【钢结构·技术】穹顶发展历史及经典案例赏析

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【钢结构·技术穹顶发展历史及经典案例赏析
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作者:我⾃朝来我随暮去
穹顶,常被代指为宽阔厅堂上空所修筑的半球形或多边的曲⾯形状的顶盖。在历史上,第⼀座著名的穹顶结构即是古罗马的万神庙,当时的古罗马⼈应⽤混凝⼟拱券技术构造出了直径四⼗余⽶的穹顶,突破了当时的建筑概念,使穹顶技术开始替换原来的平屋顶,成为西⽅教堂、宫殿建筑的主⾓。但由于当时的技术⽔平问题,万神庙的穹顶很是沉重,要通过整体连续的承重墙来负荷,可以说还是不成熟的雏形的穹顶技术。直到6世纪中叶的圣索菲亚⼤教堂的中央穹顶运⽤帆拱的新技术,才让穹顶建筑开始摆脱承重墙,开始形成延展复合的空间,实线了实际作⽤和宗教美感的统⼀。在此之后,古代砖⽯穹顶技术在奥斯曼帝国时期达到⿍盛,但限于材料的局限性,穹顶规模也陷⼊了瓶颈,可以说要建造更⾼更⼤的穹顶不再是砖⽯材料所能满⾜的了。
万神庙外观结构图
到了现代,随着科学技术的不断发展和⼈民物质要求的不断提⾼,在计算机技术的辅助之下,越来越多复杂结构的设计分析也成为了现实,穹顶技术的更新也是⽇新⽉异。
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从⼆⼗世纪五⼗年代开始,薄膜穹顶开始在⼯程中得到应⽤,并引起了⼴泛的关注。七⼗年代,尤其是⼋⼗年代以来,在美国、⽇本和欧洲国家得到了⼤量的应⽤。薄膜穹顶主要有三种形式:(1)⾻架式薄膜穹顶;(2)充⽓式薄膜穹顶;;(3)张拉薄膜式穹顶。由于充⽓式薄膜穹顶存在⼀些缺陷(如为防⽌因空⽓压⼒不⾜⽽损坏结构,时刻需要有充⽓设备来根据室内压⼒及外荷载的变化不断补充空⽓,维持所需的压⼒;存在⼈感觉上舒适感的问题;恶劣天⽓维护⽐较困难等),所以逐渐被淘汰,⽽只⽤于⼀些⽐较特殊的建筑中。
云台山景区内住宿攻略⾃80年代以来,⼜发展起来⼀种新的穹顶形式:张拉式穹顶。其⽐较有代表性的⼀种形式是索穹顶结构。美国⼯程师Geiger对这种结构进⾏了改进,使其由连续的拉索和不连续的受压⽴柱构成。他发现这类结构随着跨度的增加,重量并不明显增加,是⼀种效率极⾼的张⼒体系,合乎⾃然界的连续拉和间断压之客观规律。整个结构中除极少数⼏根压杆外,都处于拉⼒状态。同时,正是由于张拉式穹顶结构的出现,它和薄膜组合使⽤,展⽰了更⾼的结构效率,使得这种结构形式称为张拉薄膜式穹顶结构的主要形式之⼀。
穹顶的新结构如⽹壳穹顶、张拉式穹顶、悬挂式穹顶和⽓承式穹顶等开始在现实建筑中得到应⽤,各种新材料如轻质板材、膜材和玻璃等使得穹顶在体现结构美感的同时,能够建造出更加富有特⾊的多样化的造型。
No.1
格林威治千年穹顶
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千年穹顶位于伦敦东部泰晤⼠河畔的格林威治半岛上,是英国政府为迎接21世纪⽽兴建的标志性建筑。建成的穹顶周长为1km,直径365 m,中⼼⾼度为50m,它由超过70km的钢索悬吊在12根100m⾼的钢桅杆上,并使⽤了很多的天棚帘。屋顶由带PTEE涂层的玻纤材料制成。这种独特的膜结构建筑,在穹顶的中⼼形成⼀个灵活的、极富戏剧性空间效果的中⼼舞台。
