北京电视中心演播室灯栅结构设计

王 莹，苗建义，李蔚蔚

（中广电广播电影电视设计研究院，北京 100045）

1 工程概况

北京电视中心是北京电视台新台址，选在东长安街延长线国贸桥东南角。北京电视中心一期工程总建筑面积18.3万平方米，主要由综合业务楼、多功能演播楼、生活服务楼、地下室和媒体广场组成。综合业务楼建筑面积7.5万平方米，地上41层，地下3层，高236米。主楼上部结构采用钢结构－框架支撑结构体系，地下部分采用型钢筋混凝土结构。综合业务楼内部设有10个100 m2演播室、2个150 m2演播室及1个开放式新闻演播室。多功能演播楼地上10层，其内部设有2个250 m2演播室、2个300 m2演播室、4个600 m2演播室、1个1 000 m2演播室以及1个战时演播室，以及可容纳1 200名观众的多功能剧场。

本文针对北京电视中心演播室谈谈演播室的灯栅结构的设计。

2 灯栅设计

2.1 演播室的结构

以600 m2演播室为例，其结构剖面布置如图1所示。

表2 各演播室设备活荷载的一般取值

2.2 演播室各设备层高度的确定

从图1可以看到，演播室空间的竖向划分自下而上主要包括取景区（即通常所说的天幕高度）、工艺灯光垂吊高度、灯光设备检修高度、空调高度。

（1）天幕高度

天幕高度即演播室所悬挂的背景幕布的高度。天幕高度应根据演播室的使用功能及房间的长宽尺寸确定。一般来说，演播室根据使用功能分为大型综艺节目演播室、分景区演播室、新闻演播室等类型，其中大型综艺节目演播室如600 m2、1 000 m2演播室，因其录制节目时的取景范围大，天幕高度是最高的。本工程中各主要演播室的面积、长宽尺寸及天幕高度如表1所示。

（2）灯光悬挂高度

灯光悬挂高度是为适应演播室灯光的调节功能而留出的空间，位于天幕与灯栅层之间，一般高度为1.5 m～2 m。

（3）灯栅层高度

灯栅层是为满足悬挂灯光机械设备以及便于工作人员安装、检修设备而设置的。灯栅层由多道承重槽钢组成，在承重槽钢上设置安装10号槽钢，用于电动机械、管线、配电及信号柜的安装。灯栅层一般位于天幕上沿以上2.5 m处，以满足灯光悬挂的要求。在大型演播室（一般300 m2以上）的灯栅层上空还需预留高度为2 m左右的检修空间（即灯栅检修层），以便于工作人员检修放置在灯栅层上的电机等电气设备。

一般在演播室地面上设置固定的旋转钢梯可到达灯栅层，在条件允许的情况下应尽可能在灯栅高度的附近楼层设置可到达灯栅层的入口。

（4）空调层高度

空调层的高度是根据风管、送回风口的布置及风管经空调机房进入演播室上空的高度确定的。600 m2和1 000 m2演播室的空调层高度大致为6 m ～ 8 m，300 m2以下演播室的空调层高度大致在2 m ～ 2.5 m。

（5）吸、隔声吊顶高度

吸、隔声吊顶的作用在于阻绝空调运行时产生的噪声对演播室的影响，一般将其设置于灯栅检修层与空调层之间，因此，在确定了灯栅检修层的高度之后即可确定吸、隔声吊顶的高度。

2.3 灯栅层设备荷载的取值

灯栅层上的设备主要为电气设备，其中包括灯具、相关机械悬吊装置、配电设备以及相关管线等。由于这些设备均悬吊或放置于灯栅层上，因此，在计算灯栅层的承重槽钢时必须将这些设备的自重及使用荷载全部计入。另外，其他相关专业所提供的一些设备荷载也应加以考虑，例如：吸、隔声吊顶自重、风管及消声器的重量、用于消防喷淋的水管自重以及工艺专业的电缆桥架自重等。以600 m2演播室为例，电气设备荷载约为300 kg/m2，水管重量约为40 kg/m2，暖通设备荷载约为60 kg/m2，吸、隔声吊顶及电缆桥架等重量按20 kg/m2考虑，将这些荷载值相加

