По-внимателен поглед върху архитектурата на опън

Архитектурата на опън е структурна система, която използва предимно напрежение вместо компресия. опън и напрежение често се използват взаимозаменяемо. Други имена включват архитектура на мембраната на напрежението, архитектура на тъканите, структурите на напрежението и леките конструкции на напрежението. Нека проучим тази модерна, но древна техника на строителство.

напрежение и компресия са две сили, за които чувате много, когато изучавате архитектура. Повечето конструкции, които изграждаме, са в компресия - тухла върху тухла, дъска на борда, бутане и притискане надолу към земята, където теглото на сградата се балансира от твърдата земя. Напрежението, от друга страна, се смята за противоположно на компресията. Напрежението дърпа и разтяга строителни материали.

" Конструкция, която се характеризира с опъване на системата от плат или гъвкав материал (обикновено с тел или кабел), за да осигури критичната структурна опора на конструкцията.

instagram viewer

"— Асоциация на структурите на тъканите (FSA)

Като се замислим върху първите създадени от човека структури (извън пещерата), ние мислим за тези на Лоджие Примитивна хижа (конструкции главно при сгъстяване) и, дори по-рано, структури, наподобяващи палатка - плат (напр. животински кожи), дръпнат плътно (напрежение) около рамка от дървен материал или кост. Дизайнът на опън е добър за номадски палатки и малки тийнейджъри, но не и за Пирамидите на Египет. Дори гърците и римляните определят, че големите колизеи, направени от камък, са запазена марка на дълголетието и гражданството и ние ги наричаме класически. През вековете архитектурата на напрежението се пренасяше на циркови палатки, окачващи мостове (напр. Мостът Бруклин) и дребни временни павилиони.

През целия си живот немският архитект и лауреат на Прицкер Фрай Ото изучава възможностите на леката, опъната архитектура - старателно изчисляване на височината на стълбовете, окачването на кабели, кабелната мрежа и мембранните материали, които биха могли да се използват за създаване на мащабни шатрови структури. Дизайнът му за германския павилион на Експо '67 в Монреал, Канада, би бил много по-лесен за изграждане, ако имаше CAD софтуер. Но именно този павилион от 1967 г. проправи пътя на другите архитекти да разгледат възможностите за изграждане на напрежение.

Най-често срещаните модели за създаване на напрежение са балонният модел и моделът на палатката. При модела с балон вътрешният въздух пневматично създава напрежението върху мембранните стени и покрива, като избутва въздух в еластичния материал, подобно на балон. В модела на палатката кабелите, прикрепени към фиксирана колона, придърпват мембранните стени и покрив, подобно на това как работи чадър.

Типичните елементи за по-разпространения модел на палатка включват (1) "мачтата" или неподвижния стълб или набора от стълбове за опора; (2) Окачване кабели, идеята, донесена в Америка от родом от Германия Джон Роублинг; и (3) "мембрана" под формата на тъкан (напр. ETFE) или кабелна мрежа.

Най-типичните приложения за този тип архитектура включват покриви, павилиони на открито, спортни арени, транспортни възли и полу-постоянни жилища след бедствия.

^{Източник: Асоциация за тъкани структури (FSA) на www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

Международното летище в Денвър е прекрасен пример за архитектура на опън. Опънатият мембранен покрив на терминала от 1994 г. може да издържи температури от минус 100 ° F (под нулата) до плюс 450 ° F. Материалът от фибростъкло отразява слънчевата топлина, но въпреки това позволява на естествената светлина да се филтрира във вътрешните пространства. Идеята на дизайна е да отразява средата на планинските върхове, тъй като летището е близо до Скалистите планини в Денвър, Колорадо.

архитект: ° С. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Денвър, Колорадо
завършен: 1994
Специализиран изпълнител: Birdair, Inc.
Идея за дизайн: Подобно на върховата структура на Фрай Ото, разположена близо до Мюнхенските Алпи, Fentress избра система за покривна мембрана на опън, която подражаваше на скалистите планински върхове на Колорадо
размер: 1200 x 240 фута
Брой интериорни колони: 34
Количество стоманен кабел 10 мили
Тип мембрана: PTFE фибростъкло, тефлон^®с покритие от тъкани фибростъкло
Количество плат: 375 000 квадратни фута за покрив на терминал Jeppesen; 75 000 квадратни фута допълнителна защита от бордюри

^{Източник: Международно летище в Денвър и PTFE фибростъкло в Birdair, Inc. [достъп до 15 март 2015 г.]}

Вдъхновена от германските Алпи, тази структура в Мюнхен, Германия може да ви напомня за международното летище в Денвър 1994 г. Мюнхенската сграда обаче е построена двадесет години по-рано.

През 1967 г. немският архитект Гюнтер Бениш (1922-2010) печели конкурс за превръщането на мюнхенското сметище в международен пейзаж за домакинство на XX летни олимпийски игри през 1972 г. Behnisch & Partner създадоха модели в пясък, за да опишат естествените върхове, които искат за олимпийското село. Тогава те се ангажираха с германския архитект Фрай Ото, за да помогнат да разберат детайлите на дизайна.

