论文部分内容阅读
摘 要：由于新技術的影响，建筑设计领域的变化日新月异。新技术影响着建筑设计的各个方面，尤其是屋顶设计。新一代“活动”或“可开启”屋顶在世界多数现代建筑物得到发展，它们使这些建筑物更灵活，功能更多。
关键词：可开启；执行机构；行走轨道；移动扇
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0242-02
引 言
可开启屋面结构是指这类结构体系，它的部分或整个屋面结构可以在短时间内移动或伸缩从而使建筑物可以在屋盖敞开与关闭的两种状态下使用。
在可开启屋面结构中，可以在需要的情况下将屋盖打开，从而使建筑物内的环境与户外相同，于是建筑物内的人便可以享受到自然的天空，自然的光线和自然的气流，设备同时可以达到散热通风的效果。同样也可以在需要的时候将屋盖关闭，使内部的人或设备免受风、雪、沙尘暴、寒流与热浪侵袭
1 可开启屋面的分类
可开启屋面体系可以大致分类：
（1）支撑结构和屋面相对固定，将屋盖结构分成若于块，其中部分或全部可以沿轨道平动、绕轴旋转。屋面部分采用刚性桁架结构，屋面铺设在桁架上。
（2）支撑结构沿轨道运动，屋面覆盖材料采用膜材。充分利用膜材的可折叠性，通过膜材的折叠与展开达到屋盖的开启和关闭。
2 可开启屋面发展
1950年前的开合结构以小型结构为主，主要用在非建筑领域。1950～1988年发展以膜褶皱型式的开合结构为主。80年代未90年代初为来的开合屋顶结构思想，均来源于1961年美国建成的用现代牵引技术驱动的刚性开合结构的匹兹堡市民体育场，其跨度为127m，由可开合的八瓣不锈钢盖组成，至今仍具有开拓性意义。之后，世界上建造了上百个带有刚性开合单元的开合屋顶建筑。欧洲各国建造的开合式屋顶特点是，均采用了拱架、拱形网壳、部分球壳或平板网架等刚性钢结构作为移动屋盖单元的受力结构，由于膜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。屋顶采用张拉索穹项作为支撑结构，开合屋顶采用半刚性膜屋面，屋顶系统分成若干个单元片，通过单元片的移动、转动，使之各片之间搭结、叠放来实现屋顶的开合。1989年加拿大多伦多建成了直径208m的天空穹项多功能体育场（图1）。在世界上产生了很大的轰动效应，掀起了世界上建筑现代大跨度开合屋顶的新浪潮。该场馆至今仍作为多伦多申办奥运会的主场馆。1993年日本建成了直径为218m的福冈棒球场，该馆的建成再一次引起了世界的广乏注意。至此，大跨度开合屋面技术得到了进一步的发展和完善，世界上对建造大型开合屋顶的疑虑逐渐消失，并对其前景和建造的必要性逐渐看好。这些大规模的开合结构的实现和规划产生了非常好的经齐社会效果，其市场越来越好，引起了国际体育界的广泛关注，许多建筑已成为所在地的标志性建筑。开合屋顶建筑已成为建筑的一个重要发展趋势，正在开拓新的应用领域，称为“第三代建筑”或“现代动态建筑”。
在中国，杭州奥体网球中心决赛馆屋顶也采用可开启屋面。网球中心决赛馆属特级体育建筑，建筑面积达2.74万m2，计划总投资3.2亿元，地下一层、地上三层，建筑总高约38m。它的主体是由24片“花瓣”组成，都是空间管桁架钢结构，看上去都是相对独立的，其实是一个整体。24片“花瓣”延伸到顶部成为固定屋面，还有一个可开启屋盖，由8片独立的钢结构单元“花瓣”组成，每片花瓣重达160t。
3 可开启屋面轻烃厂运用
3.1 现场运用
本次可开启屋面位于库尔勒轮南镇塔里木油田凝析气轻烃深度回收工程轻烃回收厂冷冻站新增的设备用房，甲方投资625万。蜀渝新疆分公司承建建筑、结构。
