东莞市环宇文化科技有限公司 广东东莞
摘要：介绍一种新型的升降漂浮舞台，通过气压控制浮台的升降，浮台面可以做舞台使用，台下可以装喷泉设备，演出音乐喷泉，平时浮台沉入水底，演出时露出水面的一种装置。
关键词：喷泉 漂浮平台 气动升降 湖泊
1引言
随着中国物质文明的发展，精神文明也在高速发展。尤其是文化产业的发展，人们不再满足于普通的舞台表演形式，而是在需求一种多元化的舞台表演方式。基于上述原因，东莞市环宇文化科技有限公司设计出一套将传统固定式的音乐喷泉和升降漂浮舞台相结合的一种新型的水上表演形式。平时喷泉设备沉在水底，白天不影响湖面景色，不影响小型船只通行，晚上又可以进行喷泉表演。融合投影，动画，视频，灯光，火焰等于一体的综合性表演系统。
2平台的主要构成
该舞台尺寸规格：长35米*宽20米，共计700平方，最多时同时容纳80人表演，舞台上可放道具，舞台道具及灯光设备等累计荷载重5吨。
水舞台升降原理：平时水舞台沉在水底，演出时浮出水面，通过浮桥或道具船和河岸及原有的大平台连通。升降方式采用充气原理，向浮筒中充气，改变浮筒内压强，将浮筒内水排出，利用浮筒自身浮力，从而使水舞台浮出水面。
水舞台分为两部分，其中固定浮筒用来平衡平台自重及固定设备重量,充气浮筒用来平衡平台活荷载。
材料规格的选型：考虑到总体强度及淡水下使用，并且负载偏大，主浮筒采用φ630*6.0焊接钢管，总体热镀锌，主龙骨采用B120*60*4.0mm矩形管，次龙骨采用角钢50*4，各钢构件间均采用现场螺栓连接，表面做特殊防锈处理，平台表面铺防滑花纹板，表面喷胶，每年需定期维护、保养。
3平台荷载计算
3.1平台自重
φ630*6.0钢管每延米自重：W1=103.36kg/m，
φ630*6.0浮筒总重：103.36*470=48.58吨；
主龙骨（B120X60X4.0）间距940mm，次骨架（L50X4.0）间距500mm布置。
主龙骨重量（B120X60X3.2）：10.8*830*1.05=9.41吨；
次骨架重量（L50X4.0）：3.10*1400*1.05=4.6吨；
冲孔花纹板（3.5mm厚，22%孔洞）及喷胶重量：30*700*0.78*1.02=16.71吨；
连接法兰五金件重量：15吨；
堵头、栏杆、充聚氨酯等：10吨
总重量W：48.58+9.41+4.6+16.71+15+10=104.3吨；
平台自重（重力）：G=1043kN。
3.2平台荷载：
设备恒载总计：5吨；
活荷载：演出时最多演员80人，单人按75kg，并考虑1.2的放大系数，80*75*1.2=7吨；
恒载对抗浮不利，荷载分项系数取1.35；
活荷载考虑振动系数1.5；
考虑使用年限的荷载分项系数取0.9；
恒载起控制作用时荷载组合：（1.35*50+1.4*0.7（72*1.5））*0.9=156kN；
活载起控制作用时荷载组合：（1.2*50+1.35*（72*1.5））*0.9=185kN；
故组合后平台荷载总值：F=185kN（活载起控制作用）
4平台浮力验算
4.1平台浮筒总的平衡浮力：
φ630*6钢管每延米浮力：F浮1=ρgv=3.11kN/m；
浮筒的总长度L=470米；
浮筒的总浮力F浮=3.11*470=1461.7kN；
4.2平台整体抗浮验算
浮筒产生的浮力对计算有利，荷载分项系数取1.0；
（浮筒浮力-平台自重）/平台荷载
=（F浮- G）/F=（1461.7-1043）/185=418.7/185=2.26
故按最不利荷载计算时，平台漂浮，安全系数2.27；
4.3调节浮筒充满水时浮力验算：
实际调节浮筒（总长260m）的重量： 260*208.21*1.05=56.84吨；
充水后水桶内水的重量（满水量按85%考虑）：
56.84*0.85=48.31吨；
因 浮台自重+调节浮筒充水自重-平台浮力
=1043+483.31-1461.7
=64.61kN > 0
所以当调节浮筒内压力排空后，调节浮筒的重量大于平衡浮筒的浮力，水舞台可以下沉到水底。
5漂浮舞台整体稳定性验算：
平台四周增设4个防沉撑靴，防沉撑靴为防止极端情况下某一个角或中部出现集中大面积荷载的极端工况下，防止平台一角平台面沉入水面，防沉撑靴长度以舞台平面主龙骨在正常使用时，出现极端工况的情况下不没入水面为原则，故通过加强构造措施来保证平台面的平面稳定；
因平台活荷载计算中已根据荷载规范取值便宜保守的满载取值，已能保证极端工况下平台能安全稳定（通过与河岸边钢柱通过钢丝绳固定控制平面稳定实现）的漂浮着水面上，故单根浮筒能在各自正常施工工况及极端工况下满足设计要求。
极端工况下整体稳定计算：
演出时最多演员80人，单人按75kg计，并考虑1.2的放大系数，80*75*1.2=7.2吨；每个人占地面积按0.5*0.5=0.25m2计，80个人集中时占地面积0.25*80=20m2,按4m*5m的矩形面积（位移舞台栏杆内侧）考虑。
计算倾覆点取平台边缘
80个人位移舞台一角是产生倾覆力矩为：M1=72*5=360KN.m
平台自身抗倾覆力矩为：M2=1043*20=20860 KN.m
M2> M1 故平台在极端工况下，整体稳定。
6调节浮筒的浮力计算说明
当水舞台处于平衡状态时，得出浮力平衡公式：P1+ρgH2=P0+ρgH1，已知银川海拔1100米，气压P0=89KPa
P1=89*1000+1000*9.8*0.45-1000*9.8*H2=93410-9800*H2
由以上表格参数可以看出，管内压强变化范围小，现场采用减压阀为KPa级的，调节范围要精密。（H2变化0-630mm）
参考文献
1、《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）
2、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
3、《WHT 36-2009》 舞台机械 台下设备安全要求
4、《供配电系统设计规范》GB50052-2009。
5、《低压配电设计规范》GB50054-2011。
作者：邱双武（1982-），男，湖北枣阳人，机电工程师，机电一体化本科，主要从事舞台机械技术工作
论文作者:邱双武
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
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