Įtampos architektūros tyrinėjimas

Denverio oro uosto terminalo stogas. Sandros Leidholdt / Moment / Getty Images (apkarpyta) nuotr.

Tempimo architektūra yra struktūrinė sistema, kurioje vietoj suspaudimo dažniausiai naudojamas įtempimas. Tempimas ir įtampa dažnai vartojami pakaitomis. Kiti pavadinimai apima įtempimo membranos architektūrą, audinių architektūrą, įtempimo struktūras ir lengvąsias įtempimo konstrukcijas. Panagrinėkime šią modernią, tačiau senovinę statybos techniką.

Traukimas ir stūmimas

Tempiamosios membranos architektūra, Denverio oro uostas 1995, Koloradas. Education Images/UIG/Universal Images Group Collection/Getty Images nuotrauka

Įtampa ir suspaudimas yra dvi jėgos, apie kurias dažnai girdite studijuodami architektūrą. Dauguma mūsų statomų konstrukcijų yra suspaudžiamos – plyta ant plytos, lenta ant lentos, stumiama ir spaudžiama žemyn iki žemės, kur pastato svorį atsveria tvirta žemė. Kita vertus, įtampa yra laikoma priešinga suspaudimui. Įtempimas tempia ir tempia statybines medžiagas.

Tempimo struktūros apibrėžimas

“ Konstrukcija, kuriai būdingas audinio arba lanksčių medžiagų sistemos įtempimas (paprastai viela arba kabeliu), kad konstrukcijai būtų suteikta esminė struktūrinė atrama. '— Audinių konstrukcijų asociacija (FSA)

Įtempimo ir suspaudimo kūrimas

Galvodami apie pirmąsias žmogaus sukurtas struktūras (už olos ribų), galvojame apie Laugier Primityvi trobelė (dažniausiai suspaudžiamos konstrukcijos) ir dar anksčiau palapines primenančios konstrukcijos – audinys (pvz., gyvūnų kailis), tvirtai priveržtas (įtemptas) aplink medinį ar kaulinį karkasą. Tempimo dizainas buvo tinkamas klajoklių palapinėms ir mažoms palapinėms, bet ne Egipto piramidės. Net graikai ir romėnai nustatė, kad dideli koliziejai iš akmens buvo ilgaamžiškumo ir mandagumo ženklas, ir mes juos vadiname Klasikinis . Per šimtmečius įtampos architektūra buvo nustumta į cirko palapines, pakabinamus tiltus (pvz., Bruklino tiltas ), ir nedidelio masto laikinieji paviljonai.

Vokiečių architektas ir Pritzkerio premijos laureatas Frei Otto visą gyvenimą studijavo lengvos, tempiančios architektūros galimybes – kruopščiai apskaičiavo stulpų aukštį, kabelių pakabą, kabelių tinklus ir membranines medžiagas, kurias būtų galima panaudoti kuriant didelio masto. palapines primenančios konstrukcijos. Jo projektą Vokietijos paviljonui Expo '67 parodoje Monrealyje, Kanadoje, būtų buvę daug lengviau pastatyti, jei jis CAD programinė įranga. Tačiau būtent šis 1967 m. paviljonas atvėrė kelią kitiems architektams svarstyti įtemptos statybos galimybes.

Kaip sukurti ir naudoti įtampą

Labiausiai paplitę modeliai, sukuriantys įtampą, yra baliono modelis ir palapinės modelis. Baliono modelyje vidinis oras pneumatiškai sukuria įtampą ant membraninių sienų ir stogo, stumdamas orą į tamprią medžiagą, pavyzdžiui, balioną. Palapinės modelyje prie fiksuotos kolonos pritvirtinti kabeliai traukia membranines sienas ir stogą, panašiai kaip veikia skėtis.

Įprasti įprasto palapinės modelio elementai yra (1) „stiebas“ arba fiksuotas stulpas arba stulpų rinkiniai, skirti atramai; (2) Pakabos kabeliai, idėją Amerikoje atnešė Vokietijoje gimęs asmuo Johnas Roeblingas; ir 3) audinio pavidalo „membrana“ (pvz., ETFE ) arba kabelių tinklą.

Dažniausiai tokio tipo architektūrai naudojami stogai, lauko paviljonai, sporto arenos, transporto mazgai ir pusiau nuolatiniai būstai po nelaimės.

