Stiepes arhitektūra ir strukturāla sistēma, kurā saspiešanas vietā pārsvarā tiek izmantota spriedze. Stiepes un spriedze bieži tiek lietoti aizstājami. Citi nosaukumi ietver spriedzes membrānas arhitektūru, auduma arhitektūru, spriegojuma struktūras un vieglas spriegošanas struktūras. Izpētīsim šo moderno, bet seno celtniecības paņēmienu.
Vilkšana un stumšana
Spriedze un saspiešana ir divi spēki, par kuriem daudz dzird, studējot arhitektūru. Lielākā daļa mūsu veidoto konstrukciju ir saspiestas - ķieģeļi uz ķieģeļiem, borts uz klāja, spiežot un saspiežot uz leju pret zemi, kur ēkas svaru līdzsvaro cietā zeme. No otras puses, spriedze tiek uzskatīta par pretstatu saspiešanai. Spriedze velk un stiep celtniecības materiālus.
Stiepes struktūras definīcija
" Struktūra, kurai raksturīga auduma vai lokana materiāla sistēmas nospriegošana (parasti ar stiepli vai kabeli), lai sniegtu kritisko struktūras atbalstu konstrukcijai."— Audumu konstrukciju asociācija (FSA)
Spriegojuma un kompresijas veidošana
Atceroties pirmās cilvēka veidotās būves (ārpus alas), mēs domājam par Laugier Primitīvā būda (struktūras galvenokārt saspiešanai) un, vēl agrāk, telts veida struktūras - audums (piemēram, dzīvnieku apvalks), stingri savilkts (saspringts) ap kokmateriālu vai kaulu rāmi. Stiepes konstrukcija bija piemērota nomadu teltīm un mazām tējkannām, bet ne tām Ēģiptes piramīdas. Pat grieķi un romieši noteica, ka lielie kolizeji, kas izgatavoti no akmens, ir ilgmūžības un laipnības preču zīme, un mēs tos saucam Klasiskā. Gadsimtu gaitā spriedzes arhitektūra tika pakļauta cirka teltīm, balstiekārtu tiltiem (piemēram, Bruklinas tilts) un neliela apjoma pagaidu paviljoni.
Visu mūžu vācu arhitekts un Pritzker laureāts Frei Otto rūpīgi izpētīja vieglas, stiepes arhitektūras iespējas. stabu augstuma, kabeļu balstiekārtas, kabeļu linuma un membrānas materiālu aprēķināšana, ko varētu izmantot liela izmēra telts veida izveidošanai struktūras. Viņa projektēto vācu paviljonu Expo '67 Monreālā, Kanādā, būtu bijis daudz vieglāk uzbūvēt, ja viņam būtu CAD programmatūra. Bet tieši šis 1967. gada paviljons pavēra ceļu citiem arhitektiem apsvērt spriegojuma konstrukcijas iespējas.
Kā izveidot un izmantot spriedzi
Visizplatītākie spriedzes radīšanas modeļi ir gaisa balona un telts modelis. Balonu modelī iekšējais gaiss pneimatiski rada spriedzi uz membrānas sienām un jumtu, iespiežot gaisu elastīgajā materiālā, piemēram, balonā. Telts modelī kabeļi, kas piestiprināti pie fiksētas kolonnas, pievelk membrānas sienas un jumtu, līdzīgi kā darbojas lietussargs.
Tipiskākie elementi biežāk sastopamajam telšu modelim ietver: 1) “mastu” vai fiksētu stabu vai atbalsta komplektu; (2) Piekares kabeļi - ideja, ko uz Ameriku atveda vācu dzimušie Džons Roeblings; un (3) "membrāna" auduma formā (piemēram, ETFE) vai kabeļu linums.
Raksturīgākie šāda veida arhitektūras veidi ir jumta segums, āra paviljoni, sporta arēnas, transporta mezgli un daļēji pastāvīgie mājokļi pēc katastrofas.
Avots: Auduma struktūru asociācija (FSA) vietnē www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile
Denveras starptautiskās lidostas iekšpusē
Denveras Starptautiskā lidosta ir lielisks stiepes arhitektūras piemērs. 1994. gada termināļa izstieptais membrānas jumts var izturēt temperatūru no mīnus 100 ° F (zem nulles) līdz plus 450 ° F. Stikla šķiedras materiāls atspoguļo saules siltumu, tomēr ļauj dabiskajai gaismai filtrēties iekštelpās. Dizaina ideja ir atspoguļot kalnu virsotņu vidi, jo lidosta atrodas netālu no Klinšajiem kalniem Denverā, Kolorādo.
Par Denveras starptautisko lidostu
Arhitekts: C. W. Fentrise Dž. H. Bradburn Associates, Denvera, CO
Pabeigts: 1994
Speciālais darbuzņēmējs: Birdair, Inc.
