淺談舞臺桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
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摘要:隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及工業(yè)化進(jìn)程的加快，劇場演出的數(shù)量越來越多，規(guī)模也越來越大。為了保證演出的安全性，可以將桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)用在演出舞臺搭建當(dāng)中，而桁架結(jié)構(gòu)不僅能夠提高舞臺的質(zhì)量，還具有跨度大、成本低等特點(diǎn)，因此需要對舞臺搭建中桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行深入研究。本文將對舞臺搭建中桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行簡析。
關(guān)鍵詞:舞臺搭建;桁架結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計
桁架結(jié)構(gòu)是當(dāng)前常用的一種梁式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)布置靈活、抗彎性強(qiáng)、抗剪性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣泛等特點(diǎn)。將桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)用在舞臺搭建當(dāng)中能夠有效增強(qiáng)舞臺的抗剪性、抗壓性，有利于提高舞臺的質(zhì)量。但是當(dāng)前舞臺搭建企業(yè)在應(yīng)用桁架結(jié)構(gòu)時還存在一些問題，需要不斷對桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計才能夠充分發(fā)揮桁架結(jié)構(gòu)的作用。
1舞臺搭建中的桁架結(jié)構(gòu)
桁架結(jié)構(gòu)是一種梁式結(jié)構(gòu)，其中桁架是指桁架梁，也被稱為屋架，比較適用于跨度較大的展覽館、廠房等建筑當(dāng)中。桁架結(jié)構(gòu)的布置比較靈活，無論是抗彎性能還是抗剪性能都比較強(qiáng)，因此適用于各種跨度的建筑。按照桁架的外形，可將桁架結(jié)構(gòu)分為平行弦桁架、折弦桁架以及三角形桁架;按照桁架的幾何組成方式可將桁架結(jié)構(gòu)分為簡單桁架、聯(lián)合桁架以及復(fù)雜桁架;按照所受水平推力的不同可將桁架結(jié)構(gòu)分為無推力的梁式桁架以及有推力的拱式桁架［1］。桁架的外形不同，對桿件內(nèi)力分布的影響也不同，比如說平行弦桁架弦桿的內(nèi)力是由中間向兩端逐漸減少的，而三角形桁架弦桿的內(nèi)力則是由中間向兩端逐漸增加的。當(dāng)前在實際演出過程中，舞臺搭建的內(nèi)部空間較大，受臨時場地環(huán)境的影響，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于演出對光線等情況的要求，所以在實際的舞臺搭建桁架結(jié)構(gòu)施工過程中，對施工技術(shù)的要求也比較高，舞臺桁架主要是為了支撐舞臺的(如下圖)，在經(jīng)過專業(yè)力學(xué)測試的情況下，舞臺承重結(jié)構(gòu)滿足實際需求，所搭建起來的舞臺穩(wěn)定性都很好，同時也可以搭建成后臺影視墻和頂層支架，可以懸掛背景布、燈光和音響。
2舞臺搭建中桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計
2．1根據(jù)工程情況進(jìn)行優(yōu)化
工程建筑企業(yè)必須根據(jù)舞臺搭建工程的具體情況對桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，只有這樣才能夠讓桁架結(jié)構(gòu)更符合舞臺搭建的實際需要。比如說在“內(nèi)蒙古巴彥淖爾逸城廣場宴會廳弧形桁架吊頂方案設(shè)計”當(dāng)中，必須要讓桁架結(jié)構(gòu)完全貼合宴會廳房頂?shù)男螤?，因此需要對人字型鋼結(jié)構(gòu)房頂?shù)牡跹b環(huán)境進(jìn)行深入分析，并合理設(shè)計吊點(diǎn)位置以及桁架結(jié)構(gòu)，這樣才能夠讓桁架結(jié)構(gòu)完全符合建筑需要。此外，在進(jìn)行“河湖治理研究基地項目太湖廳模型桁架的設(shè)計與生產(chǎn)”時，需要在桁架截面固定的情況下，對桁架的結(jié)構(gòu)和搭建方式進(jìn)行理論測算和科學(xué)設(shè)計，這樣才能使桁架結(jié)構(gòu)提供實際需要的超長跨度和承重。因此，工程建筑企業(yè)在構(gòu)建桁架結(jié)構(gòu)之前需要對工程所需的跨度、承重、形狀以及施工環(huán)境等各方面進(jìn)行嚴(yán)格計算，然后再對桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
2．2優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸
確定拓?fù)涫莾?yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸的基礎(chǔ)和前提，在優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸時需要先利用少量尺寸表達(dá)結(jié)構(gòu)的一些變動，比如說桁架各個單元的截面積等，以及節(jié)點(diǎn)位置的一些變動［2］。然后再根據(jù)這些具體的數(shù)據(jù)構(gòu)建尺寸模型，利用相應(yīng)的優(yōu)化算法對該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，并得到一個最優(yōu)化的尺寸數(shù)據(jù)。當(dāng)前桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸優(yōu)化算法已經(jīng)相對成熟了，比如可以利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法、力學(xué)準(zhǔn)則法等方式進(jìn)行優(yōu)化計算。此外，還有相關(guān)人員提出可以利用漸進(jìn)優(yōu)化這種方式優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸，也就是說對設(shè)計變量進(jìn)行分離，然后再利用滿應(yīng)力法等方法計算出最優(yōu)化的尺寸和形狀，這樣就能夠使桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸更符合實際需求。
2．3優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的形狀
優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的形狀不僅能夠使整體結(jié)構(gòu)更符合舞臺搭建的需求，也能夠改善結(jié)構(gòu)的性能，并減少材料的使用，從而達(dá)到降低成本的目的。優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的形狀主要是通過調(diào)整內(nèi)外邊界的形狀實現(xiàn)的，因此要先對桁架結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化的對象進(jìn)行明確區(qū)分。舞臺搭建企業(yè)需要對桁架結(jié)構(gòu)的桿系結(jié)構(gòu)、塊體結(jié)構(gòu)以及殼類、板的連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行逐一優(yōu)化，從而使整個結(jié)構(gòu)的形狀得以優(yōu)化。
2．4優(yōu)化拓?fù)渑c布局
和優(yōu)化截面尺寸、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀相比，優(yōu)化拓?fù)渑c布局相對來說比較復(fù)雜且困難，從20世紀(jì)開始就有很多人對拓?fù)渑c布局的優(yōu)化進(jìn)行研究。雖然相關(guān)人士已經(jīng)提出了均質(zhì)化方法、進(jìn)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法以及相對密度法等可以優(yōu)化拓?fù)渑c布局的方法，但是這些方法還沒有被過多地應(yīng)用。
3結(jié)語
對舞臺搭建中的桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計具有重要意義，只有優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計才能夠使桁架結(jié)構(gòu)的成本降低、使桁架結(jié)構(gòu)的受力更加均勻合理。因此建筑企業(yè)需要對桁架結(jié)構(gòu)的受力等方面情況進(jìn)行深入分析，并結(jié)合舞臺搭建的具體情況明確桁架結(jié)構(gòu)的用途、角度，然后再通過科學(xué)計算優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)的截面尺寸、形狀、拓?fù)湟约安季?，從而改善桁架結(jié)構(gòu)的性能，提高舞臺搭建的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
［1］曾濱，張明波．國家體育場中心地倉舞臺開合結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［J］．建筑結(jié)構(gòu)，2013(19):79-82．
［2］葉云青．桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法研究綜述［J］．科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2014(17):204．
作者：仇寅峰 單位：南京巨匯金屬制品有限公司