屋面结构设计资料

实例

1、广东省湛江电厂干煤棚。平面尺寸：113.400m×113.400m，柱距79.80m，它是目前我国跨度最大的四柱支承平板网架屋盖。考虑到煤棚位于湛江顺岛上，是台风多发区，网架上铺置钢筋陶粒砼三角形带肋预制板（直角边4.200m，板的重力密度=14.5kN/m3）。虽然平板网架是科技含量较低的空间结构体系，但仍可通过精心设计，采取八面坡水，腹杆棋盘式布置等手段来强化空间传力，用钢量仅70.3kg/m2（巴基斯坦体育馆柱距62.400m，铝皮轻屋面，用钢就达61kg/m2）。

2、对大跨度空间结构体系来说，梁式结构体系是受力最差的体系。张拉整体体系——“连续拉、间断压”和索-膜体系是目前最先进、最经济的体系。

　　法国著名建筑师保罗·安德鲁中标设计的广州体育馆，用钢量160kg/m2；美国Nixon Ellerbe Becket（NEB）公司中标设计的广东奥林匹克体育馆场，用钢量高达200kg/m2，它们基本上都属于梁式结构体系，耗费如此多的用钢量也就不奇怪了。

　　由于外国设计者不了解中国规范，我曾向广州市林树森建议，今后国际招标只作到方案阶段，初步设计应由国内设计院承担。

3、45度倾斜的玻璃壳体环绕体育场，略为倾斜的屋盖由透明的充气垫构成，其规模是独一无二的，充气垫安置在轻质预应力钢索顶部结构之上，位于的顶部天窗可以在130米直径范围内完全开启，花朵造型的可开启屋面堪称世界独创，无论是闭合还是开启都赋予了国家体育场以独特的个性，对外显示体育场举行何种活动。

4、屋顶是一系列自由轻巧的花瓣结构所构成，它可以根据各种不同的情况自由开合，来满足不同需要，半透明的材料使得遮阳和自然采光兼而有之，并能使屋顶随时敞开实现自然通风。屋顶支撑是屋顶结构靠地面的一个部位，起作用是为支撑全体结构并把死性、活性动力荷载分配到轨道结构上。屋顶结构可以通过机动化方式或电磁推进活动，充电磁铁使得屋顶支撑在轨道上无摩擦地漂浮及活动。

5、屋顶：体育场屋顶的造型象一片巨大的绿叶，充分诠释了绿色奥运的主题，流畅的曲线，使之不仅仅是一个建筑，同时也成为了中轴线上一个巨大的地标。顶盖同时也寓意着一只观察世界的眼睛。屋顶开启后的露天面积为32，000M2，屋顶最下面一层采用固定的铝合金复合板，上面两层可开启屋面采用高性能膜材，具有超轻的结构、良好的吸声效果和透光率。屋盖开启的时间和开启轨道长度均比一般的设计要小，有利于减少初期投资和日后的维护费用。

6、体育场东面的弧形屋顶是一个由悬臂支撑的桁架结构，可作为体育场的固定屋面。西面是可开启屋面，应用了久经实验而证明可行的机械原理。可开启屋面张开时，可将体育场的活动场地覆盖起来。其主要活动组件是有六个可操作式屋面板面和十二个可伸缩的屋面轨道桁架组成。

7、体育场的屋顶是世界同类项目中唯一的矩形屋顶，采用世界独一无二的风琴式机械开合方式，简单快捷，可以确保全年赛事及活动不受天气影响。它使用可回收的环保材料，符合绿色奥运的理念。

8、体育场可开启屋顶采用拥有美国专利的双螺旋几何设计（是指类似于球形的两部分相对旋转平移），已有10余年、3000余次实际开启和关闭的经验。运行可靠稳定，在每小时50公里的风速下，可于35至40分钟内完成开闭的动作。结构牢靠，抗震8级以上，具备自动防护措施，可承受直径9米之重物撞击而结构安全不受影响。屋顶每次开闭所需的电力成本不超过100美元，并且在屋面上采用大型光电伏数组，为世界上同级中最大的光电伏系统，发挥节能的成效，并充分体现绿色奥运理念。  

