Skúmanie architektúry napätia
Špičková strecha terminálu letiska v Denveri. Foto Sandra Leidholdt / Moment / Getty Images (orezané)
Ťahová architektúra je štrukturálny systém, ktorý prevažne využíva ťah namiesto kompresie. Ťahový a napätie sa často používajú zameniteľne. Ďalšie názvy zahŕňajú architektúru napínacej membrány, architektúru tkaniny, napínacie štruktúry a ľahké napínacie štruktúry. Poďme preskúmať túto modernú, ale starodávnu techniku stavania.
Ťahanie a tlačenie
Architektúra ťahovej membrány, letisko Denver 1995, Colorado. Photo by Education Images/UIG/Universal Images Group Collection/Getty Images
Napätie a kompresia sú dve sily, o ktorých veľa počujete, keď študujete architektúru. Väčšina stavieb, ktoré staviame, je v tlaku – tehla na tehle, doska na doske, tlačenie a stláčanie smerom nadol k zemi, kde je hmotnosť budovy vyvážená pevnou zemou. Napätie sa na druhej strane považuje za opak kompresie. Napätie ťahá a naťahuje stavebné materiály.
Definícia ťahovej štruktúry
' Konštrukcia, ktorá sa vyznačuje napnutím tkaniny alebo systému poddajného materiálu (zvyčajne drôtom alebo káblom), aby sa konštrukcii poskytla kritická konštrukčná podpora. '— Združenie látkových štruktúr (FSA)
Budovanie napätia a kompresie
Keď si spomenieme na prvé človekom vytvorené stavby (mimo jaskyne), myslíme na Laugierove Primitívna chata (konštrukcie hlavne v kompresii) a ešte skôr stanové štruktúry – tkanina (napr. zvieracia koža) napnutá (napätá) okolo dreveného alebo kosteného rámu. Tensile design bol v poriadku pre kočovné stany a malé teepee, ale nie pre Egyptské pyramídy. Dokonca aj Gréci a Rimania zistili, že veľké koloseá vyrobené z kameňa sú znakom dlhovekosti a zdvorilosti, a nazývame ich Klasická . V priebehu storočí bola architektúra napätia odsunutá na cirkusové stany, visuté mosty (napr. Brooklynský most ) a dočasné pavilóny malého rozsahu.
Nemecký architekt a laureát Pritzker Frei Otto celý svoj život študoval možnosti ľahkej, ťahovej architektúry – starostlivým výpočtom výšky stožiarov, zavesenia káblov, káblovej siete a membránových materiálov, ktoré by sa dali použiť na výrobu veľkých rozmerov. konštrukcie podobné stanom. Jeho návrh nemeckého pavilónu na Expo '67 v Montreale v Kanade by sa dal postaviť oveľa ľahšie, keby CAD softvér. Bol to však pavilón z roku 1967, ktorý vydláždil cestu iným architektom, aby zvážili možnosti napínacej konštrukcie.
Ako vytvoriť a použiť napätie
Najbežnejšie modely na vytváranie napätia sú balónový model a model stanu. V balónovom modeli vnútorný vzduch pneumaticky vytvára napätie na membránových stenách a streche tlačením vzduchu do pružného materiálu, ako je balón. V modeli stanu káble pripevnené k pevnému stĺpu ťahajú membránové steny a strechu, podobne ako dáždnik.
Typické prvky pre bežnejší model stanu zahŕňajú (1) „stĺp“ alebo pevnú tyč alebo sady tyčí na podporu; (2) Závesné laná, nápad priniesol do Ameriky Nemci John Roebling; a (3) „membrána“ vo forme látky (napr. ETFE ) alebo káblové siete.
Medzi najtypickejšie využitie tohto typu architektúry patrí zastrešenie, vonkajšie pavilóny, športové arény, dopravné uzly a polotrvalé bývanie po katastrofe.
