本文作者：劉祥峰 張桂平 趙西安
圖01 青島大劇院屋蓋格柵效果圖
1.青島大劇院概述
1.1工程概況
青島大劇院位于青島嶗山區(qū)云嶺路以西、梅嶺路以南、香港東路以北、世紀(jì)大道以東，該項(xiàng)目的建成即將成為美麗迷人的石老人景區(qū)乃至青島市的一處地標(biāo)性建筑。青島大劇院的設(shè)計(jì)者是德國GMP建筑師事務(wù)所，國內(nèi)項(xiàng)目合作單位為上海華東建筑設(shè)計(jì)院。
大劇院分為大劇場、音樂廳和多功能廳、接待培訓(xùn)中心和表演藝術(shù)交流中心四部分。四個主要功能部分可獨(dú)立開放而不相互干擾，通過格柵銀頂自然的連接，形成有分有合、四面開敞的布局，與周圍的廣場、綠茵、道路融為一體。
2.2建筑意圖
整體建筑為象形的云霧繚繞的嶗山，大劇院主體是“嶗山”，架設(shè)在建筑上的
鋁板格柵意為漂浮在“嶗山”上面的“白云”。表示山體的高低錯落的立面
幕墻采用灰色
花崗石干掛，而寓意云彩的屋蓋格柵采用白色
鋁合金單板包覆。
2. 格柵系統(tǒng)：
2.1系統(tǒng)簡介
青島大劇院屋蓋
鋁板格柵底部最低點(diǎn)
標(biāo)高為18.820米，最高標(biāo)高為25.370米，總面積約：117800平方米；鋁板格柵
截面高度最小為2.5m，最大接近7m，寬度為400mm；鋁板格柵立面分格新穎，包覆材料采用3mm厚
鋁單板，鋁板可視寬度一般在1369mm，高度最大達(dá)到5300mm，
表面處理為3涂層
PVDF（如圖02、圖03）。
平面上相互交錯的格柵夾角并非直角，且存在多種形式的弧形；格柵立面高低變化，層次豐富；每根格柵在端部都有不同程度的轉(zhuǎn)折變化，格柵相交時為保證標(biāo)高的統(tǒng)一，格柵的頂部和底部收口板為空間板。
圖02 鋁板格柵局部
圖03 格柵穿插局部
圖04 屋蓋格柵平面區(qū)域圖
2.2 系統(tǒng)構(gòu)造
鋁板格柵
豎龍骨為5號
槽鋼；
橫龍骨為L50*4
角鋼；在
節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的過程中堅(jiān)持安全第一、構(gòu)造
防水、不露釘?shù)脑瓌t，創(chuàng)造性的使用不
打膠的開縫式插接的
固定方式,
面板通過連接在鋁板上的
鋁型材用M5
螺釘固定在
橫梁上，鋁板在邊部設(shè)計(jì)折邊，安裝時折邊插接在專用設(shè)計(jì)的鋁
型材中起到固定作用（如圖05）。
圖05 格柵典型截面圖
鋼材和鋁型材連接處設(shè)置4mm厚橡
膠墊，防止電化
腐蝕的同時也實(shí)現(xiàn)了柔性連接起到了
防震降噪的作用；鋁板安裝采用插接，此部位亦設(shè)計(jì)了
膠條，避免氣流直接進(jìn)入幕墻內(nèi)部的措施，并對
接縫處的
構(gòu)件采取的防振動設(shè)計(jì)，因此不會產(chǎn)生由氣流造成的嘯聲或其他不利影響；同時在可能產(chǎn)生位移、摩擦的部位均設(shè)置柔性
墊片，避免
金屬間的移動而產(chǎn)生的噪音；更有效地防止水的大量涌入，當(dāng)然腔內(nèi)進(jìn)入小的毛細(xì)水和冷凝水通過科學(xué)的設(shè)計(jì)，并在鋁板的底部兩邊有規(guī)律的設(shè)置了
排水孔引導(dǎo)水的排出。
3.格柵系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)取值
•
基本風(fēng)壓： W0=0.7KN/m2 （100年取值）；
•
基本雪壓： S0=0.25KN/m2；
•地震
設(shè)防烈度：7度；地震動力值加速度：0.1g (按
招標(biāo)文件)；
•
地面粗糙度類型：A類；
•
風(fēng)荷載體形系數(shù)按
風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果取值。
3.2 風(fēng)洞試驗(yàn)和主要風(fēng)力結(jié)果
屋蓋格柵的方案設(shè)計(jì)中風(fēng)
荷載是需要重點(diǎn)考慮的設(shè)計(jì)因素。上下通透的整體外形決定了格柵的風(fēng)荷載與封閉式結(jié)構(gòu)有著本質(zhì)的區(qū)別，并且不同位置的格柵表面風(fēng)荷載也會有所不同。因此通過風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)來確定該項(xiàng)目的體形系數(shù)就變得非常必要。通過制作鋁板格柵的
