一種可以移動的觀眾座椅

程世平

（太原重型機械集團有限公司技術中心， 山西 太原 030024）

引言

本工程太陽劇場為杭州新天地49號地塊（太陽馬戲團劇場）項目，位于杭州下城區北部，原為杭州重型機械廠所在地區。項目地下2層及地下夾層，地上舞臺和觀眾廳部分通高單層，北側為三層輔助設備用房建筑高度為23.970 m，建筑面積為13 033.4 m2，觀眾廳設計座位數1 450座，功能為馬戲團演出。

由于是馬戲團表演，舞臺為馬戲表演服務，所以我們設計了一種新型可以移動的觀眾座椅。該座椅既能水平移動，也能360°回轉，最大限度為觀眾提供舒適的觀看視角。

舞臺機械最重要的指標之一是安全可靠，所以所有種類的舞臺機械都必須保證在任何時候都是絕對安全可靠的[1]。

1 總體布置

本劇場上演的是馬戲表演，由于馬戲表演的特殊性，馬戲舞臺采用固定形式。

觀眾廳要求設計座位數1 450座，地坑尺寸為87 300 mm×27 258 mm，所以我們分成東西兩個觀眾座椅設計，每個座椅設23排，每排座位呈扇形階梯布置，這樣每位觀眾都能有最佳的觀看視角。每個觀眾座椅可以容納725人，尺寸約為25.654 m×26.248 m，最大程度地利用了空間，便于業主管理觀眾。更有創意的是觀眾入口設在了座椅正下方。

觀眾座椅由平移軌道、平移鋼結構、走行裝置、轉盤鋼結構、摩擦驅動裝置、支撐輪、臺車座椅、供電系統、地板布置等組成。見圖1觀眾座椅主視圖，圖2觀眾座椅側視圖。

觀眾座椅工作在水平移動軌道上，平移鋼結構下方的走行裝置在電機的驅動下，使觀眾座椅沿水平移動軌道往復運動。平移鋼結構上表面有回轉轉盤，轉盤的回轉動力來自摩擦驅動裝置。觀眾座椅設置在轉盤上表面，轉盤旋轉帶動觀眾座椅一起360°旋轉。這樣觀眾不離開自己的座椅，就可以全方位地欣賞到精彩的演出。觀眾座椅主要性能參數見下頁表1。

圖1 觀眾座椅主視圖

圖2 觀眾座椅側視圖

2 各結構技術方案

2.1 平移鋼結構

雖然觀眾座椅的使用率不高，載荷率較低，但是對壽命設計也有一定要求，對可靠性設計則要求更高，因為一旦出現問題就可能造成嚴重的人身安全事故或較大的經濟損失[1]。

平移鋼結構承載著轉盤、觀眾座椅及觀看演出的觀眾的全部重量，由于有觀眾在上面，所以平移鋼結構的設計尤為重要。平移鋼結構為觀眾座椅的主體受力件，為了滿足剛度要求，采用桁架結構形式[2]。主桁架橫向采用四根槽鋼30 cm形成平行四邊形，主桁架高為2 400 mm。上、下面采用H型鋼連接，主桁架高度方向設置立柱支撐及斜對角線拉撐。每根斜支撐的上下兩端增加了加強筋，確保平移鋼結構剛度、強度萬無一失。

表1 觀眾座椅的主要性能參數

平移鋼結構的尺寸為27 959 mm×29762 mm，尺寸較大，故采用分片設計，保證每片不超過鐵路運輸界限，同時也便于加工。片與片之間用螺栓把合。所有桁架拼裝后預拱25 mm，以保證平移鋼結構中心的平面度。

2.2 走行裝置

走行機構為軌道式行走機構，即在土建地基上鋪設兩條A75的鋼軌。采用40個車輪，兩兩為一組，共20組，每一組為一個單獨的傳動單元。多車輪的設計大大降低了輪壓，減小了車輪輪徑，降低了鋼軌型號和土建費用。20點驅動方式，傳動裝置為一套傳動裝置驅動兩個車輪，工作可靠、同步性能好，配以電氣控制系統完成觀眾座椅在舞臺前的精確定位。

車輪直徑315 mm，雙輪緣，而且踏面有寬窄之分，便于車輪適應軌道的安裝誤差控制；也有利于日后軌道土建變型，避免在走行時出現肯軌現象。

走行機構由電機、減速機、調整裝置、車輪、平衡架及橡膠緩沖等組成。走行裝置固定在平移鋼結構下方，通過調整裝置，調節兩車輪的直線度。橡膠緩沖可以有效吸收來自軌道不平而產生的振動噪音。見圖3走行裝置主視圖，圖4走行裝置側視圖。

