一种体育馆动荷载稳定性控制方法

摘要

本发明提供一种体育场馆动荷载稳定性控制方法，此方法适用于同类型同领域的建筑载体，使建筑得到更好的维护，延长使用寿命。在工程实际中，若载荷使杆件内各质点产生的加速度较显著，或者载荷随时间而变化，则这样的载荷称为动载荷。当具有一定速度的物体冲击静止的杆件时，该物体的速度在很短的时间内急剧变化，产生很大的负值加速度，故物体对静止的杆件施加很大的作用力。在此方法中，通过滑动小车的运用，以达到控制动荷载的作用，透过完善的智能系统操控技术的支持下和机械化操控技术的合理运用下，实现双保险的完美合作，确保建筑在使用过程中的安全性能。使整个建筑内部空间富有动感，机械与建筑的完美结合。

说明书

技术领域

本发明涉及一种体育场馆动荷载稳定性控制方法，可以轻松准确的了解建筑的动力荷载，从而找出使其稳定性的控制方法，保证体育馆的安全性能。一个小小的滑动小车发挥了控制动荷载的功能，使体育馆产生的动荷载保持在一个稳定的数值，通过完善的智能系统操控技术，使滑动小车达到了控制体育馆动荷载的作用。 

背景技术

目前，建筑能耗已与工业能耗、交通能耗并列，成为我国能源消耗的三大能耗大户。尤其是建筑能耗伴随建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提升，呈现急剧上升的趋势。所以节约能耗成为摆在设计师面前的难题。随着时间的流逝，建筑主体受到长期的风吹日晒，为了减轻消耗的负担，各种维持建筑持久力的方法运营而生，然而有些方法只是侧重于建筑表面墙体的维护，而无法了解建筑内部存在的动荷载的情况。本专利则是同时考虑环境、舒适度和节能设备三个方面，通过物理技术的支持，以此确立出最合理的建筑动荷载稳定性的控制方法。建筑动荷载的稳定性关系到环境，能源，材料以及相关一系列的成本，通过滑动小车来达到体育馆动荷载稳定性的控制作用是本专利的首要检测以及兼容点。在成熟的机械化操控技术应用的前提下配合完善的智能系统的支持，就可以达到利用滑动小车控制体育馆动力荷载稳定性的作用。 

发明内容

本发明的目的是提供一种体育馆动荷载稳定性控制方法； 

本发明的另一目的是提供一种快速有效的了解建筑内部产生的动荷载的方法；

本发明的提供一种能够利用滑动小车来控制建筑动荷载的稳定性的方法，具体步骤如下：

(1)、将整个建筑物视为一个大空间网格，所述的大空间网格内部由无数个相同的小空间网格组成，小空间网格的大小根据计算精度来确定，每个小空间网格对应一个房间，或根据现实中的房间大小对小空间网格进行空间重组；

(2)、确立分析计算建筑物时所需要的建筑信息和环境信息，将所述建筑信息和环境信息输入计算机中进行风环境以及湿度环境的模拟，得出整个建筑物的能量流失数据；

(3)、在采光模拟软件平台上，利用插件导入步骤(2)得到的风环境以及湿度环境模拟所得出的能量流失数据进行二层模拟；

(4)、再根据步骤(3)二层模拟后获知的能量流失数据对每一个小空间网格进行计算，所求得的数据就作为将来房间布局的设计参考；

(5)、在计算机中进行房间数量和属性的设置，那么整个建筑物空间布局中则根据能量流失的多少来布置相应的房间在对应的部位上；

(6)、最后根据要求，对建筑进行功能布置的分析，在分析中将属性相同的功能区尽可能的集中于一体；

(7)、收集到数据就作为建筑空间动荷载的参考，用来将体育馆内部信息转化为计算信息，根据要求对建筑进行动力荷载稳定性的分析；

所述动力荷载稳定性的分析通过运用滑动小车实现，所述滑动小车布置于钢架结构上，将体育馆内部信息转化为计算信息储存在小车里以达到控制动荷载的作用，

若载荷使杆件内各质点产生的加速度较显著，或者载荷随时间而变化，则所述载荷为动载荷；当具有一定速度的物体冲击静止的杆件时，该物体的速度在很短的时间内急剧变化，产生很大的负值加速度，故物体对静止的杆件施加很大的作用力；

