第二十三届全国高层建筑结构学术会议论 2014年 杭州奥体博览城网球中心移动屋盖钢结构设计 傅学怡，高颖、朱勇军、董全利、王涛、王文标 （CCDI 悉地国际设计顺间有限公司.
北京 100013) 摘要：本项目是一个八个花瓣转开启的可开启屋盖钢结构，下部为钢筋混凝土结构看台及功能用房，看台区上覆的 钢结构罩棚为环状花瓣造型的可开启屋盖，该屋盖闭合时覆盖整个场地.
下部砼结构外轮房平面为圆形，上部支承环状花瓣 造型的可开启屋盖钢结构罩棚，该屋盖闭合时覆盖整个场地.
固定屋盖罩棚外边缘直径约133米，悬挑长度的26n，场地中 心罩棚因形开口直径约达60米，罩棚结构最高点标高30米.
固定屋盖钢罩棚由24个单元花瓣族转复制组成.
固定屋盖上方 设置8片大悬挑花瓣形移动屋盖，移动屋盖采用平面旋转45度开启方式.
每设置一个固定转轴及三条同心旋转轨道结构， 其中两条轨道固定在移动屋盖上，一条轨道固定在固定屋盖上，单片移动屋盖径向长度45，宽25m，闭合状态向圆心悬挑 30m.钢结构單棚采用悬挑空间管桁架结构受力体系.
重点介绍本工程移动屋盖钢结构设计的关键技术难点及相应的专项研 究分析处理方法.
关键词：网球中心：空间钢结构：可开启屋盖：大悬挑 1工程概况 杭州奥体网球中心采用新颖的八个花瓣旋转开启的可开启屋盖结构，下部为钢筋混凝土结构看台及功 能用房，看台区上覆的钢结构罩棚为环状花瓣造型的可开启屋盖，该屋盖闭合时覆盖整个场地.
固定屋盖罩棚外边缘直径约133米，悬挑长度约26m，场地中心罩棚圆形开口直径约达60米，整个钢 罩棚由24个单元花瓣组成，每个单元采用了两组倒三角空间立体桁架构成，单元和单元之间公用上弦杆， 并通过环桁架下弦系杆连接.
主桁架悬挑端根部高度为4.5m，端部为高度3m.
设置6道屋面环桁架，最 端部的屋面环桁架为倒三角立体桁架，其余5道为平面片桁架，垂直于地面.
钢结构罩棚通过24组四管 组合V型撑与顶部砼看台型钢柱连接，构成罩棚上支座：径向主桁架上下弦杆向墙面延伸，汇交至下部砼 二层混凝土梁顶面，构成罩棚下支座.
固定屋盖上方设置8片大悬挑花瓣形移动屋盖，移动屋盖采用平面旋转45度开启方式.
每棍设置一 个固定转轴及三条同心旋转轨道结构，其中两条轨道固定在移动屋盖上，一条轨道固定在固定屋盖上，单 片移动屋盖径向长度45，宽25m，闭合状态向圆心悬挑30m.
三条轨道相对于转轴为三个同心圆，不同开 启角度，轮子支撑点相对于移动屋盖位置不同，轨道1、轨道2对应的轮子固定在固定屋盖上：轨道3对 应的轮子固定在移动屋盖上.
移动屋盖有沿着径向的花瓣造型的主桁架（主桁架位置及曲线造型同时结合 轨道布置）和沿着环向的次桁架构成，并设置屋面交叉支撑以提高整体屋盖的刚度和整体性.
作者简介：傅学怡（1945-），男，研究员，国家勘查设计大师
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论 2014年 图1杭州奥体博览城网球中心效果图 图2整体结构三维模型示意 图3典型剖面示意 2移动屋盖旋转方式及轮轨与钢结构关系 移动屋盖采用平面旋转45度开启方式.
移动屋盖每福设置一个固定转轴及三条旋转轨道结构，其中 两条轨道固定在移动屋盖上，一条轨道固定在固定屋盖上.
单片移动屋盖径向长度45，宽25m，闭合状 态（最不利）向圆心悬挑30m.
移动屋盖下弦为平面，上弦为曲线花瓣状屋面.
移动屋盖径向主桁架的位 置及曲线与轨道一致.
图4固定屋盖与轮轨的关系图 论（国定于国定是签) 中心国量（买升降） 风力能执域[图定于语动紧盖] 图5移动屋盖与轮轨关系示意图 三条轨道相对于转轴为三个同心圆，不同开启角度，轮子支撑点相对于移动屋盖位置不同，轨道1、 轨道2对应的轮子固定在固定屋盖上，移动屋盖转动时，移动屋盖支座位置变化：轨道3对应的轮子固定 在移动屋盖上，移动屋盖转动时，移动屋盖支座位置不变.
如下图6所示：
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论 2014年 8办 屋盖闭合状态 星盖开启状态 图6不同开启状态移动屋盖与设备的关系示意 利用固定屋盖的上弦平面杆件设置连接刚度较大的平台支承主动轮设备、反力轮设备、转轴设备.