Zdroj: Fabric Structures Association (FSA) na www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile
Vnútri medzinárodného letiska v Denveri
Interiér medzinárodného letiska v Denveri, 1995 v Denveri, Colorado. Foto od altrendo images/Altrendo Collection/Getty Images
Medzinárodné letisko Denver je dobrým príkladom ťahovej architektúry. Natiahnutá membránová strecha terminálu z roku 1994 odolá teplotám od mínus 100 °F (pod nulou) do plus 450 °F. Sklolaminátový materiál odráža slnečné teplo, no zároveň umožňuje prirodzenému svetlu filtrovať do vnútorných priestorov. Dizajnová myšlienka má odrážať prostredie horských štítov, keďže letisko je blízko Rocky Mountains v Denveri v Colorade.
O medzinárodnom letisku v Denveri
architekt : C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denver, CO
Dokončené : 1994
Špeciálny dodávateľ : Spoločnosť Birdair, Inc .
Dizajnový nápad : Podobne ako pri vrcholovej štruktúre Freia Otta, ktorá sa nachádza v blízkosti Mníchovských Álp, si Fentress vybral strešný systém s ťahovou membránou, ktorý napodobňoval vrcholy Skalistých hôr v Colorade.
Veľkosť : 1 200 x 240 stôp
Počet vnútorných stĺpov : 3. 4
Množstvo oceľového lana 10 míľ
Typ membrány : PTFE sklolaminát , teflón- potiahnuté tkané sklolaminát
Množstvo látky : 375 000 štvorcových stôp pre strechu terminálu Jeppesen; 75 000 štvorcových stôp dodatočná ochrana obrubníkov
Zdroj: Medzinárodné letisko Denver a PTFE sklolaminát v Birdair, Inc. [prístup 15. marca 2015]
Tri základné tvary typické pre ťahovú architektúru
Strecha olympijského štadióna z roku 1972 v Mníchove, Bavorsko, Nemecko. Foto Holger Thalmann/STOCK4B/Stock4B Collection/Getty Images
Táto stavba v nemeckom Mníchove, inšpirovaná nemeckými Alpami, vám môže pripomínať medzinárodné letisko v Denveri z roku 1994. Mníchovská budova však bola postavená o dvadsať rokov skôr.
V roku 1967 vyhral nemecký architekt Günther Behnisch (1922-2010) súťaž na premenu mníchovského smetiska na medzinárodnú krajinu, ktorá bude hostiť XX. letné olympijské hry v roku 1972. Behnisch & Partner vytvoril modely v piesku, ktoré popisovali prírodné vrcholy, ktoré chceli. olympijskej dediny. Potom prizvali nemeckého architekta Freia Otta, aby im pomohol zistiť detaily návrhu.
Bez použitia CAD softvér, architekti a inžinieri navrhli tieto vrcholy v Mníchove, aby predviedli nielen olympijských športovcov, ale aj nemeckú vynaliezavosť a nemecké Alpy.
Ukradol architekt medzinárodného letiska v Denveri mníchovský dizajn? Možno, ale juhoafrická spoločnosť Napínacie štruktúry poukazuje na to, že všetky vzory napätia sú derivátmi troch základných foriem:
- ' Kónický – Kužeľový tvar, charakterizovaný stredovým vrcholom“
- ' Sudový trezor – Oblúkový tvar, zvyčajne charakterizovaný dizajnom zakriveného oblúka“
- ' Hypar – Skrútený voľný tvar '
Zdroje: Súťaže , Behnisch & Partners 1952-2005; Technická informácia , Tension Structures [prístup 15. marca 2015]
Veľká miera, nízka hmotnosť: Olympijská dedina, 1972
Letecký pohľad na olympijskú dedinu v Mníchove, Nemecko, 1972. Photo by Design Pics/Michael Interisano/Perspectives Collection/Getty Images
Gunther Behnisch a Frei Otto spolupracovali na uzavretí väčšiny olympijskej dediny v roku 1972 v nemeckom Mníchove, čo je jeden z prvých projektov rozsiahlych štruktúr napätia. Olympijský štadión v nemeckom Mníchove bol len jedným z miest využívajúcich ťahovú architektúru.
Konštrukcia z Mníchova, navrhnutá ako väčšia a veľkolepejšia ako Ottov látkový pavilón Expo '67, bola zložitá membrána káblovej siete. Na dokončenie membrány zvolili architekti 4 mm hrubé akrylátové panely. Pevný akrylát sa neťahá ako tkanina, takže panely boli „flexibilne spojené“ s káblovou sieťou. Výsledkom bola vytvarovaná ľahkosť a jemnosť v celej olympijskej dedine.