 计算公式

式中　n——轴承转速，r/min;C——额定动载荷，N；P——当量动载荷，N；ε——寿命指数；fF——载荷系数，对转盘和水龙头主轴承，fF=1.25；fL——润滑寿命修正系数；fR——可靠性寿命修正系数；fU——游隙寿命修正系数；fE——轴向偏斜寿命修正系数；fY——材料冶炼方法寿命修正系数；fH——表面硬度寿命修正系数，fH=(gH）ε, gH为额定动载荷硬度修正系数；fT——温度寿命修正系数，fT=（gT）ε，gT为轴承额定动载荷温度修正系数；fG——润滑油过滤精度寿命修正系数，滚子轴承fG=3.5（Gj）-0.55，Gj为滤网的细度(μm)。 

由疲劳损伤累积理论得变载荷工况下滚动轴承损伤为： 

式中　Q——损伤程度；S——载荷谱的载荷级数；L′i——某一载荷级在规定寿命期内的循环次数，106rLi——某一载荷级达到极限寿命时的循环次数，106r。L′i、Li由下式确定：

式中　ni——某一载荷级时的转速，r/min；qi——某一载荷级运转时间占总时间之比；LR——滚动轴承总工作寿命，h；Pi——某一载荷级时的当量动载荷，N。系数fL、fU、fE随载荷大小而变化，故等效当量动载荷Pm下的fL、fU、fE都是未知的。按式（2）、（3）来求解等效当量动载荷Pm是十分困难的。为计算方便，取各级载荷作用下修正系的平均值fLm、fUm、fEm作为等效当量动载荷下的fL、fU、fE，即

主轴承在等效当量动载荷Pm及相同的载荷循环次数条件下达到同样损伤，系数fT、fH、fR、fY、fG受载荷的影响不大，可取为定值。

化简后得等效当量动载荷为 

主轴承疲劳寿命为

式中nm=主轴承平均速度，r /min，且

 滚动轴承荷载与寿命的关系曲线如图4所示。曲线方程为

=常数

式中：

P——当量动荷载（N）；

L₁₀——基本额定寿命（10⁶r）；

ε——寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。

轴承基本额定寿命为100万转（1x10⁶r）时所能承受的荷载称为基本额定荷载C(N),代入上式可得 

或

式中：

n——轴承的工作速度（r/min）；

L_10、L_h——分别为以转数和小时数为单位的轴承寿命（r、h）；

对于装有飞轮的轴的动荷载，飞轮与轴同时作匀减速转动，其角加速度为： α的方向与ω的方向相反；按动静法，在飞轮上附加惯性力矩dM(其方向与α相反)为

式中J为飞轮的转动惯量，其值为

制动时，制动器所产生的摩擦力偶矩与惯性力矩IM平衡，从而使轴受到扭转变形。所以由于惯性扭矩而引起的轴内最大切应力为

。

本发明中，所述的建筑信息包括建筑材料和结构；所述的环境信息包括太阳辐射对建筑表面形成的太阳辐射程度、周边的风压和周边的风向。 

本发明的有益效果在于：

具体地说，本发明的优点如下：可以轻松准确的了解建筑的动力荷载，从而找出使其稳定性的控制方法，保证体育馆的安全性。通过滑动小车的运用，以达到控制动荷载的作用，透过完善的智能系统操控技术的支持下和机械化操控技术的合理运用下，实现双保险的完美合作，确保建筑在使用过程中的安全性能。一个小小的滑动小车发挥了控制动荷载的功能，使体育馆产生的动荷载保持在一个稳定的数值。本发明则是同时考虑环境、舒适度和节能设备三个方面，通过物理技术的支持，以此确立出最合理的建筑动荷载稳定性的控制方法。建筑动荷载的稳定性关系到环境，能源，材料以及相关一系列的成本，通过滑动小车来达到体育馆动荷载稳定性的控制作用是本专利的首要检测以及兼容点。在成熟的机械化操控技术应用的前提下配合完善的智能系统的支持，就可以达到利用滑动小车控制体育馆动力荷载稳定性的作用。

附图说明

图1为体育场馆的示意图； 

图2为体育场馆滑动小车的示意图；设计了2种荷载曲线，荷载曲线1最大爆压为5MPa(相当于1t的TNT地面爆炸时冲击波距爆源5m处的最大超压)，在6ms内衰减到0；荷载曲线2最大爆压5MPa，在12ms内衰减到0；

