膜構(gòu)知識庫
開合屋蓋膜結(jié)構(gòu)體系及技術(shù)標準
以近年來我國經(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合屋蓋結(jié)構(gòu)具有很大的市場潛力。它是一種比較新穎的結(jié)構(gòu)形式，可以實現(xiàn)場與館的快速轉(zhuǎn)換，極大改善使用環(huán)境，充分利用日光照明，減少空調(diào)使用，提高建筑的利用率，節(jié)能環(huán)保。
開合屋蓋涉及機械與控制系統(tǒng)，技術(shù)難度、建造成本和維護保養(yǎng)要求均高于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。隨著工程經(jīng)驗不斷積累，相關(guān)技術(shù)標準不斷完善，開合屋蓋技術(shù)日趨成熟。
中、小型開合屋蓋結(jié)構(gòu)發(fā)展?jié)摿艽?，通過向小型化、標準化發(fā)展普及，不斷降低建造成本，充分發(fā)揮其良好的社會效益。
老舊場館改造時增設(shè)開合屋蓋，可顯著改善場館使用功能，既可以作為體育活動場地，又可以舉辦各種活動和作為臨時避難場所等多功能使用。
活動屋蓋與消防報警聯(lián)動等新功能的開拓，為開合屋蓋應(yīng)用注入了新的活力。
剛性結(jié)構(gòu)
剛性結(jié)構(gòu)通過活動屋蓋單元的平動與轉(zhuǎn)動實現(xiàn)屋蓋開合，受力性能可靠，對建筑造型適應(yīng)性強。活動屋蓋多采用沿跨度方向受力為主的單跨結(jié)構(gòu)，少量工程采用多跨連續(xù)形式。桁架作為傳力最簡明的單向受力體系，是活動屋蓋最常用的結(jié)構(gòu)體系。門式桁架用于軌道置于混凝土支承結(jié)構(gòu)或直接置于地面的情況?；顒游萆w作用于臺車頂部的水平推力對臺車、驅(qū)動系統(tǒng)和支承結(jié)構(gòu)均有顯著影響，故此應(yīng)盡量消除或減小活動屋蓋在自重作用下的水平推力。邊桁架既是活動屋蓋的邊緣構(gòu)件，也是各臺車之間的聯(lián)系構(gòu)件，減小邊桁架剛度可有效降低運行過程中各臺車的差異變形引起邊桁架內(nèi)力的變化。
剛性折疊結(jié)構(gòu)
剛性折疊結(jié)構(gòu)通過自身各組件的相對運動，屋面以折疊/展開的方式實現(xiàn)開啟與關(guān)閉。剛性折疊結(jié)構(gòu)應(yīng)重點關(guān)注鉸頁部件與圍護結(jié)構(gòu)的特殊需求。剛性折疊活動屋蓋可采用多榀桁架的形式，通過鉸頁進行連接折疊鉸頁機構(gòu)應(yīng)具有足夠的強度和剛度，防止出現(xiàn)較大的彎曲變形，保證連接部件在折疊/展開過程中平穩(wěn)自如。折疊結(jié)構(gòu)在折疊與展開過程中為可變體系，在折疊或展開完成后，應(yīng)通過鎖定裝置形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。
柔性折疊結(jié)構(gòu)
柔性折疊結(jié)構(gòu)依靠膜材的展開與折疊收納實現(xiàn)活動屋蓋的開合，在開合建筑中應(yīng)用較早。膜材材質(zhì)與膜結(jié)構(gòu)設(shè)計是柔性折疊結(jié)構(gòu)的重點。選用可折疊性優(yōu)良的膜材，膜面折疊與展開運動自如，保證高頻度使用狀態(tài)下結(jié)構(gòu)安全可靠。柔性折疊結(jié)構(gòu)的幾何形態(tài)應(yīng)保證屋蓋關(guān)閉時能夠形成所需的曲面形態(tài)，與支承結(jié)構(gòu)緊密貼合。索系和膜材預(yù)應(yīng)力形成的幾何剛度是構(gòu)成柔性折疊結(jié)構(gòu)剛度的主要部分，索系或膜材松弛將導致結(jié)構(gòu)剛度下降，在風荷載作用下容易出現(xiàn)劇烈振動，甚至導致膜材撕裂。此外，膜材松弛會導致膜材褶皺，影響建筑美觀和排水。所以，需要通過對邊界索系與膜材施加適當?shù)念A(yù)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(yīng)設(shè)置剛性環(huán)梁，以平衡索膜的預(yù)張力。根據(jù)建筑造型及邊界條件等因素，活動屋蓋的膜材一般收納于屋蓋的中央。
支承結(jié)構(gòu)