No.2
美国国会⼤厦穹顶
美国国会⼤厦穹顶是美国最著名的标志性建筑之⼀。它直径96英尺,⾼度288英尺。它实际上由两个圆顶组成,现在的穹顶覆盖原来的圆顶。现在的铁穹顶是由美国建筑师托马斯·乌斯蒂克·沃尔特在1855年⾄1866年间设计的。1851年,由于美国国会⼈⼝的增加,建筑师托马斯·U·沃尔特提出了扩建国会⼤厦和圆顶的计划。最初的⽊制圆顶是在1856年拆除的。现在的国会圆顶建筑始于1857年。
No.3
⽇本出云体育馆穹顶
出云穹顶规划设计时的基本理念,是以当代的⼤型空间结构来弘扬传统⽂化中的⽊造建筑。球形的穹顶,呈放射状布置的⽊⾻架(层板胶合⽊),精致的折⾯以⽩⾊半透明的膜材覆盖,其设计意象来源于古代传统的折伞。出云穹顶,球形穹顶直径143.8⽶,拱顶部⾼度48.9m⽶。它最⼤的结构特点是综合性。材料上有钢、⽊、薄膜;结构形式上有拱、桁架、索膜,并充分发挥了每个部份的优势。
No.4
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英国伊甸园植物园穹顶
有着独特外观的伊甸园项⽬位于康沃尔,它包含⼀个序列的⼋个相互联系的穹顶。巨⼤、轻质、跨度清晰的结构位于之前的采⽯场内,部分灵感来源于Buckminster Fuller的⽹格穹顶设计。⽣物落的覆盖层是三层枕头状的ETFE薄膜,它有着最⼤的表⾯积和最⼩的周长。在空间结构上,每个穹顶附着在两层六边形-三⾓形-六边形的空间框架上,框架的效率取决于⼏何形状的组成部分:钢管和接头是轻质的,⽐较⼩且容易运输,像泡泡⼀样的表⽪⾃然地适应不平坦的地形。
No.5
德国国会⼤厦
两德统⼀后,为了再度承担国会⼤厦的作⽤,国会⼤厦经历了⼜⼀轮重修,增加了⼀个特别的玻璃穹
顶,穹顶之轻盈与整栋建筑之厚重形成鲜明的对照。穹顶由12根圆柱⽀撑,通过⼀个铺满玻璃镜的倒置圆锥体将⽇光照射到议院的整个⼤厅。其内为两座交错⾛向的螺旋式通道,裸露的全钢结构⽀撑,参观者可以通过它到达50⽶⾼的瞭望平台,眺望柏林的景⾊。
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蒙特利尔⽣物圈
理查德·巴克敏斯特·富勒在1967年蒙特利尔世博会上把美国馆变成富勒球,使得轻质圆形穹顶今天风靡世界。美国馆的圆球直接76⽶,三⾓形⾦属⽹状结构合理地组合成⼀个球体。⽹桥结构系以杆件为基础,按⼀定规律组成⽹格,按壳体结构布置的空间构架,兼具杆系和壳体的性质。传⼒特点主要通过壳内两个⽅向的拉⼒、压⼒或剪⼒逐点传⼒。
结语
随着新的结构理念和材料的发展,穹顶结构也会逐渐突破传统结构观念的束缚,会变得越来越贴近⼈与⾃然,使⼈们的⽣活更加和谐。
参考⽂献
[1] 崔晓强、郭彦林、朱忠义,穹顶结构体系
[2] 聂凤兰,英国新千年穹顶的设计与施⼯
[3] 汪霞,千年穹顶——穹顶的过去·现在·未来
[4] 周有芒,⽇本穹顶体育馆实例调查
[5] ⽹络图⽚
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本文发布于:2023-06-07 11:33:56,感谢您对本站的认可!

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