开合结构屋盖

作者：孙庆献

简介：开合屋盖结构（Retractable Roof Structure）是一种在很短时间内部分或全部屋顶结构可以移动或开合的结构形式，它使建筑物在屋顶开启和关闭两个状态下都可以使用。
关键字：屋盖
由于膜材料轻质高强的特性，一般大规模开合屋顶的结构都是钢结构和索结构，上铺膜材料或轻型板材。屋盖系统分成若干个单元片，通过单元片的移动、转动，使之各片之间搭接、迭放来实现屋盖的开合。钢结构组成的刚性屋盖单元上铺膜材料是大型开合结构发展的主流，Pusan Dome（Korea,底部直径200米,开合面积12900平米）的开合屋盖采用张拉索穹顶作为支撑结构，开合屋盖采用半刚性膜屋面，以非褶皱空间移动方式开合，开创了大型索结构上非褶皱开合膜屋盖的先河。到目前为止，世界上面积超过10000平米的大型开合屋盖结构已超过10座，这些大规模的开合结构的建成产生了非常好的经济社会效果，其市场越来越好。

??一、开合屋盖结构的发展①1950年以前的小型开合结构；②1950-1988年的褶皱膜开合屋盖结构；③1988至今的刚性移动屋盖单元开合屋盖结构。1950年以前的开合结构主要以小型结构为主，并且主要用在非建筑领域。1950-1988年的发展以膜褶皱型式的开合结构为主。80年代末90年代初以来的开合屋盖结构思想，均来源于1961年美国建成的的用现代牵引技术驱动的刚性开合结构的匹兹堡（Pittsburgh）市民体育场，其跨度为127m，由可开合的八瓣不锈钢屋盖组成，至今仍具有开拓性意义。之后，世界上建造了上百个带有刚性开合单元的开合屋盖建筑。表1为欧洲各国建造的开闭式钢屋盖实例。其特点是，均采用了拱架、拱形网壳、部分球壳或平板网架等刚性钢结构作为移动屋盖单元的受力结构，其屋面材料为膜材料、金属板及其它轻质材料。屋盖系统分成若干个单元片，通过单元片的移动、转动，使之各片之间搭结、迭放来实现屋盖的开合。这种由刚性钢结构屋盖开合单元组成的开合屋盖克服了膜褶皱型式开合方式的致命缺陷，是大跨度屋盖结构的主要开合型式。

??拿大多伦多建成了直径208m的天空穹顶多功能体育场，在世界上产生了很大的轰动效应，掀起了世界上建造现代大跨度开合屋盖结构的新浪潮。该场馆至今仍作为多轮多申办2008年奥运会的主场馆。日本于1991年建成了跨度136m的阿瑞卡体育场

??1993年建成了日本海洋穹顶Ocean Dome开启状态全景图,1993年日本又建成了直径218m的福冈棒球场，该馆的建成再一次引起了世界的广泛注意；至此，大跨度开合屋盖技术得到了进一步的发展和完善，世界上对建造大型开合结构的疑虑逐渐消失，并对其前景和建造的必要性逐渐看好。目前，世界上相继建成或正在建设的带有开合屋盖的大型体育场有近二十座，面积超过10000m2的大型开合屋盖结构有近十座。这些大规模的开合结构的实现和规划产生了非常好的经济社会效果，其市场越来越好，引起了国际体育界的广泛关注，许多建筑已成为所在地的标志性建筑。由此可见，开合屋盖建筑已成为体育建筑的一个重要发展趋势，我国著名建筑设计大师马国馨院士更把开合屋盖体育建筑称之为"第三代体育建筑"。三、开合屋盖结构的开合和驱动方式根据开合机理对屋盖体系的开合移动方式进行分类，开合移动方式可分为水平移动方式、水平旋转移动方式、空间移动方式、绕枢轴转动移动方式、折叠移动方式、组合移动方式。其分类见表。

??水平移动方式通过平行移动/迭盖屋盖单元的形式打开屋盖。屋盖分为固定不动的结构单元和可以移动的结构单元。

??水平旋转移动方式屋盖单元绕某一竖轴旋转移动/迭盖的型式打开屋盖。屋盖分为固定不动的结构单元和可以移动的结构单元。

??空间移动方式通过沿空间轨迹（道）移动/迭盖屋盖开合单元，达到打开屋面的开合方式。屋盖分为固定不动的结构单元和可以移动的结构单元。

??绕枢轴转动方式屋盖单元绕某一水平轴转动，以该形式打开屋面。

??折叠移动方式利用各种型式的折叠或褶皱使屋面折皱或卷绕开合屋盖。它包括水平折迭方式、旋转方式、竖向折迭方式。屋盖分为固定不动的结构单元和可移动的结构单元。

??组合移动方式以上各种方式的组合。即：①屋盖中的单片开合单元存在两种或两种以上的移动方式。或，②尽管各开启屋盖单元的运动方式单一，但各开启单元的移动方式不同，存在两种或两种以上的移动方式。