Bliższe spojrzenie na architekturę rozciągania

Architektura rozciągania jest systemem strukturalnym, który wykorzystuje głównie napięcie zamiast kompresji. Rozciągający i napięcie są często używane zamiennie. Inne nazwy to architektura membrany naciągowej, architektura tkaniny, struktury naciągowe i lekkie struktury naciągowe. Poznajmy tę nowoczesną, ale starożytną technikę budowania.

Napięcie i kompresja to dwie siły, o których często słyszysz podczas studiowania architektury. Większość budowanych przez nas konstrukcji jest ściśnięta - cegła na cegle, deska na pokładzie, pchanie i ściskanie w dół do ziemi, gdzie ciężar budynku jest zrównoważony przez solidną ziemię. Z drugiej strony napięcie uważa się za przeciwieństwo kompresji. Napięcie ciągnie i rozciąga materiały budowlane.

" Struktura, która charakteryzuje się naciągiem tkaniny lub systemu giętkiego materiału (zwykle drutem lub kablem), aby zapewnić krytyczne wsparcie strukturalne konstrukcji.

instagram viewer

"— Stowarzyszenie Struktur Tkaniny (FSA)

Myśląc o pierwszych stworzonych przez człowieka strukturach ludzkich (poza jaskinią), myślimy o Laugierze Primitive Hut (struktury głównie ściskane), a nawet wcześniej konstrukcje przypominające namiot - tkaniny (np. skóra zwierząt) ciasno (naprężone) wokół ramy z drewna lub kości. Projekt rozciągania był odpowiedni dla namiotów nomadycznych i małych tipi, ale nie dla Piramidy w Egipcie. Nawet Grecy i Rzymianie ustalili, że duże koloseum wykonane z kamienia są znakiem długowieczności i uprzejmości i nazywamy je Klasyczny. Przez wieki architektura napięcia była przenoszona na namioty cyrkowe, mosty wiszące (np. Most Brookliński) oraz tymczasowe pawilony na małą skalę.

Przez całe swoje życie niemiecki architekt i laureat nagrody Pritzker Frei Otto studiował możliwości lekkiej, rozciągliwej architektury - skrupulatnie obliczanie wysokości słupów, zawieszenia kabli, siatki kablowej i materiałów membrany, które można wykorzystać do stworzenia namiotu na dużą skalę Struktury. Jego projekt dla pawilonu niemieckiego na Expo '67 w Montrealu w Kanadzie byłby znacznie łatwiejszy do zbudowania, gdyby to zrobił CHAM oprogramowanie. Ale to właśnie ten pawilon z 1967 r. Utorował drogę innym architektom do rozważenia możliwości budowy naprężeń.

Najczęstsze modele tworzenia napięcia to model balonowy i model namiotu. W modelu balonu powietrze wewnętrzne wytwarza pneumatycznie napięcie na ścianach membrany i dachu, wpychając powietrze do rozciągliwego materiału, takiego jak balon. W modelu namiotu kable przymocowane do stałej kolumny ciągną ściany membrany i dach, podobnie jak parasol.

Typowe elementy dla bardziej powszechnego modelu namiotu obejmują (1) „maszt” lub stały słup lub zestawy słupów do podparcia; (2) Kable zawieszenia, pomysł przywieziony do Ameryki przez Niemca John Roebling; i (3) „membrana” w postaci tkaniny (np. ETFE) lub siatki kablowej.

Najbardziej typowymi zastosowaniami dla tego typu architektury są zadaszenia, pawilony zewnętrzne, areny sportowe, węzły transportowe i półtrwałe mieszkania po katastrofie.

^{Źródło: Fabric Structures Association (FSA) na www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

Międzynarodowy port lotniczy Denver to doskonały przykład architektury rozciągania. Rozciągnięty dach membranowy terminala z 1994 r. Może wytrzymać temperatury od minus 100 ° F (poniżej zera) do plus 450 ° F. Materiał z włókna szklanego odbija ciepło słoneczne, ale pozwala, aby naturalne światło przenikało do przestrzeni wewnętrznych. Ideą projektu jest odzwierciedlenie środowiska szczytów górskich, ponieważ lotnisko znajduje się w pobliżu Gór Skalistych w Denver w Kolorado.

Architekt: C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denver, Kolorado
Zakończony: 1994
Wykonawca specjalistyczny: Birdair, Inc.
Pomysł na projekt: Podobnie do szczytowej konstrukcji Frei Otto położonej w pobliżu Alp monachijskich, Fentress wybrała system pokryć dachowych z membraną rozciągającą, który emuluje szczyty Gór Skalistych w Kolorado
Rozmiar: 1200 x 240 stóp
Liczba wewnętrznych kolumn: 34
Ilość stalowego kabla 10 mil
Rodzaj membrany: Włókno szklane PTFE, teflon^®powlekane tkane włókno szklane
Ilość tkanin: 375,000 stóp kwadratowych dla dachu terminalu Jeppesen; 75 000 stóp kwadratowych dodatkowej ochrony krawężnika

^{Źródło: Międzynarodowy port lotniczy Denver i Włókno szklane PTFE w Birdair, Inc. [dostęp 15 marca 2015]}

Zainspirowana przez niemieckie Alpy, ta struktura w Monachium w Niemczech może przypominać o międzynarodowym lotnisku w Denver w 1994 roku. Jednak budynek w Monachium został zbudowany dwadzieścia lat wcześniej.

W 1967 r. Niemiecki architekt Günther Behnisch (1922-2010) wygrał konkurs na przekształcenie wysypiska śmieci w Monachium w międzynarodowy krajobraz na organizację XX letnich igrzysk olimpijskich w 1972 r. Behnisch i Partner stworzyli modele z piasku, aby opisać naturalne szczyty, które chcieli dla wioski olimpijskiej. Następnie zwerbowali niemieckiego architekta Frei Otto, aby pomógł ustalić szczegóły projektu.