9、体育场在大屋面的设置两个半月型的玻璃顶面，同时相对旋转，平行滑动，完成大屋面的开合，这种方式将是世界上首例（类似于上面提到的美国专利的双螺旋几何设计）。屋面玻璃采用能光扩散材料，可以不受太阳入射角度的影响，将阳光均匀的投射到比赛场地上，确保天然草坪生长所需的环境和明亮的场地空间。

10、可开启的屋顶采用半透明材料，将滤掉50％的天然光线，但又可以使足够的自然光进入体育场内部，满足白天的比赛使用，降低人工照明的使用。两个半月型的玻璃屋顶是补充条件，以尽量达到自然照明的目标。由于设计的尺度合理，操作简单，可开启屋顶运做是不会消耗大量的能源。特制的屋顶表面装有太阳能板，可以很大程度上为体育场提供清洁能源。

11、滑动式的可开启屋顶是体育场结构中必可少的一部分。当它合上时，体育场将成为一个室内的赛场。如同一个容器的盖子，不管屋顶是闭合还是开启，它都是建筑物的基本组成部分。除了一些特定的结构需要外，可开启屋顶的结构基本上也是一个网络状的架构，装上充气垫后，成为一个防水的壳体。

12、国家体育场的屋面是世界上独一无二的"浮空开启屋面"，体现了绿色奥运、科技奥运的精神，同时它象征着"开启"和"腾飞"。刚性观光走廊、8根构架式龙骨、隔层网、氦气囊以及外蒙皮等构成了巨大的飞艇，20个由高强度聚乙烯或凯夫拉绳网构成的隔层网来分隔内置的氦气囊和20万立方的氦气为飞艇提供了足够的升力。设计时，对控制、安全、维护等方面经过了仔细的考虑，确保实际使用时的安全可靠。屋顶的飞艇的造型不仅能通过精巧可靠的控制装置来满足体育场顶盖的开启、移动和关闭要求，还能通过浮游在高空达载巨幅广告、宣传以及作为空中观光走廊，为业主提供长期稳定的收益。

13、铝合金和膜结构构成了180米跨度的轻质屋面和云海藻井，这是以最先进的技术再现了中国传统的建筑形式--天井，屋顶面有薄膜，开启屋顶的翼，利用齿轨和齿轮方式回转，这个形态恰好对应中国建筑四合院的形式，开启屋顶是有着各种各样的开启方式，模式的体系，不但从功能上可以作为奥运赛时的临时座席，更是从根本上稳定比赛微气候的安定装置 。

14、顶部造型的象两片树叶，也象充满活力的肌肉，延伸至底部的两翼实现了空间上的互通，成为了世界上独一无二的"屋顶通道"。通过和谐的顶部形式，移动顶部可以移动到中心线，从关闭位置到开放位置的运行过程，顶板上升高程为11.1米。设计利用邻近的湖水和河道之间的落差发电获得开闭屋顶所需要的电力。

15、工程名称：　钓鱼台国宾馆网球馆

业　　主：　钓鱼台国宾馆

施工单位：　北京智维公司

工程地点：　北京钓鱼台国宾馆院内

工程简介：　该网球馆是国内首座全功能开启式网球馆该馆活动部分结构跨度42.28米，结构长度40米，结构高度14.3米。固定部分结构跨度41.13米，结构长度40米，结构高度12.8米。

经多方案分析比较，我们采用了"北京智维公司"的专利技术"弓式预应力钢结构"。其优势在于结构跨度大、重量轻；地面施工，空中成形，无需脚手架和大型吊装设备；结构无仍向推力，拱脚可水平滑移。利用该技术曾建造了许多重要的大跨度建筑项目，并已完成最大跨度达165m的试验拱，在某空军基地还建成了一座试验性质的开启式蓝天网球馆。在本方案中，弓式结构以其自身特点，在诸多方面显现了优势。

活动屋盖拱架开启宽度10m，启闭机构采用电控齿轮齿条驱动，其矢量控制、变频调速技术可保证两侧传动装置有较高的同步精度和实现无级调速。只要按动电钮，5分钟即可将室内灯光场地变为阳光明媚的室外场地。

内部空间暴露着钢架、系杆和拉弦，纵横交错的杆件布置、精致简洁的构造设计，富有韵律感和力动感。外部体量反映内部空间，屋盖覆天蓝色压型铝板，配合使用镜面玻璃、铝合金板等围护材料，造型轻盈简洁，既体现了功能和审美上的一致性、必然性，又符合体育建筑的性格特点。