Без използването на CAD софтуер, архитектите и инженерите проектираха тези върхове в Мюнхен, за да покажат не само олимпийските спортисти, но и немската изобретателност и германските Алпи.

Архитектът на международното летище в Денвър открадна ли дизайна на Мюнхен? Може би, но южноафриканската компания Конструкции на опън посочва, че всички дизайни за напрежение са производни на три основни форми:

• "коничен - форма на конус, характеризираща се с централен връх "
• "Барел Сейф - сводеста форма, обикновено се характеризира с извит дизайн на дъгата "
• "Hypar - усукана форма на свободна форма"

^{Източници: Състезания, Behnisch & Partner 1952-2005; Техническа информация, Напрежение структури [достъп до 15 март 2015 г.]}

Гюнтер Бениш и Фрей Ото си сътрудничат, за да затворят по-голямата част от Олимпийското село от 1972 г. в Мюнхен, Германия, един от първите мащабни проекти за напрежение в структурата на напрежението. Олимпийският стадион в Мюнхен, Германия беше само едно от местата, използващи архитектура на опън.

Предложена да бъде по-голяма и по-велика от платната палата на Ото Expo '67, мюнхенската структура беше сложна мембрана от кабелна мрежа. Архитектите избраха акрилни панели с дебелина 4 мм, за да завършат мембраната. Твърдият акрил не се разтяга като плат, така че панелите бяха "гъвкаво свързани" към кабелната мрежа. Резултатът беше изваяна лекота и мекота в цялото олимпийско село.

Продължителността на живот на мембранната опън е променлива в зависимост от типа на избраната мембрана. Днешните съвременни техники за производство са увеличили живота на тези структури от по-малко от една година до много десетилетия. Ранните структури, като Олимпийския парк от 1972 г. в Мюнхен, бяха наистина експериментални и изискват поддръжка. През 2009 г. немската компания Hightex беше включен в списъка за инсталиране на нов окачен мембранен покрив над зала „Олимпик“.

^{Източник: Олимпийски игри 1972 г. (Мюнхен): Олимпийски стадион, TensiNet.com [достъп до 15 март 2015 г.]}

Днешният архитект има масив от избор на тъканни мембрани от които да изберете - много повече „чудо-тъкани“ от архитектите, проектирали покрива на Олимпийското село от 1972 г.

През 1980 г. авторът Марио Салвадори обяснява архитектурата на опън по този начин:

„След като мрежа от кабели е окачена от подходящи опорни точки, чудотворните тъкани могат да бъдат окачени от нея и опънати на относително малкото разстояние между кабелите на мрежата. Немският архитект Фрай Ото е пионер на този тип покрив, в който мрежа от тънки кабели виси от тежки гранични кабели, поддържани от дълги стоманени или алуминиеви стълбове. След издигането на палатката за западногерманския павилион на Експо '67 в Монреал, той успя да покрие трибуните на Олимпийски стадион в Мюнхен... през 1972 г. с палатка, която подслонява осемнадесет декара, поддържана от девет компресивни мачти, високи до 260 фута, и от гранични предварително напрегнати кабели с капацитет до 5000 тона. (Между другото, паякът не е лесен за имитиране - този покрив изискваше 40 000 часа инженерни изчисления и чертежи.) "

^{Източник: Защо сградите се изправят от Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, pp. 263-264}

Често наричана първата мащабна лека опъната конструкция, Германският павилион на Експо от 1967 г. - сглобяеми в Германия и изпратени до Канада за монтаж на място - покриват само 8 000 квадратни м. Този експеримент в архитектурата на опън, отнел само 14 месеца за планиране и изграждане, се превърна в прототип, и събужда апетита на германските архитекти, включително неговия дизайнер, бъдещият лауреат на Прицкер Фрай Ото.

Същата 1967 г. немският архитект Гюнтер Бениш спечели комисията за олимпийските места в Мюнхен 1972 г. Неговата конструкция на покрива на опън отне пет години да планира и изгради и покри повърхност от 74 800 квадратни метра - далеч от предшественика си в Монреал, Канада.

• Леки конструкции - Структури на светлината: Изкуството и инженерството на архитектурата на опън, илюстрирано от работата на Хорст Бергер от Хорст Бергер, 2005 г.
• Опънати повърхностни конструкции: Практическо ръководство за изграждане на кабели и мембрани от Майкъл Зайдел, 2009
• Мембранни конструкции на опън: ASCE / SEI 55-10, Asce Standard от Американското дружество на строителните инженери, 2010 г.

^{Източници: Олимпийски игри 1972 г. (Мюнхен): Олимпийски стадион и Експо 1967 (Монреал): Немски павилион, База данни на проекта на TensiNet.com [достъп до 15 март 2015 г.]}