杭州奥体中心网球中心位于钱塘江南岸，与北岸钱江新城核心区“日月同辉”等标志性建筑群隔江相望、南北呼应。其活动屋顶的开合方式，在第19届亚运会期间倍受关注，得到国内外运动员和观众的广泛赞誉。

杭州奥体中心网球中心决赛馆（“小莲花”），可容纳10 000名观众。围合墙体与固定屋盖结构造型由24片“固定花瓣”组成，整个屋面的最高标高约40 m（结构中心线），屋面外边缘最大外径约为133 m，悬挑长度约26 m；中央活动屋顶由8片可开启式钢结构组成，其外形均为相同的花瓣，“活动花瓣”结构中心线的最大长度约45 m，最大宽度约25 m，最大高度约6 m。

活动屋顶机械系统设置在钢结构的固定屋盖与“活动花瓣”之间，8块“活动花瓣”可进行45°同步旋转动作，实现活动屋顶的开启和闭合。活动屋顶开启后，能露出固定屋盖的上部圆形开口（开口结构中心线内接圆直径约60 m），形成一个开放的露天空间；活动屋顶闭合后，能将固定屋盖的上部圆形开口全部遮挡，形成一个封闭室内空间。

场馆构造及开合状态见图1～图5所示。

图1  场馆构造及活动屋顶开闭示意图图2  网球中心内景图3  闭合状态的活动屋顶内景图4  正在开启的活动屋顶内景图5  开启过程中相邻两片活动屋顶（密封排水结构）的相互位置关系

可开合的活动屋顶是当今大型建筑的重要设计理念，也是一种新颖的建筑形式。其安全可靠主要表现在以下几个方面：

1）活动屋顶在全寿命周期能够保证有效平稳运行，满足屋盖防雨密封的功能，并随时实现活动屋顶开合的要求；

2）活动屋顶在全寿命周期具备操作方便的维护保养措施，长期的维护费用合理，综合维持成本较低；

3）活动屋顶在全寿命周期具备切实可行的安全应急装备和手段，能适应可预见的各种风险和灾害，确保不会出现由于活动屋顶造成的二次损失。

从建筑角度，活动屋顶可以有各种各样的创意和构想，实现功能与外观的完美统一；从机械结构角度，在满足建筑结构及功能需求的前提下，只有保证系统在全寿命周期的安全平稳运行，合理的投入和便利的维护，才是最适合的方案。

图6  活动屋顶开合示意图

图7 单片活动屋顶设备组成图8  驱动装置与主动轮轨道梁及支撑轮图9  固定转轴与从动轮轨道梁及支撑轮

图10  固定结构、活动屋顶、设备系统关系示意图

该开合方案特点是动力驱动装置固定，方便供电和控制，有利于简化驱动系统，减少活动结构的自重，安全可靠、运行平稳、便于维护保养。

转轴能够补偿屋盖结构的变形、加工及高度误差，使转轴组件只承受水平力。

驱动装置可以适应结构变形引起的传动偏差，链轮可随结构变形作浮动调整，保证在屋盖运动过程中链轮链条的啮合状态稳定。见图11所示。

图11  浮动链轮链条驱动

台车装置运转灵活，滚动阻力小，轮轨噪音低，并能承受附加载荷及极限载荷作用。

轨道梁采用箱形截面，其连接构造适应主体结构的安装变形，保证轨道平整光滑，满足台车平稳运行要求。轨道梁在活动屋顶系统中起过渡和连接的作用，轨道梁承担活动屋顶与固定结构之间载荷的传递及机械驱动系统的动力传递，同时是保证水平约束和防倾覆装置起作用的受力支撑结构。通常结构的变形协调以及驱动系统的传动调整，都是通过与轨道梁的几何关系调整来实现的。见图12、图13所示。