同时集合了国内多家优秀的研究、设计、施工单位：中国航空规划设计院进行了结构计算，北京有色金属研究院研制了滑移及电控装置，冶金部研究总院负责工程试验，中国京冶公司负责施工，智维公司提供专利技术并进行结构构件制作。

16、工程名称：　北戴河网球馆

业　　主：　中行北戴河疗养院

工程地点：　北戴河

工程简介：　结构跨度40米，长度36米，高度13米。

17、200米高的生态塔是运动场设计中多项原则中的表现重点或精髓，其上的四大组风车可以产生足够的电能以供高塔以及 其附近地区的环境照明，是绿色奥运的具化体现。

18、膜结构体育馆

19、大分穹顶

　　该工程为一核心工程，位于大分市东南高地上。它可为一体育公园提供一连续的成年的体育活动和比赛活动。它除供世界杯足球赛用外，还可供2008年日本国家体育运动会。

　　该体育场主要结构为两个方向的钢拱而形成一个球体。从东到西每40m一个共7个拱，另一个拱是从北到南。最大跨度274m。拱上有一个固定屋顶和一对可动屋顶。屋顶都是由三角形10m网格组成，可动屋顶分东西两部分支在可滚动车上，利用绳索牵引系统，开合约用20分钟。

　　拱为倒三角形600mm直径管桁架，虽然所有节点都用焊接，固定屋顶和拱连接则用高强度螺栓。滑动机械、弹簧和阻尼器均置于滚动小车上。滑动机构和弹簧对减少可动屋顶的形变应力非常有效。阻尼器则对减少地震响应是有效的。

20、神户御琦（双翼）体育场

　　体育场约200m直径，最高53m。整个屋盖由两边看台上固定的环状顶蓬和四个开合屋顶组合而成。环状顶蓬包括有210m长的大拱架和与其垂直的数根桁架梁。大拱架还支承着开合屋盖，桁架梁一端支承在大拱架上，一端支承在边柱上。桁架梁的支承点用橡胶垫以达到铰支承。连接到大拱上的预应力基础梁抵消大拱重力荷载产生的推力。开合屋顶在大拱上移动，由90m拱桁架组成。每个支承开合屋顶的座板上装有油阻尼器及盘状弹簧，以减少强风和地震时的位移。

21、开合屋盖结构的开合和驱动方式

22、与固定式屋盖相比，开合屋盖结构在技术上有很多特殊的问题必须慎重对待，如在结构形态不断改变的情况下，设计荷载尤其是风荷载以及结构运动产生的冲击效应的评估与选择、屋盖行走部分及轨道设计、屋盖运行故障检测及排除措施、屋盖的监控与安全保障体系设置等都有待于研究和解决。

23、开合结构理论研究与应用：空间钢结构近三十年来有了很大发展。随着社会经济的发展，人类生活质量的提高，将不断对空间结构提出各种要求，如屋顶透明、能够折叠、能够开启、增大跨度、甚至要求覆盖50(500~1000m的巨大空间)。开合式结构是近年来受到注意的一种结构形式，其目的是为了创造更适合人们需要的环境，并可节约能源、降低整体结构造价。国内在该领域尚未见到研究成果。随着我国社会经济的发展，建造可开合的综合性体育场馆的要求日益强烈，如在10~20年内举办大型的国际综合性运动会，可开合式体育场馆必是优先选择的方案之一。

近期的重点工作：

● 开合结构的合理平面形式及开合方式的研究；

● 开合结构的静、动力工作状态模拟研究；

● 开合结构的稳定性研究；

● 开合结构的模型试验研究；

● 开合结构的抗震性能研究。

24、开合结构

开合结构（Retractable Structures）的出现与人类体育事业的发展密切相关，是当代人类物质文化生活水平发展到相当程度，人们对体育比赛场馆功能要求日益完美的结果。体育场空间本来是个开放的空间，古代的奥运会就是在有天然草皮的大地上，在阳光的照射与微风的吹拂中召开的。然而，热衷于体育运动的现代人却发展成了室内体育馆，通过装备一些设备，将室外体育设施室内化，把体育赛事作为一种观赏项目开展起来。这样做不仅能在比较恶劣的环境条件下保护观众和运动员，而且实现了能在预定的时间内，进行预定的体育比赛，这是体育现代化的必然要求。这种建造大型运动场馆的技术早已具备，而且无数的体育场馆已投入使用。但是这些带有屋顶的运动场并非剧场，人们还是憧憬着大自然的天空，大自然的阳光，大自然的和风，如果条件允许，敞开式运动场是受观众和运动员欢迎的，因此开合式屋盖结构应运而生。

