摘要：根据国内外开合结构的发展现状，本文结合其未来的发展空间。从现有的发展、开合结构的基本组成体系、屋盖开合方式的分类以及各影响较大的荷载等方面综合分析了开合结构的现在及未来，为未来开合结构的发展和应用提供了有力的可查依据。
关键词：开合结构；基本体系；开合方式
一 引言
具有开合结构的建筑是一种新颖的建筑形式。从而打破了传统的室内与室外环境之间的明确界限，使该建筑的使用者即可以尽情的享受屋盖上方传来的新鲜空气和阳光，又可以在恶劣天气闭合来避免风雨的侵袭，可充分满足全天候的使用需求。但到目前为止，尽管在一些简单的、小跨度的结构中已经成功的运用了开合结构。例如，钓鱼台国宾馆网球馆，上海浦东的游泳池等，仍处于大型建筑物的勘探阶段。总体来说国内外对开合结构的研究还处在较低的水平，其主要经验均为具体的工程实例的探索，并没有有力的参考文献：可循。目前，中国在屋顶开闭中提出了自己的想法和需求，并进行了初步的设计和探索。未来，中国将对开合屋顶的结构提出越来越多的要求。
二 开合屋盖的结构体系
在建筑结构的发展体系中，目前比较适宜的开合结构主要应用在体育建筑中如棒球管、游泳馆、足球场等。其发展的规模体系也正从小型建筑结构逐渐向大型的工程结构发展。在开闭式屋顶的结构设计中，与传统结构相比，在其设计技术、施工和安装精度方面提出了很高的要求。同时，在可移动屋顶的行走装置中使用了许多机械转动与控制技术。因此，在开闭式屋顶的设计中，它涉及许多主题领域，例如建筑、结构、机械和自动化控制。是现代建筑科技的集中体现。
1．建筑体系
主要是指结构受力体系，可分为上部结构、下部结构和基础。上部结构，即屋顶，通常采用空间结构，其设计用于覆盖大空间。下部结构通常采用钢筋混凝土结构。强钢筋混凝土结构一方面提高了结构的整体稳定性，一方面起到了减振和消除噪音的作用。另一方面，钢筋混凝土这一建筑材料，可以加工成所需的任何形状。
2．机械体系
该装置主要包括轨道、行走小车、驱动装置、制动装置、缓冲装置。轨道固定在下部结构上，行走小车在轨道上运行，驱动装置和制动装置安装在行走小车上。行走小车有驱动小车和从动小车。小车通过销钉连接到上部结构。
3．电气体系
该系统是控制系统，其执行计算机的操作命令以控制打开和关闭结构的正常操作，制动，安全检测等。
4．机械油压体系
该体系是一个阻尼锁定系统，可抵抗地震和强风。
三 开合结构的开合方式
在打开和关闭机构中，打开和关闭模式可分为水平移动方式、水平旋转方式、绕枢轴转动方式、组合方式、空间移动方式、折叠方式。其具体的分类及特点如表1所示。
对开合方式存在三种形态：全开状态，半开状态，全闭状态。
表1 屋盖结构开合方式的分类
Table 1 the Classification of opening and closing structure
四 开合结构的荷载分析
开合结构的屋盖对其承受的荷载更加的敏感，因此在设计时应该更加充分的考虑结构的自重及各种荷载的作用。为了在各种不利的工作条件下确保活动顶板和固定顶板结构的安全性，必须对开合屋盖进行全面的计算和分析。对于可移动屋顶的三种封闭模式，当屋顶处于基本打开和关闭状态时，完全打开，半打开和完全关闭状态，能够承受所有情况下的最大荷载，在其他情况下可以适当减少，作用于开闭结构的各种荷载的主要特征如下：
1．风荷载
