外表華麗的哈爾濱地標(biāo)性建筑——哈爾濱大劇院正在緊鑼密鼓地建設(shè)中，目前，哈爾濱大劇院外部玻璃墻體安裝已接近尾聲，隨后將進(jìn)行內(nèi)部裝修，預(yù)計(jì)今年年底竣工。

哈爾濱大劇院由馬巖松建筑設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)單位為北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司。大劇院外形采用流線形飄帶造型。觀眾廳浮島式設(shè)計(jì)和自然光的引入，屬世界首創(chuàng)，屋面幕墻采用國(guó)際上獨(dú)創(chuàng)的立體紋理異形雙曲結(jié)構(gòu)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)的空白。

大劇院鋼結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)

1   工程概況

哈爾濱大劇院位于哈爾濱市松北區(qū)（新城區(qū)）文化中心島內(nèi)，是哈爾濱標(biāo)志性建筑，依水而建，其建筑與哈爾濱文化島的設(shè)計(jì)風(fēng)格和定位相一致。外形采用流線型飄帶外形，自然融入周圍的濕地環(huán)境。大劇院內(nèi)部樓座采用浮島式設(shè)計(jì)。

建筑效果圖

大劇院內(nèi)部

大劇院幕墻

 

哈爾濱大劇院包括大劇場(chǎng)（1564座）、小劇場(chǎng)（414座）、地下車庫(kù)及附屬配套用房等。大劇場(chǎng)地上8層，地下1層（主舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng)及樂(lè)池部分為地下2層）；小劇場(chǎng)地上3層，地下1層（舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng)地下2層）；地下車庫(kù)地下1層，高度6.6m?；A(chǔ)埋深2.3m，大、小劇場(chǎng)基礎(chǔ)均采用樁筏基礎(chǔ)，車庫(kù)采用樁基礎(chǔ)、柱下獨(dú)立承臺(tái)。

大劇場(chǎng)縱向剖面

小劇場(chǎng)縱向剖面

2    結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)建筑體型與功能分區(qū)，將整個(gè)建筑劃分為10個(gè)結(jié)構(gòu)單元，包括大劇場(chǎng)、小劇場(chǎng)、6個(gè)車庫(kù)單元與2個(gè)水池橋單元。各結(jié)構(gòu)單元之間的防震縫寬度為100mm，滿足中震不碰撞的要求。大劇場(chǎng)與小劇場(chǎng)采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，外殼及異形樓梯采用鋼結(jié)構(gòu)。

結(jié)構(gòu)單元?jiǎng)澐质疽?/span>

2.1  大劇場(chǎng)

大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)由后區(qū)鋼結(jié)構(gòu)、玻璃頂、側(cè)面鋼結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)樓梯4部分組成。后區(qū)鋼結(jié)構(gòu)屋面在35m以下采用折梁，依附于后區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)之上。

大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)三維示意圖

大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)各部分俯視圖

 

各榀鋼梁之間設(shè)置一定橫向水平支撐，后區(qū)鋼結(jié)構(gòu)屋面上各層飄帶交接的部位設(shè)置人行步道；后區(qū)35m平臺(tái)以上采用雙層網(wǎng)殼，玻璃頂鋼結(jié)構(gòu)為單層網(wǎng)殼，跨度15.7～45.5m，總長(zhǎng)度70.45m，網(wǎng)格形式為菱形，邊長(zhǎng)2.3～3.5m，支承在周邊的混凝土與兩側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)上。

大劇場(chǎng)玻璃頂鋼結(jié)構(gòu)平面圖

大劇場(chǎng)玻璃頂鋼結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

 

側(cè)面鋼結(jié)構(gòu)為雙層網(wǎng)殼，長(zhǎng)度55～80m，除側(cè)面以及前后區(qū)交界位置支承于混凝土結(jié)構(gòu)之外，自重主要由落地的格構(gòu)柱承擔(dān)。根據(jù)建筑專業(yè)對(duì)外露鋼結(jié)構(gòu)的要求，玻璃頂?shù)膯螌泳W(wǎng)殼與側(cè)面的雙層網(wǎng)殼之間采用下圖（c）所示的連接構(gòu)造。

（a）平面圖

（b）軸測(cè)圖

（c）單雙層網(wǎng)殼的過(guò)渡

大劇場(chǎng)側(cè)面鋼結(jié)構(gòu)