图3为动力荷载示意图；

图4为轴承荷载寿命曲线示意图；

图5为装有飞轮的轴动荷载示意图；

图6为降温和荷载作用下位移曲线示意图；

图7为体育馆具体实施步骤流程图；

图8为体育场馆控制动荷载稳定性的示意图。

图中标号：1.场馆入口，2.钢架结构，3.滑动小车，4.荷载曲线1  5.荷载曲线2，6.制动器  7.飞轮。 

具体实施方式

在工程实际中，除了受静载荷作用的构件外，还将遇到许多运动构件，这些构件在高速运行时，常常出现不可忽略的动力效应——附加在运动构件上的动力效应。若载荷使杆件内各质点产生的加速度较显著，或者载荷随时间而变化，则这样的载荷称为动载荷。当具有一定速度的物体冲击静止的杆件时，该物体的速度在很短的时间内急剧变化，产生很大的负值加速度，故物体对静止的杆件施加很大的作用力。 

  

计算公式

式中　n——轴承转速，r/min;C——额定动载荷，N；P——当量动载荷，N；ε——寿命指数；fF——载荷系数，对转盘和水龙头主轴承，fF=1.25；fL——润滑寿命修正系数；fR——可靠性寿命修正系数；fU——游隙寿命修正系数；fE——轴向偏斜寿命修正系数；fY——材料冶炼方法寿命修正系数；fH——表面硬度寿命修正系数，fH=(gH）ε, gH为额定动载荷硬度修正系数；fT——温度寿命修正系数，fT=（gT）ε，gT为轴承额定动载荷温度修正系数；fG——润滑油过滤精度寿命修正系数，滚子轴承fG=3.5（Gj）-0.55，Gj为滤网的细度(μm)。 由疲劳损伤累积理论得变载荷工况下滚动轴承损伤为

式中　Q——损伤程度；S——载荷谱的载荷级数；L′i——某一载荷级在规定寿命期内的循环次数，106rLi——某一载荷级达到极限寿命时的循环次数，106r。L′i、Li由下式确定

式中　ni——某一载荷级时的转速，r/min；qi——某一载荷级运转时间占总时间之比；LR——滚动轴承总工作寿命，h；Pi——某一载荷级时的当量动载荷，N。系数fL、fU、fE随载荷大小而变化，故等效当量动载荷Pm下的fL、fU、fE都是未知的。按式（2）、（3）来求解等效当量动载荷Pm是十分困难的。为计算方便，取各级载荷作用下修正系的平均值fLm、fUm、fEm作为等效当量动载荷下的fL、fU、fE，即

