ETFE--柔性结构之大尺寸结构

日期:2022-01-17

    大尺度结构

除了在小规模工程中的应用以外,轻便的ETFE 气枕式膜结构系统同样适用于更大跨度领域的工程。最近发表的 xanadome 结构概念,力图在这一领域有所建树。该结构体主要由铰接拱组成,两侧是用来固定拱架的斜拉钢索,钢索从一锚节点扇形发散与拱架连接。不同于传统的拱形结构,xanadome 采用的铰接拱内压力与张拉力同时存在。在受力情况下拱架将呈现出非正交的复杂几何形体。由于没有弯矩的存在,组成xanadome 结构体的每一个构件都将发挥其最大的承载能力。从理论上讲,xanadome 结构体跨度将远远大于我们熟悉的结构体系,目前已证明,1英里 (1.6km)范围内的跨度是可以实现的。4 此外,由于组成结构体的构件很小,这使结构的制造、运输都可以在短时间完成,结构的组装也可以在无需脚手架和大型起重机的情况下快速进行。洛杉矶城市艺术博物馆 (Los Angeles County Museum ofArt)是大都会建筑事务所2002 年的参赛方案,该方案力求通过 xanadome 支撑 ETFE 气枕的方式建造一座笼罩整个城市区块的膜结构穹顶。

    但是,第一个真正意义上的大型 ETFE 充气结构采用的却是更为熟悉的网格球顶。2001年竣工的伊甸园工程 (the Eden Project)试图从生态学角度强调人与植物相互依存的共生关系,通过技术手段营造人为的理想家园。项目坐落于英国西南方的康天尔郡,作为世界上最大的温室建筑,很多评论认为该项目对于探索环境科学负有重要责任。就如同 “......富勒预见聚物技术和计算机建模能力”一样,伊甸园工程预示着完全采用ETFE气枕式膜结构设计建筑时代的到来。失去柔性结构的属性,ETFE技术将寸步难行。同样,奥托也理应受到我们的赞颂,项目中8个半径范围从18-65m不等的温室穹顶,利用最小表面积覆盖了最大的空间体积,像一系列肥皂泡泡一样,安静的坐落在风景之中。

    为了保障温室穹顶的最大的通透度,满足植物的正常生长,结构杆件在数量及尺寸上均要做到最小。例如采用双层密封玻璃,除了额外增加主体结构负重,同时还会增添众多小型的链结构件,这必然违背了设计初衷。ETFE气枕由于自重轻且体积大,自然是满足要求的理想选择。经过对几何形体的多方研究,设计团体采用了富勒的网格球顶--同体积大小的气枕单元可依据穹顶半径大小调整单元比例--在直径500mm钢管的支撑下,膜面不会产生松弛。尽管钢架与膜面被视为两套系统,但组成网格球顶的六边形单元却同意了气枕的规格,双层膜六边形单元体却统一了气枕的规格,双层膜六边形气枕内,外膜直径分别卫114mm和193mm。统一后的主体结构重量也因此降至原有的50%。出于对连接节点及边缘构造造价的考虑,该结构形式下一发展阶段尽可能扩大零部件尺寸。

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