淺談可開啟屋面輪南輕烴廠設(shè)備用房的應(yīng)用

摘 要：由于新技術(shù)的影響，建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的變化日新月異。新技術(shù)影響著建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，尤其是屋頂設(shè)計(jì)。新一代“活動(dòng)”或“可開啟”屋頂在世界多數(shù)現(xiàn)代建筑物得到發(fā)展，它們使這些建筑物更靈活，功能更多。

關(guān)鍵詞：可開啟；執(zhí)行機(jī)構(gòu)；行走軌道；移動(dòng)扇

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）24-0242-02

引 言

可開啟屋面結(jié)構(gòu)是指這類結(jié)構(gòu)體系，它的部分或整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)可以在短時(shí)間內(nèi)移動(dòng)或伸縮從而使建筑物可以在屋蓋敞開與關(guān)閉的兩種狀態(tài)下使用。

在可開啟屋面結(jié)構(gòu)中，可以在需要的情況下將屋蓋打開，從而使建筑物內(nèi)的環(huán)境與戶外相同，于是建筑物內(nèi)的人便可以享受到自然的天空，自然的光線和自然的氣流，設(shè)備同時(shí)可以達(dá)到散熱通風(fēng)的效果。同樣也可以在需要的時(shí)候?qū)⑽萆w關(guān)閉，使內(nèi)部的人或設(shè)備免受風(fēng)、雪、沙塵暴、寒流與熱浪侵襲

1 可開啟屋面的分類

可開啟屋面體系可以大致分類：

（1）支撐結(jié)構(gòu)和屋面相對(duì)固定，將屋蓋結(jié)構(gòu)分成若于塊，其中部分或全部可以沿軌道平動(dòng)、繞軸旋轉(zhuǎn)。屋面部分采用剛性桁架結(jié)構(gòu)，屋面鋪設(shè)在桁架上。

（2）支撐結(jié)構(gòu)沿軌道運(yùn)動(dòng)，屋面覆蓋材料采用膜材。充分利用膜材的可折疊性，通過膜材的折疊與展開達(dá)到屋蓋的開啟和關(guān)閉。

2 可開啟屋面發(fā)展

1950年前的開合結(jié)構(gòu)以小型結(jié)構(gòu)為主，主要用在非建筑領(lǐng)域。1950～1988年發(fā)展以膜褶皺型式的開合結(jié)構(gòu)為主。80年代未90年代初為來的開合屋頂結(jié)構(gòu)思想，均來源于1961年美國建成的用現(xiàn)代牽引技術(shù)驅(qū)動(dòng)的剛性開合結(jié)構(gòu)的匹茲堡市民體育場(chǎng)，其跨度為127m，由可開合的八瓣不銹鋼蓋組成，至今仍具有開拓性意義。之后，世界上建造了上百個(gè)帶有剛性開合單元的開合屋頂建筑。歐洲各國建造的開合式屋頂特點(diǎn)是，均采用了拱架、拱形網(wǎng)殼、部分球殼或平板網(wǎng)架等剛性鋼結(jié)構(gòu)作為移動(dòng)屋蓋單元的受力結(jié)構(gòu)，由于膜材料輕質(zhì)高強(qiáng)的特性，一般大規(guī)模開合屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)都是鋼結(jié)構(gòu)和索結(jié)構(gòu)，上鋪膜材料或輕型板材。屋頂采用張拉索穹項(xiàng)作為支撐結(jié)構(gòu)，開合屋頂采用半剛性膜屋面，屋頂系統(tǒng)分成若干個(gè)單元片，通過單元片的移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，使之各片之間搭結(jié)、疊放來實(shí)現(xiàn)屋頂?shù)拈_合。1989年加拿大多倫多建成了直徑208m的天空穹項(xiàng)多功能體育場(chǎng)（圖1）。在世界上產(chǎn)生了很大的轟動(dòng)效應(yīng)，掀起了世界上建筑現(xiàn)代大跨度開合屋頂?shù)男吕顺?。該?chǎng)館至今仍作為多倫多申辦奧運(yùn)會(huì)的主場(chǎng)館。1993年日本建成了直徑為218m的福岡棒球場(chǎng)，該館的建成再一次引起了世界的廣乏注意。至此，大跨度開合屋面技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和完善，世界上對(duì)建造大型開合屋頂?shù)囊蓱]逐漸消失，并對(duì)其前景和建造的必要性逐漸看好。這些大規(guī)模的開合結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)和規(guī)劃產(chǎn)生了非常好的經(jīng)齊社會(huì)效果，其市場(chǎng)越來越好，引起了國際體育界的廣泛關(guān)注，許多建筑已成為所在地的標(biāo)志性建筑。開合屋頂建筑已成為建筑的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，正在開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，稱為“第三代建筑”或“現(xiàn)代動(dòng)態(tài)建筑”。

在中國，杭州奧體網(wǎng)球中心決賽館屋頂也采用可開啟屋面。網(wǎng)球中心決賽館屬特級(jí)體育建筑，建筑面積達(dá)2.74萬m2，計(jì)劃總投資3.2億元，地下一層、地上三層，建筑總高約38m。它的主體是由24片“花瓣”組成，都是空間管桁架鋼結(jié)構(gòu)，看上去都是相對(duì)獨(dú)立的，其實(shí)是一個(gè)整體。24片“花瓣”延伸到頂部成為固定屋面，還有一個(gè)可開啟屋蓋，由8片獨(dú)立的鋼結(jié)構(gòu)單元“花瓣”組成，每片花瓣重達(dá)160t。

