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ETFE--柔性結構之大尺寸結構

日期:2022-01-17

    大尺度結構

除了在小規模工程中的應用以外,輕便的ETFE 氣枕式膜結構系統同樣適用于更大跨度領(lǐng)域的工程。最近發(fā)表的 xanadome 結構概念,力圖在這一領(lǐng)域有所建樹(shù)。該結構體主要由鉸接拱組成,兩側是用來(lái)固定拱架的斜拉鋼索,鋼索從一錨節點(diǎn)扇形發(fā)散與拱架連接。不同于傳統的拱形結構,xanadome 采用的鉸接拱內壓力與張拉力同時(shí)存在。在受力情況下拱架將呈現出非正交的復雜幾何形體。由于沒(méi)有彎矩的存在,組成xanadome 結構體的每一個(gè)構件都將發(fā)揮其最大的承載能力。從理論上講,xanadome 結構體跨度將遠遠大于我們熟悉的結構體系,目前已證明,1英里 (1.6km)范圍內的跨度是可以實(shí)現的。4 此外,由于組成結構體的構件很小,這使結構的制造、運輸都可以在短時(shí)間完成,結構的組裝也可以在無(wú)需腳手架和大型起重機的情況下快速進(jìn)行。洛杉磯城市藝術(shù)博物館 (Los Angeles County Museum ofArt)是大都會(huì )建筑事務(wù)所2002 年的參賽方案,該方案力求通過(guò) xanadome 支撐 ETFE 氣枕的方式建造一座籠罩整個(gè)城市區塊的膜結構穹頂。

    但是,第一個(gè)真正意義上的大型 ETFE 充氣結構采用的卻是更為熟悉的網(wǎng)格球頂。2001年竣工的伊甸園工程 (the Eden Project)試圖從生態(tài)學(xué)角度強調人與植物相互依存的共生關(guān)系,通過(guò)技術(shù)手段營(yíng)造人為的理想家園。項目坐落于英國西南方的康天爾郡,作為世界上最大的溫室建筑,很多評論認為該項目對于探索環(huán)境科學(xué)負有重要責任。就如同 “......富勒預見(jiàn)聚物技術(shù)和計算機建模能力”一樣,伊甸園工程預示著(zhù)完全采用ETFE氣枕式膜結構設計建筑時(shí)代的到來(lái)。失去柔性結構的屬性,ETFE技術(shù)將寸步難行。同樣,奧托也理應受到我們的贊頌,項目中8個(gè)半徑范圍從18-65m不等的溫室穹頂,利用最小表面積覆蓋了最大的空間體積,像一系列肥皂泡泡一樣,安靜的坐落在風(fēng)景之中。

    為了保障溫室穹頂的最大的通透度,滿(mǎn)足植物的正常生長(cháng),結構桿件在數量及尺寸上均要做到最小。例如采用雙層密封玻璃,除了額外增加主體結構負重,同時(shí)還會(huì )增添眾多小型的鏈結構件,這必然違背了設計初衷。ETFE氣枕由于自重輕且體積大,自然是滿(mǎn)足要求的理想選擇。經(jīng)過(guò)對幾何形體的多方研究,設計團體采用了富勒的網(wǎng)格球頂--同體積大小的氣枕單元可依據穹頂半徑大小調整單元比例--在直徑500mm鋼管的支撐下,膜面不會(huì )產(chǎn)生松弛。盡管鋼架與膜面被視為兩套系統,但組成網(wǎng)格球頂的六邊形單元卻同意了氣枕的規格,雙層膜六邊形單元體卻統一了氣枕的規格,雙層膜六邊形氣枕內,外膜直徑分別衛114mm和193mm。統一后的主體結構重量也因此降至原有的50%。出于對連接節點(diǎn)及邊緣構造造價(jià)的考慮,該結構形式下一發(fā)展階段盡可能擴大零部件尺寸。

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