　    据统计国际上从本世纪60年代至今已建成200余座开合结构，但绝大多数属于中小型建筑，主要用于游泳馆、网球场等体育建筑。从这些工程应用中人们已充分领略到这种结构的优越性：当雷雨风雪时将屋盖关闭，享受一种温馨与热烈；当天高气爽时将屋盖打开，感受自然之美。此外屋盖开启后室内外融为一体，尤其在夜晚，夜色与灯光融合，更有一种特殊感受。目前开合结构不仅用于体育场馆，而且广泛用于飞机库、商场、厂房及需要晾晒的仓储建筑。

　    与固定式屋盖相比开合屋盖在技术上有很多特殊的问题必须慎重对待，如在结构形状不断改变的条件下设计荷载尤其是风荷载以及结构运动产生的冲击效应的评估与选择，屋盖走行部及轨道设计，屋盖运行故障检测及排除措施，屋盖的监控与安全保障系统设置等。为了经济安全，移动结构构造应简单并尽量轻型化；屋盖开启或关闭过程一般控制在20-25分钟，为尽量减少冲击力，应控制开始或停止时间在l-2分钟；应装置地震传感器和风速仪，当超过特大风速和地震强度时，开关系统应能判别，以调整整个系统不会超载；屋盖应按装电视摄像及超声波传感系统，以便及时发现故障原因；控制装置设计应有富余，当装置的任何部分失灵时不至于整个系统失灵，为此应用一种双控制系统，既能自动也能手动；在开合功能失灵时，应能保障整个屋盖结构的安全。在已建成的开合结构中不乏打开合不上、合上开不了的例子，更有一些开合结构因开合功能故障最终不得不改为固定屋盖。这说明开合结构确实是一种技术性很强的结构形式，对设计和施工都有很高的要求。

　    开合结构的开合方式有以下几种类型：

　    1．水平移动

　    单纯通过屋盖水平移动形成开合。

　    2．重叠方式

　     又可细分为：

　    （1）水平重叠，通过数段屋盖水平重叠搭接形成开合；

　    （2）上下重叠，将屋盖上下分成数段，底段固定，上面几段可上下滑动形成开合；

　    （3）回转重叠，通过数块屋盖回转重叠形成开合；

　    （4）水平回转移动重叠，既有水平移动又有回转移动，最后重叠搭接形成开合。

　    3．折叠方式

　   又可细分为：

　    （1）水平折叠，构件水平方向折叠形成开合；

　    （2）回转折叠，构件水平回转折叠形成开合；

　    （3）上下折叠，一般采用膜屋面，类似于折叠伞，通过吊起或放下屋面形成开合。

　    4．混合方式

　    上述这些开合方式的组合。

　    对一个开合结构工程的评价是多方面的，应依据具体结构的功能及规模等进地，如屋盖开启状态下的开启、天空形状、屋盖形状、屋盖阴影、亮度对比，屋盖关闭后的屋盖形状、屋盖性能、屋盖的耐久性、屋盖的开合方式、屋盖走行部的运转，工程费用高低、施工难度、建筑面积及工程占地面积等都应是开合结构评价的主要内容。

