玻璃之家讯：本文作者：刘祥峰 张桂平 赵西安 图01 青岛大剧院屋盖格栅效果图 1.青岛大剧院概述
1.1工程概况
青岛大剧院位于青岛崂山区云岭路以西、梅岭路以南、香港东路以北、世纪大道以东，该项目的建成即将成为美丽迷人的石老人景区乃至青岛市的一处地标性建筑。青岛大剧院的设计者是德国GMP建筑师事务所，国内项目合作单位为上海华东建筑设计院。
大剧院分为大剧场、音乐厅和多功能厅、接待培训中心和表演艺术交流中心四部分。四个主要功能部分可独立开放而不相互干扰，通过格栅银顶自然的连接，形成有分有合、四面开敞的布局，与周围的广场、绿茵、道路融为一体。
2.2建筑意图
整体建筑为象形的云雾缭绕的崂山，大剧院主体是“崂山”，架设在建筑上的铝板格栅意为漂浮在“崂山”上面的“白云”。表示山体的高低错落的立面幕墙采用灰色花岗石干挂，而寓意云彩的屋盖格栅采用白色铝合金单板包覆。
2. 格栅系统：
2.1系统简介
青岛大剧院屋盖铝板格栅底部最低点标高为18.820米，最高标高为25.370米，总面积约：117800平方米；铝板格栅截面高度最小为2.5m，最大接近7m，宽度为400mm；铝板格栅立面分格新颖，包覆材料采用3mm厚铝单板，铝板可视宽度一般在1369mm，高度最大达到5300mm，表面处理为3涂层PVDF（如图02、图03）。
平面上相互交错的格栅夹角并非直角，且存在多种形式的弧形；格栅立面高低变化，层次丰富；每根格栅在端部都有不同程度的转折变化，格栅相交时为保证标高的统一，格栅的顶部和底部收口板为空间板。
图02铝板格栅局部图03格栅穿插局部 图04屋盖格栅平面区域图 2.2 系统构造
铝板格栅竖龙骨为5号槽钢；横龙骨为L50*4角钢；在节点设计的过程中坚持安全第一、构造防水、不露钉的原则，创造性的使用不打胶的开缝式插接的固定方式,面板通过连接在铝板上的铝型材用M5螺钉固定在横梁上，铝板在边部设计折边，安装时折边插接在专用设计的铝型材中起到固定作用（如图05）。
图05格栅典型截面图 钢材和铝型材连接处设置4mm厚橡胶垫，防止电化腐蚀的同时也实现了柔性连接起到了防震降噪的作用；铝板安装采用插接，此部位亦设计了胶条，避免气流直接进入幕墙内部的措施，并对接缝处的构件采取的防振动设计，因此不会产生由气流造成的啸声或其他不利影响；同时在可能产生位移、摩擦的部位均设置柔性垫片，避免金属间的移动而产生的噪音；更有效地防止水的大量涌入，当然腔内进入小的毛细水和冷凝水通过科学的设计，并在铝板的底部两边有规律的设置了排水孔引导水的排出。
3.格栅系统设计
3.1 设计参数取值
•基本风压： W0=0.7KN/m2 （100年取值）；
•基本雪压： S0=0.25KN/m2；
•地震设防烈度：7度；地震动力值加速度：0.1g (按招标文件)；
•地面粗糙度类型：A类；
•风荷载体形系数按风洞试验结果取值。
3.2 风洞试验和主要风力结果
屋盖格栅的方案设计中风荷载是需要重点考虑的设计因素。上下通透的整体外形决定了格栅的风荷载与封闭式结构有着本质的区别，并且不同位置的格栅表面风荷载也会有所不同。因此通过风洞实验来确定该项目的体形系数就变得非常必要。通过制作铝板格栅的刚性模型进行风洞模拟实验，研究不同位置格栅的表面风荷载分布情况，根据实验得到不同风向下格栅模型表面的风压分布，给铝板格栅系统的设计提供有力支持。
图06 根据格栅模型测压实验结果，可将屋盖格栅项目分为不同的区域取值,从实验结果来看，处于最外侧的格栅风压分布与其它格栅明显不同；而格栅的悬挑部分也与其它区域有所区别。因此可以将屋盖格栅划分为如下四个区域进行取值，如表1。
需要注意的是，由于格栅模型没有模拟出主体建筑对铝板格栅的影响，所以在确定主体附近的格栅系统时，应考虑一定的设计冗余度。
单面压力以垂直表面指向内为正；双面合值的正负则以指向格栅内部为正，远离格栅为负，即：南北向格栅以向西为正，东西向格栅以向北为正。上限值为体型系数的最大值，下限值则为体型系数最小值（负压最大）。
3.3结构受力分析
采用风洞实验的方法确定的体形系数进行结构分析，铝板格栅竖龙骨为5号槽钢，单侧竖龙骨为连续梁结构形式，竖龙骨连接在上下两根H型钢上，上部连接为圆孔，采用受拉的受力形式，竖龙骨悬挂在上边H型钢上，底边采用竖向长孔连接，钢桁架两侧的竖龙骨用5号槽钢连接起来形成钢桁架，提高结构的抗荷载能力，达到整体受力的目的，有效的减小了龙骨截面（如图07）；横龙骨为L50*4角钢，使用螺栓与竖龙骨连接，保证结构的同时，考虑结构在使用过程中的伸缩变形（如图08）。
荷载信息：
风震组合荷载：qk×B=0.971×1.383=1.343KN/m
平分两份施加于两根5#槽钢立柱上，即每根施加1.343/2=0.6715 KN/m
自重荷载：Gak×B=0.081×1.383=0.112 KN/m
施加于两根5#槽钢立柱上
3.4典型格栅构件的内力分布和变形特点
铝板格栅系统中受力较复杂处应属连接面板与钢龙骨的铝合金连接件（如图09），在铝型材的截面和材质选择时，采用ANSYS通用有限元结构分析软件对其进行局部强度与变形分析。在荷载设计值作用下铝型材的局部承压强度达到了142.766MP，据此铝型材的制作材质选定为6063-T6。
图09典型连接节点 图10连接件内力分布图 另外根据风洞试验结果分析，屋盖格栅在最边部的部位的风压是较大的，在设计中着重对其加强，在连接上不只是依靠铝板插接在铝型材里面，还在铝板折边部位单独设计连接角码，通过角码连接在系统龙骨上，保证受力的合理性和安全性（如图11) 图11边部加强节点图 3.5 温度应力与变形的考虑
为适应钢结构大的应力变形以及在主体结构受荷的情况下的沉降，面板也有应对措施，在连接龙骨与铝板的铝型材上铣出长孔，允许格栅整体在产生微小变形的情况下，保证面板的完整与平整度要求；虽然铝型材上的长孔不是很大，但是钢结构的体量是巨大的，相对于钢结构的体量，应力变形及受荷产生的沉降就不是太大了，此两种变形，被多块面板消化吸收，保证了格栅整体的流畅效果。
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