为保证制冷机组设备散热通风的正常运行，防止因温度过高，造成设备跳机影响生产，同时最大限度的减小因新疆地区沙尘等恶劣环境影响，保证密封性，延长制冷设备机组使用寿命，中石油设计工程公司西南分公司首次提出了采用可开启式屋面保证机组运行。
经反复讨论，最终确定可开启屋面材料及重量、开启方式，与设计方进行对接，确定荷载值：
屋面恒荷载标准值：0.30kN/m2；
可开启屋面荷载：0.85kN/m2；
屋面活荷载标准值：0.8kN/m2。
屋面板、檩条、雨蓬的施工或检修荷载为1.0kN。最终，设计、甲方、监理同意我们上报的可开启屋面施工方案。
3.2 屋面划分
新增设备用房屋面分为两大部分，固定屋顶部分和移动扇部分，利用屋顶钢结构主框架作为受力构件，在受力构件安装支撑构件及梁，在支撑梁上安装3条移动扇行走工字轨道，在移动扇的两端和中间底面安装移动扇连接件（滚轮），两端内侧面焊接安装齿条，每个移动扇两端内侧面配2台电机，采用380V、50Hz电压和Hz控制器同步控制两台电机配大速比专用减速机驱动齿轮齿条运动。采用遥控器和控制箱上的触控面板控制电机的启停从而控制屋面移动扇的开启和关闭，密封方式采用铝合金板密封。
3.3 可开启屋面施工
3.3.1 行走系统
轨道支撑梁采用100×100×8的方管，将方管焊接至钢结构横梁上，焊接过程必须保证轨道梁的水平，然后在将轨道焊接至轨道支撑梁上。
3.3.2 移动扇
（1）移动扇主龙骨采用300mm×200mm×5mm的方管，纵向檩条采用100mm×100mm×3mm，横向檩条采用150mm×150mm×4mm，在地面上完成4 扇移动扇框架焊接拼装（如图2）。
（2）在焊接拼装完成后的移动扇框架横向龙骨（即两端和中间）完成移动扇连接件（滚轮）安装，每个移动扇安装连接件（滚轮）6个，在移动扇横向龙骨两端完成齿条的焊接安装，即移动扇两端每端装有2个连接件（滚轮）和1条齿条，中间装有2个连接件（滚轮）。 3.3.3 移動扇安装
采用的吊车将焊接好的移动式调至行走轨道。
3.3.4 执行机构安装
进行电机底座、电机及大速比专用减速机安装，移动扇与电机之间采用齿条传动，安装电机及配套大速比专用减速机，控制移动扇左右行走来控制屋面的开启。屋面板固定部分和移动扇部分安装的同时，进行动力电缆和控制电缆敷设、控制箱安装，采用380V，50Hz电压、Hz控制器同步驱动两台电机（每个移动扇2台电机驱动）工作，移动扇与电机之间通过齿轮齿条传动。利用遥控器和触控面板作为操作终端来控制移动扇左右移动，触控面板安装在控制箱上，每一个移动扇一个遥控器和一个触控面板。
3.3.5 屋面运行
变频器调节电机转速，使电机的额定转速变小，通过大速比专用减速机带动圆柱齿轮，圆柱齿轮带动移动扇齿条，使固定在移动扇滑轮滑动，进行屋面开启或者关闭。
移动扇的移动线速度为2.82m/min，屋面需开启长度为2.4m，则屋面开启或者关闭时间为51s。
4 展 望
通过该施工方法的应用，可开启屋面顺利施工，新增设备用房圆满的完工，屋面的开启和关闭运行灵活、可靠，取得了一定的实际经济效益，新增设备用房实际成本200万元，考虑可开启屋面的特殊性，我们从业主方结回295万元，创造了95万的经济效益。
本次可开启屋面设备用房为塔里木油田市场首个可开启屋面的建筑，受到业主高度赞扬，在塔里木油田赢了声誉，同时为以后类似可开启屋面施工提供了技术支持，积累了经验。
参考文献
[1]范 重，刘先明，范学伟，等.国家体育场钢结构设计中的优化技术[J].建筑科学与工程学报，2006，23（2）：20～29.
[2]童丽萍，曹延波，司瑞娟.敞篷式体育场膜结构找形分析[J].建筑科学与工程学报，2008，25（1）：111～115.
[3]郭彦林，郭字飞，刘学武.大跨度钢结构屋盖落架分析方法[J].建筑科学与工程学报，2007，24（1）：52～58.
