一种可以移动的观众座椅

程世平

（太原重型机械集团有限公司技术中心， 山西 太原 030024）

引言

本工程太阳剧场为杭州新天地49号地块（太阳马戏团剧场）项目，位于杭州下城区北部，原为杭州重型机械厂所在地区。项目地下2层及地下夹层，地上舞台和观众厅部分通高单层，北侧为三层辅助设备用房建筑高度为23.970 m，建筑面积为13 033.4 m2，观众厅设计座位数1 450座，功能为马戏团演出。

由于是马戏团表演，舞台为马戏表演服务，所以我们设计了一种新型可以移动的观众座椅。该座椅既能水平移动，也能360°回转，最大限度为观众提供舒适的观看视角。

舞台机械最重要的指标之一是安全可靠，所以所有种类的舞台机械都必须保证在任何时候都是绝对安全可靠的[1]。

1 总体布置

本剧场上演的是马戏表演，由于马戏表演的特殊性，马戏舞台采用固定形式。

观众厅要求设计座位数1 450座，地坑尺寸为87 300 mm×27 258 mm，所以我们分成东西两个观众座椅设计，每个座椅设23排，每排座位呈扇形阶梯布置，这样每位观众都能有最佳的观看视角。每个观众座椅可以容纳725人，尺寸约为25.654 m×26.248 m，最大程度地利用了空间，便于业主管理观众。更有创意的是观众入口设在了座椅正下方。

观众座椅由平移轨道、平移钢结构、走行装置、转盘钢结构、摩擦驱动装置、支撑轮、台车座椅、供电系统、地板布置等组成。见图1观众座椅主视图，图2观众座椅侧视图。

观众座椅工作在水平移动轨道上，平移钢结构下方的走行装置在电机的驱动下，使观众座椅沿水平移动轨道往复运动。平移钢结构上表面有回转转盘，转盘的回转动力来自摩擦驱动装置。观众座椅设置在转盘上表面，转盘旋转带动观众座椅一起360°旋转。这样观众不离开自己的座椅，就可以全方位地欣赏到精彩的演出。观众座椅主要性能参数见下页表1。

图1 观众座椅主视图

图2 观众座椅侧视图

2 各结构技术方案

2.1 平移钢结构

虽然观众座椅的使用率不高，载荷率较低，但是对寿命设计也有一定要求，对可靠性设计则要求更高，因为一旦出现问题就可能造成严重的人身安全事故或较大的经济损失[1]。

平移钢结构承载着转盘、观众座椅及观看演出的观众的全部重量，由于有观众在上面，所以平移钢结构的设计尤为重要。平移钢结构为观众座椅的主体受力件，为了满足刚度要求，采用桁架结构形式[2]。主桁架横向采用四根槽钢30 cm形成平行四边形，主桁架高为2 400 mm。上、下面采用H型钢连接，主桁架高度方向设置立柱支撑及斜对角线拉撑。每根斜支撑的上下两端增加了加强筋，确保平移钢结构刚度、强度万无一失。

表1 观众座椅的主要性能参数

平移钢结构的尺寸为27 959 mm×29762 mm，尺寸较大，故采用分片设计，保证每片不超过铁路运输界限，同时也便于加工。片与片之间用螺栓把合。所有桁架拼装后预拱25 mm，以保证平移钢结构中心的平面度。

2.2 走行装置

走行机构为轨道式行走机构，即在土建地基上铺设两条A75的钢轨。采用40个车轮，两两为一组，共20组，每一组为一个单独的传动单元。多车轮的设计大大降低了轮压，减小了车轮轮径，降低了钢轨型号和土建费用。20点驱动方式，传动装置为一套传动装置驱动两个车轮，工作可靠、同步性能好，配以电气控制系统完成观众座椅在舞台前的精确定位。

车轮直径315 mm，双轮缘，而且踏面有宽窄之分，便于车轮适应轨道的安装误差控制；也有利于日后轨道土建变型，避免在走行时出现肯轨现象。

走行机构由电机、减速机、调整装置、车轮、平衡架及橡胶缓冲等组成。走行装置固定在平移钢结构下方，通过调整装置，调节两车轮的直线度。橡胶缓冲可以有效吸收来自轨道不平而产生的振动噪音。见图3走行装置主视图，图4走行装置侧视图。