主轴承在等效当量动载荷Pm及相同的载荷循环次数条件下达到同样损伤，系数fT、fH、fR、fY、fG受载荷的影响不大，可取为定值。

化简后得等效当量动载荷为 

主轴承疲劳寿命为

式中nm=主轴承平均速度，r /min，且

滚动轴承荷载与寿命的关系曲线如图4所示。曲线方程为

=常数

式中：

P——当量动荷载（N）；

L₁₀——基本额定寿命（10⁶r）；

ε——寿命指数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。

轴承基本额定寿命为100万转（1x10⁶r）时所能承受的荷载称为基本额定荷载C(N),代入上式可得 

或

式中：

n——轴承的工作速度（r/min）；

L_10、L_h——分别为以转数和小时数为单位的轴承寿命（r、h）

装有飞轮的轴的动荷载

如图5所示，轴在10s制动时，飞轮与轴同时作匀减速转动，其角加速度为

α的方向与ω的方向相反。按动静法，在飞轮上附加惯性力矩dM(其方向与α相反)为

式中J为飞轮的转动惯量，其值为

制动时，制动器所产生的摩擦力偶矩与惯性力矩IM平衡，从而使轴受到扭转变形。所以由于惯性扭矩而引起的轴内最大切应力为

如说明书附图所示，通过体育场馆动荷载稳定性控制方法，可以轻松使建筑动荷载稳定性得到控制。此外也可以根据需要确定建筑功能的布置，将建筑所需要的功能空间进行合理利用。此专利技术的实现先要融合三种技术系统来实现，第一是建筑受光分析系统，这是一种能够通过太阳辐射对建筑表面形成的太阳辐射程度（这些程度受到建筑材料和结构的影响）来判断建筑受光情况；第二种是周边风压和风向对建筑的散热情况，如冬季的北方会加速建筑温度的流失；第三种是计算机的智能化分析，就是根据前面两步得到的温度流逝的数据，来妥善将同一属性的功能空间进行集中，这个属性的设置可以以采光为重点考虑，也可以由温度流逝情况来重点考虑。有了这三种技术，通过一个软件平台进行融合，就可以计算出所需要的建筑体量关系。借此在这个体量关系上做到进一步的节能设计，本专利致力于发展可持续发展战略进入建筑领域的必要技术。作为体量计算必不可少的环节，计算机的运用是通过精确的公式换算，编入本发明需要的验收标准。

将整个建筑物视为一个大的空间网格，所述大的空间网格的内部由无数个相同的小空间网格组成，小空间网格的大小根据计算精度来确定，每个小空间网格对应一个房间，且还可进行另外的空间重组；确立分析计算时所需要的一切建筑信息和环境信息，将这些信息输入计算机中进行风环境及湿度环境的模拟，得出整个建筑物的能量流失数据；在采光模拟软件平台上，利用插件导入风环境以及湿度环境模拟所得出的能量流失数据进行二层模拟；再根据已获知的数据信息对每一个建筑空间网格进行计算，所求得的数据就作为将来房间布局的参考；在计算机中进行房间数量和属性的设置，那么空间布局中则根据能量流失的多少来布置相应的房间在对应的部位上；最后根据要求，对建筑进行功能布置的分析，在分析中将属性相同的功能区尽可能的集中于一体。所述的建筑信息包括建筑材料和结构；所述的环境信息包括太阳辐射对建筑表面形成的太阳辐射程度、周边的风压和周边的风向。房间的属性为卧室、客厅、洗手间和餐厅，卧室所对应的要求是必须采光且温差变化不大；客厅所对应的要求是应当采光且应当温差变化不大；洗手间所对应的要求是可以采光且温差变化可以稍大；餐厅所对应的要求是可以采光且温差变化可以稍大。 

本专利所要解决的关键问题是如何同时引用采光数据和受气压影响的温度数据。就当前的分析软件，模拟采光和模拟流体环境的软件是分离的，然而在本专利的分析中，采光软件所要分析的主要是建筑受采光以及阳光热辐射对建筑温度的影响，而流体力学软件所要模拟的是周边风环境或湿度环境对建筑造成的能耗流失情况，而这个能耗流失主要是以能量的流失为主要数据的，从这里可以得出，其实我们所共同需要运用到的是能量流失的数据。这样就可以以采光软件为基础平台，在此基础上布设插件，它可以自动将风环境模拟过的能量流失数据放进来进行第二层模拟，就找到了两者的兼容方法。 

此外，智能化分析方式也是本专利需要解决的问题，这里所需要解决的数据问题其实是建立在已经得出的完整温度流失数据基础上，即“小型BOX”所表达出的温度信息。有了这个立体信息数据，再根据房间功能的大小比例模数信息和设计师输入的功能房间数量信息，将其重组为符合房间功能需要的方案设计，此外就是将具备向阳属性的房间自动南至（建筑处于北半球情况下），抓住了这两点就可以轻易快速的实现智能分析，把方案展现在设计师的面前。 

本专利的优势： 

1.    可以轻松使建筑动荷载稳定性得到控制。

2.    建筑产生的动荷载通过物理知识的运用实现了智能化操作。 

3.    将建筑的动力荷载达到最科学合理的分析，建筑内部的功能空间都被合理的利用。 

4.    可以轻松准确的了解建筑的动力荷载，从而找出使其稳定性的控制方法，保证体育馆的安全性。一个小小的滑动小车发挥了控制动荷载的功能，使体育馆产生的动荷载保持在一个稳定的数值，通过完善的智能系统操控技术，使滑动小车达到了控制体育馆动荷载的作用。 

