021-54787089

2.1.2 繞樞軸轉動(dòng)方式

繞豎向樞軸轉動(dòng)也稱(chēng)水平旋轉方式，指活動(dòng)屋蓋在水平的圓弧形軌道上繞豎直方向的樞軸轉動(dòng)，包括繞豎向樞軸轉動(dòng)和繞水平樞軸轉動(dòng)。樞軸數量與布置方式根據旋轉單元數量與旋轉方向確定，工程中通常采用繞單一中心樞軸旋轉、繞雙樞軸旋轉和繞多個(gè)樞軸旋轉的方式。圖2為扇形屋蓋，五片活動(dòng)屋蓋繞各自樞軸旋轉，可疊放在兩側固定屋蓋的上方。圖3屋蓋由 8片花瓣狀單元組成，分別設置一個(gè)固定轉軸與三同心旋轉軌道，可水平旋轉 45°。 

圖2  米勒運動(dòng)場(chǎng)

圖3  上海旗忠網(wǎng)球中心

2.1.3 折疊移動(dòng)方式

折疊移動(dòng)通常包括水平折疊、空間折疊和放射狀折疊等形式。水平折疊與空間折疊方式的活動(dòng)屋蓋多采用單跨桁架，屋蓋開(kāi)合通過(guò)各榀桁架之間的相對運動(dòng)實(shí)現，如圖4所示。

圖4  剛性折疊結構

在工程應用上，索網(wǎng)收納是柔性折疊收納的主流形式，屋蓋結構由鋼索與織物薄膜構成，中心范圍內采取可伸縮式的索膜結構，展開(kāi)后可覆蓋于整個(gè)賽場(chǎng)上空，閉合后收納于球場(chǎng)上空的巢中，如圖5所示。

圖5  放射形折疊結構

2.1.4 組合移動(dòng)方式

隨著(zhù)時(shí)代發(fā)展，建筑的開(kāi)合方式不斷取得新的突破。組合移動(dòng)方式的屋蓋開(kāi)始被廣泛采用，如圖6~圖7所示。

圖6  溫布利足球場(chǎng)活動(dòng)屋蓋開(kāi)合模式

                                                                                                                   平 面                                                                              剖 面

                                                                                                              活動(dòng)屋蓋1的開(kāi)合方式                                             活動(dòng)屋蓋2、3的開(kāi)合方式

圖7  亞特蘭大梅賽德斯奔馳體育場(chǎng)

2.2 屋蓋開(kāi)啟率

開(kāi)啟率指開(kāi)合屋蓋結構的活動(dòng)屋蓋處于全開(kāi)狀態(tài)時(shí)，開(kāi)口投影面積與整個(gè)屋面投影面積比值的百分率。開(kāi)啟率是開(kāi)合屋蓋的重要指標，可按下式計算:

                                                                                                 α=A0/A                                                                                             

式中：α為開(kāi)啟率；A0為整體屋面的投影面積；A為活動(dòng)屋蓋覆蓋開(kāi)口的投影面積。

開(kāi)合屋蓋工程建造費用較高,早期可開(kāi)合結構的開(kāi)啟率較大，導致工程造價(jià)和占用土地面積增加。開(kāi)啟率與活動(dòng)屋蓋重量以及驅動(dòng)系統有關(guān)，較小的開(kāi)口面積可以有效減小活動(dòng)屋蓋尺寸與重量，降低對驅動(dòng)力的需求，減小結構地震響應，降低設計施工難度，縮短工期，節約造價(jià)，方便后期使用以及維護。

2.3 開(kāi)合運行時(shí)間

活動(dòng)屋蓋開(kāi)合運行時(shí)間是開(kāi)合屋蓋的重要指標,對于小型活動(dòng)屋蓋開(kāi)啟時(shí)間一般控制在10min以?xún)?對大、中型活動(dòng)屋蓋，其開(kāi)啟時(shí)間一般控制在30min 以?xún)取?/span>

