开合屋盖结构行走机构的应用研究

四、 行走机构研究 根据台车与 走机构、 单轨多 轮 行 走 机 构、 双 轨双轮行走 机 构、 多 轨 多 轮 行 走 机 构 ! 种。 一 个 台 车 上有多个轮， 且各轮分别与单一轨道的 不 同 轨 面 接 触， 称之为单轨多轮行走机构； 其它可依次类推。 " $ 单轨单轮行走机构 单轨单轮行 走 机 构 （ 图 "） 是 吊 车、 起重机上常用 的行走机构， 其 它 形 式 的 行 走 机 构 都 源 于 此 机 理。 由 于开合屋盖结 构 垂 直 轨 道 方 向 的 水 平 力 较 大， 以及垂 直向上屋盖浮 力 的 存 在， 采用单轨单轮行走机构的移 动屋盖很少。但对小跨度无上浮合力的 开 合 屋 盖 可 以 考虑采用。 # $ 单轨多轮行走机构 单轮多轨行走机构在单一轨道的多个 轨 面 上 布 置 有行走轮、 导向轮和抗浮轮。行走轮为 驱 动 轮， 其它功 能的车轮均为从动轮。图 % 是日本前 野 小 学 游 泳 池 移 动屋盖的行走机构。该行走机构只能沿 着 轨 道 方 向 移 动， 垂直轨道所有! 个方向的位移都得到了约束。图!
"的 开 合 屋 盖 建 筑 形式。最近建成的面积超 过D $$ $ $ .
（’ ， ， 美国亚利桑那州棒球场 . , ) * + ; / .’ + * 2 / D # # &） ， ， 美国西雅图 （G ， （K / 2 HI 2 *K / 8 8 / + H D # # F） / ( * 7 5L 0 * 8 ; ? ） ， 英国威尔斯千年体育场 （E D # # # 0 8 8 * 2 2 0 .G ) / ; 0 .， ） ， 澳大 利 亚 墨 尔 本 殖 民 地 体 育 场 （ D # # # M 5 8 5 2 0 / 8G ) / ; 0 > ） ， 美国米勒棒球场 （E ， ， 美国 .， D # # # 0 8 8 * +N / + H " $ $ $） ， ， 日本东京城市体育 休斯敦棒球场 （O 2 + 5 2L 0 * 8 ; " $ $ $） ， 为" 场 （C 5 5 ) /M 0 ) ) / ; 0 .， " $ $ D） $ $ "年世界杯足球 : :G 赛日 本 建 造 了 带 有 开 合 屋 盖 的 大 分 县 体 育 场 （I 0 ) / ， ） ， 这些体育 场 代 表 了 开 合 屋 盖 建 筑 的 最 新 " $ $ D @ 5 . * 水平。 二、 行走机构的约束与自由度 开合屋盖行 走 机 构 的 作 用 和 受 力 特 点： 行走机构 的作用是使移 动 屋 盖 沿 着 规 定 的 方 向 移 动， 并把移动 屋盖的荷载传递到下部支承结构上。行 走 机 构 的 受 力 是由开合屋盖的受力特点决定的， 行走 机 构 受 恒 荷 载、 活荷载、 风荷 载、 雪 荷 载、 地 震 荷 载、 温 度 荷 载、 启动刹 车惯性力、 行走振动荷载、 不均匀沉降等 工 况 作 用 下 的 不利荷载组合。除启动刹车惯性力是沿 着 行 走 方 向 作 用外， 其余荷载 作 用 一 般 都 与 行 走 方 向 垂 直 或 成 一 定 的角度。 从行走机构 的 受 力 特 点 和 功 能 可 以 看 出， 行走机 构只可以沿着 规 定 的 运 行 方 向 移 动， 只有一个方向的 自由度， 为了屋盖运行安全， 需要约束可 能 产 生 合 力 的 其它所有方 向 的 位 移。 如： 当行走机构在垂直轨道方 对所有 向可能受上、 下、 左、 右 P 个方向的合 作 用 力 时，
一、 开合屋盖结构的发展简介 开合屋盖建筑是一种新型的建筑 结 构 形 式。 上 世 纪八十年代以前的开合屋盖结构主要以膜 结 构 的 褶 皱 形式开合为 主， 并 以 中 小 规 模 居 多。 最 大 规 模 的 建 筑 （E ） 奥林匹克 是D # & % 年建成的加拿大蒙特利尔 5 2 ) + * / 8 运动场。由于屋 盖 开 启 以 膜 屋 面 材 料 褶 皱 形 式 实 现， 这种开启方式 存 在 内 在 缺 陷， 在使用中常受风雨等影 响使开合运行出现故障或膜材料被撕 裂。 蒙 特 利 尔 奥 运会体育馆在每年仅有的几次开合中还经 常 伴 随 着 故 障发生。所 以 这 种 结 构 形 式 的 进 一 步 发 展 受 到 了 制 约， 目前只在小跨度建筑上采用。 D # F # 年加拿大多伦多建成了 直 径 " $ F . 的天空穹 顶 （G ） 多功能体育 场， 年 日 本 建成了福冈 H 5 . * D # # ! :@ 体育场， 在世界上产生了很大的轰动效 应， 掀起了世界 上建造现 代 大 跨 度 开 合 屋 盖 结 构 的 新 浪 潮。 其 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， 其屋面材 料为膜材料、 金 属 板 及 其 它 轻 质 材 料。 屋 盖 系 统 分 成 若干个单元片， 通 过 单 元 片 的 移 动、 转 动， 使各片之间 搭接、 迭放来 实 现 屋 盖 的 开 合。 这 种 由 刚 性 钢 结 构 屋 盖开合单元组成的开合屋盖克服了膜褶皱 形 式 开 合 方 式的致命缺陷， 成为现代大跨度开合屋盖结构的主要