即可得出600 m2演播室的设备活荷载约为420 kg/m2。综合各专业提供的荷载参考值，本工程各演播室的设备活荷载一般取值如表2所示。

2.4 承重槽钢、吊杆及转换槽钢的选取

承重槽钢通常选用热轧普通槽钢，其规格的确定可以先根据经验假设一个数值，例如在计算600 m2演播室时，可以选择型号为20a的槽钢（即槽钢高度为200 mm），由《钢结构设计手册》可查得其截面尺寸及截面特性，将这些数值代入计算模型验算，满足受力、变形及稳定的要求即可。

承重槽钢是通过吊杆与上部主体结构连接的，吊点的距离一般取为3 m ～ 4 m，吊杆通常可采用等边角钢或钢筋。当上部主体结构即演播室的屋顶为钢网架时，可以采用钢筋作为吊杆，一端与钢网架的球节点以螺栓连接的方式固定，另一端则与承重槽钢焊接。

本工程中各大型演播室均位于多功能演播楼中，演播室的屋面要求采用钢筋混凝土现浇结构，600 m2及1 000 m2演播室等大型演播室因跨度较大、框架梁的载面高度又受到演播室净空高度的限制而不能设计得过大，因此，此次主体结构设计中大跨度演播室的屋面顶板均采用了现浇预应力混凝土空心楼板体系。在这种情况下，如果选用钢筋作为吊杆，将钢筋的一端预埋在空心楼板的密肋梁中，而另一端留出待与承重槽钢焊接，那么势必会影响模板的支护及混凝土的浇筑，而且钢筋的抗拉截面较小，难以满足大型演播室对承载力的要求。故在600 m2及1 000 m2等演播室的设计中均选用了等边角钢作为吊杆，楼板施工时先在密肋梁中预埋钢板，演播室主体结构完工后，再通过连接件将吊杆与预埋钢板焊接。这样既可保证施工质量、便于施工，又可缩短施工周期。等边角钢的截面根据吊点的受力情况确定即可。

此次演播室的结构设计中，在600 m2演播室的上空还加设了转换层。其原因在于：

（1）混凝土空心楼板中密肋梁的位置是固定的，即预埋于梁中的预埋钢板的位置是固定的，这就意味着吊杆的吊点定位必须与其一致，所以板底的吊点位置是不能改变的。

（2）空调层中，风管及送风口、回风口的位置是不能随意挪动的，与承重槽钢连接的吊杆应尽量避开这些位置，因此承重槽钢上的吊点也是相对较为固定的，不能随意改动。

（3）从演播室布置剖面图不难看出，空调层介于结构板与承重槽钢之间，如果从板底直接下吊杆穿过空调层并与承重槽钢焊接，必然会与风管、风口等发生冲突。

综合以上几个因素，要解决这一问题，就需要在结构板下一定高度处设置一层转换层，通过转换槽钢将上部吊点转换为下部吊点，消除空调设备布置对吊杆的影响。

转换层高度的设置应尽量不占用空调层的空间，不影响空调风管的布置，另外，还需要在结构板底与转换槽钢之间留出一定的施工操作空间，本工程中转换槽钢的顶标高距板底距离取为300 mm。转换槽钢也可选用热轧普通槽钢，计算方法与承重槽钢基本相同。图2为600 m2演播室承重槽钢、转换槽钢及吊杆的布置剖面图。

