薄壳结构的建筑 薄壳结构( 三 )



薄壳结构的建筑  薄壳结构

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▲汉堡博物馆中庭的建筑师草图
汉堡博物馆中庭要加建一个顶棚 。中庭平面呈L形,一端宽度14m、一端宽度17m 。
这个项目有两个主要诉求 。首先,该项目资金来自私人捐赠,预算有限;其次,博物馆方面希望屋顶对原有建筑尽量少地产生影响 。所以,屋面需要尽可能地轻、少用材料,同时看上去要轻盈 。

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▲中庭加建的屋面
屋面结构在L形的两部分采用了单曲的筒壳,交汇处采用了双曲壳体 。壳体采用四边形网格划分,这样的网格划分形式可以看作一榀榀拱排列着,拱之间用纵向用杆件联系 。

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▲中庭屋面的平面和三维图
可以想见,各榀拱之间几乎没有共同作用的能力 。如下图所示,在集中力作用的a点变形很大,但相邻的b、c点则变形迅速收小 。

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▲集中力作用下屋面的变形示意图
因此,施莱希每隔一段间距,采用了拉索隔板来加强筒壳 。

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▲拉索隔板对刚度的加强
杆件通过螺栓与中间圆柱形节点相连,正交拉索连接网格的对角节点,以增加网格刚度 。拉索不仅增加了刚度,也减小了杆件承受的弯矩 。

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▲网壳连接节点
网壳底部放置钢梁,将荷载尽量均匀传递到下部原有建筑上 。

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▲网壳底部节点
一类特殊网壳的发展

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曼海姆多功能大厅屋顶(Roof for the Multihalle (multi-purpose hall) , Mannheim, Germany/1970–1975)

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曼海姆多功能的形状是通过逆吊法找出来的 。该结构的更大跨度约为60mx80m 。如果将结构中木材的总量平摊到壳体的面积上,其高度不超过4cm 。按照跨度等比例缩放的话,该厚度比鸡蛋壳还要薄 。

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施工方式如下:首先将木条铺设成水平正方形网格,网格节点处通过可调节孔用销钉不紧密地连接,以确保木条之间能发生转动 。然后将网格的若干点向上顶升直到呈现出设计的形状 。

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最终形态与初始形态相比,原来的正方形网格转变为菱形 。同时,单根5cmx5cm木条刚度很小,允许发生足够大的弯曲变形 。在达到设计形状后,需要修整外壳的边缘;并且在菱形网格中增设交叉拉索,使柔软的网格成为坚固的结构 。

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▲曼海姆大厅施工中
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▲曼海姆大厅完成后
2000年,奥托和与坂茂合作了汉诺威世博会日本馆,采用了与曼海姆大厅类似的网壳结构,只是屋面网格的木材换成了纸卷 。

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2002年,在英国星格尔顿建造了Downland Museum 。采用的也是类似的施工方式 。

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▲Downland Museum施工过程
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▲Downland Museum的节点
2011年,Soliday forum Cafe,Paris采用了GFRP来建造 。杆件直径42mm、壁厚3.5mm的GFRP管现在地上铺设好,随后仅用两台吊车几天就搞定了 。

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