[4]王成刚，关朝江.开合屋盖结构的发展与设计特点[J].工程与建设，2007，21（4）：555～557.
收稿日期：2018-7-23
关键词：可开启；执行机构；行走轨道；移动扇
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）24-0242-02
引 言
可开启屋面结构是指这类结构体系，它的部分或整个屋面结构可以在短时间内移动或伸缩从而使建筑物可以在屋盖敞开与关闭的两种状态下使用。
在可开启屋面结构中，可以在需要的情况下将屋盖打开，从而使建筑物内的环境与户外相同，于是建筑物内的人便可以享受到自然的天空，自然的光线和自然的气流，设备同时可以达到散热通风的效果。同样也可以在需要的时候将屋盖关闭，使内部的人或设备免受风、雪、沙尘暴、寒流与热浪侵袭
1 可开启屋面的分类
可开启屋面体系可以大致分类：
（1）支撑结构和屋面相对固定，将屋盖结构分成若于块，其中部分或全部可以沿轨道平动、绕轴旋转。屋面部分采用刚性桁架结构，屋面铺设在桁架上。
（2）支撑结构沿轨道运动，屋面覆盖材料采用膜材。充分利用膜材的可折叠性，通过膜材的折叠与展开达到屋盖的开启和关闭。
2 可开启屋面发展
1950年前的开合结构以小型结构为主，主要用在非建筑领域。1950～1988年发展以膜褶皱型式的开合结构为主。80年代未90年代初为来的开合屋顶结构思想，均来源于1961年美国建成的用现代牵引技术驱动的刚性开合结构的匹兹堡市民体育场，其跨度为127m，由可开合的八瓣不锈钢盖组成，至今仍具有开拓性意义。之后，世界上建造了上百个带有刚性开合单元的开合屋顶建筑。欧洲各国建造的开合式屋顶特点是，均采用了拱架、拱形网壳、部分球壳或平板网架等刚性钢结构作为移动屋盖单元的受力结构，由于膜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。屋顶采用张拉索穹项作为支撑结构，开合屋顶采用半刚性膜屋面，屋顶系统分成若干个单元片，通过单元片的移动、转动，使之各片之间搭结、叠放来实现屋顶的开合。1989年加拿大多伦多建成了直径208m的天空穹项多功能体育场（图1）。在世界上产生了很大的轰动效应，掀起了世界上建筑现代大跨度开合屋顶的新浪潮。该场馆至今仍作为多伦多申办奥运会的主场馆。1993年日本建成了直径为218m的福冈棒球场，该馆的建成再一次引起了世界的广乏注意。至此，大跨度开合屋面技术得到了进一步的发展和完善，世界上对建造大型开合屋顶的疑虑逐渐消失，并对其前景和建造的必要性逐渐看好。这些大规模的开合结构的实现和规划产生了非常好的经齐社会效果，其市场越来越好，引起了国际体育界的广泛关注，许多建筑已成为所在地的标志性建筑。开合屋顶建筑已成为建筑的一个重要发展趋势，正在开拓新的应用领域，称为“第三代建筑”或“现代动态建筑”。
在中国，杭州奥体网球中心决赛馆屋顶也采用可开启屋面。网球中心决赛馆属特级体育建筑，建筑面积达2.74万m2，计划总投资3.2亿元，地下一层、地上三层，建筑总高约38m。它的主体是由24片“花瓣”组成，都是空间管桁架钢结构，看上去都是相对独立的，其实是一个整体。24片“花瓣”延伸到顶部成为固定屋面，还有一个可开启屋盖，由8片独立的钢结构单元“花瓣”组成，每片花瓣重达160t。
3 可开启屋面轻烃厂运用
3.1 现场运用
本次可开启屋面位于库尔勒轮南镇塔里木油田凝析气轻烃深度回收工程轻烃回收厂冷冻站新增的设备用房，甲方投资625万。蜀渝新疆分公司承建建筑、结构。
为保证制冷机组设备散热通风的正常运行，防止因温度过高，造成设备跳机影响生产，同时最大限度的减小因新疆地区沙尘等恶劣环境影响，保证密封性，延长制冷设备机组使用寿命，中石油设计工程公司西南分公司首次提出了采用可开启式屋面保证机组运行。