2.5 承重槽钢的计算模型

承重槽钢的计算模型可以考虑以下两种方式：

（1）取一根荷载最不利布置的承重槽钢，将此承重槽钢上的全部吊点均作为支座，槽钢作为多跨连续梁进行计算。

（2）取一根承重槽钢中两个吊点之间跨度最大的一跨即最不利的一跨进行计算。

但是，在采用第二种方式时，单跨梁两端的支座不能完全按固定端计算，应考虑适当的弯矩调幅，使其受力状态及计算结果更为合理。对于面积较大的演播室，可先采用第一种方式进行计算，然后用第二种方式进行复核，取较大的计算数值，使结果有利于安全。吊点之间的跨度通常取值为3 m ～4 m，根据风管及风口的布置可作适当调整。槽钢采用了《理正结构设计系列软件》进行计算。仍以600 m2演播室为例，其中一根承重槽钢的基本计算模型如图3所示。

表3 槽钢在各个受力状态下的最小安全系数

承重槽钢上作用有均布荷载，由设备活荷载值及两道槽钢之间的间距可导算出作用在槽钢上的均布线荷载，例如，600 m2演播室的设备活荷载为420 kg/m2，即4.2 kN/m2，槽钢间距为2.3 m，考虑到未来电视中心事业和技术的发展，需在设计时预留出足够的扩展空间，故将荷载在4.2 kN/m2的基础上每平方米增加1 kN，那么作用在槽钢上的均布线荷载为

将此数值输入计算程序可得出槽钢在各个受力状态下的最小安全系数。计算结果参见表3。

结果显示各项安全系数均小于容许安全系数1.0。

复核时取第2跨进行验算，跨长为3 850 mm，按单跨梁计算，槽钢的侧向稳定、抗弯强度及抗剪强度均满足计算要求，故选用型号为20a的槽钢可满足各项受力状态及变形的要求。

2.6 节点设计

演播室中的节点设计主要包括槽钢与演播室墙体及主体结构梁的连接、吊杆与转换槽钢及承重槽钢的连接等。图4为槽钢与主体结构梁的连接。因演播室的顶板采用了现浇预应力混凝土空心楼板体系，故需在空心楼板的密肋梁中预埋钢板，通过节点板将吊杆与预埋件焊接。图5为吊杆与转换槽钢及承重槽钢的连接。图6为承重槽钢端部与演播室墙体的连接。

2.7 应注意的问题及处理方法

演播室灯栅设计中主要应注意的问题是吊点的定位。在设计吊点定位时，应综合考虑电气专业提供的安装槽钢的位置，以及暖通专业提供的风管及风口的位置。吊点的布置必须避开安装槽钢、风管、消声静压箱等。另外，安装槽钢一般取两根10号槽钢为一组，在这两根槽钢中间会有200 mm ～ 300 mm的空隙，吊点在布置时也应避开这个空隙，以免影响电气设备的安装就位及使用。

如果遇到吊杆与风管冲突，且无法避让的情况，可以用横担做转换加以解决。通常情况下横担的做法如图7所示。

3 结束语

灯栅结构设计是演播室设计中的重要组成部分，合理而完整的灯栅设计是确保演播室各专业设备正常使用及安全播出的关键所在。设计中应与各专业密切配合，尽量满足各专业提出的要求，并使灯栅层设备活荷载的取值最为合理，与此同时，还要保证计算的正确、制图的清晰。

此次完成的演播室灯栅结构设计最大程度地满足了演播室灯光设计的要求，自2008年北京电视中心建成并投入使用以来，经历了各类重要电视节目的录制及播出，如2008年奥运节目转播、2009年和2010年北京电视台春节晚会等大型节目。由于演播室灯栅结构设计时与各个专业的密切配合，使得演播室灯光设计系统在投入使用过程中受到了业主和观众的一致好评。此次演播室灯栅结构设计安全可靠、科学适用、经济合理，与实际使用紧密结合，同时考虑了未来发展需要，整个系统具有充分的延展性。在当今技术发展的基础上，北京电视台电视中心演播室灯栅结构设计进行了有益的尝试，结合实际使用取得了很好的效果。