屋顶的材料类似于蹦床所用的织物，不难想象为什么上个月明尼阿波利斯的休伯特·H·汉弗莱巨蛋体育场会被43厘米的积雪压垮。也许更难想象的是，为什么有人会考虑保留一个大多数工程师都认为过时的充气圆顶体育场。法医调查员和工程师仍在研究12月12日的事故，尽管尚不清楚是否有任何联邦机构被召集进行调查。
在压力之下，很少有充气体育场
大多数体育场要么有桁架支撑的屋顶，要么根本没有屋顶。充气屋顶通常是圆顶形的，因为这样可以为加压空气提供最佳体积以保持形状。
屋顶织物是柔韧的，通常由拉伸玻璃纤维或聚酯制成，呈半球形，并通过重物固定在地基上。位于屋顶下方的充气风扇使圆顶保持充气状态，并吹入环绕建筑物的公共管道。然后，空气通过管道输送到内部竞技场。只要体育场内部的气压等于或超过外部力量（例如风、雪甚至地震所施加的力量），充气圆顶结构的屋顶就能保持稳定。所有此类系统都依赖于地面上的两种类型的出口门和一个可以用来帮助调节压力的旋转门。
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纽约州锡拉丘兹大学2.7公顷的凯里尔穹顶体育馆的总经理皮特·萨拉说，他们是美国仅有的三个永久性充气足球场之一——第三个是密歇根州庞蒂亚克的银色穹顶体育场。
而巨蛋体育场目前是国家橄榄球联盟中唯一一个仍在使用的充气体育场。银色穹顶体育场的前居民底特律雄狮队自2002年福特球场开放以来就一直在那里比赛。银色穹顶体育场现在用于音乐和各种体育赛事。
爱荷华州北部大学（U.N.I.）在雪暴期间屋顶多次坍塌后，于1994年更换了其充气系统。加压的 RCA 圆顶（以前称为 Hoosier Dome，是 NFL 印第安纳波利斯小马队的主场）也不复存在。另一个气穹，温哥华的 BC Place，2010年冬季奥运会开幕式在此举行，目前正在更换为可伸缩的织物屋顶。萨拉说，这座体育场大约与1980年9月开放的凯里尔体育场同时建造。
U.N.I. 也去除了屋顶的充气部分——[虽然]仍然有一个织物中心，但不再用空气支撑了，”萨拉说。“U.N.I. 圆顶是我们这一代的产物——现在它是一个混合体，”他指出。
但是凯里尔穹顶体育场将继续保留。萨拉说，它一直受到适当的检查和维护，并指出锡拉丘兹的降雪量比明尼阿波利斯多。此外，即使一天半的时间内降雪多达1.2米，以及这个冬天该地区已经降下的2米积雪，凯里尔屋顶也能承受住。“我们预测下雪时的典型做法是，我们会进行一系列的检查和平衡以及协议……以保持屋顶上没有积雪，”他说。
1970年有效的方法
充气圆顶背后的技术由已故建筑师和工程师大卫·盖格推广，他为日本大阪的 70 年世博会设计了美国馆；但充气圆顶的出现早于盖格。美国专利商标局显示了 沃尔德玛·A·巴里于 1958 年 4 月提交的充气结构文件中的图片。
然而，即使是盖格也可能预见到这项技术已经过时。他的设计已经发展为非加压的索穹顶结构，例如他在佛罗里达州圣彼得堡的佛罗里达阳光海岸穹顶（现称为热带球场）的屋顶上的工作。
最近，一些具有充气支撑的“张拉整体”圆顶（一种仍常用于其他体育设施（如网球场）的结构系统）的体育场正在关闭。“张拉整体”是未来主义发明家巴克敏斯特·富勒创造的一个术语，用于描述平衡压缩和张力的结构，但不一定特指充气结构。
明尼阿波利斯发生了什么
凯斯西储大学的土木工程师达里奥·加斯帕里尼说，上个月在巨蛋体育场发生的主要问题是积雪的重量。他补充说：“还有风，但积雪本身的重量需要采取行动，这意味着……如果整个巨蛋体育场上覆盖了一英尺厚的积雪，那么这个重量是屋顶本身重量的五到七倍。”