如下 图7所示： 转轴平台 反力轮平台 主动轮平台 图7固定屋盖和平台的连接关系 3轮轨布置规律 三个轮子的重心位置与单片移动屋盖的中心线位置尽量重合，以提高移动屋盖整体稳定性，下图蓝色为三 个轮子构成的三角形，红色为屋盖外轮廊构成的三角形，绿色圈为三个轮子位置.
闵合状态 开启状态 图8不同开启状态移动屋盖与轮子关系示意图 假定整体屋盖为均质平板，紫色轮廊线为构成的菱形为其外变形，屋盖重心如图所示，从闭合状态到
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论 2014年 开启状态转动45度：整体屋盖以转轴为固定轴做定轴转动：三个轮子作为整体屋盖的支撑体系，其中主 动轮1和反力轮3位于固定屋盖上，不转动，从动轮2相对于固定轴做定轴转动，三者构成红色三角形.
子中心软速 图9移动屋盖与轮子关系示意图 图10屋盖旋转过程中的轨迹示意图 （棕色线为轮子中心轨迹线，蓝色线为屋盖重心轨迹线） 研究每个旋转角度屋盖重心和轮子合力中心的距离，可知，二者最大距离9m（闭合状态），最小距离 0.3m，接近重合（开启状态），随着闭合状态到开启状态，二者之间的距离逐渐递减，并且两条轨迹线不 相交.
也就是闭合状态的屋盖相对于轮子的倾覆力矩最大，反力轮3受最大的拉力，主动轮1和从动轮2 受最大的压力，对于轮子的最不利受力状态为闭合状态：而开启状态轮子的受力状态最为有利.
表1：移动屋盖开启角度时，屋盖结构重心与轮子合力中心的距离 距离范围 01n 1n2m 23m 3n4m 4n5m 5m-fn 67n 7n-8m 89n 角度状态 （每度一个状态） 5 5 5 5 5 5 6 盖重心 者董心与轮子业方重方真 图11屋盖重心和轮子合力中心轨迹线关系图12移动屋盖重心与轮子几何关系示意图 假定屋盖为完全刚体，并且形状为标准等腰菱形，根据下图根据任意状态建立方程，三个轮子的反力 需要满足如下方程，并且各个轮子水平反力均为零.
F1*x1F3*x3=F2*x2 F1*y1=F2*y2F3*y3 F1F2F3=G（屋盖总重力荷载） 其中：从闭合到开启状态： 1）X1：逐渐减小X2：不变 X3：逐渐增大 主动轮1到屋盖对称轴中心线的距离从闭合状态的7.7m到开启状态的1.3m，逐渐减小，主动轮1一直都 位于屋盖左侧： 从动轮2到屋盖对称轴中心线的距离从闭合状态到开启状态均为7m，不发生变化，从动轮2一直都位于屋 盖右侧： 反力轮3到屋盖对称轴中心线的距离从闭合状态的0.3m到开启状态的5.3m，逐渐增大，反力轮3一直都
第二十三届全国高层建筑结构学术会议论 2014年 位于屋盖右侧： 从上分析可得知，主动轮1和从动轮2在屋盖闭合状态距离中心线距离基本一样，反力轮3在屋盖闭合状 态距离中心线距离为0，故主动轮1和从动轮2在该状态竖向反力接近相同： 2）Y1：先减小后增大Y2：不变Y3：逐渐减小 Y1：从闭合状态的4.43m到开启状态的9.34m，先减小为0后逐渐增大，在水平对称轴两侧，0-14度在水 平对称轴之上，14-45度在水平轴之下 Y2：从闭合状态到开启状态均为4.32m，不发生变化，一直在水平轴之下： Y3:从闭合状态的18.3m到开启状态的5.84m，逐渐减小，一直在水平轴之下： 建立刚度足够大的菱形均质平板，如下图所示，表面施加1kN/的均布荷载，研究开启状态和闭合状 态的轮子反力规律： 所合伙态 图12理想状态模型计算简图 闭合状态：X1=7.7x2=7x3=0.3Y1=4.43Y2=4.32Y3=18.3G=572kN 开启状态：X1=1.3x2=7 x3=5. 3Y1=9.34Y2=4.32 Y3=5. 84G=572kN 代入公式： F1*x1F3*x3=F2*x2 F1$y1=F2*y2F3*y3 F1F2F3=G（屋盖总重力荷载） 可以求得： 闭合状态：F1=360kN F2=393kNF3=-181kN 开启状态：F1=197kNF2=177kNF3=199kN 同时，理想状态下屋盖最前端水平位移为0，各个轮子作用点水平位移为0，轮子在各个工况下只承受 竖向反力.
根据上述公式可以得到如下屋盖轮轨反力随着屋盖旋转的变化规律，如下图13所示： 409 .24 力3) ：不力 角量（加合使出为：楼） 图13屋盖轮轨反力随着屋盖旋转的变化规律 结论： 1主动轮1和从动轮2，从闭合状态到开启状态，反力均为压力，反力逐渐减小：并且在