对于开合结构来说，当屋盖处于全开状态时屋顶洞口的脉动风压将显著增大。在考虑大风条件时为了防止风雨的吹入一般情况下选取全闭的状态进行分析。但在暴风情况下对于结构最有有力的状态为全开的亦较常见，因此对风荷载的检验应该全面考虑结构的全开状态、半开状态以及全闭状态，当工程需要时亦要进行风动力时程分析。在小型的形状比较简单的开合屋盖的工程中，对风荷载体形系数的确定也可参考工程经验进行确定。尤其在风振系数影响比较显著的膜结构等轻质屋面结构中，应该考虑无盖的形状与开启状态对脉动风压的影响。
2．雪荷载
雪荷载对于不同的地域差别很大，应该根据不同的屋盖的开合状态和地域中不同的降雪情况来分别考虑雪荷载的影响。雪荷载对结构的影响很大程度上受到可移动屋顶的打开和关闭的影响。在正常情况下，屋顶在完全打开状态下更有利，因为屋顶积累了少量的降雪。如果出现后期管理不到位在此条件下进行计算和设计将会使结构出现危险的状况。因此，应该根据实际情况在充分考虑气候的环境特点、雪荷载的局部堆积、屋面积雪漂移、滑落引起的不均匀分布以及屋盖的形状等的情况下，根据实际情况来确定雪荷载的不均匀分布以及局部较大积雪荷载。在雪地区域，可移动屋顶的状态通常是常闭的，因此可以充分考虑使用地面融雪设备（例如热空气系统）来控制雪荷载的影响。为了降低驱动控制系统的成本，应该在有学的情况下避免移动设备的操作。但是，应适当增加设置，以便在早期阶段使用少量积雪。
3．地震作用
对于开闭顶板的抗震保护，应进行全开，全闭状态的抗震设计，并在发生地震时考虑移动过程的安全性。当可移动屋顶在非基本状态下和在行走期间经手抗震设计时，它可以基于施工现场，建筑功能和可移动屋顶的使用。采用低于基本状态的地面运动参数，并根据设定的地震作用进行结构计算分析。在可移动屋顶移动时，大震的发生概率极低，但需要采取措施防止诸如脱轨，碰撞和摇晃之类的事故。
4．温度效应
在开合屋盖设计时，应根据当地气象条件确定结构设计与活动屋盖运行采用的极端最高温度与极端最低温度。通常，打开和关闭屋顶应该能够在大多数天气条件下正常进行。在极端温度条件下操作期间必须考虑驱动系统的低温性能。
5．移动荷载
（1）移动荷载
活动屋盖在行走过程中，空间位置不断变化；活动屋盖重量很大，单片活动屋盖可达数百吨；台车轮数量多，轮压不均匀。在结构计算分析过程中，应全面考虑上述因素的影响。
（2）运行水平力
活动屋盖沿直线的轨道行走时，由于轨道安装误差、活动屋盖蛇行等引起车轮侧向力，与轨道方向垂直，其值与结构跨度与轮压有关。
（3）冲击力
活动屋盖行走时在轨道接头产生的上下或左右方向冲击力。
（4）制动惯性力
惯性与运行速度有关，由于活动屋盖运行速度较慢，制动惯性力一般不超过最大轮压的15%。
（5）端止缓冲器冲击荷载
设计时假定活动屋盖以最高运行速度进行冲击，吸收运动能量。
五 对未来的展望
（1）设计出专门针对开合结构的完善建模系统。使用传统的通用计算软件对打开和关闭屋顶结构进行建模是非常不便的，并且几乎不可能描述屋顶的打开和关闭过程。因此，开发良好的输入输出借口，提供通用开关模型的数据库，并提供轮机的视觉描述是有意义的。
（2）作为一种新型开闭结构的可扩展开和结构还有待进一步研究。该结构的铰链不同于传统单层网状结构的刚性节点。
参考文献：
[1]浙江大学空间结构研究中心.黄龙体育中心网球馆风洞实验报告[ R] .浙江大学空间结构研究中心，2004 .
[2]中国建筑设计研究院.国家网球中心新馆结构抗震超限审查报告[R].北京：中国建筑设计研究院，2009.
论文作者:孙宇,苏凯凯,郭伟娜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：结构论文; 荷载论文; 屋顶论文; 开合论文; 状态论文; 体系论文; 方式论文; 《基层建设》2019年第1期论文;