项目编号：建科评[2007]050号

项目名称：体育场馆曲面空间运行超大型开闭式屋盖综合技术研发与应用

完成单位：同济大学、浙江精工钢结构有限公司、实用动力（上海）液压有限公司

           南通市体育场建设指挥部

简要技术说明：

    该项成果依托南通市体育会展中心体育场开闭式屋盖的设计、制作、施工和运行展开研究，结合同济大学游泳馆开闭屋顶盖、厦门奥网城网球场开闭式屋盖工程，对曲面空间运行的大型开闭式屋盖的结构、机械与控制综合技术进行研发和应用。

南通体育会展中心体育场位于江苏南通新城区，总建筑面积48565 m2，观众座位席32244个。建筑几何形状为球冠，分为固定屋盖和活动屋盖两部分。按水平投影面积计算，屋盖部分的总面积和开口面积分别为40470m2和17807m2，开口面积占总面积的44%；按曲面面积计算，两者分别为42494m2和18163m2，开口面积占42.7%，是目前国内最大规模的开闭顶建筑，在全世界上也是比较大的开闭顶建筑。此外，南通体育场开口部分屋盖的开闭运动是在球状空间曲面上进行的，与简单的平面运动方式或沿单曲率表面例如沿柱面移动的活动屋盖相比，具有更高的技术难度。该项目主要取得如下成果：

1、建立了集钢筋混凝土环梁基础-固定屋盖-台车-活动屋盖为一体的复杂系统力学模型，以及包含其中的台车设备抽象模型。依托该模型，提供了结构变形的准确范围，对制作、安装、台车系统的设计参数确定起到了决定性作用。提供了大型空间结构综合考虑地基-结构-可动设备一体化分析的成功实例。

2、对支承和运行于曲面有限刚度之上的超静定开闭顶结构创造性地提出了刚度适配的概念和结构设计方案，确定了大型开闭顶建筑的概念性结构设计技术的合理指导方针，有效降低了运行风险和投资成本。

3、创造性地提出了以自重静变形分解、分类吸收为原则、以提高活动屋盖运行过程台车动变形适应性为目标的施工技术，并据此制定了相应的施工技术方案。这一技术理念明确了空间曲面运行大型开闭顶建筑施工技术的合理技术路线和解决策略。

4、建立了活动屋盖曲面空间运动的完整技术系统。包括：①台车设备；②牵引装置；③运行时的检测-反馈-控制技术；④制动系统；⑤闭合时的插销锁定技术等，具有自主知识产权。

5、研制了对于活动屋盖和固定屋盖间相对变形具有高度自适应性，同时能接受反馈-控制指令对实际姿势（位移）和状态（荷载）进行调节保障的台车和相应的反馈-调整-设备自保护等控制系统。该系统同时能够满足结构安全对其的性能要求。

6、在新型节点、高精度复杂钢构件设计与加工制作技术上有所突破。如用于单层网架钢管结构的环肋形铸钢；基于试验数据，在大型管结构施工中第一次明确制定和实施了搭接相贯节点隐蔽部位焊接的技术要求；高精度与安装可调式轨道梁制造技术等。

该项目在接近300m跨球形结构上支承约18000m2的活动屋盖，单位耗钢量仅235kg/m2，实现了开闭顶建筑结构体系的相对轻量化。

专家评议：

研发单位对体育场馆曲面空间运行大型开闭式屋盖复杂系统进行了设计、制作、施工、机械、控制一体化综合研究，解决了该系统开闭运行的关键技术难题。

建立了结构与机械一体化系统分析模型，提出并采用了固定屋盖和活动屋盖刚度适配的设计概念，制定并实施了变形分解、分类吸收的施工原则，研制了以液压控制和机械式调节功能兼备的台车设备以及相应的控制系统，相关专利已登记申请。

针对开闭式体育场馆屋盖提出了偶然荷载极限状态分析的原则和方法，研发了适用单层网壳结构的铸钢节点，制定和实施了焊接搭接相贯钢管节点的技术措施。

研发单位紧密结合南通市体育中心体育场的工程建造进行开发和攻关，将研究成果直接运用于工程实践，产生了良好的社会经济效益；所获得的技术成果已开始应用到其它开闭式屋盖建筑工程项目。