中國建筑金屬結構協會
建筑鋼結構分會主辦
成都大魔方演藝中心是成都市最具奇跡效應的標志建筑，將填補國內大型室內專業演藝場館的空缺。大陀螺主要由下部陀螺形主體結構及空間鋼桁架屋蓋組成，小陀螺結構二層僅有沿結構外形傾斜向上的外圈框架柱和三個筒體能豎向連續。建筑和結構設計均由華東院擔綱。
近期，成都大魔方演藝中心大陀螺大屋蓋完成卸載，一個直徑為155m的近似圓，重達3000噸的大屋蓋在施工人員的控制下，丟掉了70根“拐杖”，獨自矗立于高空的支座上。該項目位于四川省成都市天府大道，本次卸載采取分區域同步卸載方案，每級卸載過程中，通過兩臺全站儀對15個測控點進行觀測，反饋數據到指揮中心分析確定后，按照指定的順序實施卸載，并調整下一級的卸載量，使整個鋼結構緩慢進行體系轉換和結構應力調整與分布，確保了整個結構的穩定和安全，圓滿完成了整體鋼結構的卸載，結構變形值與支座位移量完全符合設計要求。
成都大魔方演藝中心總建筑面積約130787m2，地下2層，面積68650 m2；地上6層，面積62137m2。主要功能包括12000座的演藝中心多功能主場館（大陀螺）和450座的音樂俱樂部（小陀螺），大、小陀螺結構在地下室頂板以上設抗震縫分開，二者之間的連接通道與小陀螺結構連成一體。
1 小陀螺
1.1 小陀螺結構體系及特點
小陀螺結構共5層，主要功能為音樂俱樂部，層1為售票大廳，層2為演藝發布廳，層3為機房及發布廳上空，層4，5為音樂廳及看臺，層5夾層為機房，屋面最高處標高約31.32m 。主要平面呈圓形，逐層偏心放大，底層直徑約為40m，屋面層達到70m，整體造型如同一個不規則的碗。
小陀螺具有下小上大的形態特點，且由于層2展廳無柱空間的功能需要，層2僅有外圈框架柱和3個筒體能豎向連續。其中外圍框架沿結構外形傾斜向上；利用樓、電梯間布置的混凝土筒體呈三角形分布于遠離較大懸挑的一側。
1.2 小陀螺關鍵部位分析和設計
小陀螺在豎向荷載作用下，斜柱通過傾斜向上的軸力提供對樓面的支撐，由于斜柱平面外抵抗矩較小，故主要以軸向受力為主。斜柱水平方向的分力通過樓面(以層4網架模擬)傳遞到剪力墻，故在豎向荷載下剪力墻受到水平力產生的剪力、彎矩等內力。
（1）混凝土筒體
為提高混凝土墻體的抗拉能力和延性性能，通過采取在混凝土墻體中設置型鋼和增加預應力鋼筋等措施提高墻體的受力性能。墻內配置型鋼與預應力，在墻體受拉區布置預應力鋼筋，且預應力鋼筋伸入基礎內。
（2）混凝土樓板
樓板應力顯示在斜柱周圍并無過多區域沿徑向及環向受拉，表明由于網架桿件較多，足夠傳遞水平力，樓板受力較小。但由于墻柱等豎向構件的限制，跨中樓板豎向變形較大，兩個混凝土筒體之間的樓板變形較小，區域間變形不協調引起樓板的拉應力較大。對于樓板受拉力較大區域，采用樓板底加貼鋼板、增加板厚及配筋等措施提高其承載力。
（3）網架網格劃分方法
結構外圈的豎向構件均沿弧線布置，部分樓層采用的正放四角錐網架節點與豎向構件間無法重合，按照常規做法無法保證豎向構件處有節點，只能通過加長弦、腹桿等方式連接到豎向構件。而靠近豎向構件范圍的網架桿件受力較大，此種連接方式顯然不可靠。工程采用在周邊豎向構件間布置一定間距的兩榀桁架，桁架節點位置根據豎向構件和網格確定。該法提高了網格布置的完整性和規則性，加強了網架在豎向構件附近的承載能力，同時也改善了邊界區域的桿件受力性能。
2 大陀螺
2.1 大陀螺結構體系及特點
大陀螺平面呈圓形，建筑設計采用靈活分隔技術，可形成不同規模和形態的觀演空間，能滿足大中型綜藝演出、體育賽事、集會慶典等多種功能的使用要求。大陀螺地上6層，屋面最高處距離室外地面46.6m。結構主要由下部陀螺形主體結構及空間鋼桁架屋蓋組成。