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

Denverio tarptautinio oro uosto viduje

Denverio tarptautinio oro uosto interjeras, 1995 m. Denveryje, Kolorado valstijoje. Altrendo images/Altrendo Collection/Getty Images nuotrauka

Denverio tarptautinis oro uostas yra puikus tempimo architektūros pavyzdys. 1994 m. terminalo ištemptas membraninis stogas gali atlaikyti temperatūrą nuo minus 100 °F (žemiau nulio) iki plius 450 °F. Stiklo pluošto medžiaga atspindi saulės šilumą, tačiau leidžia natūraliai šviesai prasiskverbti į vidines erdves. Dizaino idėja – atspindėti kalnų viršūnių aplinką, nes oro uostas yra netoli Uolinių kalnų Denveryje, Kolorado valstijoje.

Apie Denverio tarptautinį oro uostą

Architektas : C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denveris, CO
Baigta : 1994 m
Specializuotas rangovas : Birdair, Inc .
Dizaino idėja : Panašiai kaip Frei Otto viršūnių konstrukcija, esanti netoli Miuncheno Alpių, Fentress pasirinko tempiamą membraninę stogo dangą, kuri imitavo Kolorado Uolinių kalnų viršūnes.
Dydis : 1 200 x 240 pėdų
Interjero kolonų skaičius : 3. 4
Plieninio kabelio kiekis 10 mylių
Membranos tipas : PTFE stiklo pluoštas , teflonas- padengtas austas stiklo pluoštas
Audinio kiekis : 375 000 kvadratinių pėdų Jeppesen terminalo stogui; 75 000 kvadratinių pėdų papildoma apsauga nuo šaligatvio

^{Šaltinis: Denverio tarptautinis oro uostas ir PTFE stiklo pluoštas Birdair, Inc. [žiūrėta 2015 m. kovo 15 d.]}

Trys pagrindinės tempimo architektūros formos

1972 m. olimpinio stadiono stogas Miunchene, Bavarijoje, Vokietijoje. Holgerio Thalmanno/STOCK4B/Stock4B kolekcija/Getty Images nuotrauka

Įkvėptas Vokietijos Alpių, ši struktūra Miunchene, Vokietijoje, gali priminti 1994 m. Denverio tarptautinį oro uostą. Tačiau Miuncheno pastatas buvo pastatytas dvidešimt metų anksčiau.

1967 m. vokiečių architektas Güntheris Behnischas (1922–2010) laimėjo konkursą Miuncheno šiukšlyną paversti tarptautiniu kraštovaizdžiu ir 1972 m. surengti XX vasaros olimpines žaidynes. Behnisch ir partneriai sukūrė smėlio modelius, kad apibūdintų natūralias viršukalnes, kurių jie norėjo pasiekti. olimpinis kaimas. Tada jie pasikvietė vokiečių architektą Frei Otto, kad padėtų išsiaiškinti projekto detales.

Nenaudojant CAD programinės įrangos, architektai ir inžinieriai sukūrė šias viršūnes Miunchene, kad parodytų ne tik olimpinius sportininkus, bet ir vokiečių išradingumą bei Vokietijos Alpes.

Ar Denverio tarptautinio oro uosto architektas pavogė Miuncheno dizainą? Galbūt, bet Pietų Afrikos įmonė Įtempimo struktūros pažymi, kad visi įtempimo modeliai yra trijų pagrindinių formų išvestiniai:

• “ Kūginis – kūgio forma, kuriai būdinga centrinė smailė.
• “ Statinės skliautas – Arkos forma, kuriai paprastai būdinga lenkta arka.
• “ Hypar – Susukta laisvos formos forma “

^{Šaltiniai: Konkursai , Behnisch & Partners 1952-2005; Technine informacija , Tension Structures [žiūrėta 2015 m. kovo 15 d.]}

Didelio masto, lengvo svorio: olimpinis kaimas, 1972 m

Olimpinio kaimelio vaizdas iš oro Miunchene, Vokietijoje, 1972 m. Design Pics/Michael Interisano/Perspectives kolekcija/Getty Images nuotrauka

Gunteris Behnišas ir Frei Otto bendradarbiavo, kad uždarytų didžiąją dalį 1972 m. olimpinio kaimelio Miunchene (Vokietija) – tai vienas pirmųjų didelio masto įtampos struktūros projektų. Olimpinis stadionas Miunchene, Vokietijoje, buvo tik viena iš tempiamą architektūrą naudojančių vietų.

Siūloma būti didesnė ir didingesnė nei Otto Expo '67 audinių paviljonas, Miuncheno konstrukcija buvo sudėtinga kabelių tinklo membrana. Architektai membranai užbaigti pasirinko 4 mm storio akrilo plokštes. Tvirtas akrilas nesitampo kaip audinys, todėl plokštės buvo „lanksčiai sujungtos“ su kabelių tinkleliu. Rezultatas buvo raižytas lengvumas ir švelnumas visame olimpiniame kaimelyje.

