一、工程概況

哈爾濱大劇院依水而建，與哈爾濱文化島的設(shè)計(jì)風(fēng)格和定位相一致，體現(xiàn)出北國(guó)風(fēng)光大地景觀的設(shè)計(jì)理念。外形采用流線(xiàn)型飄帶外形，自然融入周?chē)�的濕地環(huán)境。大劇院內(nèi)部樓座采用浮島式設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目包括大劇場(chǎng)（1 564座）、小劇場(chǎng)（414座）、地下車(chē)庫(kù)及附屬配套用房等。飄帶形的造型由多種形式的鋼結(jié)構(gòu)組成，包括單層網(wǎng)殼、雙層網(wǎng)殼、折梁結(jié)構(gòu)，內(nèi)部異形樓梯為鋼結(jié)構(gòu)。

大劇場(chǎng)地上8層，地下1層（主舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng)及樂(lè)池部分為地下2層），建筑高度地上56.48m，地下6.5m（臺(tái)倉(cāng)局部15m）。小劇場(chǎng)地上3層，地下1層（舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng)地下2層），建筑高度地上25.75m，地下6.5m（局部9.5m）。地下車(chē)庫(kù)地下1層，高度6.6m。

大劇場(chǎng)縱向剖面

小劇場(chǎng)縱向剖面

二、結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)建筑體型與功能分區(qū)，將整個(gè)建筑劃分為10個(gè)結(jié)構(gòu)單元，包括大劇場(chǎng)、小劇場(chǎng)、6個(gè)車(chē)庫(kù)單元與2個(gè)水池橋單元。各結(jié)構(gòu)單元之間的防震縫寬度為100mm，滿(mǎn)足中震不碰撞的要求。

結(jié)構(gòu)平面簡(jiǎn)圖
 

大劇場(chǎng)與小劇場(chǎng)采用鋼筋混凝土框架�布袅�墻結(jié)構(gòu)，外殼及異形樓梯采用鋼結(jié)構(gòu)。大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)由后區(qū)鋼結(jié)構(gòu)、玻璃頂、側(cè)面鋼結(jié)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)樓梯四部分組成。小劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)包括五個(gè)部分：后區(qū)懸挑端、后區(qū)側(cè)面、后區(qū)劇場(chǎng)頂部、公共空間落地雙層網(wǎng)殼、玻璃頂單層網(wǎng)殼。

大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)各部分俯視圖

小劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)各部分俯視圖

三、結(jié)構(gòu)基本計(jì)算結(jié)果

由于鋼結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜，采用MIDAS GEN V7.30軟件建立整體模型，同時(shí)采用PKPM 2008中的SATWE軟件建立整體簡(jiǎn)化模型，將異形鋼結(jié)構(gòu)的荷載加到支座處。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)主要采用MIDAS的結(jié)果，混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)主要采用SATWE的結(jié)果，與鋼結(jié)構(gòu)相連的混凝土構(gòu)件參考MIDAS的結(jié)果。文中給出了大劇場(chǎng)和小劇場(chǎng)的周期與振型、地震剪力與位移、彈性時(shí)程分析主要結(jié)果（時(shí)程分析結(jié)果與反應(yīng)譜分析結(jié)果基本相符，可以采用反應(yīng)譜分析的結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)）。

大劇場(chǎng)前3階振型(MIDAS)

四、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果

主要分析了鋼結(jié)構(gòu)變形、應(yīng)力比、舒適度驗(yàn)算（大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)有兩處可能存在舒適度問(wèn)題：后區(qū)鋼梁人行步道與旋轉(zhuǎn)樓梯。經(jīng)驗(yàn)算滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范對(duì)人行步道結(jié)構(gòu)舒適度的控制要求）。

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力比示意圖

五、鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析結(jié)果

工程鋼結(jié)構(gòu)屋蓋跨度大、體型復(fù)雜，重點(diǎn)研究了其整體穩(wěn)定性。采用ANSYS 12.0軟件進(jìn)行了屋蓋鋼結(jié)構(gòu)特征值屈曲分析、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)考慮大變形的幾何非線(xiàn)性的穩(wěn)定分析和屋蓋鋼結(jié)構(gòu)考慮幾何和材料雙重非線(xiàn)性的穩(wěn)定分析。

雙重非線(xiàn)性穩(wěn)定曲線(xiàn)

六、大震彈塑性分析

大震彈塑性分析表明，罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)層間位移角遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，剪力墻混凝土基本完好，鋼結(jié)構(gòu)部分桿件進(jìn)入塑性階段，其塑性應(yīng)變遠(yuǎn)小于鋼材極限應(yīng)變，大部分鋼筋混凝土梁柱構(gòu)件未進(jìn)入屈服階段，整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度退化不大。結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足罕遇地震作用下的性能要求。

罕遇地震下大劇場(chǎng)剪力墻受壓損傷因子分布

罕遇地震作用下大劇場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件塑性應(yīng)變分布(人工波)

七、鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)有限元分析

結(jié)構(gòu)中的鋼結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)種類(lèi)多。對(duì)于部分復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，采用有限元分析的方法對(duì)應(yīng)力進(jìn)行了校核。文中選取了兩個(gè)節(jié)點(diǎn)：大劇場(chǎng)玻璃頂與雙層網(wǎng)殼轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)、小劇場(chǎng)后區(qū)懸挑桁架的相貫節(jié)點(diǎn)。并針對(duì)分析結(jié)果對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部加強(qiáng)。結(jié)果表明，節(jié)點(diǎn)承載力滿(mǎn)足要求。

玻璃頂與雙層網(wǎng)殼轉(zhuǎn)換典型節(jié)點(diǎn)

小劇場(chǎng)后區(qū)典型節(jié)點(diǎn)應(yīng)力/MPa

八、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

大、小劇場(chǎng)基礎(chǔ)均采用樁筏基礎(chǔ)，車(chē)庫(kù)采用樁基礎(chǔ)、柱下獨(dú)立承臺(tái)�？紤]墻柱沖切與鋼結(jié)構(gòu)落地點(diǎn)傳遞水平力的要求，基礎(chǔ)筏板厚度取為1m（小劇場(chǎng)區(qū)域）與1��5m（大劇場(chǎng)區(qū)域）。樁基采用鉆孔壓灌超流態(tài)混凝土樁。

樁位圖

九、庫(kù)溫度作用分析與設(shè)計(jì)

車(chē)庫(kù)與室外直接連通，冬季不采暖，夏季無(wú)空調(diào)，溫差變化劇烈，并且建筑周?chē)�有通長(zhǎng)擋土墻，對(duì)樓板溫度伸縮的約束作用很強(qiáng)，因此需對(duì)溫度應(yīng)力進(jìn)行專(zhuān)門(mén)分析。

車(chē)庫(kù)內(nèi)墻面貼保溫板，車(chē)庫(kù)內(nèi)地面有厚1��4m的填土，車(chē)庫(kù)外沿墻全高填土。考慮填土與保溫板的保溫作用，擋土墻溫度沿高度為漸變，因此考慮溫差變化自上而下依次遞減。

擋土墻示意圖