大陀螺主體結構由舞臺區和觀眾看臺及其輔助功能區組成，由于建筑造型的要求，各層平面尺寸均不同。層3樓面的平面尺寸最小，約呈直徑115m的圓，層3樓面以上平面尺寸逐層放大，同時圓心向觀眾廳側偏移，到層6樓面時，平面尺寸達到直徑為140m的圓形。主體結構在觀眾廳側，層6平面相較于層3平面，最大外挑約20m。
2.2 大陀螺關鍵部位分析和設計
（1）懸挑桁架
懸挑桁架中框架柱1所受的軸向壓力最大，約30000kN，且有別于一般的框架柱，在豎向荷載和地震作用下，其在斜柱與其相交處強軸均承受較大的彎矩。結合建筑平面要求，框架柱1選用膠囊形截面，并在柱中設置型鋼，以提高框架柱的抗彎抗剪承載能力，增強構件延性。
桁架懸挑部分的框架梁以及看臺斜梁均為拉彎構件，采用后張有粘結預應力技術對該部分構件進行承載能力設計。有粘結預應力筋的布置共分為兩個部分，一部分為居梁截面中部直線布置的預應力筋，主要抵抗框架梁截面的拉力；另一部分預應力筋根據梁截面的受力特點曲線布置，主要抵抗框架梁截面的彎矩，同時也考慮曲線預應力筋對截面抗拉的有利作用。
應用部分預應力技術，有效地平衡了拉彎構件的部分軸向拉力，保證了構件適宜的剛度，控制了構件的裂縫寬度，取得了很好的經濟效益。同時，足夠非預應力筋的配置，又提高了預應力構件的延性，有利于結構抗震。
（2）混凝土樓板
由于結構的特殊造型，豎向荷載作用下，層3以上存在外傾趨勢，使得樓板受拉。對層4~層6樓板，計算采用膜單元模擬，計算中考慮了樓板的全部剛度，得到的數值應是樓板內可能出現的理論上的應力，實際上由于樓板開裂剛度折減，樓板內的應力也會折減。
（3）鋼屋蓋設計與分析
成都大魔方演藝中心大陀螺屋蓋具有跨度大、矢高較低、懸掛荷載較大且分布不均勻及支承條件不均勻等特點，平面形狀近似為圓形，直徑約152m，頂部建筑標高約為46.6m，檐口最低標高為約38.95m。覆蓋舞臺區和非舞臺區兩個區域。
1）屋蓋跨越結構選型
經過比較，空間網架結構雖在結構用鋼量上有一定優勢，但由于矢高較低、懸掛集中荷載較大，空間桁架結構體系在豎向剛度、懸掛荷載適應性、節點施工難度、構件節點數及施工周期等方面比空間網架結構具有相對優勢。空間桁架結構由徑向桁架和環向桁架雙向共同作用，靠近主桁架及支承筒體的環向桁架有效地參與受力，對改善屋蓋的撓度及變形起到了較好的效果。且空間桁架結構的造型與下部的座位布置更為協調，能更好地滿足結構外露的建筑效果，實現觀眾視線等各方面的要求。因此屋蓋采用空間桁架結構體系。
2）支承結構體系
鋼屋蓋支承于下部混凝土結構之上，在遠離舞臺的區域，由于屋蓋與下部混凝土標高相差較大，需要另設框架柱進行支承。為了有效地協調結構的剛度分配，特在支承柱間設置“人字形”的BRB支撐，以控制屋蓋結構的扭轉效應。
鋼屋蓋與下部混凝土結構間的相互約束關系對其受力有較大的影響。為了協調鋼屋蓋在豎向荷載、溫度、水平地震力等作用下的內力和變形，上下部連接節點采用抗震型球形支座。根據不同部位的受力需求，分別采用固定支座、單向滑動支座和雙向滑動支座。
3）關鍵節點設計
與抗震支座相連的節點構造和受力較為復雜。為了防止支承處節點域發生破壞，設計中采用連接板將桁架桿件與抗震支座相連，使得支座反力能夠均勻地作用于桿件之上。在支座節點區的主管內設置內加勁板，并內填無收縮專用高強度灌漿料（CGM），提高節點域強度承載力的同時，也可以防止鋼材的局部失穩。
空間桁架結構節點較為復雜，不少節點在上、下弦平面內有5根及以上的弦桿相交，加之雙向或多向桁架的空間作用，節點處于空間受力狀態，超出了規范中節點設計計算的適用范圍。針對次弦桿軸力較大的節點，采用內插勁板或外加強環的措施進行加強。
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