Bez użycia CHAM oprogramowanie, architekci i inżynierowie zaprojektowali te szczyty w Monachium, aby zaprezentować nie tylko sportowców olimpijskich, ale także niemiecką pomysłowość i niemieckie Alpy.

Czy architekt międzynarodowego lotniska w Denver ukradł projekt Monachium? Może, ale południowoafrykańska firma Konstrukcje napinające wskazuje, że wszystkie układy naprężeń są pochodnymi trzech podstawowych form:

• "Stożkowy - Kształt stożka, charakteryzujący się centralnym pikiem ”
• "Barrel Vault - Łukowaty kształt, zwykle charakteryzujący się łukowym wzorem „
• "Hypar - Skręcony kształt o dowolnym kształcie"

^{Źródła: Zawody, Behnisch & Partner 1952-2005; Specyfikacja, Struktury naciągu [dostęp 15 marca 2015]}

Günther Behnisch a Frei Otto współpracował przy zamknięciu większości wioski olimpijskiej w 1972 r. w Monachium w Niemczech, jednego z pierwszych dużych projektów struktur napięcia. Stadion Olimpijski w Monachium w Niemczech był tylko jednym z obiektów wykorzystujących architekturę rozciągania.

Proponowana jako większa i bardziej okazała niż pawilon z tkaniny Exto Otto Expo 67, monachijska konstrukcja była skomplikowaną membraną z siatki kablowej. Architekci wybrali panele akrylowe o grubości 4 mm, aby uzupełnić membranę. Sztywny akryl nie rozciąga się jak tkanina, więc panele zostały „elastycznie połączone” z siatką kablową. Rezultatem była wyrzeźbiona lekkość i miękkość w całej wiosce olimpijskiej.

Żywotność struktury membrany rozciągliwej jest zmienna, w zależności od wybranego rodzaju membrany. Dzisiejsze zaawansowane techniki wytwarzania wydłużyły żywotność tych konstrukcji z mniej niż jednego roku do wielu dziesięcioleci. Wczesne budowle, takie jak park olimpijski w Monachium w 1972 r., Były naprawdę eksperymentalne i wymagają konserwacji. W 2009 r. Niemiecka firma Hightex został zaangażowany do zainstalowania nowego podwieszanego dachu z membraną nad halą olimpijską.

^{Źródło: Igrzyska Olimpijskie 1972 (Monachium): Stadion Olimpijski, TensiNet.com [dostęp 15 marca 2015]}

Dzisiejszy architekt ma szereg wybór membrany tkaninowej do wyboru - o wiele więcej „cudownych tkanin” niż architekci, którzy zaprojektowali pokrycie dachu wioski olimpijskiej w 1972 roku.

W 1980 roku autor Mario Salvadori wyjaśnił w ten sposób architekturę rozciągania:

„Gdy sieć kabli zostanie zawieszona w odpowiednich punktach podparcia, cudowne tkaniny można zawiesić na niej i rozciągnąć na stosunkowo niewielkiej odległości między kablami sieci. Niemiecki architekt Frei Otto jest pionierem tego typu dachu, w którym sieć cienkich kabli zwisa z ciężkich kabli granicznych wspartych długimi stalowymi lub aluminiowymi słupami. Po wzniesieniu namiotu do pawilonu zachodnioniemieckiego na Expo '67 w Montrealu udało mu się pokryć stoiska Stadion Olimpijski w Monachium... w 1972 r. z namiotem chroniącym osiemnaście akrów, wspartym przez dziewięć masztów ściskanych o wysokości 260 stóp i graniczne kable sprężające o pojemności do 5000 ton. (Nawiasem mówiąc, pająk nie jest łatwy do naśladowania - ten dach wymagał 40 000 godzin obliczeń technicznych i rysunków.) ”

^{Źródło: Dlaczego budynki wstają autor: Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, ss. 263-264}

Często nazywany pierwszą na dużą skalę lekką konstrukcją rozciągającą, pawilonem niemieckim z 1967 r. Z Expo '67 - prefabrykowane w Niemczech i wysłane do Kanady w celu montażu na miejscu - obejmowało tylko 8 000 kwadratów metrów. Ten eksperyment w architekturze rozciągania, którego planowanie i budowa zajęło zaledwie 14 miesięcy, stał się prototypem, i zaostrzyć apetyt niemieckich architektów, w tym jego projektanta, przyszłego laureata nagrody Pritzker Frei Otto.

W tym samym roku 1967 niemiecki architekt Günther Behnisch wygrał komisję dla obiektów olimpijskich w Monachium w 1972 roku. Jego konstrukcja dachu rozciągliwego zajęła pięć lat, aby zaplanować i zbudować, i pokryła powierzchnię 74 800 metrów kwadratowych - dalekie od swojego poprzednika w Montrealu w Kanadzie.

• Struktury świetlne - Struktury światła: sztuka i inżynieria architektury rozciągania zilustrowane dziełem Horsta Bergera Horst Berger, 2005
• Struktury powierzchni rozciągających: praktyczny przewodnik po budowie kabli i membran autor: Michael Seidel, 2009
• Wytrzymałe konstrukcje membranowe: ASCE / SEI 55-10, Asce Standard przez American Society of Civil Engineers, 2010

^{Źródła: Igrzyska Olimpijskie 1972 (Monachium): Stadion Olimpijski i Expo 1967 (Montreal): Niemiecki Pawilon, Baza danych projektów TensiNet.com [dostęp 15 marca 2015]}