Tempiamosios membranos struktūros eksploatavimo trukmė yra kintama, priklausomai nuo pasirinktos membranos tipo. Šiuolaikinės pažangios gamybos technologijos pailgino šių konstrukcijų tarnavimo laiką nuo mažiau nei vienerių metų iki daugelio dešimtmečių. Ankstyvosios struktūros, tokios kaip 1972 m. Miuncheno olimpinis parkas, buvo tikrai eksperimentinės ir reikalaujančios priežiūros. Vokietijos įmonė 2009 m Hightex buvo pakviestas įrengti naują pakabinamą membraninį stogą virš Olimpinės salės.

^{Šaltinis: 1972 m. olimpinės žaidynės (Miunchenas): olimpinis stadionas, TensiNet.com [žiūrėta 2015 m. kovo 15 d.]}

Frei Otto tempiamos konstrukcijos detalė Miunchene, 1972 m

Frei Otto sukurta olimpinė stogo konstrukcija, 1972 m., Miunchenas, Vokietija. „LatitudeStock-Nadia Mackenzie“ / „Gallo Images Collection“ / „Getty Images“ nuotrauka

Šiandieninis architektas turi daugybę audinio membranos pasirinkimas iš kurių rinktis – daug daugiau „stebuklingų audinių“ nei architektai, sukūrę 1972 m. olimpinio kaimelio stogo dangą.

1980 m. autorius Mario Salvadori tempimo architektūrą paaiškino taip:

„Kai kabelių tinklas yra pakabintas ant tinkamų atramos taškų, stebuklingi audiniai gali būti pakabinti ant jo ir ištempti per palyginti nedidelį atstumą tarp tinklo kabelių. Vokiečių architektas Frei Otto sukūrė šio tipo stogą, kuriame plonų kabelių tinklas kabo nuo sunkių ribinių kabelių, paremtų ilgais plieniniais arba aliuminio stulpais. Pastačius palapinę Vakarų Vokietijos paviljonui Expo '67 Monrealyje, jam pavyko uždengti parodos stendus. Miuncheno olimpinis stadionas ...1972 m. su palapine, kuri dengia aštuoniolika akrų, paremta devyniais 260 pėdų aukščio gniuždomaisiais stiebais ir ribiniais įtempimo kabeliais, kurių talpa iki 5000 tonų. (Beje, vorą imituoti nėra lengva – šiam stogui prireikė 40 000 valandų inžinerinių skaičiavimų ir brėžinių.)“

^{Šaltinis: Kodėl pastatai stovi Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, p. 263-2}

Vokietijos paviljonas Expo '67, Monrealyje, Kanadoje

Vokietijos paviljonas Expo 67, 1967, Monrealis, Kanada. Nuotraukų ateljė Frei Otto Warmbronn per PritzkerPrize.com

Dažnai vadinamas pirmąja didelio masto lengva tempiamąja konstrukcija, 1967 m. Vokietijos Expo '67 paviljonas, surenkamas Vokietijoje ir išsiųstas į Kanadą surinkti vietoje, užėmė tik 8000 kvadratinių metrų. Šis tempimo architektūros eksperimentas, kuriam planuoti ir pastatyti prireikė vos 14 mėnesių, tapo prototipu ir sužadino vokiečių architektų, įskaitant jo dizainerį, būsimą Pritzkerio laureatą Frei Otto, apetitą.

Tais pačiais 1967 metais vokiečių architektas Güntheris Behnischas laimėjo 1972 m. Miuncheno olimpinių žaidynių užsakymą. Jo įtemptos stogo konstrukcijos planavimas ir statyba užtruko penkerius metus, o jos plotas buvo 74 800 kvadratinių metrų – toli nuo jo pirmtako Monrealyje, Kanadoje.

Sužinokite daugiau apie tempimo architektūrą

• Šviesos konstrukcijos – šviesos struktūros: tempiamos architektūros menas ir inžinerija, iliustruota Horsto Bergerio darbais Horstas Bergeris, 2005 m
• Tempiamojo paviršiaus konstrukcijos: praktinis kabelių ir membranų konstrukcijos vadovas Michaelas Seidelis, 2009 m
• Tempiamosios membranos konstrukcijos: ASCE/SEI 55-10 , Amerikos statybos inžinierių draugijos „Asce Standard“, 2010 m

^{Šaltiniai: Olimpinės žaidynės 1972 (Miunchenas): Olimpinis stadionas ir Expo 1967 (Monrealis): German Pavilion, Project Database of TensiNet.com [žiūrėta 2015 m. kovo 15 d.]}