摘要:介紹一種新型的升降漂浮舞臺,通過氣壓控制浮臺的升降,浮臺面可以做舞臺使用,臺下可以裝噴泉設(shè)備,演出音樂噴泉,平時浮臺沉入水底,演出時露出水面的一種裝置。關(guān)鍵詞:噴泉漂浮平臺氣動升降湖泊1引言隨著中國物質(zhì)文明的發(fā)展,精神文明也在高速發(fā)展。尤其是文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,人們不再滿足于普通的舞臺表演形式,而是在需求一種多元化的舞臺表演方式?;谏鲜鲈颍瑬|莞市環(huán)宇文化科技有限公司設(shè)計出一套將傳統(tǒng)固定式的音樂噴泉和升降漂浮舞臺相結(jié)合的一種新型的水上表演形式。平時噴泉設(shè)備沉在水底,白天不影響湖面景色,不影響小型船只通行升降舞臺,晚上又可以進(jìn)行噴泉表演。融合投影,動畫,視頻,燈光,火焰等于一體的綜合性表演系統(tǒng)。2平臺的主要構(gòu)成該舞臺尺寸規(guī)格:長35米*寬20米,共計700平方,最多時同時容納80人表演,舞臺上可放道具,舞臺道具及燈光設(shè)備等累計荷載重5噸。水舞臺升降原理:平時水舞臺沉在水底,演出時浮出水面,通過浮橋或道具船
和河岸及原有的大平臺連通。升降方式采用充氣原理,向浮筒中充氣,改變浮筒內(nèi)壓強(qiáng),將浮筒內(nèi)水排出,利用浮筒自身浮力,從而使水舞臺浮出水面。水舞臺分為兩部分,其中固定浮筒用來平衡平臺自重及固定設(shè)備重量,充氣浮筒用來平衡平臺活荷載。材料規(guī)格的選型:考慮到總體強(qiáng)度及淡水下使用,并且負(fù)載偏大,主浮筒采用φ630*6.0焊接鋼管,總體熱鍍鋅,主龍骨采用B120*60*4.0mm矩形管,次龍骨采用角鋼50*4,各鋼構(gòu)件間均采用現(xiàn)場螺栓連接,表面做特殊防銹處理,平臺表面鋪防滑花紋板,表面噴膠,每年需定期維護(hù)、保養(yǎng)。3平臺荷載計算3.1平臺自重φ630*6.0鋼管每延米自重:W1=103.36kg/m,φ630*6.0浮筒總重:103.36*470=48.58噸;主龍骨(B120X60X4.0)間距940mm,次骨架(L50X4.0)間距500mm布置。主龍骨重量(B120X60X3.2):10.8*830*1.05=9.41
噸;次骨架重量(L50X4.0):3.10*1400*1.05=4.6噸;沖孔花紋板(3.5mm厚,22%孔洞)及噴膠重量:30*700*0.78*1.02=16.71噸;連接法蘭五金件重量:15噸;堵頭、欄桿、充聚氨酯等:10噸總重量W:48.589.414.616.711510=104.3噸;平臺自重(重力):G=1043kN。3.2平臺荷載:設(shè)備恒載總計:5噸;活荷載:演出時最多演員80人,單人按75kg,并考慮1.2的放大系數(shù),80*75*1.2=7噸;恒載對抗浮不利,荷載分項系數(shù)取1.35;活荷載考慮振動系數(shù)1.5;考慮使用年限的荷載分項系數(shù)取0.9;恒載起控制作用時荷載組合:(1.35*501.4*0.7(72*1.5))*0.9=156kN;活載起控制作用時荷載組合:(1.2*501.35*(72*1.5))*0.9=185kN;故組合后平臺荷載總值:F=185kN(活載起控制作用)4平臺浮力
驗算4.1平臺浮筒總的平衡浮力:φ630*6鋼管每延米浮力:F浮1=ρgv=3.11kN/m;浮筒的總長度L=470米;浮筒的總浮力F浮=3.11*470=1461.7kN;4.2平臺整體抗浮驗算浮筒產(chǎn)生的浮力對計算有利,荷載分項系數(shù)取1.0;(浮筒浮力-平臺自重)/平臺荷載=(F浮-G)/F=(1461.7-1043)/185=418.7/185=2.26故按最不利荷載計算時,平臺漂浮,安全系數(shù)2.27;4.3調(diào)節(jié)浮筒充滿水時浮力驗算:實際調(diào)節(jié)浮筒(總長260m)的重量:260*208.21*1.05=56.84噸;充水后水桶內(nèi)水的重量(滿水量按85%考慮):56.84*0.85=48.31噸;因浮臺自重調(diào)節(jié)浮筒充水自重-平臺浮力=1043483.31-1461.7=64.61kN>0所以當(dāng)調(diào)節(jié)浮筒內(nèi)壓力排空后,調(diào)節(jié)浮筒的重量大于平衡浮筒的浮力,水舞臺可以下沉到水底。5漂浮舞臺整體穩(wěn)定性驗算:平臺
四周增設(shè)4個防沉撐靴,防沉撐靴為防止極端情況下某一個角或中部出現(xiàn)集中大面積荷載的極端工況下,防止平臺一角平臺面沉入水面升降舞臺,防沉撐靴長度以舞臺平面主龍骨在正常使用時,出現(xiàn)極端工況的情況下不沒入水面為原則,故通過加強(qiáng)構(gòu)造措施來保證平臺面的平面穩(wěn)定;因平臺活荷載計算中已根據(jù)荷載規(guī)范取值便宜保守的滿載取值,已能保證極端工況下平臺能安全穩(wěn)定(通過與河岸邊鋼柱通過鋼絲繩固定控制平面穩(wěn)定實現(xiàn))的漂浮著水面上,故單根浮筒能在各自正常施工工況及極端工況下滿足設(shè)計要求。極端工況下整體穩(wěn)定計算:演出時最多演員80人,單人按75kg計,并考慮1.2的放大系數(shù),80*75*1.2=7.2噸;每個人占地面積按0.5*0.5=0.25m2計,80個人集中時占地面積0.25*80=20m2,按4m*5m的矩形面積(位移舞臺欄桿內(nèi)側(cè))考慮。計算傾覆點取平臺邊緣80個人位移舞臺一角是產(chǎn)生傾覆力矩為:M1=72*5=360KN.m平臺自身抗傾覆力
矩為:M2=1043*20=20860KN.mM2>M1故平臺在極端工況下,整體穩(wěn)定。6調(diào)節(jié)浮筒的浮力計算說明當(dāng)水舞臺處于平衡狀態(tài)時,得出浮力平衡公式:P1ρgH2=P0ρgH1,已知銀川海拔1100米,氣壓P0=89KPaP1=89*10001000*9.8*0.45-1000*9.8*H2=93410-9800*H2由以上表格參數(shù)可以看出,管內(nèi)壓強(qiáng)變化范圍小,現(xiàn)場采用減壓閥為KPa級的,調(diào)節(jié)范圍要精密。(H2變化0-630mm)參考文獻(xiàn)1、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)2、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017-2003)3、《WHT36-2009》舞臺機(jī)械臺下設(shè)備安全要求4、《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052-2009。5、《低壓配電設(shè)計規(guī)范》GB50054-2011。作者:邱雙武(1982-),男,湖北棗陽人,機(jī)電工程師,機(jī)電一體化本科,主要從事舞臺機(jī)械技術(shù)工作