　    由于开合结构造价较高、施工难度大、以及其围护管理要求很高，所以在大跨度建筑中这种结构用的很少。但目前仅有的几座大型开合结构都产生了广泛的影响，造成过轰动效应，有的已经成为其所在城市的标志。1961年建成的美国匹兹堡会堂是世界上第一座大型开合结构，平面设计成圆形，直径127m，建筑高度33m，采用回转式开合屋盖，屋盖分8块，开启率为75％，观众席朝向街区，随着屋盖的慢慢开启，街区的楼群轮廓可浮现在观众面前。加拿大蒙特利尔奥林匹克体育场1976年就完成了看台部分的施工，但因为经济问题开合屋盖结构直到1987年才竣工，屋盖采用上下折叠开合方式，开口部位长径180m，短径120m，面积18，000m2，呈椭圆形。19年建成的加拿大多伦多天空穹顶（Sky Dome），如图 3所示，一度是世界上跨度最大的开合结构，屋顶直径205m，覆盖面积32374m2，为平行移动和回转重叠式的空间开合钢网壳结构。整个屋盖由四块单独钢网壳组成，其中三块可以移动，中间部分为两块筒状网壳，可水平移动，两端为两块四分之一球壳，其中一块固定，一块可旋转移动 1800。屋盖开启后91％的座位可露在外面，赛场面积开启率可达100％，开闭时间约20分钟。天空穹顶与著名的多伦多CN塔相临，屋盖开启后呈现在观众面前的是安大略湖和以高553m的CN塔为背景的空间多彩景色。当今世界规模及跨度最大的开合结构是跨度（直径）222m的日本福冈体育馆，见图4。该馆于1993年3月建成，建筑面积 72740 m2，是 1995年在福冈举行的世界大学生运动会的主会场。屋盖由三片网壳组成，最下一片固定，中间及上面两片可沿着圆的导轨移动，因此开合方式为回转重叠式，全部开启后可呈1250的扇形开口。各片网壳均为自支承，为避免在开合过程中振幅特别大的顶部引起装饰材料互相碰撞，在屋顶中心设置液压阻尼器减震。屋盖移动的轨道上装有地震仪，当地震仪接收到超过50gal（0.5m/s2）的加速度时，能自动停止移动。值得一提的仅用了两年多的时间，由此可看出施工队伍的综合施工水平是非常高的。

25、折叠结构

折叠结构（Deployable Structures）是一种用时展开、不用时可折叠收起的结构。从这个意义上说，有着悠久历史广为人们所熟悉的雨伞或遮阳伞就是一种折叠结构，这表明折叠结构的思想古已有之，但折叠结构用于建筑领域、并形成相应的设计计算理论是近几十年的事。1961年西班牙建筑师皮奈偌（P．Pinero）展出了他的作品，一个可折叠移动的小剧院，人们从中发现了这种结构的诸多优点。折叠结构一般可重复使用，且折叠后体积小，便于运输及储存，与永久性建筑物相比不仅在施工上省时省力，而且可避免不必要的资金再投入而造成的浪费。随着人们对“折叠”概念的逐渐理解，折叠结构在计算理论上及结构形式上都得以很大发展，目前这种结构已走出实验室，得到了广泛的工程应用。在生活领域，可用于施工棚、集市大棚、临时货仓等临时性结构；在军事上可用于战地指挥、战场救护、装配抢修及野外帐篷等，对提高的后勤保障能力、增加战斗力有重要意义；在航空航天领域，折叠结构有着不可替代的地位，已用作太阳帆、可展式无线等。   

　　当然，事先要对哪些比赛项目可以合用、可以组成同一场馆作缜密的研究。

　　场馆多功能化是通过以下主要措施实现的：

　　可移动屋顶

　　可移动座席

　　可移动场地

　　可移动隔断

27、小汤山农业科技园热带雨林馆工程

工程位于北京市小汤山，跨度63.5米，长度120米，高度22米。该工程为开启式场馆。

28、乌鲁木齐石化总厂游泳馆工程

工程名称：　石化总厂游泳馆扩建工程

业　　主：　石化总厂

施工单位：　北京智维公司

工程简介：　该工程只有弓式结构的特殊施工方式能够满足，因施工现场狭小，工程采用分段滑移式安装。该游泳馆结构跨度80米，结构长度81.2米，结构高度20.6米

29、云南省世博园孔雀艺术广场

正值上海交大105周年校庆期间，又迎来了云南国际旅游节的开幕，由上海交大建筑设计研究院设计并承担技术总承包的云南省世博园艺术广场改造工程，在交大建筑设计研究院、交大建工学院和机械学院从设计到制造、从调试到完成，四个多月的携手攻关下，4月10日正式竣工并成为云南国际旅游节开幕式的主会场而投入了使用。上海交大王宗光率领代表团一行应云南省特邀前往参加国际旅游节开幕式。

这座艺术广场俯视时，外观像一只正在开屏的孔雀，平视犹如玉龙雪山，观众席（面积：3000平方米）上的雨蓬可开启不同角度，为观众遮阳避雨，开启时犹如孔雀开屏；舞台（面积：900平方米）上的雨蓬可作水平方向的移动，宛如两只小孔雀袅袅而来，可为舞台上的演员挡风遮雨，这座动态建筑不仅有独特的功能，而且有其强烈的艺术感染力。云南是孔雀的故乡，整个艺术广场的造型和意境又都离不开孔雀，故艺术广场又被称为孔雀艺术广场。整个广场的空间结构可根据不同功能的需要，呈现艺术性地开、合变形，实现晴雨两用的功能，从而结束了露天演出广场受天气影响的历史。