经反复讨论，最终确定可开启屋面材料及重量、开启方式，与设计方进行对接，确定荷载值：
屋面恒荷载标准值：0.30kN/m2；
可开启屋面荷载：0.85kN/m2；
屋面活荷载标准值：0.8kN/m2。
屋面板、檩条、雨蓬的施工或检修荷载为1.0kN。最终，设计、甲方、监理同意我们上报的可开启屋面施工方案。
3.2 屋面划分
新增设备用房屋面分为两大部分，固定屋顶部分和移动扇部分，利用屋顶钢结构主框架作为受力构件，在受力构件安装支撑构件及梁，在支撑梁上安装3条移动扇行走工字轨道，在移动扇的两端和中间底面安装移动扇连接件（滚轮），两端内侧面焊接安装齿条，每个移动扇两端内侧面配2台电机，采用380V、50Hz电压和Hz控制器同步控制两台电机配大速比专用减速机驱动齿轮齿条运动。采用遥控器和控制箱上的触控面板控制电机的启停从而控制屋面移动扇的开启和关闭，密封方式采用铝合金板密封。
3.3 可开启屋面施工
3.3.1 行走系统
轨道支撑梁采用100×100×8的方管，将方管焊接至钢结构横梁上，焊接过程必须保证轨道梁的水平，然后在将轨道焊接至轨道支撑梁上。
3.3.2 移动扇
（1）移动扇主龙骨采用300mm×200mm×5mm的方管，纵向檩条采用100mm×100mm×3mm，横向檩条采用150mm×150mm×4mm，在地面上完成4 扇移动扇框架焊接拼装（如图2）。
（2）在焊接拼装完成后的移动扇框架横向龙骨（即两端和中间）完成移动扇连接件（滚轮）安装，每个移动扇安装连接件（滚轮）6个，在移动扇横向龙骨两端完成齿条的焊接安装，即移动扇两端每端装有2个连接件（滚轮）和1条齿条，中间装有2个连接件（滚轮）。 3.3.3 移動扇安装
采用的吊车将焊接好的移动式调至行走轨道。
3.3.4 执行机构安装
进行电机底座、电机及大速比专用减速机安装，移动扇与电机之间采用齿条传动，安装电机及配套大速比专用减速机，控制移动扇左右行走来控制屋面的开启。屋面板固定部分和移动扇部分安装的同时，进行动力电缆和控制电缆敷设、控制箱安装，采用380V，50Hz电压、Hz控制器同步驱动两台电机（每个移动扇2台电机驱动）工作，移动扇与电机之间通过齿轮齿条传动。利用遥控器和触控面板作为操作终端来控制移动扇左右移动，触控面板安装在控制箱上，每一个移动扇一个遥控器和一个触控面板。
3.3.5 屋面运行
变频器调节电机转速，使电机的额定转速变小，通过大速比专用减速机带动圆柱齿轮，圆柱齿轮带动移动扇齿条，使固定在移动扇滑轮滑动，进行屋面开启或者关闭。
移动扇的移动线速度为2.82m/min，屋面需开启长度为2.4m，则屋面开启或者关闭时间为51s。
4 展 望
通过该施工方法的应用，可开启屋面顺利施工，新增设备用房圆满的完工，屋面的开启和关闭运行灵活、可靠，取得了一定的实际经济效益，新增设备用房实际成本200万元，考虑可开启屋面的特殊性，我们从业主方结回295万元，创造了95万的经济效益。
本次可开启屋面设备用房为塔里木油田市场首个可开启屋面的建筑，受到业主高度赞扬，在塔里木油田赢了声誉，同时为以后类似可开启屋面施工提供了技术支持，积累了经验。
参考文献
[1]范 重，刘先明，范学伟，等.国家体育场钢结构设计中的优化技术[J].建筑科学与工程学报，2006，23（2）：20～29.
[2]童丽萍，曹延波，司瑞娟.敞篷式体育场膜结构找形分析[J].建筑科学与工程学报，2008，25（1）：111～115.
[3]郭彦林，郭字飞，刘学武.大跨度钢结构屋盖落架分析方法[J].建筑科学与工程学报，2007，24（1）：52～58.
[4]王成刚，关朝江.开合屋盖结构的发展与设计特点[J].工程与建设，2007，21（4）：555～557.
收稿日期：2018-7-23