢结构稳定分析结果

工程钢结构屋盖跨度大、体型复杂,重点研究了其整体稳定性。采用ANSYS 12.0软件进行了屋盖钢结构特征值屈曲分析、屋盖钢结构考虑大变形的几何非线性的稳定分析和屋盖钢结构考虑几何和材料双重非线性的稳定分析。

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双重非线性稳定曲线

六、大震弹塑性分析

大震弹塑性分析表明,罕遇地震作用下,结构层间位移角远远小于规范限值,剪力墙混凝土基本完好,钢结构部分杆件进入塑性阶段,其塑性应变远小于钢材极限应变,大部分钢筋混凝土梁柱构件未进入屈服阶段,整体结构强度退化不大。结构满足罕遇地震作用下的性能要求。

哈尔滨大剧院结构设计

罕遇地震下大剧场剪力墙受压损伤因子分布

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罕遇地震作用下大剧场钢结构构件塑性应变分布(人工波)

七、钢结构节点有限元分析

结构中的钢结构型式复杂,节点种类多。对于部分复杂节点,采用有限元分析的方法对应力进行了校核。文中选取了两个节点:大剧场玻璃顶与双层网壳转换节点、小剧场后区悬挑桁架的相贯节点。并针对分析结果对节点进行局部加强。结果表明,节点承载力满足要求。

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玻璃顶与双层网壳转换典型节点

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哈尔滨大剧院结构设计

小剧场后区典型节点应力/MPa

八、地基基础设计

大、小剧场基础均采用桩筏基础,车库采用桩基础、柱下独立承台。考虑墙柱冲切与钢结构落地点传递水平力的要求,基础筏板厚度取为1m(小剧场区域)与15m(大剧场区域)。桩基采用钻孔压灌超流态混凝土桩。

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桩位图

九、库温度作用分析与设计

车库与室外直接连通,冬季不采暖,夏季无空调,温差变化剧烈,并且建筑周围有通长挡土墙,对楼板温度伸缩的约束作用很强,因此需对温度应力进行专门分析。

车库内墙面贴保温板,车库内地面有厚14m的填土,车库外沿墙全高填土。考虑填土与保温板的保温作用,挡土墙温度沿高度为渐变,因此考虑温差变化自上而下依次递减。

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挡土墙示意图

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