轻盈的索网结构


2019-05-06 10:09:28


    

索网结构是由双向钢索所组成的网状柔性钢结构。双向钢索一般曲率相反,钢索是只承受拉力的单向受力构件,只在施加张力时才能发挥其结构支承作用。拉索固定在周边的刚性或柔性支承构件上,周边构件应能承受拉索拉力产生的作用。

固定在周边刚性构件(环梁)上的索网示意图1.jpg固定在周边刚性构件(环梁)上的索网示意图2.jpg固定在周边刚性构件(环梁)上的索网示意图3.jpg

固定在周边刚性构件(环梁)上的索网示意图

(本图来源于H.恩格尔著作《结构系统》)


固定在周边柔性构件(索)上的索网示意图,形态与索膜结构类似。1.jpg固定在周边柔性构件(索)上的索网示意图,形态与索膜结构类似。2.jpg

固定在周边柔性构件(索)上的索网示意图,形态与索膜结构类似。

(本图来源于H.恩格尔著作《结构系统》)


提到索网结构就不得不提到2015年普利兹克获奖者弗雷·奥托(Frei Otto,1925~2015),这位一生致力于轻型建筑研究,特别是如何利用最少的材料和能量来建造覆盖结构的大师。

作为一位集建筑师、结构工程师、研究者和梦想家等于一身的大师,奥托的设计出发点更多地是主动从建筑出发,而不是被动的结构解决方案。

难怪普利兹克建筑奖评审团主席彼得·帕伦博勋爵这样评价:弗雷是自由的代表,像飞行的鸟儿一样自由和解放,时而俯冲,时而翱翔,划出一条条优雅而快乐的弧线,不受既往教条的约束,令人惊叹的对线条的经济化和以无穷想象力超越了工程技术上的局限,让形式与功能的联姻变得像我们呼吸的空气那样不露痕迹,像我们眼见的自然那样美丽

奥托最为大众所熟悉的作品是德国慕尼黑1972年第20届奥运会体育场馆,74000m2的质、透明、如同帐篷式的屋顶将奥林匹克运动场、奥林匹克体育馆、游泳馆以及一些灰空间完美地联结在一起。

谷歌地球中德国慕尼黑1972年第20届奥运会体育场馆鸟瞰图.jpg

谷歌地球中德国慕尼黑1972年第20届奥运会体育场馆鸟瞰图


索网结构+PMMA(有机玻璃)覆盖的体育场.jpg

索网结构+PMMA(有机玻璃)覆盖的体育场


索网结构+PMMA(有机玻璃)覆盖的体育馆.jpg

索网结构+PMMA(有机玻璃)覆盖的体育馆


索网结构+PMMA(有机玻璃)形成的灰空间1.jpg索网结构+PMMA(有机玻璃)形成的灰空间2.jpg索网结构+PMMA(有机玻璃)形成的灰空间3.jpg索网结构+PMMA(有机玻璃)形成的灰空间4.jpg索网结构+PMMA(有机玻璃)形成的灰空间5.jpg

索网结构+PMMA(有机玻璃)形成的灰空间

更多关于PMMA的知识请参阅过往文章:

经历了时间考验的塑料——有机玻璃(PMMA)


两根一组的索网交接处及面板固定支座细部1.jpg两根一组的索网交接处及面板固定支座细部2.jpg

两根一组的索网交接处及面板固定支座细部

慕尼黑奥林匹克游泳馆的屋面构造.jpg

慕尼黑奥林匹克游泳馆的屋面构造

(其它开敞场馆的PMAA屋面等同于于本构造的外层屋面)

德国慕尼黑1972年第20届奥运会体育场馆的双向索网固定在周边的拉索上(柔性结构),其外观形式及受力特点与常见的张拉索膜结构基本类似,更像是一个“结构受力表现版”的膜结构。

索膜结构.jpg

索膜结构


国内近期大型重点工程也较为频繁出现了索网结构,如“中国天眼”(FAST项目——500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope)、苏州奥林匹克体育中心游泳馆、2022年冬奥会国家速滑馆等,这些项目中索网结构更多地是以结构解决方案而存在。


“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜(FAST).jpg“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜.jpg“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜(FAST.jpg

“中国天眼”——500米口径球面射电望远镜(FAST)

(以上图片来源于FAST支撑结构设计单位——北京市建筑设计研究院

与常见静态的、曲率相反的正交索网不同的是,FAST索网设置了众多的可动下拉索,采取主动变位的独特工作方式, 即根据观测天体的方位,利用促动器控制下拉索,在500米口径反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面,以实现天体观测。


北京2022年冬奥会国家速滑馆工程屋面成功完成张拉1.jpg北京2022年冬奥会国家速滑馆工程屋面成功完成张拉2.jpg

2019年3月19日,国内最大跨度的单层双向(两根一组)正交马鞍形屋面索网结构——北京2022年冬奥会国家速滑馆工程屋面成功完成张拉。



国家速滑馆屋顶索网1.jpg国家速滑馆屋顶索网2.jpg

以上图片来自于微信公众号:北京建院(ID:BIAD-guanfangweixin)

国家速滑馆屋顶索网由正交的49对承重索(短向)和30对稳定索(长向)编织而成,平面投影为椭圆形,长轴和短轴尺寸分别为198m和124m,张拉后形成屋面造型所需的马鞍面。


除了作为屋面主体结构外,索网结构还多见于追求更大通透性的大型玻璃幕墙(及采光顶)。在跨度较小的情况下,也可以只在竖向单方向布索,演变为单向拉索结构。

用于玻璃幕墙的索网结构常配合金属点状固定件。

索网点支式玻璃幕墙金属固定件.jpg

索网点支式玻璃幕墙金属固定件


GMP事务所设计的北京中国青年旅行社大厦中庭幕墙1.jpgGMP事务所设计的北京中国青年旅行社大厦中庭幕墙2.jpgGMP事务所设计的北京中国青年旅行社大厦中庭幕墙3.jpgGMP事务所设计的北京中国青年旅行社大厦中庭幕墙4.jpg

GMP事务所设计的北京中国青年旅行社大厦中庭幕墙

中庭幕墙由6片大小不同的索网竖向排列而成,索网尺寸分别为9m×20m、7.9m×20m和14.5m×20m(三片)。

北京新保利大厦的大型索网结构玻璃幕墙.jpg

北京新保利大厦的大型索网结构玻璃幕墙

索网尺寸为90m(高)×65m(宽),由两根φ240mm的主索划分为三块,形成棱镜形表面。

主索由150根和199根钢铰线组成,最大初拉力达12000kN和15000kN,上端固定在剪力墙上,下端固定在悬臂的七层建筑上。

次索网格为1.5m×1.5m,水平索由剪力墙和主索固定,竖向索分别由上、下水平桁架固定。

让形式与功能的联姻变得像我们呼吸的空气那样不露痕迹,像我们眼见的自然那样美丽”,这需要建筑师更好地了解结构知识,也需要建筑师、结构工程师以及其它相关专业人士的紧密合作。


予人玫瑰,手有余香……如认可本文内容,请转发给更多需要的人士!

建构物语公众号.jpg

“建材U选”网站:WWW.BML365.COM

联系邮箱:SERVICE@BML365.COM

联系电话:13220119036

微信服务号:BML365    QQ:1601990015

所有未注明来源的建筑实景照片及文字版权属“建构物语”所有。


0/250


10条评论

相关产品

相关文章

分享到: 微信 QQ 新浪微博