具体实施步骤：确立所需要的一切建筑信息和环境信息，将这些信息输入计算机进行风环境及湿度环境的模拟，得出能量流失信息。在采光模拟软件平台上，利用插件导入风环境模拟的能量流失数据进行二层模拟。根据已获知的数据信息对每一个建筑空间网格进行计算，这些数据就作为将来房间布局的参考。在计算机中进行房间数量和属性的设置，比如居住建筑中卧室的属性为受光，恒温，那么空间布局中会自动将卧室布置在受光且能量流失少的部位。根据要求对建筑进行功能布置的分析，在智能分析中会属性相同的的功能区尽可能的集中于一体。 

得出合理的房间功能安排数据和建筑体量数据，为建筑师确立方案提供依据。本技术要解决的问题是对于各种功能房间的数据参数和属性要求的优先选取，在真实布局时，可能会存在两种环境的矛盾，一面要求用于足够的采光，一面要求热损耗小，通风舒畅，当两种要求不能同事具备时，就要选取一个优先条件。这个条件可以先以默认的方式布置，但是可以当进行显示的时候，建筑房间边框会以不同的颜色进行显示，以提醒用户房间满足条件的完整程度。然后根据喜好可以编辑优先选择顺序，重新进行运算选取。 

二次计算是本专利的创新之处，他成功运用了不同软件的数据信息，模拟施加在建筑表面的风压和降温参数，以这些参数为参考再对室内进行二次计算，最后得出一套自动的建筑方案，大大提高了建筑设计节能的智能化程度。 

随着时间的流逝，建筑主体受到长期的风吹日晒，为了减轻消耗的负担，各种维持建筑持久力的方法运营而生，然而有些方法只是侧重于建筑表面墙体的维护，而无法了解建筑内部存在的动荷载的情况。本专利则是同时考虑环境、电器和节能设备三个方面，通过物理技术的支持，以此确立出最合理的建筑动荷载稳定性的控制方法。建筑动荷载的稳定性关系到环境，能源，材料以及相关一系列的成本，通过滑动小车来达到体育馆动荷载稳定性的控制作用是本专利的首要检测以及兼容点。在成熟的机械化操控技术应用的前提下配合完善的智能系统的支持，就可以达到利用滑动小车控制体育馆动力荷载稳定性的作用。 

在工程实际中，除了受静载荷作用的构件外，还将遇到许多运动构件，这些构件在高速运行时，常常出现不可忽略的动力效应——附加在运动构件上的动力效应。若载荷使杆件内各质点产生的加速度较显著，或者载荷随时间而变化，则这样的载荷称为动载荷。当具有一定速度的物体冲击静止的杆件时，该物体的速度在很短的时间内急剧变化，产生很大的负值加速度，故物体对静止的杆件施加很大的作用力。比如，气锤在锻造坯件时，由于锤头和锻坯这两个物体在碰撞瞬间所产生的冲击载荷，能使锤杆内的应力较之静荷应力有几倍甚至几十倍的增长。冲击载荷，能使锤杆内的应力较之静荷应力有几倍甚至几十倍的增长。 

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的一个可行性实施例的具体说明，但是该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更，例如，等变化的等效性实施例，均应包含于本案的专利范围之内。单纯的建筑设计主要考虑的是当地的文化，地域特点，宏观气候，以及经济状况等方面，着眼于建筑的功能和造型。随着资源形式的日益严峻，节能减排呼声的日益高涨，越来越多的设计单位，研究结构开始对节能型建筑展开设计、研究。但是，原有方法的延续，使得大量所谓的节能建筑单纯以设备、技术的堆砌为主，其整体造价居高不下，施工难度相对提高，阻止了节能建筑在建筑市场的推广。本发明正是为了解决困难，运营而生的。 

此方法适用于同类型同领域的建筑载体，使建筑得到更好的维护，延长建筑的使用寿命，这将是一项重大的技术革新，透过此方法的大力普遍使用，将节约大量的人力物力财力，今后定会成为建筑设计领域中不可或缺的重大突破。在此方法中，滑动小车不仅仅起到微乎其微的作用力，更是整个设计理念中不可或缺的重要支撑。通过滑动小车的运用，以达到控制动荷载的作用，透过完善的智能系统操控技术的支持下和机械化操控技术的合理运用下，实现双保险的完美合作，确保建筑在使用过程中的安全性能。恰恰是因为滑动小车，使整个建筑内部空间富有动感，充满潜力的生机勃勃，机械与建筑的完美结合，再次推动了社会的发展。