成都華僑城大劇院結構設計

彭 魁

(中國建筑西南設計研究院有限公司,四川 成都 610081)

1 工程概況

成都華僑城大劇院位于成都市金牛區三環路外沙西線側,華僑城歡樂谷大門右側,總建筑面積 1.6×104m2。建筑外形大氣磅礴,折型屋面配合方塊彩玻幕墻,活潑生動,成為點綴在歡樂谷的一顆“明珠”。建筑地下 1層(舞臺設備基坑-23.0m),地上 4層,平面分為舞臺區及觀眾區,南北長約70m,東西長約 100m,東為觀眾區(1400座,無樓座),西為舞臺區(舞臺設備基坑最深處-23.0m)。舞臺區大屋面為現澆鋼筋混凝土屋蓋,屋面高度為 17 m,主舞臺區為平板鋼網架,屋面高度 32m。觀眾區大屋面為現澆鋼筋混凝土折型屋蓋,屋面高度為 19m,觀眾廳為平板鋼網架,屋面高度為20m。本工程抗震設防烈度 7度,設計基本地震加速度值0.10 g,設計地震分組為第三組,場地類別為Ⅱ類,場地特征周期值 0.45 S。建筑抗震設防類別為重點設防類,框架抗震等級為一級(圖 1、圖 2)。

圖1 建筑平面

圖2 結構三維模型

2 結構概述

2.1 地質情況及地基基礎

根據《巖土工程勘察報告》,該工程場地地勢基本平坦,地貌為成都平原,地貌類型單一。土層由上而下為雜填土、素填土、黏土、圓礫,稍密,中密,密實卵石構成。 ±0.000標高為總圖標高515.00m,抗浮設計水位 512.00m。本工程舞臺部分基礎采用筏板基礎,基礎底持力層為稍密或中密卵石層,觀眾廳部分基礎采用柱下獨立基礎,基礎底持力層為松散卵石層或稍密卵石層。

2.2 地下室結構設計

由于建筑要求及舞臺升降機設備要求,升降舞臺基坑很深,臺倉底面達到-23.0m,為西南地區最深的臺倉,加上該工程所在區域地下水較豐富,給設計帶來了不小的難度。地下室結構設計中主要存在兩個難點:

2.2.1 抗浮設計

圖3 基礎平面

根據地勘報告,抗浮設計水位標高為 512.00m,-23.0m基坑的水頭高度達到了 20m,這在以往的工程設計中是很少見的。經計算各區域浮力標準值分別為:-7.0m基坑(25 kN/m2),-14.0m基坑(75 kN/m2),-23m基坑(140 kN/m2)。抗浮設計中進行了多種方案比較,包括抗浮樁,抗浮錨桿,地鐵施工中常用的“機械咬合樁”,甚至考慮在臺倉周圍采用地下連續墻嵌入基巖,以達到阻斷地下水的目的,這樣地下室就可以不考慮浮力影響了(該方案成本過高)。由于建筑施工場地受限,不能進行放坡開挖基坑,只能采用“護壁樁加錨桿護壁”后直立開挖。所以最終在抗浮設計中,采用了各區域設抗浮錨桿,局部護壁樁兼做抗浮樁的設計方案為最終實施方案(圖 3、圖 4)。

2.2.2 地下室側壁抗土壓力設計

地下室-7m基坑至-23m,地下室側壁高達 16 m,土壓力相當大,設計中為了使壁厚更趨合理,采用了“臥梁”、“斜撐”等方式來進行地下室側壁抗土壓力設計,并用 Midas進行了側壁應力分析(圖 5、圖 6),達到了很好的效果。

圖4 舞臺區東西向剖面

圖5 Midas應力分析

圖6 側壁抗土壓力結構處理方式

本工程地下室筏板及側壁混凝土強度等級均采用 C 40防水混凝土,混凝土抗滲等級為 1.2MPa(-7.050以下)、1.0MPa(-7.050以上)。地下室筏板及側壁均加入了適量抗裂纖維。臺倉自 2009年 10月使用至今未出現任何滲水現象。

2.3 上部結構

本工程主要的屋面標高為 15.75,加上室外地面標高-1.00,整個建筑結構高度為 17m左右。舞臺區有部分局部屋面柱頂標高為 29.00,設計中是作為主要屋面的局部突出考慮的。所以該工程并未按《高規》進行設計。在工程施工圖設計期間遇到了“5.12大地震”,我們及時根據地震參數的變化,進行了抗震設計的調整,所有結構設計指標均滿足《建筑抗震設計規范》(2008年版)的抗震設計要求。

上部混凝土結構中有許多大跨度的地方,下面簡單介紹大跨度結構計算中的處理方式。如圖 7中,按 A方式布置梁,經計算,發現與 A梁相交的框架柱彎矩相當大,而且大跨度梁撓度偏大,不合理。當按 B方式,也就是最后施工圖設計的方式布置梁,框架柱彎矩過大、大跨度梁的撓度偏大的問題就迎刃而解了。當然,考慮到施工時布筋的困難,減小了B梁交框架柱的梁上部配筋,施工過程中也相當順利,保證了梁柱節點區混凝土的澆筑質量。

圖7 大屋面結構平面

3 結束語

成都華僑城大劇院的結構設計存在多處難點,如深基坑地下結構,抗震概念的活用,大跨度結構計算中的處理等等。在全體設計團隊成員的努力下,完成了這些結構難題。目前工程已建成竣工,為成都地區的文化建設又書寫了新的絢麗篇章。