成都华侨城大剧院结构设计

彭 魁

(中国建筑西南设计研究院有限公司,四川 成都 610081)

1 工程概况

成都华侨城大剧院位于成都市金牛区三环路外沙西线侧,华侨城欢乐谷大门右侧,总建筑面积 1.6×104m2。建筑外形大气磅礴,折型屋面配合方块彩玻幕墙,活泼生动,成为点缀在欢乐谷的一颗“明珠”。建筑地下 1层(舞台设备基坑-23.0m),地上 4层,平面分为舞台区及观众区,南北长约70m,东西长约 100m,东为观众区(1400座,无楼座),西为舞台区(舞台设备基坑最深处-23.0m)。舞台区大屋面为现浇钢筋混凝土屋盖,屋面高度为 17 m,主舞台区为平板钢网架,屋面高度 32m。观众区大屋面为现浇钢筋混凝土折型屋盖,屋面高度为 19m,观众厅为平板钢网架,屋面高度为20m。本工程抗震设防烈度 7度,设计基本地震加速度值0.10 g,设计地震分组为第三组,场地类别为Ⅱ类,场地特征周期值 0.45 S。建筑抗震设防类别为重点设防类,框架抗震等级为一级(图 1、图 2)。

图1 建筑平面

图2 结构三维模型

2 结构概述

2.1 地质情况及地基基础

根据《岩土工程勘察报告》,该工程场地地势基本平坦,地貌为成都平原,地貌类型单一。土层由上而下为杂填土、素填土、黏土、圆砾,稍密,中密,密实卵石构成。 ±0.000标高为总图标高515.00m,抗浮设计水位 512.00m。本工程舞台部分基础采用筏板基础,基础底持力层为稍密或中密卵石层,观众厅部分基础采用柱下独立基础,基础底持力层为松散卵石层或稍密卵石层。

2.2 地下室结构设计

由于建筑要求及舞台升降机设备要求,升降舞台基坑很深,台仓底面达到-23.0m,为西南地区最深的台仓,加上该工程所在区域地下水较丰富,给设计带来了不小的难度。地下室结构设计中主要存在两个难点:

2.2.1 抗浮设计

图3 基础平面

根据地勘报告,抗浮设计水位标高为 512.00m,-23.0m基坑的水头高度达到了 20m,这在以往的工程设计中是很少见的。经计算各区域浮力标准值分别为:-7.0m基坑(25 kN/m2),-14.0m基坑(75 kN/m2),-23m基坑(140 kN/m2)。抗浮设计中进行了多种方案比较,包括抗浮桩,抗浮锚杆,地铁施工中常用的“机械咬合桩”,甚至考虑在台仓周围采用地下连续墙嵌入基岩,以达到阻断地下水的目的,这样地下室就可以不考虑浮力影响了(该方案成本过高)。由于建筑施工场地受限,不能进行放坡开挖基坑,只能采用“护壁桩加锚杆护壁”后直立开挖。所以最终在抗浮设计中,采用了各区域设抗浮锚杆,局部护壁桩兼做抗浮桩的设计方案为最终实施方案(图 3、图 4)。

2.2.2 地下室侧壁抗土压力设计

地下室-7m基坑至-23m,地下室侧壁高达 16 m,土压力相当大,设计中为了使壁厚更趋合理,采用了“卧梁”、“斜撑”等方式来进行地下室侧壁抗土压力设计,并用 Midas进行了侧壁应力分析(图 5、图 6),达到了很好的效果。

图4 舞台区东西向剖面

图5 Midas应力分析

图6 侧壁抗土压力结构处理方式

本工程地下室筏板及侧壁混凝土强度等级均采用 C 40防水混凝土,混凝土抗渗等级为 1.2MPa(-7.050以下)、1.0MPa(-7.050以上)。地下室筏板及侧壁均加入了适量抗裂纤维。台仓自 2009年 10月使用至今未出现任何渗水现象。

2.3 上部结构

本工程主要的屋面标高为 15.75,加上室外地面标高-1.00,整个建筑结构高度为 17m左右。舞台区有部分局部屋面柱顶标高为 29.00,设计中是作为主要屋面的局部突出考虑的。所以该工程并未按《高规》进行设计。在工程施工图设计期间遇到了“5.12大地震”,我们及时根据地震参数的变化,进行了抗震设计的调整,所有结构设计指标均满足《建筑抗震设计规范》(2008年版)的抗震设计要求。

上部混凝土结构中有许多大跨度的地方,下面简单介绍大跨度结构计算中的处理方式。如图 7中,按 A方式布置梁,经计算,发现与 A梁相交的框架柱弯矩相当大,而且大跨度梁挠度偏大,不合理。当按 B方式,也就是最后施工图设计的方式布置梁,框架柱弯矩过大、大跨度梁的挠度偏大的问题就迎刃而解了。当然,考虑到施工时布筋的困难,减小了B梁交框架柱的梁上部配筋,施工过程中也相当顺利,保证了梁柱节点区混凝土的浇筑质量。

图7 大屋面结构平面

3 结束语

成都华侨城大剧院的结构设计存在多处难点,如深基坑地下结构,抗震概念的活用,大跨度结构计算中的处理等等。在全体设计团队成员的努力下,完成了这些结构难题。目前工程已建成竣工,为成都地区的文化建设又书写了新的绚丽篇章。