程世平

（太原重型機(jī)械集團(tuán)有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

引言

本工程太陽劇場為杭州新天地49號(hào)地塊（太陽馬戲團(tuán)劇場）項(xiàng)目，位于杭州下城區(qū)北部，原為杭州重型機(jī)械廠所在地區(qū)。項(xiàng)目地下2層及地下夾層，地上舞臺(tái)和觀眾廳部分通高單層，北側(cè)為三層輔助設(shè)備用房建筑高度為23.970 m，建筑面積為13 033.4 m2，觀眾廳設(shè)計(jì)座位數(shù)1 450座，功能為馬戲團(tuán)演出。

由于是馬戲團(tuán)表演，舞臺(tái)為馬戲表演服務(wù)，所以我們設(shè)計(jì)了一種新型可以移動(dòng)的觀眾座椅。該座椅既能水平移動(dòng)，也能360°回轉(zhuǎn)，最大限度為觀眾提供舒適的觀看視角。

舞臺(tái)機(jī)械最重要的指標(biāo)之一是安全可靠，所以所有種類的舞臺(tái)機(jī)械都必須保證在任何時(shí)候都是絕對(duì)安全可靠的[1]。

1 總體布置

本劇場上演的是馬戲表演，由于馬戲表演的特殊性，馬戲舞臺(tái)采用固定形式。

觀眾廳要求設(shè)計(jì)座位數(shù)1 450座，地坑尺寸為87 300 mm×27 258 mm，所以我們分成東西兩個(gè)觀眾座椅設(shè)計(jì)，每個(gè)座椅設(shè)23排，每排座位呈扇形階梯布置，這樣每位觀眾都能有最佳的觀看視角。每個(gè)觀眾座椅可以容納725人，尺寸約為25.654 m×26.248 m，最大程度地利用了空間，便于業(yè)主管理觀眾。更有創(chuàng)意的是觀眾入口設(shè)在了座椅正下方。

觀眾座椅由平移軌道、平移鋼結(jié)構(gòu)、走行裝置、轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)、摩擦驅(qū)動(dòng)裝置、支撐輪、臺(tái)車座椅、供電系統(tǒng)、地板布置等組成。見圖1觀眾座椅主視圖，圖2觀眾座椅側(cè)視圖。

觀眾座椅工作在水平移動(dòng)軌道上，平移鋼結(jié)構(gòu)下方的走行裝置在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，使觀眾座椅沿水平移動(dòng)軌道往復(fù)運(yùn)動(dòng)。平移鋼結(jié)構(gòu)上表面有回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤的回轉(zhuǎn)動(dòng)力來自摩擦驅(qū)動(dòng)裝置。觀眾座椅設(shè)置在轉(zhuǎn)盤上表面，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)觀眾座椅一起360°旋轉(zhuǎn)。這樣觀眾不離開自己的座椅，就可以全方位地欣賞到精彩的演出。觀眾座椅主要性能參數(shù)見下頁表1。

圖1 觀眾座椅主視圖

圖2 觀眾座椅側(cè)視圖

2 各結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

2.1 平移鋼結(jié)構(gòu)

雖然觀眾座椅的使用率不高，載荷率較低，但是對(duì)壽命設(shè)計(jì)也有一定要求，對(duì)可靠性設(shè)計(jì)則要求更高，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)問題就可能造成嚴(yán)重的人身安全事故或較大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。

平移鋼結(jié)構(gòu)承載著轉(zhuǎn)盤、觀眾座椅及觀看演出的觀眾的全部重量，由于有觀眾在上面，所以平移鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尤為重要。平移鋼結(jié)構(gòu)為觀眾座椅的主體受力件，為了滿足剛度要求，采用桁架結(jié)構(gòu)形式[2]。主桁架橫向采用四根槽鋼30 cm形成平行四邊形，主桁架高為2 400 mm。上、下面采用H型鋼連接，主桁架高度方向設(shè)置立柱支撐及斜對(duì)角線拉撐。每根斜支撐的上下兩端增加了加強(qiáng)筋，確保平移鋼結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度萬無一失。

表1 觀眾座椅的主要性能參數(shù)

平移鋼結(jié)構(gòu)的尺寸為27 959 mm×29762 mm，尺寸較大，故采用分片設(shè)計(jì)，保證每片不超過鐵路運(yùn)輸界限，同時(shí)也便于加工。片與片之間用螺栓把合。所有桁架拼裝后預(yù)拱25 mm，以保證平移鋼結(jié)構(gòu)中心的平面度。

2.2 走行裝置

走行機(jī)構(gòu)為軌道式行走機(jī)構(gòu)，即在土建地基上鋪設(shè)兩條A75的鋼軌。采用40個(gè)車輪，兩兩為一組，共20組，每一組為一個(gè)單獨(dú)的傳動(dòng)單元。多車輪的設(shè)計(jì)大大降低了輪壓，減小了車輪輪徑，降低了鋼軌型號(hào)和土建費(fèi)用。20點(diǎn)驅(qū)動(dòng)方式，傳動(dòng)裝置為一套傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車輪，工作可靠、同步性能好，配以電氣控制系統(tǒng)完成觀眾座椅在舞臺(tái)前的精確定位。

車輪直徑315 mm，雙輪緣，而且踏面有寬窄之分，便于車輪適應(yīng)軌道的安裝誤差控制；也有利于日后軌道土建變型，避免在走行時(shí)出現(xiàn)肯軌現(xiàn)象。