图 % 日本前野小学游泳池 移动屋盖的行走机构
置屋盖抗风上浮卡槽。为了确保在规定 的 不 同 固 定 停 靠位置的安全， 在行走机构上设置了油压驱动的锁定 销钉。 单轨多轮行 走 机 构 的 适 用 范 围： 行走轨道平面内 荷载较大， 而与 其 垂 直 的 导 向 轮 方 向 的 横 向 荷 载 较 小 的情况， 行走 机 构 紧 凑， 尺 寸 较 小。 一 般 讲， 异形轨道 比普通单轨单轮轨道能承担较大的横向力和浮力。 % $ 双轨双轮行走机构 一般来讲， 双轨双轮行走机构为台车在两个垂直 方向上各布置 一 个 轮 轨 装 置， 主要受力方向的轮为行 走车轮， 另一个方向为导向车轮。在轮 驱 动 方 式 下， 行 走车轮为驱动轮， 其它功能的车轮均为从动轮。 图1是 2 移动屋 ) 3 + 4 5 ’6 ) 3 7的驱动与行走机构， 盖采用钢缆绳牵引、 普通双轨双轮行走 机 构， 由于移动 屋盖是带有脊 铰 的 人 字 形 结 构， 移动屋盖对支承结构
第! "卷 第#期
建
筑
结
构
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开合屋盖结构行走机构的应用研究
张凤文
（燕山大学建工学院
刘锡良
秦皇岛 $ ） （天津大学建工学院 ! ） % % $ $ $ $ $ $ & "
［提要］ 介 绍 了 开 合 屋 盖 建 筑 的 现 状 和 发 展 趋 势， 在 此 基 础 上 着 重 就 这 种 结 构 的 难 点 问 题— — —行 走 机 构 问 题 进行了专门的研究， 从行走机构的约束及自由度入手， 根据 轮 轨 连 接 的 方 式 对 行 走 机 构 进 行 了 分 类， 提出了各 种行走方案的选用原则和适用范围， 并利用大量的工程 实 例 加 以 说 明。 研 究 成 果 对 实 际 开 合 屋 盖 建 筑 中 行 走 机构设计具有直接的指导意义。 ［关键词］ 开合屋盖结构 现状 发展 行走机构 约束 自由度 分类
， ’ ( ) * + , .. / + 0 1 0 2 ) 4 * , ) / ) *5 ( ) 4 */ + ) / 6 5 ) + * ) + / 7 ) / 6 8 * + 5 5 ( , ) + 7 ) + * , 7 4 * . *5 (. 5 9 0 2 * 7 4 / 2 0 , .0 ,/ 2 / 8 1 * ;/ 2 ; 3 3. : ， + * , * / + 7 4 * ; 0 2; * ) / 0 8< 4 0 7 4 0 , 5 2 * 5 ( ) 4 *. 5 , ) ; 0 ( ( 0 7 8 ) , * 7 ) 0 5 2 , 0 2 + * / 8 0 1 / ) 0 5 25 ( ) 4 * , ) + 7 ) + * , = ’ ( ) * + / 2 / 8 1 0 2 ) 4 * 7 5 2 > : 3 ， , ) + / 0 2 ) 7 5 2 ; 0 ) 0 5 2/ 2 ;; * + * *5 ( ( + * * ; 5 .5 ( ) 4 *. 5 9 0 2 * 7 4 / 2 0 , . , ) 4 * + * 7 8 / , , 0 ( 0 * ;/ 7 7 5 + ; 0 2 ) 5. / 2 2 * + , 5 (< 4 * * 8 > 3 3. :/ 3 ， + / 0 8 + * 8 / ) 0 5 2 , 4 0 , = @ * , 0 2? + 0 2 7 0 8 */ 2 ;/ 8 0 7 / ) 0 5 2, 7 5 *5 ( ; 0 ( ( * + * 2 ). * 7 4 / 2 0 , ., 7 4 * . */ + *? ) ( 5 + < / + ;< 4 0 7 4/ + ** > ? 3 ? ? ? ? 8 / 6 5 + / ) * ;< 0 ) 4. / 2 A / . 8 * , 5 ( + / 7 ) 0 7 / 8 + 5 * 7 ) , = C 4 * + * , 8 ) , 7 / 26 *, * ;; 0 + * 7 ) 8 ( 5 + + * ( * + * 2 7 * 0 2( ) + *; * , 0 2 = :* ? ? ? B : 3 ： ； ； ； ! " $ % & ’ ( + * ) + / 7 ) / 6 8 * + 5 5 ( , ) + 7 ) + * . 5 9 0 2 * 7 4 / 2 0 , .； 7 5 2 , ) + / 0 2 ) 7 5 2 ; 0 ) 0 5 2 ( + * * ; 5 .; * + * * 7 8 / , , 0 ( 0 7 / ) 0 5 2 3. 3 #