自动开启天窗有效解决大体量建筑的创新设计问题
田今高
[摘 要]本文介绍了自动开启天窗总体性能参数概述，重点提出了天窗行走系统的参数性设计及轨道系统安装的关键技术点。
[关键词]自动开启天窗、行走系统、轨道、滚轮、公差
中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0395-01
一、前言概述
近年来，随着我国经济的蓬勃发展，各种大型商业建筑数量日益增多，为满足大型商业中庭有效消防排烟的消防要求，商业中庭自动开启天窗项目应运而生。在火灾发生时，天窗可自动打开，从而达到以下目的：
（1）对建筑实施有效的物理空间分隔，使大体量的建筑划分为若干个近似于独立的建筑，从而阻止火灾蔓延。
（2）增强排烟能力，有效减小和防止烟气对人员的危害。
（3）有效地组织开展灭火救援行动。
（4）有效地设置商业空间，提高商业空间利用率。
二、自动开启天窗总体介绍
自动开启天窗总体由七大部分组成：
1、钢结构：作为天窗系统的基础部分，涉及结构力学，钢构技术规范。
2、屋面幕墙系统：作为开启天窗的屋面主体部分，要求节能、防风、密闭、防雨、防渗。完全起到传统屋面或固定采光顶的建筑功能作用。
3、行走系统：整个天窗板块靠行走系统架设。行走系统轨道，滚轮的抗压设计必须完全满足结构支承要求。行走灵活自如，无运动卡带设计缺陷，导向系统完善。
4、传动系统：行走传动设计、转矩传动系统。
5、缓冲安全系统：止动缓冲系统；抗风，抗脱轨系统；防超程控制系统；液压阻尼系统。
6、动力系统：马达，减速器，制动器三合一体减速电机；变频控制系统。
7、控制系统：手动控制、自动控制系统；过程测速调控系统；人机界面动态观测系统；电气安全保护控制系统；动力供配电系统。
由于篇幅有限，以下本文仅重点介绍自动开启天窗行走系统设计及施工的技术性要求。
三、自动开启天窗行走系统设计计算
滚轮计算
1、基本参数：
依据天窗结构设计图纸核算天窗支承轮组所承受最大竖向荷载组合、天窗最大行走速度。
2、滚轮承载校核
（1）滚轮当量动荷载
P=αγP
其中：
P：最大轮压设计值
ɑ：动力系数，取1.1
γ：分项系数，取1.4
P：滚轮最大轮压标准值（KN）
根据公式计算出滚轮当量动荷载（kN），设计滚轮额定承载必须大于所计算滚轮当量动荷载P。
（2）滚轮踏面疲劳计算
计算依据：
P≤
其中：
：车轮踏面疲劳计算荷载，KN。
：滚轮材料许用线接触应力常数，45#钢质滚轮，取5.6 N/。
D：滚轮直径，mm。
：滚轮与轨道有效接触长度，42mm（15kg轨道钢）
：转速系数，取0.97
：工作级别系数，取1.12
设计滚轮额定承载必须小于根据公式计算出车轮踏面疲劳计算荷载（kN），确保天窗滚轮踏面疲劳满足设计要求！
轨道计算
1、轨道局部压应力计算（图1）：
ψ=1.35；lz=a+2h，a取50mm，F为滚轮轮压设计值
若σc<125MP，则设计满足要求。
2、轨道抗弯计算，轨道受力计算简图如下：
（1）强度校核
σ=M/γW≤f
f：轨道材料的强度设计值（MPa）；
L1：轨道垫板跨度（mm）；
ML/2：跨中截面的弯矩（N·mm）；
ML/2=FL1/4
W：材料的截面抗弯矩（mm3）
σ=ML/2/γW
若σ≤f=235MPa（Q235）则轨道强度满足设计要求！
（2）挠度校核
df=FkL13/48EI≤df，lim
df：杆件的挠度计算值（mm）；
Fk：作用在轨道上的轮压标准值组合（N）；
L1：轨道垫板跨度（mm）；
E：材料的弹性模量（Mpa）；
I：材料的惯性矩（mm4）；
df，lim：材料的挠度限值，轨道取跨度的1/1000；
df= FkL13/48EI
若df≤df，lim则挠度满足设计要求！
四、自动开启天窗行走系统安装技术要求
1、检测应采用校验过的钢卷尺，同一工程中的全部测量必须使用相同的钢卷尺。
2、轨道安装公差
（1）轨道跨度S的极限偏差△S不得超过下列数值：
S≤10m时，△S=±3mm S>10m时，△S=±（3+0.25×（S-10））mm
但最大不超过±10mm
（2）与开启天窗运行方向相垂直的同一截面上两根轨道之间的高度差？h应符合：跨距S≤2m，△h≤2mm
2m （3）轨道顶部局部平面度△hr，不得超过下列数值中的较小值。 △hr≤0.001Wc 或 △hr≤0.001S 其中：Wc——滾轮基距；S——轨距 （4）轨道沿长度方向在垂直平面内的弯曲，每2m测长内各点的偏差不得大于2mm，全长轨道垂直平面内弯曲偏差不得超过5mm。 （5）轨道沿长度方向在水平面内的弯曲，每2m测长内的极限偏差不得超过±1mm，全长内侧向弯曲极限偏差为±5mm。 （6）轨道接头应对准，推荐采用焊接的轨道接头。两平行轨道的接头位置应错开，其错开距离应大于前后滚轮的轮距。接头处高低差和侧面错位均应小于1mm，接头间隙应小于2mm。 3、滚轮安装公差 （1）滚轮间距误差±3mm。 （2）滚轮同位差，即同一钢梁下每个滚轮中心线距轨道中心线的偏差不大于1mm。 （3）滚轮轴线在水平面内的角度偏差应小于1/1000。 （4）滚轮的垂直偏斜量应小于1/400。