Životnosť štruktúry ťahovej membrány je variabilná v závislosti od zvoleného typu membrány. Dnešné pokročilé výrobné techniky predĺžili životnosť týchto štruktúr z menej ako jedného roka na mnoho desaťročí. Prvé stavby, ako napríklad olympijský park v roku 1972 v Mníchove, boli skutočne experimentálne a vyžadovali si údržbu. V roku 2009 nemecká spoločnosť Hightex bol poverený na inštaláciu novej zavesenej membránovej strechy nad olympijskou halou.
Zdroj: Olympijské hry 1972 (Mníchov): olympijský štadión, TensiNet.com [prístup 15. marca 2015]
Detail ťahovej štruktúry Frei Otto v Mníchove, 1972
Olympijská strešná konštrukcia navrhnutá Frei Ottom, 1972, Mníchov, Nemecko. Foto LatitudeStock-Nadia Mackenzie/Gallo Images Collection/Getty Images
Dnešný architekt má celý rad výber látkových membrán z ktorých si môžete vybrať – oveľa viac „zázračných látok“ ako architekti, ktorí v roku 1972 navrhli zastrešenie olympijskej dediny.
V roku 1980 autor Mario Salvadori vysvetlil ťahovú architektúru týmto spôsobom:
„Keď je sieť káblov zavesená na vhodných nosných bodoch, môžu sa na ňu zavesiť zázračné tkaniny a natiahnuť cez relatívne malú vzdialenosť medzi káblami siete. Nemecký architekt Frei Otto je priekopníkom tohto typu strechy, v ktorej sieť tenkých káblov visí z ťažkých ohraničujúcich káblov podoprených dlhými oceľovými alebo hliníkovými stĺpmi. Po postavení stanu pre západonemecký pavilón na Expo '67 v Montreale sa mu podarilo zakryť tribúny Mníchovský olympijský štadión ...v roku 1972 so stanom, ktorý zastrešuje osemnásť hektárov, podopretý deviatimi tlakovými stožiarmi vysokými až 260 stôp a hraničnými predpínacími káblami s kapacitou až 5 000 ton. (Mimochodom, nie je ľahké napodobniť pavúka – táto strecha si vyžadovala 40 000 hodín technických výpočtov a výkresov.)
Zdroj: Prečo budovy vstávajú Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, s. 263-2
Nemecký pavilón na Expo '67, Montreal, Kanada
Nemecký pavilón na Expo 67, 1967, Montreal, Kanada. Foto Atelier Frei Otto Warmbronn cez PritzkerPrize.com
Nemecký pavilón Expo '67 z roku 1967 – prefabrikovaný v Nemecku a odoslaný do Kanady na montáž na mieste – často nazývaný prvou rozsiahlou ľahkou ťahovou konštrukciou – pokrýval iba 8 000 metrov štvorcových. Tento experiment v ťahovej architektúre, ktorého plánovanie a výstavba trvala len 14 mesiacov, sa stal prototypom a vzbudil chuť nemeckých architektov, vrátane jeho dizajnéra, budúceho laureáta Pritzkera Freia Otta.
V tom istom roku 1967 nemecký architekt Günther Behnisch získal zákazku na usporiadanie olympijských miest v Mníchove v roku 1972. Jeho ťahaná strešná konštrukcia trvala päť rokov, kým sa naplánovala a postavila, a pokrývala plochu 74 800 metrov štvorcových – čo je ďaleko od jej predchodcu v kanadskom Montreale.
Zistite viac o ťahovej architektúre
- Svetelné štruktúry - Structures of Light: Umenie a inžinierstvo ťahovej architektúry ilustrované dielom Horsta Bergera od Horsta Bergera, 2005
- Ťahové povrchové štruktúry: Praktický sprievodca konštrukciou káblov a membrán od Michaela Seidela, 2009
- Štruktúry ťahových membrán: ASCE/SEI 55-10 , Asce Standard od Americkej spoločnosti stavebných inžinierov, 2010
Zdroje: Olympijské hry 1972 (Mníchov): Olympijský štadión a Expo 1967 (Montreal): Nemecký pavilón, Databáza projektov TensiNet.com [prístup 15. marca 2015]