更为叫绝的是，艺术广场的设计在尊重自然、保护自然、体现自然的同时，也创造了新的艺术景观。广场四周的山景、花卉、激光、喷泉成为演出舞台的天然背景，而整个建筑随着舞、乐渐起，会改变形态，时而变成大孔雀舒展羽毛缓缓开屏，时而变成小孔雀活泼可爱翩翩起舞，时而犹如花瓣盛开，时而又像风帆慢慢扬起，使建筑本身也参与了表演，成为立体流动的布景。这一动态建筑改变了传统剧场在演出时人与自然隔绝的状况，使观众、演出、建筑、和大自然融为一体，为云南世博园增添了一道亮丽的风景，也赢得了国内外游客的极大兴趣和一片赞誉。特别是受到云南省和有关方面的一致好评，同时也为上海交大105周年校庆增添了喜气，这个项目的成功充分体现了交大用科技支持西南部地区发展所做出的又一实质性的贡献。

自去年12月1日开工以来，经过现场土建、钢结构、膜结构和液压传动装置的安装、调试，一切运行正常，4月10，这座动态建筑又成功地展示在世人面前。在实施工程前云南省李嘉廷一再强调要在时间短、任务重、要求高的情况下，把该工程建成“中国一绝”。正是围绕这一目标，上海交大科研及工程人员，与云南昆明世博园及有关建设单位的技术人员一起，在国内尚无先例、在国际上也刚刚开始崭露头角的动态建筑上，攻克了一道又一道技术难关，改变了传统建筑单一固定的空间形态，使建筑可以根据使用功能和要求的变化，而提供变化的空间，且其变化的空间是通过主题结构构件的运动来实现的。据承担这个项目的总设计师、交大建筑设计研究院院长刘朔坦教授介绍，这一新兴的建筑类型将广泛应用于体育、观演、博览和科教场馆等建筑，具有巨大的市场潜力。鉴于强大的多学科的科技综合实力和实际经验，上海交大已在动态建筑领域占据领先地位。云南世博园孔雀艺术广场项目的完成，充分体现了上海交大科研人员发挥学校的综合实力，结合不同学科的优势和特点，加上参与建设的科研人员的敬业精神，实现了建筑、结构、机电控制等学科的有机结合，按时、按质地完成了目前我国第一个大型动态建筑的设计、建设任务，迈出了上海交大在现代建筑概念的高起点上重振交大建筑学科雄风的成功一步。

相关报道，见“中国一绝”——我校承担云南省世博园孔雀艺术广场动态建筑基本完工

30、六本木HILLS KEYAKIZAKA COMPLEX

位于六本木HILLS的中心位置、采用了开闭式屋顶结构的面积约2000平米的屋外聚会空间。由40m的悬挑梁支撑着整个屋顶。开闭部分由膜结构构成、采用折叠的形式创世界首次使用之最。开闭机构采用无终端的驱动钢缆由转杨机往返牵引将骨架间距8.5m的膜面折叠展开而实现开闭的方式。开闭所需要的时间约为1分15秒。通过对实际大小相同的实验体进行性能测定之后才正式安装施工。

31、由于模材料轻质高强的特性，一般大规模开合屋顶的结构都是钢结构和索结构，上铺膜材料或轻型板材。

32、行走机构：

1）单轨单轮行走机构：是吊车、起重机上常用的行走机构。由于开合屋盖结构垂直轨道方向的水平力较大，以及垂直向上浮力的存在，采用单轨单轮行走机构的移动屋盖很少。但对小跨度无上浮合力的开合屋盖可以考虑采用。

2）单轨多轮行走机构：是在单一轨道上的多个轨面上布置有行走轮、导向轮和抗浮轮。行走机构为驱动轮，其它功能的车轮为从动轮。为了确保在不同固定停靠位置的安全，在行走机构上设置了油压驱动的锁定销钉。适用范围：行走轨道平面内荷载较大，而与其垂直的导向轮方向的横向荷载较小的情况，行走机构紧凑，尺寸较小。一般讲，异形轨道比普通单轨单轮轨道能承担较大的横向力和浮力。

