什么是开合屋盖结构？

开合屋盖结构，就是通过移动部分或整体屋盖实现屋顶开启或闭合的结构，是一种新的结构形式，它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。其中活动屋盖是开合屋盖结构中屋盖可移动的部分，由一个或多个单元组成；而固定屋盖是开合屋盖结构中屋盖不可移动的部分。

屋盖开合方式：

沿平行轨道移动——沿平行轨道移动是一种相对简单、技术成熟的开合方式，包括水平移动、空间移动和竖直移动。实际应用中多为活动屋盖向两侧开启，每侧可采用单个或多个结构单元。

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绕枢轴转动方式——绕竖向枢轴转动也称水平旋转方式，指活动屋盖在水平的圆弧形轨道上绕竖直方向的枢轴转动，包括绕竖向枢轴转动和绕水平枢轴转动。

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折叠移动方式——折叠移动通常包括水平折叠、空间折叠和放射状折叠等形式。水平折叠与空间折叠方式的活动屋盖多采用单跨桁架，屋盖开合通过各榀桁架之间的相对运动实现。

在工程应用上，索网收纳是柔性折叠收纳的主流形式，屋盖结构由钢索与织物薄膜构成，中心范围内采取可伸缩式的索膜结构，展开后可覆盖于整个赛场上空，闭合后收纳于球场上空的巢中。

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组合移动方式——随着时代发展，建筑的开合方式不断取得新的突破。组合移动方式的屋盖开始被广泛采用。

开合屋盖结构体系

活动屋盖

1、刚性结构

刚性结构通过活动屋盖单元的平动与转动实现屋盖开合，受力性能可靠，对建筑造型适应性强。活动屋盖多采用沿跨度方向受力为主的单跨结构，少量工程采用多跨连续形式。桁架作为传力最简明的单向受力体系，是活动屋盖最常用的结构体系。门式桁架用于轨道置于混凝土支承结构或直接置于地面的情况。活动屋盖作用于台车顶部的水平推力对台车、驱动系统和支承结构均有显著影响，故此应尽量消除或减小活动屋盖在自重作用下的水平推力。边桁架既是活动屋盖的边缘构件，也是各台车之间的联系构件，减小边桁架刚度可有效降低运行过程中各台车的差异变形引起边桁架内力的变化。

2、刚性折叠结构

刚性折叠结构通过自身各组件的相对运动，屋面以折叠/展开的方式实现开启与关闭。刚性折叠结构应重点关注铰页部件与围护结构的特殊需求。刚性折叠活动屋盖可采用多榀桁架的形式，通过铰页进行连接折叠铰页机构应具有足够的强度和刚度，防止出现较大的弯曲变形，保证连接部件在折叠/展开过程中平稳自如。折叠结构在折叠与展开过程中为可变体系，在折叠或展开完成后，应通过锁定装置形成稳定的结构体系。

3、柔性折叠结构

柔性折叠结构依靠膜材的展开与折叠收纳实现活动屋盖的开合，在开合建筑中应用较早。膜材材质与膜结构设计是柔性折叠结构的重点。选用可折叠性优良的膜材，膜面折叠与展开运动自如，保证高频度使用状态下结构安全可靠。柔性折叠结构的几何形态应保证屋盖关闭时能够形成所需的曲面形态，与支承结构紧密贴合。索系和膜材预应力形成的几何刚度是构成柔性折叠结构刚度的主要部分，索系或膜材松弛将导致结构刚度下降，在风荷载作用下容易出现剧烈振动，甚至导致膜材撕裂。此外，膜材松弛会导致膜材褶皱，影响建筑美观和排水。所以，需要通过对边界索系与膜材施加适当的预张力，避免在不利荷载作用下膜面松弛。

在固定屋盖洞口边缘应设置刚性环梁，以平衡索膜的预张力。根据建筑造型及边界条件等因素，活动屋盖的膜材一般收纳于屋盖的中央，如图所示。

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支承结构

1、刚性支承结构

活动屋盖的支承条件主要取决于建筑的功能与造型，直接支承活动屋盖的混凝土结构、专用轨道支架或地面轨道系统，称为刚性支承结构；当活动屋盖支承于大跨度屋盖时，将固定屋盖称为柔性支承结构。

出于使用功能与经济性的考虑，体育场馆的主体结构多采用混凝土结构体系，除可支承上部大跨度结构外，还作为观众看台，具有结构刚度大、经济性好等优点。当活动屋盖直接支承于地面轨道时，通常在地面标高以下设置专用的轨道沟槽。为了避免对场地使用的影响，可将活动屋盖的驱动系统设置在轨道沟槽内，并在沟槽顶面设置可移动盖板，在活动屋盖非运行状态用盖板封闭沟槽，保证人流和车辆正常通行。

2、柔性支承结构

活动屋盖直接支承于固定屋盖之上，是近年开合屋盖最常见的形式。固定屋盖的几何形态应与活动屋盖的运行需求相一致，优先采用竖向刚度大的结构形式，固定屋盖可采用桁架、双层或多层网架等多种结构形式。活动屋盖荷载通过轨道传给固定屋盖，在沿轨道受力集中的部位布置主桁架或采用相应的加强措施。
固定屋盖设计时，除需考虑结构自重、建筑屋面做法、天沟马道、照明音响等吊挂荷载及检修荷载外，还需要考虑活动屋盖的移动荷载。固定屋盖充足的刚度是确保活动屋盖顺畅运行的重要前提，应严格控制支承轨道主桁架与轨道梁的刚度，保证活动屋盖行走过程中的变形不超过限值要求。此外，固定屋盖需要通过预起拱等措施保证施工精度，为轨道安装精度与活动屋盖单元运行调试提供前提条件。

3、围护结构

开合屋盖的围护结构除应满足抗风、抗震、防水、密闭及遮阳等基本功能外，还应具备对变形的适应能力。建筑内部应尽量利用日光照明，优先采用透光性好的材料，可显著降低照明能耗。常闭状态的开合屋盖应考虑保温隔热等热工性能的要求，预防结露与冷凝水，必要时还应考虑场地的声学效果。屋面围护通常采用膜材、聚碳酸酯板或金属板等轻质材料，小型开合屋盖也可采用玻璃。