開(kāi)合屋蓋結構體系

3.1 活動(dòng)屋蓋

3.1.1 剛性結構

剛性結構通過(guò)活動(dòng)屋蓋單元的平動(dòng)與轉動(dòng)實(shí)現屋蓋開(kāi)合，受力性能可靠，對建筑造型適應性強?；顒?dòng)屋蓋多采用沿跨度方向受力為主的單跨結構，少量工程采用多跨連續形式。桁架作為傳力最簡(jiǎn)明的單向受力體系，是活動(dòng)屋蓋最常用的結構體系。門(mén)式桁架用于軌道置于混凝土支承結構或直接置于地面的情況?；顒?dòng)屋蓋作用于臺車(chē)頂部的水平推力對臺車(chē)、驅動(dòng)系統和支承結構均有顯著(zhù)影響，故此應盡量消除或減小活動(dòng)屋蓋在自重作用下的水平推力。邊桁架既是活動(dòng)屋蓋的邊緣構件，也是各臺車(chē)之間的聯(lián)系構件，減小邊桁架剛度可有效降低運行過(guò)程中各臺車(chē)的差異變形引起邊桁架內力的變化。

3.1.2 剛性折疊結構

剛性折疊結構通過(guò)自身各組件的相對運動(dòng)，屋面以折疊/展開(kāi)的方式實(shí)現開(kāi)啟與關(guān)閉。剛性折疊結構應重點(diǎn)關(guān)注鉸頁(yè)部件與圍護結構的特殊需求。剛性折疊活動(dòng)屋蓋可采用多榀桁架的形式，通過(guò)鉸頁(yè)進(jìn)行連接折疊鉸頁(yè)機構應具有足夠的強度和剛度，防止出現較大的彎曲變形，保證連接部件在折疊/展開(kāi)過(guò)程中平穩自如。折疊結構在折疊與展開(kāi)過(guò)程中為可變體系，在折疊或展開(kāi)完成后，應通過(guò)鎖定裝置形成穩定的結構體系。

3.1.3 柔性折疊結構

柔性折疊結構依靠膜材的展開(kāi)與折疊收納實(shí)現活動(dòng)屋蓋的開(kāi)合，在開(kāi)合建筑中應用較早。膜材材質(zhì)與膜結構設計是柔性折疊結構的重點(diǎn)。選用可折疊性?xún)?yōu)良的膜材，膜面折疊與展開(kāi)運動(dòng)自如，保證高頻度使用狀態(tài)下結構安全可靠。柔性折疊結構的幾何形態(tài)應保證屋蓋關(guān)閉時(shí)能夠形成所需的曲面形態(tài)，與支承結構緊密貼合。索系和膜材預應力形成的幾何剛度是構成柔性折疊結構剛度的主要部分，索系或膜材松弛將導致結構剛度下降，在風(fēng)荷載作用下容易出現劇烈振動(dòng)，甚至導致膜材撕裂。此外，膜材松弛會(huì )導致膜材褶皺，影響建筑美觀(guān)和排水。所以，需要通過(guò)對邊界索系與膜材施加適當的預張力，避免在不利荷載作用下膜面松弛。

在固定屋蓋洞口邊緣應設置剛性環(huán)梁，以平衡索膜的預張力。根據建筑造型及邊界條件等因素，活動(dòng)屋蓋的膜材一般收納于屋蓋的中央，如圖8所示。

 圖8  波蘭華沙新國家體育場(chǎng)

3.2 支承結構

3.2.1 剛性支承結構

活動(dòng)屋蓋的支承條件主要取決于建筑的功能與造型，直接支承活動(dòng)屋蓋的混凝土結構、專(zhuān)用軌道支架或地面軌道系統，稱(chēng)為剛性支承結構；當活動(dòng)屋蓋支承于大跨度屋蓋時(shí)，將固定屋蓋稱(chēng)為柔性支承結構。