3 可開啟屋面輕烴廠運(yùn)用

3.1 現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用

本次可開啟屋面位于庫爾勒輪南鎮(zhèn)塔里木油田凝析氣輕烴深度回收工程輕烴回收廠冷凍站新增的設(shè)備用房，甲方投資625萬。蜀渝新疆分公司承建建筑、結(jié)構(gòu)。

為保證制冷機(jī)組設(shè)備散熱通風(fēng)的正常運(yùn)行，防止因溫度過高，造成設(shè)備跳機(jī)影響生產(chǎn)，同時(shí)最大限度的減小因新疆地區(qū)沙塵等惡劣環(huán)境影響，保證密封性，延長制冷設(shè)備機(jī)組使用壽命，中石油設(shè)計(jì)工程公司西南分公司首次提出了采用可開啟式屋面保證機(jī)組運(yùn)行。

經(jīng)反復(fù)討論，最終確定可開啟屋面材料及重量、開啟方式，與設(shè)計(jì)方進(jìn)行對(duì)接，確定荷載值：

屋面恒荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.30kN/m2；

可開啟屋面荷載：0.85kN/m2；

屋面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值：0.8kN/m2。

屋面板、檁條、雨蓬的施工或檢修荷載為1.0kN。最終，設(shè)計(jì)、甲方、監(jiān)理同意我們上報(bào)的可開啟屋面施工方案。

3.2 屋面劃分

新增設(shè)備用房屋面分為兩大部分，固定屋頂部分和移動(dòng)扇部分，利用屋頂鋼結(jié)構(gòu)主框架作為受力構(gòu)件，在受力構(gòu)件安裝支撐構(gòu)件及梁，在支撐梁上安裝3條移動(dòng)扇行走工字軌道，在移動(dòng)扇的兩端和中間底面安裝移動(dòng)扇連接件（滾輪），兩端內(nèi)側(cè)面焊接安裝齒條，每個(gè)移動(dòng)扇兩端內(nèi)側(cè)面配2臺(tái)電機(jī)，采用380V、50Hz電壓和Hz控制器同步控制兩臺(tái)電機(jī)配大速比專用減速機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪齒條運(yùn)動(dòng)。采用遙控器和控制箱上的觸控面板控制電機(jī)的啟停從而控制屋面移動(dòng)扇的開啟和關(guān)閉，密封方式采用鋁合金板密封。

3.3 可開啟屋面施工

3.3.1 行走系統(tǒng)

軌道支撐梁采用100×100×8的方管，將方管焊接至鋼結(jié)構(gòu)橫梁上，焊接過程必須保證軌道梁的水平，然后在將軌道焊接至軌道支撐梁上。

3.3.2 移動(dòng)扇

（1）移動(dòng)扇主龍骨采用300mm×200mm×5mm的方管，縱向檁條采用100mm×100mm×3mm，橫向檁條采用150mm×150mm×4mm，在地面上完成4 扇移動(dòng)扇框架焊接拼裝（如圖2）。

（2）在焊接拼裝完成后的移動(dòng)扇框架橫向龍骨（即兩端和中間）完成移動(dòng)扇連接件（滾輪）安裝，每個(gè)移動(dòng)扇安裝連接件（滾輪）6個(gè)，在移動(dòng)扇橫向龍骨兩端完成齒條的焊接安裝，即移動(dòng)扇兩端每端裝有2個(gè)連接件（滾輪）和1條齒條，中間裝有2個(gè)連接件（滾輪）。

3.3.3 移動(dòng)扇安裝

采用的吊車將焊接好的移動(dòng)式調(diào)至行走軌道。

3.3.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)安裝

進(jìn)行電機(jī)底座、電機(jī)及大速比專用減速機(jī)安裝，移動(dòng)扇與電機(jī)之間采用齒條傳動(dòng)，安裝電機(jī)及配套大速比專用減速機(jī)，控制移動(dòng)扇左右行走來控制屋面的開啟。屋面板固定部分和移動(dòng)扇部分安裝的同時(shí)，進(jìn)行動(dòng)力電纜和控制電纜敷設(shè)、控制箱安裝，采用380V，50Hz電壓、Hz控制器同步驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)電機(jī)（每個(gè)移動(dòng)扇2臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)）工作，移動(dòng)扇與電機(jī)之間通過齒輪齒條傳動(dòng)。利用遙控器和觸控面板作為操作終端來控制移動(dòng)扇左右移動(dòng)，觸控面板安裝在控制箱上，每一個(gè)移動(dòng)扇一個(gè)遙控器和一個(gè)觸控面板。

3.3.5 屋面運(yùn)行

變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速變小，通過大速比專用減速機(jī)帶動(dòng)圓柱齒輪，圓柱齒輪帶動(dòng)移動(dòng)扇齒條，使固定在移動(dòng)扇滑輪滑動(dòng)，進(jìn)行屋面開啟或者關(guān)閉。

移動(dòng)扇的移動(dòng)線速度為2.82m/min，屋面需開啟長度為2.4m，則屋面開啟或者關(guān)閉時(shí)間為51s。

4 展 望

通過該施工方法的應(yīng)用，可開啟屋面順利施工，新增設(shè)備用房圓滿的完工，屋面的開啟和關(guān)閉運(yùn)行靈活、可靠，取得了一定的實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，新增設(shè)備用房實(shí)際成本200萬元，考慮可開啟屋面的特殊性，我們從業(yè)主方結(jié)回295萬元，創(chuàng)造了95萬的經(jīng)濟(jì)效益。

本次可開啟屋面設(shè)備用房為塔里木油田市場(chǎng)首個(gè)可開啟屋面的建筑，受到業(yè)主高度贊揚(yáng)，在塔里木油田贏了聲譽(yù)，同時(shí)為以后類似可開啟屋面施工提供了技術(shù)支持，積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-7-23