浅谈舞台桁架结构的优化设计

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摘要:随着市场经济的发展以及工业化进程的加快，剧场演出的数量越来越多，规模也越来越大。为了保证演出的安全性，可以将桁架结构应用在演出舞台搭建当中，而桁架结构不仅能够提高舞台的质量，还具有跨度大、成本低等特点，因此需要对舞台搭建中桁架结构的应用进行深入研究。本文将对舞台搭建中桁架结构的优化设计进行简析。

关键词:舞台搭建;桁架结构;优化设计

桁架结构是当前常用的一种梁式结构，具有结构布置灵活、抗弯性强、抗剪性强、应用范围广泛等特点。将桁架结构应用在舞台搭建当中能够有效增强舞台的抗剪性、抗压性，有利于提高舞台的质量。但是当前舞台搭建企业在应用桁架结构时还存在一些问题，需要不断对桁架结构进行优化设计才能够充分发挥桁架结构的作用。

1舞台搭建中的桁架结构

桁架结构是一种梁式结构，其中桁架是指桁架梁，也被称为屋架，比较适用于跨度较大的展览馆、厂房等建筑当中。桁架结构的布置比较灵活，无论是抗弯性能还是抗剪性能都比较强，因此适用于各种跨度的建筑。按照桁架的外形，可将桁架结构分为平行弦桁架、折弦桁架以及三角形桁架;按照桁架的几何组成方式可将桁架结构分为简单桁架、联合桁架以及复杂桁架;按照所受水平推力的不同可将桁架结构分为无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，对杆件内力分布的影响也不同，比如说平行弦桁架弦杆的内力是由中间向两端逐渐减少的，而三角形桁架弦杆的内力则是由中间向两端逐渐增加的。当前在实际演出过程中，舞台搭建的内部空间较大，受临时场地环境的影响，结构复杂，由于演出对光线等情况的要求，所以在实际的舞台搭建桁架结构施工过程中，对施工技术的要求也比较高，舞台桁架主要是为了支撑舞台的(如下图)，在经过专业力学测试的情况下，舞台承重结构满足实际需求，所搭建起来的舞台稳定性都很好，同时也可以搭建成后台影视墙和顶层支架，可以悬挂背景布、灯光和音响。

2舞台搭建中桁架结构的优化设计

2．1根据工程情况进行优化

工程建筑企业必须根据舞台搭建工程的具体情况对桁架结构进行优化设计，只有这样才能够让桁架结构更符合舞台搭建的实际需要。比如说在“内蒙古巴彦淖尔逸城广场宴会厅弧形桁架吊顶方案设计”当中，必须要让桁架结构完全贴合宴会厅房顶的形状，因此需要对人字型钢结构房顶的吊装环境进行深入分析，并合理设计吊点位置以及桁架结构，这样才能够让桁架结构完全符合建筑需要。此外，在进行“河湖治理研究基地项目太湖厅模型桁架的设计与生产”时，需要在桁架截面固定的情况下，对桁架的结构和搭建方式进行理论测算和科学设计，这样才能使桁架结构提供实际需要的超长跨度和承重。因此，工程建筑企业在构建桁架结构之前需要对工程所需的跨度、承重、形状以及施工环境等各方面进行严格计算，然后再对桁架结构进行优化设计。

2．2优化桁架结构的截面尺寸

确定拓扑是优化桁架结构的截面尺寸的基础和前提，在优化桁架结构的截面尺寸时需要先利用少量尺寸表达结构的一些变动，比如说桁架各个单元的截面积等，以及节点位置的一些变动［2］。然后再根据这些具体的数据构建尺寸模型，利用相应的优化算法对该数学模型进行计算，并得到一个最优化的尺寸数据。当前桁架结构的截面尺寸优化算法已经相对成熟了，比如可以利用数学规划法、力学准则法等方式进行优化计算。此外，还有相关人员提出可以利用渐进优化这种方式优化桁架结构的截面尺寸，也就是说对设计变量进行分离，然后再利用满应力法等方法计算出最优化的尺寸和形状，这样就能够使桁架结构的截面尺寸更符合实际需求。

2．3优化桁架结构的形状

优化桁架结构的形状不仅能够使整体结构更符合舞台搭建的需求，也能够改善结构的性能，并减少材料的使用，从而达到降低成本的目的。优化桁架结构的形状主要是通过调整内外边界的形状实现的，因此要先对桁架结构形状优化的对象进行明确区分。舞台搭建企业需要对桁架结构的杆系结构、块体结构以及壳类、板的连续结构进行逐一优化，从而使整个结构的形状得以优化。

2．4优化拓扑与布局

和优化截面尺寸、优化结构形状相比，优化拓扑与布局相对来说比较复杂且困难，从20世纪开始就有很多人对拓扑与布局的优化进行研究。虽然相关人士已经提出了均质化方法、进化结构优化方法以及相对密度法等可以优化拓扑与布局的方法，但是这些方法还没有被过多地应用。

3结语

对舞台搭建中的桁架结构进行优化设计具有重要意义，只有优化桁架结构的设计才能够使桁架结构的成本降低、使桁架结构的受力更加均匀合理。因此建筑企业需要对桁架结构的受力等方面情况进行深入分析，并结合舞台搭建的具体情况明确桁架结构的用途、角度，然后再通过科学计算优化桁架结构的截面尺寸、形状、拓扑以及布局，从而改善桁架结构的性能，提高舞台搭建的质量。

参考文献:

［1］曾滨，张明波．国家体育场中心地仓舞台开合结构优化设计［J］．建筑结构，2013(19):79-82．

［2］叶云青．桁架结构的优化设计方法研究综述［J］．科学技术创新，2014(17):204．

作者：仇寅峰 单位：南京巨汇金属制品有限公司