3）双轨双轮行走机构：为台车在两个垂直方向上各布置一个轮轨装置，主要受力方向的轮为行走车轮，另一个方向的为导向车轮。在轮驱动方式下，行走车轮为驱动轮，其它功能的车轮为从动轮。采用一个竖向轮轨和一个水平轮轨的双轨双轮布置方案，用于约束和传递竖向压力和水平推力，由于空间尺寸和建筑外形的，屋盖的抗浮可以不采用普通的轮轨方案，而是采用一种特殊的装置，另外此装置也可防止在开合过程中发生地震时移动屋盖脱轨。从以前实例可以看出，台车或行走机构受有3个方向的作用合力，但只有2个方向的荷载较大，受力较小方向是出现概率较小，持续时间极短的风荷载上浮合力方向或防止地震脱轨的约束方向。从约束看，需要从3个方向对台车加以约束。此时可以考虑采用双轮双轨行走机构，轨轮布置在2个主要的受力方向上，受力较小方向的安全防范抗浮装置采用非轮轴装置解决。

4）多轨多轮行走机构：是在每个需要约束方向的平面内均要布设一个或两个普通轮轨行走装置。这些车轮的功能分别为：行走车轮、导向车轮和抗浮车轮。主要行走方向布置的车轮为行走车轮，与行走车轮在同一平面内相反方向的轮为抗浮车轮，在垂直行走车轮平面内的车轮为导向车轮。有时导向车轮也具有行走车轮的部分功能。在轮驱动方式下，行走车轮为驱动轮，其它功能的车轮均为从动轮。规模、跨度都很大的屋盖施加于行走机构上的外力也很大，行走机构在不利荷载工况组合下，出现4个不同方向的合力。其驱动行走机构的共同特点为：（1）采用了多轨多轮行走机构；（2）屋盖通过台车传递到下部强度、刚度都很大的带斜撑的钢筋混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构上，固定轨道的轨道槽均为钢筋混凝土结构，这就保证了轨道槽的强度刚度，以及轨道连接的可靠性；（3）台车的行走车都在屋盖部切线平面内，导向轮平面与之垂直；（4）均为轮驱动方式。

5）自锁装置：在台风作用下屋盖产生移动发生事故的可能性很大，单靠行走机构的刹车装置往往不十分可靠，为防止地震入台风作用下屋盖产生移动，在行走机构上均要设置锁定行走机构的销栓装置，销栓由行走台车伸出插入到设置在行走轨道的支承结构的插座上，插座在运行轨道的两端和中间区域的几个位置布设，以便在局部开启状态下，以及发生地震、暴风、故障等紧急状态下锁定移动屋盖。自锁销子及插座之间的停止位置要有一定的误差，以便吸收因温度变化而使屋盖结构出现的伸缩空隙。可以在销子的端部设置液压减震器，这样就可发毫无阻力地追踪因温度变化而产生的微小位移，从而可以约束因地震等引起的剧烈振动所产生的位移和滑动。

6）行走机构与上部结构的连接：为了使上部结构适应行走机构在运行时的变位、变形、偏轨等，避免行走机构移动时在上部结构中产生过大的附加内力，特别是当运行轨迹为曲线时，行走机构与上部结构的连接应优先采用铰轴连接。当移动轨迹为直线时，可以将行走机构与上部结构做成刚接，上部结构与行走机构一起工作，防止行走机构的转动。

7）各类行走机构的适用范围：单轨单轮行走机构直接应用于在开合结构中还很少；单轨多轮行走机构外形尺度小、结构紧凑，可以实现屋盖沿着规定的方向移动和对非行走方向约束传力的目标，适用于跨度、规模、荷载均较小的开合屋盖结构中，对轨道的支承结构要求较低；双轮双轨方案适用于移动屋盖根部或行走机构只承受单方向竖向力和单方向水平合力的情况下，且移动屋盖的尺度为中小规模的开合屋盖结构上；多轨多轮行走机构是在每个需要约束方向的平面内布设一个或两个普通轮轨行走机构，以满足各约束方向合力都很大的情况，适用于大跨度、大规模的移动屋盖体系，常需在垂直行走方向的4个方向的轨道槽内布设轮轨，加之，机械检修空间需要，所以，轨道槽及其支承结构的刚度、强度、尺度都要很大。