图12  轨道梁A、B、C组成图13  反力轮、支撑轮示意图

1）大型复杂异形空间桁架受力分析：屋盖结构的受力分析除考虑正常的自重、固定载荷、惯性载荷外，还要考虑风载荷、雪载荷、地震等极限工况。本项目固定屋盖和活动屋顶均为钢结构，需在整体模型中统一分析。部分结构分析见图14、图15所示。

图14  屋盖结构及轨道梁受力分析图15  固定回转装置及轮轨变形分析

2）活动屋顶的密封排水：每片屋盖上的防水装修和排水沟，以及中心封闭装置的工艺，是避免场馆漏雨的关键。本项目采用非接触结构密封的方法实现理想密封效果。见图16所示。

图16  非接触结构密封示意图

3）活动屋顶的几何干涉检查：确保屋盖在开合过程中有足够的运动间隙，特别需要考虑屋顶结构在不同位置下的几何变形量。

4）８组活动屋顶的机械运动精度控制：既要运动平稳无卡滞，又要重复定位精度高，驱动机构的设计、加工、安装、调试都是重要环节。

5）８组活动屋顶的同步控制技术：在机械装置保证运动精度的前提下，采用适当的控制策略确保８组活动屋顶平稳同步运行。

6）安全装置：安全装置的功能包括运行中防倾覆、合拢时防碰撞、到位后锁定位置等。

活动屋顶系统从结构规模、悬挑尺寸、开启方式、开启效果等多方面均有显著特点。工程涉及钢结构与机械设备两个不同领域，具有典型的非标特性，所以在结构、受力、机械、控制、安装调试、密封排水、系统集成等方面都有相当高的难度。

由于结构尺寸大，机械设备精度要求高，加工复杂，还要进行高空吊装定位、结构变形控制、运动调试等，对工程实施提出了很高要求。具体实施包括：

1）现场空间位置测量。测量定位８片屋盖及设备系统安装位置，测量共布置一个测量原点以及12个测量点。见图17所示。必须确保８套屋盖各方向安装误差在 ±10 mm之内。

图17  现场测量位置示意图

2）设备现场拼装。检查部件运输变形影响，恢复工厂拼装状态，确保加工配装精度。

3）地面拼装运行试验。单套屋盖系统的地面试运行，检验配合及连接关系，划线标注，处理问题，在地面排除隐患。

4）高空吊装。与结构安装有机结合，优化吊装工艺，节约吊装工时，有序协调，整体推进，同时确保吊装与高空作业安全。见图18所示。

图18  高空整体吊装

5）单机调试。包括设备位置复查，线路信号确认，电气系统调试，单片屋盖局部试运行等。

6）屋盖结构同步调试。８片同步调试、反力滚轮最终定位，屋面密封排水制作配合，排水天沟干涉检查、头部缓冲插销定位、中间密封制作等。见图19所示。

图19  屋顶结构同步调试

7）设备综合调试。包括屋盖精确定位、驱动插销精确定位、限位装置定位，控制系统合成、确定行程、中间密封装置调整、密封调整、监视系统调试、整体检查等。见图20所示。

图20  设备综合调试

图21 杭州奥体中心网球中心活动屋顶关闭及开启状态图22上海旗忠网球中心活动屋顶关闭及开启状态

杭州奥体中心网球中心与上海旗忠网球中心活动屋顶开合形式，是目前世界上仅有的两例多片同步定轴旋转开合活动屋顶，性能特点比较见表2。其外形秀美、与场馆整体造型浑然一体，开合如花瓣绽放，运行姿态具有艺术效果，吸引力强，营造氛围突出。该形式活动屋顶不仅满足了网球场馆室内、露天转换的功能需求，也融合了当地人文特色，是当然的建筑标杆；同时该类型开合形式技术成熟、运行稳定、维护保养简单，是值得推广的一类活动屋顶形式。

选自 《演艺科技》2023年第四期 智浩，高敬东，李利，韩凌《杭州奥体中心网球中心活动屋顶技术简析》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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