走行機(jī)構(gòu)由電機(jī)、減速機(jī)、調(diào)整裝置、車輪、平衡架及橡膠緩沖等組成。走行裝置固定在平移鋼結(jié)構(gòu)下方，通過調(diào)整裝置，調(diào)節(jié)兩車輪的直線度。橡膠緩沖可以有效吸收來自軌道不平而產(chǎn)生的振動(dòng)噪音。見圖3走行裝置主視圖，圖4走行裝置側(cè)視圖。

圖3 走行裝置主視圖同

圖 4走行裝置側(cè)視圖

2.3 轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)作為平移鋼結(jié)構(gòu)與觀眾座椅區(qū)的過渡，起著非常重要的作用。因?yàn)檗D(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)上方要支撐觀眾座椅區(qū)，下方安裝回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)軸承與平移鋼結(jié)構(gòu)連接。

轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為圓形，從外到內(nèi)有三圈主骨架，主骨架為焊接125×240×250×15×8H型鋼，軌道之間用HN250×125連接[3]。分為17片，保證每片不超過鐵路運(yùn)輸界限。片與片之間用螺栓把合。

由于轉(zhuǎn)盤尺寸較大，所以在三圈主骨架下方設(shè)置了三條A45支撐軌道。支撐軌道1下方均布28個(gè)支撐輪（D160），支撐軌道2下方均布44個(gè)支撐輪（D160），支撐軌道3下方均布48個(gè)支撐輪（D160）。轉(zhuǎn)盤上方的全部載何就是通過這120個(gè)支撐輪均勻地傳遞給平移鋼結(jié)構(gòu)。

轉(zhuǎn)盤中心設(shè)計(jì)有回轉(zhuǎn)軸承，回轉(zhuǎn)軸承的外圈與轉(zhuǎn)盤通過螺栓固定，回轉(zhuǎn)軸承的內(nèi)圈與上法蘭通過螺栓固定，下法蘭固定在平移鋼結(jié)構(gòu)上[4]，下法蘭與平移鋼結(jié)構(gòu)之間設(shè)有高度調(diào)整裝置。

轉(zhuǎn)盤的上表面鋪設(shè)木地板后，與土建地面平齊。

2.4 支撐輪（見下頁圖5）

支撐輪由支座、擺桿、支輥、調(diào)節(jié)座、調(diào)節(jié)桿組成。擺桿可以繞支座1軸轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)桿5可以上下調(diào)整，當(dāng)調(diào)節(jié)桿5向上調(diào)整時(shí)，支輥3升高；當(dāng)調(diào)節(jié)桿5向下調(diào)整時(shí)，支輥3下降。這對(duì)轉(zhuǎn)盤上表面的調(diào)平起了很大的作用。

圖5 支撐輪

2.5 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置（見圖6）

圖6 轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置

轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)是靠摩擦驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)裝置由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪、三合一減速器、環(huán)形軌道、調(diào)整裝置、固定支座等組成。主動(dòng)輪、從動(dòng)輪夾在環(huán)形軌道兩側(cè)面，調(diào)整裝置調(diào)整主動(dòng)輪、從動(dòng)輪之間的間隙，從而對(duì)環(huán)形軌道產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)摩擦力，當(dāng)12臺(tái)三合一減速器動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)盤在驅(qū)動(dòng)摩擦力的作用下，繞回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)起來，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤360°回轉(zhuǎn)。

2.6 座椅區(qū)鋼結(jié)構(gòu)

座椅區(qū)鋼結(jié)構(gòu)由立柱、彎梁、弧梁、邊緣支撐部分、樓梯間、欄桿、連接桿件組成。15條彎梁平行布置，彎梁之間的間距與轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)上的間距一致。彎梁隨23層座椅的高差形成大約14°的傾斜。彎梁下方靠高度不一的立柱支撐。立柱的柱腳固定在轉(zhuǎn)盤鋼結(jié)構(gòu)上。當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)座椅區(qū)會(huì)整體轉(zhuǎn)動(dòng)。彎梁上方設(shè)有23圈弧梁，每相鄰兩弧梁的下弧梁的上表面與上弧梁的下表面形成大約1 m的平臺(tái)，用來安裝觀眾座椅，通過彎梁與弧梁的有機(jī)結(jié)合，使得每排座位呈扇形階梯布置。最上面7層的間距為280 cm，中間12層的間距為250 cm，最下面幾層的間距為175 cm。

觀眾上下的樓梯間設(shè)在彎梁最高處的下方空間里，沿第8條彎梁中心線居中布置。進(jìn)場的觀眾從兩側(cè)樓梯上到樓梯平臺(tái)，匯總成一部大樓梯進(jìn)入觀眾區(qū)，從高處向下很方便地找到自己相應(yīng)的座椅位置。

座椅區(qū)周圍設(shè)有安全欄桿及扶手。

彎梁下方，除去樓梯間外，還有很多可以利用的空間，將它們裝修后安裝空調(diào)通風(fēng)等設(shè)備。

3 結(jié)語

本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了觀眾座椅的平移及旋轉(zhuǎn)，是對(duì)常規(guī)舞臺(tái)設(shè)備的一次全新的創(chuàng)新，是對(duì)傳統(tǒng)舞臺(tái)觀念的一次大膽升級(jí)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳德.舞臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[2] 徐克晉.金屬結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊：第5版[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.

[4] 來瞞虔.機(jī)械原理教學(xué)指南[M].北京：高等教育出版社，1998.