出于使用功能與經(jīng)濟性的考慮，體育場(chǎng)館的主體結構多采用混凝土結構體系，除可支承上部大跨度結構外，還作為觀(guān)眾看臺，具有結構剛度大、經(jīng)濟性好等優(yōu)點(diǎn)。當活動(dòng)屋蓋直接支承于地面軌道時(shí)，通常在地面標高以下設置專(zhuān)用的軌道溝槽。為了避免對場(chǎng)地使用的影響，可將活動(dòng)屋蓋的驅動(dòng)系統設置在軌道溝槽內，并在溝槽頂面設置可移動(dòng)蓋板，在活動(dòng)屋蓋非運行狀態(tài)用蓋板封閉溝槽，保證人流和車(chē)輛正常通行。

3.2.2 柔性支承結構

活動(dòng)屋蓋直接支承于固定屋蓋之上，是近年開(kāi)合屋蓋最常見(jiàn)的形式。固定屋蓋的幾何形態(tài)應與活動(dòng)屋蓋的運行需求相一致，優(yōu)先采用豎向剛度大的結構形式，固定屋蓋可采用桁架、雙層或多層網(wǎng)架等多種結構形式?；顒?dòng)屋蓋荷載通過(guò)軌道傳給固定屋蓋，在沿軌道受力集中的部位布置主桁架或采用相應的加強措施。

固定屋蓋設計時(shí)，除需考慮結構自重、建筑屋面做法、天溝馬道、照明音響等吊掛荷載及檢修荷載外，還需要考慮活動(dòng)屋蓋的移動(dòng)荷載。固定屋蓋充足的剛度是確?；顒?dòng)屋蓋順暢運行的重要前提，應嚴格控制支承軌道主桁架與軌道梁的剛度，保證活動(dòng)屋蓋行走過(guò)程中的變形不超過(guò)限值要求。此外，固定屋蓋需要通過(guò)預起拱等措施保證施工精度，為軌道安裝精度與活動(dòng)屋蓋單元運行調試提供前提條件。

3.3 圍護結構

開(kāi)合屋蓋的圍護結構除應滿(mǎn)足抗風(fēng)、抗震、防水、密閉及遮陽(yáng)等基本功能外，還應具備對變形的適應能力。建筑內部應盡量利用日光照明，優(yōu)先采用透光性好的材料，可顯著(zhù)降低照明能耗。常閉狀態(tài)的開(kāi)合屋蓋應考慮保溫隔熱等熱工性能的要求，預防結露與冷凝水，必要時(shí)還應考慮場(chǎng)地的聲學(xué)效果。屋面圍護通常采用膜材、聚碳酸酯板或金屬板等輕質(zhì)材料，小型開(kāi)合屋蓋也可采用玻璃。

驅動(dòng)與控制系統

4.1 驅動(dòng)系統

驅動(dòng)系統與控制系統分別屬于機械工程與自動(dòng)控制領(lǐng)域，是開(kāi)合屋蓋結構的重要組成部分。驅動(dòng)系統為活動(dòng)屋蓋運行提供動(dòng)力，控制系統負責發(fā)出指令，隨時(shí)發(fā)現并處理運行中的各種問(wèn)題。

驅動(dòng)系統主要由行走機構（軌道、臺車(chē)等）與驅動(dòng)機構（電動(dòng)機、減速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)裝置等）兩部分組成。通常將活動(dòng)屋蓋安裝在行走機構之上，通過(guò)動(dòng)力裝置驅動(dòng)行走機構在軌道上移動(dòng)。迄今，在開(kāi)合屋蓋結構中應用較多、可靠性較高的有輪驅動(dòng)、鋼絲繩牽引驅動(dòng)、齒輪齒條驅動(dòng)、鏈輪鏈條驅動(dòng)與液壓驅動(dòng)等五種形式。

 4.2 控制系統

開(kāi)合屋蓋結構的控制系統是實(shí)現活動(dòng)屋蓋開(kāi)啟與閉合動(dòng)作的精密管控體系，具有監測、反饋及調節功能，向驅動(dòng)系統發(fā)出各種運行指令，及時(shí)消除屋蓋運行中出現的卡軌、干涉、蛇行等隱患?；顒?dòng)屋蓋控制系統的框架圖如圖9所示。