图3 走行装置主视图同

图 4走行装置侧视图

2.3 转盘钢结构

转盘钢结构作为平移钢结构与观众座椅区的过渡，起着非常重要的作用。因为转盘钢结构上方要支撑观众座椅区，下方安装回转轴承，回转轴承与平移钢结构连接。

转盘钢结构设计为圆形，从外到内有三圈主骨架，主骨架为焊接125×240×250×15×8H型钢，轨道之间用HN250×125连接[3]。分为17片，保证每片不超过铁路运输界限。片与片之间用螺栓把合。

由于转盘尺寸较大，所以在三圈主骨架下方设置了三条A45支撑轨道。支撑轨道1下方均布28个支撑轮（D160），支撑轨道2下方均布44个支撑轮（D160），支撑轨道3下方均布48个支撑轮（D160）。转盘上方的全部载何就是通过这120个支撑轮均匀地传递给平移钢结构。

转盘中心设计有回转轴承，回转轴承的外圈与转盘通过螺栓固定，回转轴承的内圈与上法兰通过螺栓固定，下法兰固定在平移钢结构上[4]，下法兰与平移钢结构之间设有高度调整装置。

转盘的上表面铺设木地板后，与土建地面平齐。

2.4 支撑轮（见下页图5）

支撑轮由支座、摆杆、支辊、调节座、调节杆组成。摆杆可以绕支座1轴转动，调节杆5可以上下调整，当调节杆5向上调整时，支辊3升高；当调节杆5向下调整时，支辊3下降。这对转盘上表面的调平起了很大的作用。

图5 支撑轮

2.5 转盘驱动装置（见图6）

图6 转盘驱动装置

转盘的转动是靠摩擦驱动来实现。转盘驱动装置由主动轮、从动轮、三合一减速器、环形轨道、调整装置、固定支座等组成。主动轮、从动轮夹在环形轨道两侧面，调整装置调整主动轮、从动轮之间的间隙，从而对环形轨道产生驱动摩擦力，当12台三合一减速器动作时，转盘在驱动摩擦力的作用下，绕回转中心转动起来，实现转盘360°回转。

2.6 座椅区钢结构

座椅区钢结构由立柱、弯梁、弧梁、边缘支撑部分、楼梯间、栏杆、连接杆件组成。15条弯梁平行布置，弯梁之间的间距与转盘钢结构上的间距一致。弯梁随23层座椅的高差形成大约14°的倾斜。弯梁下方靠高度不一的立柱支撑。立柱的柱脚固定在转盘钢结构上。当转盘转动时座椅区会整体转动。弯梁上方设有23圈弧梁，每相邻两弧梁的下弧梁的上表面与上弧梁的下表面形成大约1 m的平台，用来安装观众座椅，通过弯梁与弧梁的有机结合，使得每排座位呈扇形阶梯布置。最上面7层的间距为280 cm，中间12层的间距为250 cm，最下面几层的间距为175 cm。

观众上下的楼梯间设在弯梁最高处的下方空间里，沿第8条弯梁中心线居中布置。进场的观众从两侧楼梯上到楼梯平台，汇总成一部大楼梯进入观众区，从高处向下很方便地找到自己相应的座椅位置。

座椅区周围设有安全栏杆及扶手。

弯梁下方，除去楼梯间外，还有很多可以利用的空间，将它们装修后安装空调通风等设备。

3 结语

本次设计实现了观众座椅的平移及旋转，是对常规舞台设备的一次全新的创新，是对传统舞台观念的一次大胆升级。

参考文献

[1] 陈德.舞台机械设计[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 徐克晋.金属结构[M].北京：机械工业出版社，1982.

[3] 成大先.机械设计手册：第5版[M].北京：化学工业出版社，2008.

[4] 来瞒虔.机械原理教学指南[M].北京：高等教育出版社，1998.