 

旋轉(zhuǎn)樓梯分為三段，第一段是兩端支承于框架梁的單跑鋼梁；第二段是兩根旋轉(zhuǎn)180°的U形主曲梁，曲梁間通過(guò)樓梯踏步次梁相連，兩根主曲梁起止點(diǎn)分別支承于高6m與10m的混凝土結(jié)構(gòu)上，其中外環(huán)主曲梁在長(zhǎng)度中點(diǎn)處由側(cè)面鋼結(jié)構(gòu)提供豎向支承；第三段結(jié)構(gòu)形式與第二段基本相同。

大劇場(chǎng)旋轉(zhuǎn)樓梯三維示意圖

2.2  小劇場(chǎng)

小 劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)包括五個(gè)部分：后區(qū)懸挑端、后區(qū)側(cè)面、后區(qū)劇場(chǎng)頂部、公共空間落地雙層網(wǎng)殼、玻璃頂單層網(wǎng)殼。后區(qū)懸挑端采用鋼桁架結(jié)構(gòu)，后區(qū)側(cè)面為折梁結(jié)構(gòu)， 后區(qū)劇場(chǎng)頂部為弧形鋼梁。雙層網(wǎng)殼主要支承在格構(gòu)柱上，格構(gòu)柱直接落到基礎(chǔ)。玻璃頂采用單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，通過(guò)連接構(gòu)件支承于周邊雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)上。

（a）三維示意圖

（b）小劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)各部分俯視圖

（c）小劇場(chǎng)后區(qū)懸挑端

小劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)

3    大震彈塑性分析

針對(duì)大、小劇場(chǎng)結(jié)構(gòu)，采用ABAQUS軟件進(jìn)行了罕遇地震作用下的動(dòng)力彈塑性分析?？紤]幾何非線性與材料非線性，樓板按彈性進(jìn)行分析。選用2條天然波和1條人工波進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明，罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)層間位移角遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，剪力墻混凝土基本完好，鋼結(jié)構(gòu)部分桿件進(jìn)入塑性階段，其塑性應(yīng)變遠(yuǎn)小于鋼材極限應(yīng)變，大部分鋼筋混凝土梁柱構(gòu)件未進(jìn)入屈服階段，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度退化不大。結(jié)構(gòu)滿足罕遇地震作用下的性能要求。

（a）X為輸入主方向

（b）Y為輸入主方向

罕遇地震下大劇場(chǎng)剪力墻受壓損傷因子分布（人工波）

（a）X為輸入主方向

（b）Y為輸入主方向

罕遇地震作用下大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性應(yīng)變分布（人工波）

4    鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)

對(duì)于部分復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，采用有限元分析的方法對(duì)應(yīng)力進(jìn)行了校核。節(jié)點(diǎn)分析時(shí)采用四面體實(shí)體單元。選取大劇場(chǎng)玻璃頂與雙層網(wǎng)殼轉(zhuǎn)換的一個(gè)典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該節(jié)點(diǎn)基本處于彈性工作狀態(tài)，少數(shù)應(yīng)力較大的區(qū)域主要出現(xiàn)在桿件相連處，應(yīng)通過(guò)增加加勁板的方式進(jìn)行加強(qiáng)處理。

（a）在整體模型中的位置

（b）節(jié)點(diǎn)區(qū)域最大應(yīng)力/MPa

玻璃頂與雙層網(wǎng)殼轉(zhuǎn)換典型節(jié)點(diǎn)

 

選取小劇場(chǎng)后區(qū)懸挑桁架相貫的一個(gè)典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，該關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)區(qū)域處于彈性工作狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)的約束邊界上出現(xiàn)少數(shù)應(yīng)力較大的區(qū)域，原因是分析時(shí)采用剛性約束連接的方式進(jìn)行邊界模擬，使這些區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中。

（a）在整體模型中的位置

（b）節(jié)點(diǎn)區(qū)域最大應(yīng)力/MPa

小劇場(chǎng)后區(qū)典型節(jié)點(diǎn)

 

更多內(nèi)容詳見(jiàn)《建筑結(jié)構(gòu)》雜志2013年第17期（9月上）北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司專輯文章：

《哈爾濱大劇院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究》；作者：朱鳴，戴夫聰，張玉峰，劉飛，劉傳佳，王春磊，李華峰，朱忠義，張徐；單位：北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司。