開合結構

開合結構（Retractable Structures）的出現與人類體育事業的發展密切相關，是當代人類物質文化生活水平發展到相當程度，人們對體育比賽場院館功能要求日益完美的結果。體育場空間本來是個開放的空間，古代的奧運會就是在有天然草皮的大地上，在陽光的照射與微風的吹拂中召開的。然而，熱衷於體育運動的現代人卻發展成了室內體育館，通過裝備一些設備，將室外體育設施室內化，把體育賽事作為一種觀賞項目開展起來。這樣做不僅能在比較惡劣的環境條件下保護觀眾和運動員，而且實現了能在預定的時間內，進行預定的體育比賽，這是體育現代化的必然要求。這種建造大型運動場館的技術早已具備，而且無數的體育場館已投入使用。但是這些帶有屋頂的運動場並非劇場，人們還是憧憬着大自然的天空，大自然的陽光，大自然的和風，如果條件允許，敞開式運動場是受觀眾和運動員歡迎的，因此開合式屋蓋結構應運而生。

據統計國際上從本世紀60年代至今已建成200餘座開合結構，但絕大多數屬於中小型建築，主要用於游泳館、網球場等體育建築。從這些工程應用中人們已充分領略到這種結構的優越性：當雷雨風雪時將屋蓋關閉，享受一種温馨與熱烈；當天高氣爽時將屋蓋打開，感受自然之美。此外屋蓋開啓後室內外融為一體，尤其在夜晚，夜色與燈光融合，更有一種特殊感受。目前開合結構不僅用於體育場館，而且廣泛用於飛機庫、商場、廠房及需要晾曬的倉儲建築。

與固定式屋蓋相比開合屋蓋在技術上有很多特殊的問題必須慎重對待，如在結構形狀不斷改變的條件下設計荷載尤其是荷載以及結構運動產生的衝擊疚的評估與選擇，屋蓋走行部及軌道設計，屋蓋運行故障檢測及排隊措施，屋蓋的監控與安全保障系統設置等。為了經濟安全，移動結構構造應簡單並儘量輕型化；屋蓋開啓或關閉過程一般控制在20～25分鐘，為儘量減少衝擊力，應控制開始或停止時間在1～2分鐘；應裝置地震傳感器和風速儀，當超過特大風速和地震強度時，開關係統應能判別，以高速整個系統不會超載；屋蓋應安裝電視攝像及超聲波傳感系統，以便及時發現故障原因；控制裝置設計應有富餘，當裝置的任何部分失靈時不至於整個系統失靈，為此應用一種雙控制系統，既能自動也能手動；在開合功能失靈時，應能保障整個屋蓋結構的安全。在已建成的開合結構中不乏打開合不上、合上開不了的例子，更有一些開合結構因開合功能故障最終不得不改為固定屋蓋。這説明開合結構確實是一種技術性很強的結構形式，對設計和施工都有很高的要求。

開合結構的開合方式有以下幾種類型：

1． 水平移動

單純通過屋蓋水平移動形成開合。

2． 重疊方式

又可細分為：

（1） 水平重疊，通過數段屋蓋水平重疊搭接形成開合；

（2） 上下重疊，將屋蓋上下分成數段，底段固定，上面幾段可上下滑動形成開合；

（3） 因轉重疊，通過數塊屋蓋迴轉重疊形成開合；

（4） 水平迴轉移動重疊，既有水平移動又有迴轉移動，最後重疊搭接形成開合。

3． 摺疊方式

又可細分為：

（1） 水平摺疊，構件水平方向摺疊形成開合；

（2） 迴轉摺疊，構件水平迴轉摺疊形成開合；

（3） 上下摺疊，一般採用摸屋面，類似於摺疊傘，通過吊起或放下屋面形成開合。

4． 混合方式

上述這些開合方式的組合。

對一個開合結構工程的評論是多方面的，應依據具體結構的功能及規模等進地，如屋蓋開啓狀態下的開啓率、天空形狀、屋蓋形狀、屋蓋陰影、亮度對比，屋蓋關閉後的屋蓋形狀、屋蓋性能、屋蓋的耐久性、屋蓋的開合方式、屋蓋走行部的運轉，工程費用高低、施工難度、建築面積及工程佔地面積等都應是開合結構評價的主要內容。

由於開合結構等價較高、施工難度大、以及其圍護管理要求很高，所以在大跨度建築中這種結構用的很少。但日前僅有的幾座大型開合結構都產生了廣泛的影響，造成過轟動效應，有的已經成為其所在城市的標誌。1961年建成的美國匹茲堡會堂是世界上第一座大型開合結構，平面設計成圓形，直徑127m，建築高度33m，採用迴轉式開合屋蓋，屋蓋分8塊，開啓率為75%，觀眾席朝向街區，隨着屋蓋的慢慢開啓，街區的樓羣輪廓可浮現在觀眾面前。加拿大蒙特利爾奧林匹克體育場1976年就完成了看台部分施工，但因為經濟問題開合屋蓋結構直到1987年才竣工，屋蓋採有處下摺疊開合方式，開口部位長徑180m，短徑12m0，面積18，000㎡，呈橢圓形。1989年建成的加拿大多倫多天空穹頂（Sky Dome），一度是世界上跨度最大的開合結構，屋頂直徑205m，覆蓋面積32374㎡，為平等移動和迴轉重疊式的空間開合鋼網殼結構。整個屋蓋由四塊單獨鋼網殼組成，其中三塊可以移動，中間部分為兩塊筒狀網殼，可水平移動，兩端為兩塊四分之一球殼，其中一塊固定，一塊可旋轉移動180°。屋蓋開啓後91%的座位可露在外面，賽場面積開啓率可達100%，開閉時間約20分鐘。天空穹頂與著名的多倫多CN塔相臨，屋蓋開啓後呈現在觀眾面前的是安大略湖和以高553m的CN塔為背景的空間多彩景色。當今世界規模及跨度最大的開合結構是跨度（直徑）222m的日本福岡體育館。該館於1993年3月建成，建築面積72740㎡，是1995年在福岡舉行的世界大學生運動會的主會場。屋蓋由三片網殼組成，最下一片固定，中間及上面兩片可沿着圓的導軌移動，因此開合方式為迴轉重疊式，全部開啓後可呈125°的扇形開口。各片網殼均為自支承，為避免在開合過程中振幅特別大的頂部引起裝飾材料互相碰撞，在屋頂中心設置液壓阻尼器減震。屋蓋移動的軌道上裝有地震儀，當地震儀接收到超過50gal（0.5m/s2）的加速度時,能自動停止移動.值得一提的是這麼大工程僅用了兩年多的時間,由此可看出施工隊伍的綜合施工水平是非常高的 .