开幕式当天下雨怎么办？无论是在2008年北京奥运会，还是在2011年深圳世界大学生运动会开幕式前夕，有关人员都曾被这个问题困扰过。如果在场馆的建设中采用开合式屋盖，无论遭遇任何恶劣的天气都不会使开幕式或比赛受到影响。中国建筑设计研究院副总工程师范重结合自己所完成的开合屋盖工程实践，对开合屋盖结构设计的关键技术进行了较为全面的论述。本版将就开合屋盖的基本形态设计、活动屋盖结构体系、固定屋盖设计要点等内容分6次连载，敬请关注。——编者

　　一、概论

　　开合屋盖是一种较为新颖的建筑形式，但目前我国自主完成的开合屋盖设计还比较少，尚未制定出相应的技术规程。屋盖的开合方式应根据建筑方案、使用功能、自然条件、运营管理等因素综合确定，并明确规定活动屋盖开合的基本状态。从结构安全与经济性的角度来看，将抵抗荷载与作用最有利的活动屋盖位置作为基本状态较为合理。活动屋盖应采用整体刚度较小、对边界条件不敏感的柔性结构，可使安装误差与结构变形具有较大的适应能力。固定屋盖、尤其是轨道桁架应具有较大的刚度，并严格控制施工精度。活动屋盖位于全开、半开及全封闭三种状态的荷载取值存在很大差异，需要分别进行计算分析。应考虑活动屋盖与固定屋盖之间的相互作用，轨道桁架、台车及连接部件应在罕遇地震作用下保持弹性。在活动屋盖处于非基本状态或行走过程中，地震动加速度可适当折减，应通过对多种驱动方式进行技术经济比较，确定活动屋盖的开合驱动与控制系统，系统应便于操作与维修。驱动控制系统的维护管理工作对保证活动屋盖运行的可靠性与耐久性非常重要。

　　1.开合屋盖的功能与特点

　　开合屋盖打破了传统室内空间与室外空间的界限，可以根据使用功能与天气情况在室内环境与室外环境之间进行转换，使用者既能够尽情享受阳光与新鲜空气，又可以避免风雨等恶劣天气的影响，能够很好地满足人们全天候的使用需求。

　　带有开合屋盖的建筑可按活动屋盖的位置分为全开、半开及全封闭三种状态，通过专业人员对活动屋盖进行开启、关闭进行操作。开合屋盖的应用范围以游泳馆、网球馆、棒球馆等体育场馆为主，规模逐渐从小型建筑发展到大型工程。与传统的大跨度结构相比，开合屋盖除广泛采用现代建筑结构的设计理念外，对结构设计技术、施工安装精度也提出了更高的要求。此外，由于开合屋盖的行走装置采用了很多机械传动与控制技术，因此，在开合屋盖的设计中涉及到建筑、结构、机械、自动化控制等领域的技术，可以说，开合屋盖是现代建筑科技的集中体现。

　　⒉国内外开合屋盖工程进展

　　从20世纪80年末开始，大型开合屋盖工程在发达国家得到快速发展。自1989年加拿大建成多伦多天空穹顶（现代大型开合屋盖结构中的经典之作）后，美国、日本和欧洲的一些国家和地区也陆续兴建了一些开合屋盖的工程。在欧洲，最著名的是荷兰阿姆斯特丹体育场和英国温布利体育场。

　　目前，国内已经建成的带有开合屋盖的大型建筑还比较少，2000年建成的浙江黄龙体育场、2005年建成的上海旗忠网球馆、2006年建成的南通体育会展中心是目前国内规模较大的开合屋盖建筑。

　　1996年建成的荷兰阿姆斯特丹体育场（AmsterdamArena）是一个多功能运动场，建筑平面尺寸为180米×250米，开合尺寸为71米×108米，屋面采用铝板、半透明塑料板，建筑高度75米。阿姆斯特丹体育场的移动结构和固定屋盖分别设置单独的支撑结构，减小结构间相互影响和支撑结构的尺寸。其驱动方式采用齿条和齿轮，开合方式为空间移动方式，开合时间约30分钟。
    
       2006年9月竣工的南通体育会展中心的总建筑面积为4.86万平方米，建筑高度55.2米。体育场下部看台的结构为混凝土结构，屋盖为管桁架空间结构，看台结构与屋盖结构完全分离。体育场屋盖的几何形状为球冠，固定屋盖采用拱支网壳，拱架最大跨度280米，活动屋盖为单层网壳，可开启面积约为1.8万平方米。

　　2007年建成的温布利体育场（WembleyStadium）位于英国伦敦，是2012年伦敦奥运会足球比赛用场，可容纳10万观众。温布利体育场长105米，宽69.5米，开启方式为组合移动式，5万平方米的屋顶可随意开闭并保证空气和光线可到达赛场内任何角落。

　　上海旗忠网球中心总建筑面积为85438平方米，建筑物高度约40米，屋顶为钢结构并且可以开启，其开启方式仿佛上海市的市花白玉兰的开花过程。其结构体系由一个直径123米、64榀施加了径向预应力和二道柱顶环向预应力的钢筋混凝土主体圆环结构加上一个直径123米、宽24米、高7米的W形大直径钢管相贯焊接节点的空间环梁结构组成。8榀大直径钢管相贯焊接节点的开闭屋盖结构，每榀设置在一个固定转轴及三同心旋转轨道结构支承在空间环梁上。

　　黄龙体育中心网球馆包含主比赛场和安徽省老年活动中心两部分，总建筑面积约19134平方米，设5000观众席，建筑高度为32.2米。网球中心屋盖部分采用开合结构，屋面投影面积5800平方米，其中固定部分面积5053平方米，活动部分面积969平方米。固定部分由两榀主拱、两榀环梁、固定屋盖组成，其中主拱桁架由拱型桁架和水平桁架组合而成，跨度94米。固定屋盖采用张弦梁结构，支撑于拱架和外环梁之间。活动屋盖由两片21米×19米单层网壳组成，屋盖开闭采用自行式机械行走装置。

　　⒊开合屋盖设计中存在的问题

　　开合屋盖通常由活动屋盖、固定屋盖与驱动控制系统构成，目前，国内外开合屋盖结构设计均处于探索研究阶段。国外开合屋盖在使用过程中存在的问题与出现故障的情况较多，发生过围护结构破损、机械故障、运行不畅等情况，与普通的大度跨度空间结构相比，开合屋盖的技术复杂性要多得多。

　　目前，我国自主完成的开合屋盖设计还比较少，相关技术研究不够深入，对最佳开启方式、活动屋盖与固定屋盖结构体系、开合屋盖荷载与作用、驱动与控制系统等缺乏系统的研究。我国尚未制定出开合屋盖结构技术规程，对开合屋盖结构安全性、活动屋盖运行可靠性、建造成本等方面的研究还处于工程案例层次，迫切需要通过学术研究与工程实践，不断提高设计水平。(待续)

　　□范重