剛性支承結(jié)構(gòu)
活動屋蓋的支承條件主要取決于建筑的功能與造型，直接支承活動屋蓋的混凝土結(jié)構(gòu)、專用軌道支架或地面軌道系統(tǒng)，稱為剛性支承結(jié)構(gòu)；當活動屋蓋支承于大跨度屋蓋時，將固定屋蓋稱為柔性支承結(jié)構(gòu)。
出于使用功能與經(jīng)濟性的考慮，體育場館的主體結(jié)構(gòu)多采用混凝土結(jié)構(gòu)體系，除可支承上部大跨度結(jié)構(gòu)外，還作為觀眾看臺，具有結(jié)構(gòu)剛度大、經(jīng)濟性好等優(yōu)點。當活動屋蓋直接支承于地面軌道時，通常在地面標高以下設(shè)置專用的軌道溝槽。為了避免對場地使用的影響，可將活動屋蓋的驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)置在軌道溝槽內(nèi)，并在溝槽頂面設(shè)置可移動蓋板，在活動屋蓋非運行狀態(tài)用蓋板封閉溝槽，保證人流和車輛正常通行。
柔性支承結(jié)構(gòu)
活動屋蓋直接支承于固定屋蓋之上，是近年開合屋蓋最常見的形式。固定屋蓋的幾何形態(tài)應(yīng)與活動屋蓋的運行需求相一致，優(yōu)先采用豎向剛度大的結(jié)構(gòu)形式，固定屋蓋可采用桁架、雙層或多層網(wǎng)架等多種結(jié)構(gòu)形式?；顒游萆w荷載通過軌道傳給固定屋蓋，在沿軌道受力集中的部位布置主桁架或采用相應(yīng)的加強措施。
固定屋蓋設(shè)計時，除需考慮結(jié)構(gòu)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，還需要考慮活動屋蓋的移動荷載。固定屋蓋充足的剛度是確?；顒游萆w順暢運行的重要前提，應(yīng)嚴格控制支承軌道主桁架與軌道梁的剛度，保證活動屋蓋行走過程中的變形不超過限值要求。此外，固定屋蓋需要通過預(yù)起拱等措施保證施工精度，為軌道安裝精度與活動屋蓋單元運行調(diào)試提供前提條件。
開合屋蓋的圍護結(jié)構(gòu)除應(yīng)滿足抗風、抗震、防水、密閉及遮陽等基本功能外，還應(yīng)具備對變形的適應(yīng)能力。建筑內(nèi)部應(yīng)盡量利用日光照明，優(yōu)先采用透光性好的材料，可顯著降低照明能耗。常閉狀態(tài)的開合屋蓋應(yīng)考慮保溫隔熱等熱工性能的要求，預(yù)防結(jié)露與冷凝水，必要時還應(yīng)考慮場地的聲學效果。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，小型開合屋蓋也可采用玻璃。
開合屋蓋技術(shù)標準
開合屋蓋工程涵蓋建筑結(jié)構(gòu)、機械、自動控制等多個技術(shù)領(lǐng)域，是當前科技含量最高的建筑形式之一。在開合結(jié)構(gòu)設(shè)計理論方面，國內(nèi)外系統(tǒng)性的研究成果和專著均較少，關(guān)鍵技術(shù)主要來源于具體的工程案例。
國外有關(guān)開合屋蓋技術(shù)標準的資料有《空氣支承結(jié)構(gòu)設(shè)計建議》《開閉式屋根構(gòu)造設(shè)計指針·同解說及設(shè)計資料集》《開閉式膜構(gòu)造設(shè)計指針》《Structural Design of Retractable Roof Structure》等。
我國近年來在陸續(xù)完成多個大型開合屋蓋工程的基礎(chǔ)上，不斷探索開合結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，總結(jié)工程技術(shù)與施工經(jīng)驗。于2015正式發(fā)布我國首部開合屋蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)標準——CECS 417：2015《開合屋蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。為了適應(yīng)開合屋蓋結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的情況，滿足重大工程設(shè)計、施工與驗收的要求，行業(yè)標準JGJ442-2019《開合屋蓋結(jié)構(gòu)技術(shù)標準》于2019年正式發(fā)布。