圖3 走行裝置主視圖同

圖 4走行裝置側視圖

2.3 轉盤鋼結構

轉盤鋼結構作為平移鋼結構與觀眾座椅區的過渡，起著非常重要的作用。因為轉盤鋼結構上方要支撐觀眾座椅區，下方安裝回轉軸承，回轉軸承與平移鋼結構連接。

轉盤鋼結構設計為圓形，從外到內有三圈主骨架，主骨架為焊接125×240×250×15×8H型鋼，軌道之間用HN250×125連接[3]。分為17片，保證每片不超過鐵路運輸界限。片與片之間用螺栓把合。

由于轉盤尺寸較大，所以在三圈主骨架下方設置了三條A45支撐軌道。支撐軌道1下方均布28個支撐輪（D160），支撐軌道2下方均布44個支撐輪（D160），支撐軌道3下方均布48個支撐輪（D160）。轉盤上方的全部載何就是通過這120個支撐輪均勻地傳遞給平移鋼結構。

轉盤中心設計有回轉軸承，回轉軸承的外圈與轉盤通過螺栓固定，回轉軸承的內圈與上法蘭通過螺栓固定，下法蘭固定在平移鋼結構上[4]，下法蘭與平移鋼結構之間設有高度調整裝置。

轉盤的上表面鋪設木地板后，與土建地面平齊。

2.4 支撐輪（見下頁圖5）

支撐輪由支座、擺桿、支輥、調節座、調節桿組成。擺桿可以繞支座1軸轉動，調節桿5可以上下調整，當調節桿5向上調整時，支輥3升高；當調節桿5向下調整時，支輥3下降。這對轉盤上表面的調平起了很大的作用。

圖5 支撐輪

2.5 轉盤驅動裝置（見圖6）

圖6 轉盤驅動裝置

轉盤的轉動是靠摩擦驅動來實現。轉盤驅動裝置由主動輪、從動輪、三合一減速器、環形軌道、調整裝置、固定支座等組成。主動輪、從動輪夾在環形軌道兩側面，調整裝置調整主動輪、從動輪之間的間隙，從而對環形軌道產生驅動摩擦力，當12臺三合一減速器動作時，轉盤在驅動摩擦力的作用下，繞回轉中心轉動起來，實現轉盤360°回轉。

2.6 座椅區鋼結構

座椅區鋼結構由立柱、彎梁、弧梁、邊緣支撐部分、樓梯間、欄桿、連接桿件組成。15條彎梁平行布置，彎梁之間的間距與轉盤鋼結構上的間距一致。彎梁隨23層座椅的高差形成大約14°的傾斜。彎梁下方靠高度不一的立柱支撐。立柱的柱腳固定在轉盤鋼結構上。當轉盤轉動時座椅區會整體轉動。彎梁上方設有23圈弧梁，每相鄰兩弧梁的下弧梁的上表面與上弧梁的下表面形成大約1 m的平臺，用來安裝觀眾座椅，通過彎梁與弧梁的有機結合，使得每排座位呈扇形階梯布置。最上面7層的間距為280 cm，中間12層的間距為250 cm，最下面幾層的間距為175 cm。

觀眾上下的樓梯間設在彎梁最高處的下方空間里，沿第8條彎梁中心線居中布置。進場的觀眾從兩側樓梯上到樓梯平臺，匯總成一部大樓梯進入觀眾區，從高處向下很方便地找到自己相應的座椅位置。

座椅區周圍設有安全欄桿及扶手。

彎梁下方，除去樓梯間外，還有很多可以利用的空間，將它們裝修后安裝空調通風等設備。

3 結語

本次設計實現了觀眾座椅的平移及旋轉，是對常規舞臺設備的一次全新的創新，是對傳統舞臺觀念的一次大膽升級。

參考文獻

[1] 陳德.舞臺機械設計[M].北京：機械工業出版社，2009.

[2] 徐克晉.金屬結構[M].北京：機械工業出版社，1982.

[3] 成大先.機械設計手冊：第5版[M].北京：化學工業出版社，2008.

[4] 來瞞虔.機械原理教學指南[M].北京：高等教育出版社，1998.