屋面结构设计资料Word格式文档下载.docx
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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、体育场在大屋面的中央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）。
中央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
中行北戴河疗养院
北戴河
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
水平移动方式
通过平行移动/迭盖屋盖单元的形式打开屋盖。
屋盖分为固定不动的结构单元和可以移动的结构单元。
水平旋转移动方式
屋盖单元绕某一竖轴旋转移动/迭盖的型式打开屋盖。
空间移动方式
通过沿空间轨迹（道）移动/迭盖屋盖开合单元，达到打开屋面的开合方式。
绕枢轴转动方式
屋盖单元绕某一水平轴转动，以该形式打开屋面。
折叠移动方式
利用各种型式的折叠或褶皱使屋面折皱或卷绕开合屋盖。
它包括水平折迭方式、旋转方式、竖向折迭方式。
屋盖分为固定不动的结构单元和可移动的结构单元。
组合移动方式
以上各种方式的组合。
即：
①屋盖中的单片开合单元存在两种或两种以上的移动方式。
或，②尽管各开启屋盖单元的运动方式单一，但各开启单元的移动方式不同，存在两种或两种以上的移动方式。
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（RetractableStructures）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
（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。
1989年建成的加拿大多伦多天空穹顶（SkyDome），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72740m2，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（DeployableStructures）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，对提高部队的后勤保障能力、增加部队战斗力有重要意义；
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。
图4日本福冈体育馆开合结构
依据不同的标准折叠结构有着不同的类型划分：
按照折叠结构组成单元的类型可分为杆系单元、板系单元，而杆系单元又可再分为剪式单元及伸缩式单元；
根据结构展开成型后的稳定平衡方式可分为结构几何自锁式、结构构件自锁及结构外加锁式；
根据结构组成是否采用索单元可分为刚性结构及柔性结构；
根据结构展开过程的驱动方式可分为液压（气压）传动方式、电动方式、节点预压弹簧驱动方式等。
结构几何自锁式又称自稳定折叠结构，是工程界普遍重视的一种结构。
其自锁原理主要是由结构的几何条件及材料的力学特性决定。
在这种结构中，一些剪式单元（简称剪铰）以一定方式相连而组成锁铰。
锁铰中每根杆件只有在折叠状态与完全展开时，才与结构的几何状态相适应，杆件应力为零，而在展开过程中杆件弯曲变形，储存外荷能量，最后反方向释放这些能量。
自稳定折叠结构展开方便、迅速，但其杆件抗弯刚度比较小，因而承受外荷载能力低，只适合小跨度情况。
结构构件自锁式的自锁机理主要是靠铰接处的销钉在结构展开时自动滑入杆件端部预留的槽孔处而锁定结构。
结构外加锁式亦称附加稳定结构，在结构展开过程中，杆件内无应力，整个结构是一个机构体系，在展开到预定跨度时，在结构的端部附加杆件或其它约束而消除机构形成结构。
这种结构的杆件刚度比较大，可满足较大跨度的要求。
没有索单元的折叠结构称为刚性结构，而柔性折叠结构的受拉单元为索单元。
柔性结构在收纳状态时，索呈松弛状态，刚性杆件可形成捆状便于运输储存。
在展开时可拉紧驱动索使结构展开，亦可增加压杆长度来张拉索，在完全展开时可形成张拉整体体系。
这种结构自重轻、展开成型后刚度较大，可用于跨度较大的结构。
折叠结构根据其在展开过程中所表现的运动特性可分为两大类：
一类是各部分运动为刚体运动，称其为多刚体体系，它的运动描述及内力分析比较容易解决；
另一类则是部件在空间中经历着大的刚性运动的同时，还存在自身的变形运动，表现出刚性运动与变形运动互相影响，强烈耦合的特征。
自稳定杆系结构就属于后一种类型，其中锁铰的设计是整个自稳定折叠结构设计的基础，直接影响结构的合理性及使用方便性。
理想的自锁条件是在叠展的过程中，组成锁铰的杆件内产生内力，内力变化呈缓升陡降的趋势，变化率表现出大范围变化的慢变量与小幅度的快变量的特征。
这种运动特性必须采用非线性理论来描述，这正是这种结构计算的难点所在。
对于任何空间结构，节点设计都占有很重要的位置，折叠结构自不例外，而且还有一些特殊要求：
折叠结构的节点必须能够保证杆件在展开过程中运动自如，杆件与节点连接处没有较大摩擦或易于弯曲的变形；
在结构收纳状态时能够保证杆件成紧密捆状，以便储存；
并有足够的强度来承受杆件的拉压及局部的弯、剪、摩擦等各种作用。
目前应用比较普遍的是毂节点，节点材料可用金属或高分子材料。
26、体育场馆的多功能化，是靠一系列现代先进技术的配套采用来完成的，包括设计（建筑、结构、设备、管线系统等）、施工、设备制造与安装等方面的多学科、多专业的协调与相互配合。
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、新疆乌鲁木齐石化总厂游泳馆工程
工程名称：
新疆石化总厂游泳馆扩建工程
新疆石化总厂
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。
上海交大党委书记王宗光率领代表团一行应云南省政府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
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