剛性模型進(jìn)行風(fēng)洞模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同位置格柵的表面風(fēng)荷載分布情況，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到不同風(fēng)向下格柵模型表面的
風(fēng)壓分布，給鋁板格柵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供有力支持。
圖06
根據(jù)格柵模型測壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可將屋蓋格柵項(xiàng)目分為不同的區(qū)域取值,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，處于最外側(cè)的格柵風(fēng)壓分布與其它格柵明顯不同；而格柵的懸挑部分也與其它區(qū)域有所區(qū)別。因此可以將屋蓋格柵劃分為如下四個區(qū)域進(jìn)行取值，如表1。
需要注意的是，由于格柵模型沒有模擬出主體建筑對鋁板格柵的影響，所以在確定主體附近的格柵系統(tǒng)時，應(yīng)考慮一定的設(shè)計(jì)冗余度。
單面壓力以垂直表面指向內(nèi)為正；雙面合值的正負(fù)則以指向格柵內(nèi)部為正，遠(yuǎn)離格柵為負(fù)，即：南北向格柵以向西為正，東西向格柵以向北為正。上限值為體型系數(shù)的最大值，下限值則為體型系數(shù)最小值（負(fù)壓最大）。
3.3結(jié)構(gòu)受力分析
采用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的方法確定的體形系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，鋁板格柵豎
龍骨為5號槽鋼，單側(cè)豎龍骨為
連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式，豎龍骨連接在上下兩根
H型鋼上，上部連接為圓孔，采用受拉的受力形式，豎龍骨懸掛在上邊H
型鋼上，底邊采用豎向長孔連接，鋼
桁架兩側(cè)的豎龍骨用5號槽鋼連接起來形成鋼桁架，提高結(jié)構(gòu)的抗荷載能力，達(dá)到整體受力的目的，有效的減小了龍骨截面（如圖07）；橫龍骨為L50*4角鋼，使用
螺栓與豎龍骨連接，保證結(jié)構(gòu)的同時，考慮結(jié)構(gòu)在使用過程中的伸縮
變形（如圖08）。
荷載信息：
風(fēng)震組合荷載：qk×B=0.971×1.383=1.343KN/m
平分兩份施加于兩根5#槽鋼
立柱上，即每根施加1.343/2=0.6715 KN/m
自重荷載：Gak×B=0.081×1.383=0.112 KN/m
施加于兩根5#槽鋼立柱上
3.4典型格柵構(gòu)件的
內(nèi)力分布和變形特點(diǎn)
鋁板格柵系統(tǒng)中受力較復(fù)雜處應(yīng)屬連接面板與鋼龍骨的鋁
合金連接件（如圖09），在鋁型材的截面和材質(zhì)選擇時，采用ANSYS通用
有限元結(jié)構(gòu)分析軟件對其進(jìn)行局部
強(qiáng)度與變形分析。在
荷載設(shè)計(jì)值作用下鋁型材的局部承壓強(qiáng)度達(dá)到了142.766MP，據(jù)此鋁型材的制作材質(zhì)選定為6063-T6。
圖09 典型連接節(jié)點(diǎn)
圖10 連接件內(nèi)力分布圖
另外根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果分析，屋蓋格柵在最邊部的部位的風(fēng)壓是較大的，在設(shè)計(jì)中著重對其加強(qiáng)，在連接上不只是依靠鋁板插接在鋁型材里面，還在鋁板折邊部位單獨(dú)設(shè)計(jì)連接
角碼，通過角碼連接在系統(tǒng)龍骨上，保證受力的合理性和安全性（如圖11)
圖11 邊部加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)圖
3.5
溫度應(yīng)力與變形的考慮
為適應(yīng)
鋼結(jié)構(gòu)大的
應(yīng)力變形以及在
主體結(jié)構(gòu)受荷的情況下的沉降，面板也有應(yīng)對措施，在連接龍骨與鋁板的鋁型材上銑出長孔，允許格柵整體在產(chǎn)生微小變形的情況下，保證面板的完整與
平整度要求；雖然鋁型材上的長孔不是很大，但是鋼結(jié)構(gòu)的體量是巨大的，相對于鋼結(jié)構(gòu)的體量，應(yīng)力變形及受荷產(chǎn)生的沉降就不是太大了，此兩種變形，被多塊面板消化吸收，保證了格柵整體的流暢效果。
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