巨蛋体育场设施经理史蒂夫·马基工程师解释说，在体育场的“机械”层，位于上层大厅上方和屋顶下方，有20个“鼓风机”或风扇；每个鼓风机的功率为 100 马力，每分钟 2,800 立方米。他说，其中 18 个装有 65 摄氏度的加热盘管，用于加热内部“碗”或座位区域。
他说：“因此，为了保持该重量的充气或向上，您必须将建筑物内部的气压增加大约五到七倍，”他补充说，要么是鼓风机完成这项工作，要么不是。如果不是，则必须以机械方式或热方式去除积雪。加斯帕里尼警告说，必须非常小心穹顶上的设备，以免造成穿刺。
而且，这种屋顶设计还存在“积水”的风险，当积雪被加热融化但径流回流而不是流动时，可能会发生这种情况，并最终导致弹性织物拉伸和撕裂。
雪地里的冒险之旅
12月11日，工程师马基试图在巨蛋体育场上吹走积雪和融水，而不会造成织物撕裂。他和另外六名工人在屋顶上用消防水带融化积雪。
巨蛋体育场的屋顶是涂有特氟隆的玻璃纤维，重约 265 公吨，由纽约州阿默斯特的拉伸结构承包商 Birdair, Inc. 每三年检查一次。这个价值 5250 万美元的圆顶的织物覆盖面积约为 4 公顷。
12月12日凌晨 5 点左右，位于建筑物西侧的一个三角形织物面板破裂，“然后似乎屋顶开始坍塌——然后连续两个相邻的（菱形）面板失效，”马基说。“在最初的放气之后，我们在周三晚上（12 月 15 日）突然发生了一个额外的菱形面板破裂。”
“最后，”他说，“我们有一个负载极大的菱形面板，我们知道它随时可能会失效。内衬有排水孔，这些排水孔与外层织物没有对齐，因此面板在加热建筑物时没有排水。我们试图通过用猎枪弹射击最低点来排出它；然而，这种操作还是导致了面板破裂。”
尽管调查仍在进行中，但马基表示，第一个面板撕裂“显然”与雪有关，然后圆顶中心的应变转移导致了接下来的两次破裂。“我可以告诉你，就积雪、风和气温下降的结合而言，这种情况是我见过的最糟糕的情况，”他说。“当然，我们遵循了我们制定并随着时间推移而扩展的所有程序和流程，[但是]情况太不安全了，所以我把我们的人从屋顶上撤了下来。”
“有更好的技术”
美国土木工程师学会的拉里·格里菲斯和休斯顿工程咨询公司 Walter P. Moore 的首席工程师已被聘请调查巨蛋体育场事件，但不允许发表评论。然而，他说，格里菲斯称之为“杰出”工程师的盖格会同意，充气圆顶技术已经过时。
尽管这种结构具有优势——特别是重量轻、强度高和成本低——但维护这种设施远不如几十年前那么有吸引力。仅放气的风险就被证明是有问题的，并且在充气圆顶设施中发生过几次，特别是由于雪荷载。
格里菲斯还指出，维护成本往往高于许多业主愿意支付的费用；例如，维持气压既费力又昂贵。例如，马基说，他的设施的每月电费约为 60,000 美元，而且需要特殊的门来平衡圆顶内的气压。
马基说，本赛季没有进入 NFL 季后赛的明尼苏达维京人队正在认真讨论建造一个新体育场的问题；这是否意味着搬到新的地点尚不确定，但巨蛋体育场作为职业足球队主场的日子可能屈指可数。这一决定的主要推动力很可能是体育场过时的屋顶设计——它的充气性而不是张拉整体方面。（格里菲斯说，张拉整体结构主要由高强度电缆支撑，其张力由空气或其他支撑结构平衡。）
格里菲斯补充说，像巨蛋体育场这样的充气支撑结构是一种特殊的张拉整体结构，由压差支撑。然而，张拉整体结构可以在不使用气压的情况下通过使用电缆、内部垂直管支柱和/或周边混凝土压缩环来自支撑。这种结构的例子包括亚特兰大-富尔顿县体育场和热带球场。
“有更好的技术，”格里菲斯说。“我们可能已经看到了最后一个充气张拉整体圆顶。”
编者注：《大众科学》联系了Birdair，该公司生产织物圆顶。在两次致电法律部门后，消息最终没有得到回复。