33、钢结构减震：调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、液压阻尼系统、油阻尼器、粘弹性阻尼器、滞变型阻尼器、主动调频质量阻尼器。

34、开合屋盖建筑特点：均采用了拱架、拱形网壳、部分球壳或平板网架等刚性结构作为移动屋盖单元的受力结构，其屋面材料为膜材料、金属板及其它轻质材料。

几种方法的比较

1、钢丝绳牵引：

●结构相对简单，设计、制作和安装比较容易。

●如果将定位系统的主动机构设置在轨道结构上，可不设置电缆托链，可简化设计。

●在支承部分上安装辊轮，运动部分作导轨的情况下，支承部分可以不连续。

●钢丝绳为柔性传动，定位比较困难，系统停止时存在惯性，系统需设置刹车部分，对玻璃屋面会产生不利影响。

●采用多个卷扬系统，在缠绕过程中同步控制较难。因为存在钢丝绳在拉伸时的伸长、缠绕时的缠绕顺序及排列方式等。

●卷扬系统需占有一定的固定空间，在本工程中可能会有影响。

●用在钢丝绳需转弯的地方时，需导向轮控制，导向轮数量较多，易出现故障。

2、齿轮齿条：

●结构较复杂，制作及施工时难度较大。

●需设置电缆托链。

●利用变频调速，可以实现定位比较准确，可不设置刹车系统，运行比较稳定。

●多个变频调速电机控制，故障率比较低。当其中一个或两个出现故障时，不影响屋盖的开启。

●在支承部分上安装辊轮，运动部分作导轨的情况下，支承部分可以不连续。

3、轮驱动：

●与齿轮齿条传动类似。

●车轮必须在移动系统上，导轨不可断开。

传动方案

1、齿轮齿条传动：（钓鱼台国宾馆网球馆已应用、荷兰阿姆斯特丹足球场）

启闭机构采用电控齿轮齿条驱动，其矢量控制、变频调速技术可保证两侧传动装置有较高的同步精度和实现无级调速。

2、钢丝绳传动：利用电梯升降原理，应用于水平移动中。(类似六本木HILLS KEYAKIZAKA COMPLEX)

3、绞车系统：利用绳索牵引系统，双向绳索牵引，类似于双搅龙共用。（日本大分穹顶利用绳索牵引系统）

4、滚轮系统：类似于汽车驱动原理。（昆明世博园孔雀艺术广场、加拿大多伦多天空穹顶）

5、下面全部以主动辊驱动，钢结构可做成辊道形式（类似于输送带，将移动部分认为是被输送的物体）。这样可以不考虑在“L”型屋面上的导轨阶差问题（类似国家主体育场方案中提到的可伸缩导轨方式）。同时此种形式可将主动辊变成从动辊，用于其它形式传动的导轨使用。

6、采用风琴式机械开合方式，用较大的力传动，同时减小其驱动装置的行程（类似于消防梯的原理或选用类似于厂门口电动门加膜结构）。（国家主体育场方案中提到）

7、电磁驱动：磁悬浮（国家主体育场方案中提到）。有的资料介绍，磁悬浮噪音更大，但其能耗低。

8、采用可折叠旋转的方式，将开启部分分成左右两部分，每部分可折叠，在靠近墙体部分旋转时（类似国家主体育场方案中提到的四合院方式）。

9、天车机械技术：（美国匹丝堡市民体育场）

工作重点

1、开合结构的合理平面形式及开合方式的研究；

2、开合结构的静、动力工作状态模拟研究；

3、开合结构的稳定性研究；运行过程中左右及上下的稳定性、停止时的稳定性。

4、 开合结构的模型试验研究；

5、 开合结构的抗震性能研究。

6、结构形状不断改变的条件下设计荷载尤其是风荷载以及结构运动产生的冲击效应的评估与选择

7、屋盖行走部及轨道设计

8、屋盖运行故障检测及排除措施

9、屋盖的监控与安全保障系统设置

10、开启或关闭时间一般控制在10~30分钟，为尽量减小冲击力，应控制开始或停止时间在1~2分钟。

11、当装置的任何部位失灵时不至于整个系统失灵，应用一种双控制系统，即能自动也能手动；在开合功能失灵时，应能保障整个屋盖结构的安全。

12、下载本文