圖9 活動(dòng)屋蓋控制系統的框架

主要控制內容包括同步控制、臺車(chē)均在載控制和運行糾偏控制。同步控制的對象主要為電動(dòng)機與液壓馬達。對電機的控制多利用變頻技術(shù)實(shí)現調速，液壓馬達則通過(guò)伺服系統對流量的控制實(shí)現調速。大型開(kāi)合屋蓋結構可通過(guò)在臺車(chē)上安裝壓力傳感器和位移傳感器，對臺車(chē)的行程和壓力隨時(shí)進(jìn)行監測。主控設備在對臺車(chē)壓力傳感器和位移傳感器數據進(jìn)行分析的基礎上，使用編碼器進(jìn)行糾偏，可及時(shí)調整臺車(chē)動(dòng)作和驅動(dòng)力，隨時(shí)糾正活動(dòng)屋蓋的運行姿態(tài)。

4.3 驅動(dòng)控制系統要點(diǎn)

驅動(dòng)控制系統要點(diǎn)涵蓋驅動(dòng)系統的工作級別、設計使用年限與設計方法、運行速度與加速度、運行噪聲、安全應急保障和運行管理與維修保養等。

開(kāi)合屋蓋技術(shù)標準

開(kāi)合屋蓋工程涵蓋建筑結構、機械、自動(dòng)控制等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，是當前科技含量最高的建筑形式之一。在開(kāi)合結構設計理論方面，國內外系統性的研究成果和專(zhuān)著(zhù)均較少，關(guān)鍵技術(shù)主要來(lái)源于具體的工程案例。

國外有關(guān)開(kāi)合屋蓋技術(shù)標準的資料有《空氣支承結構設計建議》《開(kāi)閉式屋根構造設計指針·同解說(shuō)及設計資料集》《開(kāi)閉式膜構造設計指針》《Structural Design of Retractable Roof Structure》等。

我國近年來(lái)在陸續完成多個(gè)大型開(kāi)合屋蓋工程的基礎上，不斷探索開(kāi)合結構設計方法，總結工程技術(shù)與施工經(jīng)驗。于2015正式發(fā)布我國首部開(kāi)合屋蓋結構技術(shù)標準——CECS 417：2015《開(kāi)合屋蓋結構技術(shù)規程》。為了適應開(kāi)合屋蓋結構快速發(fā)展的情況，滿(mǎn)足重大工程設計、施工與驗收的要求，行業(yè)標準JGJ442-2019《開(kāi)合屋蓋結構技術(shù)標準》于2019年正式發(fā)布。

展 望

1）開(kāi)合屋蓋可以實(shí)現“場(chǎng)”與“館”的快速轉換，極大改善使用環(huán)境，充分利用日光照明，減少空調使用，提高建筑的利用率，節能環(huán)保。

2）以近年來(lái)我國經(jīng)濟高速發(fā)展、人民物質(zhì)文化需求不斷提高為契機，作為新型體育文化建筑的開(kāi)合屋蓋結構具有很大的市場(chǎng)潛力。

3）開(kāi)合屋蓋涉及機械與控制系統，技術(shù)難度、建造成本和維護保養要求均高于傳統的結構形式。隨著(zhù)工程經(jīng)驗不斷積累，相關(guān)技術(shù)標準不斷完善，開(kāi)合屋蓋技術(shù)日趨成熟。

4）中、小型開(kāi)合屋蓋結構發(fā)展潛力很大，通過(guò)向小型化、標準化發(fā)展普及，不斷降低建造成本，充分發(fā)揮其良好的社會(huì )效益。

5）老舊場(chǎng)館改造時(shí)增設開(kāi)合屋蓋，可顯著(zhù)改善場(chǎng)館使用功能，既可以作為體育活動(dòng)場(chǎng)地，又可以舉辦各種活動(dòng)和作為臨時(shí)避難場(chǎng)所等多功能使用。

6）活動(dòng)屋蓋與消防報警聯(lián)動(dòng)等新功能的開(kāi)拓，為開(kāi)合屋蓋應用注入了新的活力。