ETFE--柔性结构之结构革新

日期:2021-09-15

    兼具拉压两种结构特点的ETFE气枕式膜结构体系已经催生出一系列结构领域的创新。1995年在英国伊斯特利竣工的汉普郡网球俱乐B(Hampshire Tennis and Health Club atEastleigh),采用的便是以索网支撑ETFE气枕构成的单向索网结构。这座造型优美的健身俱乐部建筑面积为6000m2,可容纳10座网球场。其正脊由一系列受悬索固定的成对钢桅杆组成,两侧是围护结构。预应力钢索两端分别固定在正脊和地面上,以此承载由3层膜构成的半透明ETFE气枕。该气枕宽约3m,长18m,通过钳制方式与钢索连接,风沿气枕表面流动,具有良好的散热作用。作为平行钢索间的连接构件,ETFE膜面上发生的阻尼振动将对稳定整个结构起到关键性作用,受到张拉应力的气枕就像是垂直分布在钢索间的一组“弹簧”,起稳定
作用的同时也在垂直于钢索的方向上起传递荷载的作用。最终使整个单向索能像双向索结构一样工作。
    位于马格纳的航空展览馆( The AirPavilion at Magna)于2000年竣工,它将ETFE气枕和索网结构相互依存的共生关系充分展现出来。设计的挑战在于基地位于罗塞蓝废弃的钢铁厂内,博物馆是以工业时期的概况和钢材生产的基本原料作为展示重点。在400m长、35m高的工业厂房内分别设置了主题为泥土火焰、空气和水的四座展厅。航空馆外壳被设计成类似飞艇形状悬置在顶棚的下方。早期设想是利用传统钢架支撑ETFE气枕,但为了满足预应力的要求,钢架最终被更为轻巧的悬索取代。整个展馆长44m,截面直径由中部最大的16.7m逐渐降低至端头的5m。两个由114mm直径钢管围合的椭圆形支撑环通过斜向支撑固定在展馆两端。在两个支撑环之间,是11个纵向排列的ETFE充气气枕,其最大宽度为4.8m,长度覆盖整个结构体。气枕间的衔接体
每隔6.1m便设置一处连接点与外部索网相连,再通过索网与原有钢结构连接。汉普郡网球俱乐部采用的悬索结构是通过钢桅杆提供预应力,气枕形状的改变不会对悬索产生影响。与网球俱乐部不同,当展馆上的气枕充气后,气枕将呈现出圆柱形空间形态。气枕在受制于外部索网限定的同时,也反作用于外部索网。通过力的直接传递,索网与气枕间形成了共生般的协作关系。
    展馆利用轻质结构与置于地面上的重型钢结构并置的方式诠释展览内容,外观在与主题契合的同时,也将空气作为结构体的潜能展现出来。同样强烈的对比也曾出现在1901年飞艇与埃菲尔铁塔的标志性照片中。近一个世纪之后,伊塔洛·卡尔维诺( Italo Calvino)仍然对此评论道:“如果让我为新千年选择一个吉祥的代表,我会选择……那些带领我们遨游天空的飞行器,因为他们保有如何突破地心引力的秘密。可能许多人会认为,充满活力的时代应该到处充斥着侵略性的噪声与轰鸣声,可在我看来,那就像一辆生锈的破车在驶向墓地,已经到了垂死的边缘在法兰克福巴塞尔人广场上的卵形建筑+(Oval at Baseler Platz in Frankfurt)拉压杆件和ETFE气枕被用来建造庭院顶棚。该项目于2004年竣工,首层用于零售,以上6层用于办公,顶上3层是居住单元。不规则的顶棚为底层商户及办公区提供了可供休闲的中央庭院,同时又不影响顶棚外部住宅单元的采光。顶棚造型是受肥皂泡泡的启发,平缓的坡面并非是出于外观的考虑,而是为了避免气枕在泄气后产生积水。通过下弦杆件的张拉,间隔3.5m的支撑肋最终形成向上隆起的曲面。虽然支撑肋的中心高度均为跨度的8%,但由于支撑肋的跨度10~30m不等,因此每条肋的曲率也不尽相同。撑肋由219mm直径的钢管构成;V形短柱与之垂直排布;钢索呈双向受力状态。来自上弦的水平荷载通过索网与铰节点传递到环梁上,以保证在风、雪荷载的作用下,顶棚仍能持平。环形钢梁将荷载最终传递至下部支撑结构体中。当产生使顶棚向上隆起的风吸力时,上弦杆件将受拉,受力角色由压杆转变为钢索受拉。在雪荷载作用下,它又将进入受压状态同V形短柱与钢索一同防止结构屈服。钢索与短柱同样为上弦杆件与边框提供侧向支撑。由三层ETFE膜组成的气枕,经空间找形过程而呈现形态各异的几何体。
    2005年,在哥本哈根竣工的 Frdsilo Flats住宅楼( Frdsilo Flats in Copenhagen)中庭顶棚采用了相同的工作原理。作为一项废弃谷仓的改建计划,原有混凝土墙不能开大口,因此设计师决定将改造工作由外部转入到谷仓筒中进行。通过在仓筒上部加建ETFE气枕顶棚,整个谷仓中部被改造成巨大的入口门厅,垂直交通与服务设施被安置其中。每个中庭顶棚形状都是取自球面体的一个横切面,支撑桁架并非平行排布,而是以球心为中点向外发散。因此支撑桁架的上弦钢索与下弦钢索对应保持平行。由于顶棚呈几何对称,充气气枕取代垂直于桁架的索网的作用,防止上弦杆件发生另外一项具有历史意义的ETFE气枕式膜侧向失稳。结构改扩建工程是位于杜伊斯堡的 Meiderich剧场( Meiderich Theater in Duisburg),在该项目中创造性地引入大型可伸缩结构。该项目于2003年竣工,坐落于200hm2的公园场地内,同马格纳工程一样,它将一座废弃的炼铁厂改造成公共文化设施。伸缩顶棚的采用确保了在恶劣天气条件下该剧院仍可投入使用,顶棚同时也兼顾以下三方面的考虑:冬季,通过关闭顶棚,观众座席及由锻造车间库房改造而成的演职员房均可变为室内;为了适应原炼铁厂遗留的管道布局,由T形钢构成的顶棚滑轨在钢管支撑下必须成波浪形起伏;采用ETFE膜面顶棚,不但自重轻,而且可缓解结构的变形及运动,另外,气枕还对改善空间声学具有良好效能。由于顶棚高度透明,人们坐在剧场中仍可清晰看到高大的煅烧炉,该设计的重要意义就在于如何更好的保留原有工业设施的历史价值。



上一篇:ETFE 薄膜介绍及应用实例 下一篇:没有了