開幕式當天下雨怎么辦？無論是在2008年北京奧運會，還是在2011年深圳世界大學生運動會開幕式前夕，有關人員都曾被這個問題困擾過。如果在場館的建設中采用開合式屋蓋，無論遭遇任何惡劣的天氣都不會使開幕式或比賽受到影響。中國建筑設計研究院副總工程師范重結合自己所完成的開合屋蓋工程實踐，對開合屋蓋結構設計的關鍵技術進行了較為全面的論述。本版將就開合屋蓋的基本形態設計、活動屋蓋結構體系、固定屋蓋設計要點等內容分6次連載，敬請關注。——編者

　　一、概論

　　開合屋蓋是一種較為新穎的建筑形式，但目前我國自主完成的開合屋蓋設計還比較少，尚未制定出相應的技術規程。屋蓋的開合方式應根據建筑方案、使用功能、自然條件、運營管理等因素綜合確定，并明確規定活動屋蓋開合的基本狀態。從結構安全與經濟性的角度來看，將抵抗荷載與作用最有利的活動屋蓋位置作為基本狀態較為合理。活動屋蓋應采用整體剛度較小、對邊界條件不敏感的柔性結構，可使安裝誤差與結構變形具有較大的適應能力。固定屋蓋、尤其是軌道桁架應具有較大的剛度，并嚴格控制施工精度。活動屋蓋位于全開、半開及全封閉三種狀態的荷載取值存在很大差異，需要分別進行計算分析。應考慮活動屋蓋與固定屋蓋之間的相互作用，軌道桁架、臺車及連接部件應在罕遇地震作用下保持彈性。在活動屋蓋處于非基本狀態或行走過程中，地震動加速度可適當折減，應通過對多種驅動方式進行技術經濟比較，確定活動屋蓋的開合驅動與控制系統，系統應便于操作與維修。驅動控制系統的維護管理工作對保證活動屋蓋運行的可靠性與耐久性非常重要。

　　1.開合屋蓋的功能與特點

　　開合屋蓋打破了傳統室內空間與室外空間的界限，可以根據使用功能與天氣情況在室內環境與室外環境之間進行轉換，使用者既能夠盡情享受陽光與新鮮空氣，又可以避免風雨等惡劣天氣的影響，能夠很好地滿足人們全天候的使用需求。

　　帶有開合屋蓋的建筑可按活動屋蓋的位置分為全開、半開及全封閉三種狀態，通過專業人員對活動屋蓋進行開啟、關閉進行操作。開合屋蓋的應用范圍以游泳館、網球館、棒球館等體育場館為主，規模逐漸從小型建筑發展到大型工程。與傳統的大跨度結構相比，開合屋蓋除廣泛采用現代建筑結構的設計理念外，對結構設計技術、施工安裝精度也提出了更高的要求。此外，由于開合屋蓋的行走裝置采用了很多機械傳動與控制技術，因此，在開合屋蓋的設計中涉及到建筑、結構、機械、自動化控制等領域的技術，可以說，開合屋蓋是現代建筑科技的集中體現。

　　⒉國內外開合屋蓋工程進展

　　從20世紀80年末開始，大型開合屋蓋工程在發達國家得到快速發展。自1989年加拿大建成多倫多天空穹頂（現代大型開合屋蓋結構中的經典之作）后，美國、日本和歐洲的一些國家和地區也陸續興建了一些開合屋蓋的工程。在歐洲，最著名的是荷蘭阿姆斯特丹體育場和英國溫布利體育場。

　　目前，國內已經建成的帶有開合屋蓋的大型建筑還比較少，2000年建成的浙江黃龍體育場、2005年建成的上海旗忠網球館、2006年建成的南通體育會展中心是目前國內規模較大的開合屋蓋建筑。

　　1996年建成的荷蘭阿姆斯特丹體育場（AmsterdamArena）是一個多功能運動場，建筑平面尺寸為180米×250米，開合尺寸為71米×108米，屋面采用鋁板、半透明塑料板，建筑高度75米。阿姆斯特丹體育場的移動結構和固定屋蓋分別設置單獨的支撐結構，減小結構間相互影響和支撐結構的尺寸。其驅動方式采用齒條和齒輪，開合方式為空間移動方式，開合時間約30分鐘。
    
       2006年9月竣工的南通體育會展中心的總建筑面積為4.86萬平方米，建筑高度55.2米。體育場下部看臺的結構為混凝土結構，屋蓋為管桁架空間結構，看臺結構與屋蓋結構完全分離。體育場屋蓋的幾何形狀為球冠，固定屋蓋采用拱支網殼，拱架最大跨度280米，活動屋蓋為單層網殼，可開啟面積約為1.8萬平方米。

　　2007年建成的溫布利體育場（WembleyStadium）位于英國倫敦，是2012年倫敦奧運會足球比賽用場，可容納10萬觀眾。溫布利體育場長105米，寬69.5米，開啟方式為組合移動式，5萬平方米的屋頂可隨意開閉并保證空氣和光線可到達賽場內任何角落。

　　上海旗忠網球中心總建筑面積為85438平方米，建筑物高度約40米，屋頂為鋼結構并且可以開啟，其開啟方式仿佛上海市的市花白玉蘭的開花過程。其結構體系由一個直徑123米、64榀施加了徑向預應力和二道柱頂環向預應力的鋼筋混凝土主體圓環結構加上一個直徑123米、寬24米、高7米的W形大直徑鋼管相貫焊接節點的空間環梁結構組成。8榀大直徑鋼管相貫焊接節點的開閉屋蓋結構，每榀設置在一個固定轉軸及三同心旋轉軌道結構支承在空間環梁上。

　　黃龍體育中心網球館包含主比賽場和安徽省老年活動中心兩部分，總建筑面積約19134平方米，設5000觀眾席，建筑高度為32.2米。網球中心屋蓋部分采用開合結構，屋面投影面積5800平方米，其中固定部分面積5053平方米，活動部分面積969平方米。固定部分由兩榀主拱、兩榀環梁、固定屋蓋組成，其中主拱桁架由拱型桁架和水平桁架組合而成，跨度94米。固定屋蓋采用張弦梁結構，支撐于拱架和外環梁之間。活動屋蓋由兩片21米×19米單層網殼組成，屋蓋開閉采用自行式機械行走裝置。

　　⒊開合屋蓋設計中存在的問題

　　開合屋蓋通常由活動屋蓋、固定屋蓋與驅動控制系統構成，目前，國內外開合屋蓋結構設計均處于探索研究階段。國外開合屋蓋在使用過程中存在的問題與出現故障的情況較多，發生過圍護結構破損、機械故障、運行不暢等情況，與普通的大度跨度空間結構相比，開合屋蓋的技術復雜性要多得多。

　　目前，我國自主完成的開合屋蓋設計還比較少，相關技術研究不夠深入，對最佳開啟方式、活動屋蓋與固定屋蓋結構體系、開合屋蓋荷載與作用、驅動與控制系統等缺乏系統的研究。我國尚未制定出開合屋蓋結構技術規程，對開合屋蓋結構安全性、活動屋蓋運行可靠性、建造成本等方面的研究還處于工程案例層次，迫切需要通過學術研究與工程實踐，不斷提高設計水平。(待續)

　　□范重