Dizaina ideja: Līdzīgi Frei Otto virsotnes struktūrai, kas atrodas netālu no Minhenes Alpiem, Fentress izvēlējās stiepes membrānas jumta seguma sistēmu, kas atdarināja Kolorado Klinšaino kalnu virsotnes
Izmērs: 1200 x 240 pēdas
Interjera kolonnu skaits: 34
Tērauda kabeļa daudzums 10 jūdzes
Membrānas tips: PTFE stikla šķiedra, teflons®ar pārklājumu austa stikla šķiedra
Auduma daudzums: 375 000 kvadrātpēdas Jeppesen termināļa jumtam; 75 000 kvadrātpēdu papildu aizsardzība pie apmales
Avots: Denveras starptautiskā lidosta un PTFE stikla šķiedra Birdair, Inc. [pieejams 2015. gada 15. martā]
Trīs pamata formas, kas raksturīgas stiepes arhitektūrai
Vācijas Alpu iedvesmotā struktūra Minhenē, Vācijā, var jums atgādināt par Denveras 1994. gada Starptautisko lidostu. Tomēr Minhenes ēka tika uzcelta divdesmit gadus agrāk.
1967. gadā vācu arhitekts Günther Behnisch (1922-2010) uzvarēja konkursā, lai Minhenes atkritumu izgāztuvi pārveidotu par starptautisku ainavu, lai 1972. gadā rīkotu XX Vasaras Olimpiskās spēles. Behnisch & Partner izveidoja modeļus smiltīs, lai aprakstītu dabiskās virsotnes, kuras viņi vēlējās olimpiskajam ciemam. Pēc tam viņi piesaistīja vācu arhitektu Frei Otto, lai palīdzētu izdomāt projekta detaļas.
Neizmantojot CAD programmatūru, arhitekti un inženieri projektēja Minhenes virsotnes, lai parādītu ne tikai olimpiskos sportistus, bet arī vācu izdomu un Vācijas Alpus.
Vai Denveras starptautiskās lidostas arhitekts nozaga Minhenes dizainu? Varbūt, bet Dienvidāfrikas uzņēmums Stiepes struktūras norāda, ka visi spriegojuma plāni ir trīs pamatformu atvasinājumi:
- "Konisks - konusa forma, kurai raksturīga centrālā virsotne "
- "Mucas velve - arkveida forma, kurai parasti raksturīgs izliekts arkas dizains "
- "Hypar - savīta brīvas formas forma"
Avoti: Sacensības, Behnisch & Partner 1952-2005; Tehniskā informācija, Spriegošanas konstrukcijas [pieejama 2015. gada 15. martā]
Liela mēroga, viegls svars: Olimpiskais ciemats, 1972. gads
Günther Behnisch un Frei Otto sadarbojās, lai norobežotu lielāko daļu no 1972. gada Olimpiskā ciemata Minhenē, Vācijā, kas bija viens no pirmajiem liela mēroga spriedzes struktūras projektiem. Olimpiskais stadions Minhenē, Vācijā bija tikai viena no vietām, kurā izmantota stiepes arhitektūra.
Minhenes struktūra, kas tika piedāvāta lielāka un grandiozāka par Otto Expo '67 auduma paviljonu, bija sarežģīta kabeļu tīkla membrāna. Lai pabeigtu membrānu, arhitekti izvēlējās 4 mm biezus akrila paneļus. Cietais akrils neizstiepjas kā audums, tāpēc paneļi tika "elastīgi savienoti" ar kabeļa linumu. Rezultāts bija skulpturāls vieglums un maigums visā olimpiskajā ciematā.
Stiepes membrānas struktūras kalpošanas laiks ir mainīgs, atkarībā no izvēlētās membrānas veida. Mūsdienu uzlabotās ražošanas metodes ir palielinājušas šo konstrukciju kalpošanas laiku no mazāk nekā viena gada līdz daudzām desmitgadēm. Agrīnās struktūras, piemēram, 1972. gada Minhenes Olimpiskais parks, bija patiešām eksperimentālas un tām nepieciešama apkope. 2009. gadā - Vācijas uzņēmums Hightex tika aicināts uzstādīt jaunu piekārto membrānas jumtu virs Olimpiskās zāles.
Avots: Olimpiskās spēles 1972. gadā (Minhene): Olimpiskais stadions, TensiNet.com [pieejams 2015. gada 15. martā]
Sīkāka informācija par Frei Otto stiepes struktūru Minhenē, 1972. gads
Mūsdienu arhitektam ir daudz auduma membrānas izvēle no kuriem izvēlēties - daudz vairāk "brīnumu audumu" nekā arhitekti, kuri projektēja 1972. gada Olimpiskā ciemata jumta segumu.
1980. gadā autors Mario Salvadori stiepes arhitektūru izskaidroja šādi:
"Kad kabeļu tīkls ir apturēts no piemērotiem atbalsta punktiem, brīnumainos audumus var no tā pakārt un izstiepties salīdzinoši nelielā attālumā starp tīkla kabeļiem. Vācu arhitekts Frei Otto ir aizsācis šāda veida jumtu, kurā plānu smagu kabeļu tīkls karājas no smagiem ierobežojošiem kabeļiem, kurus atbalsta gari tērauda vai alumīnija stabi. Pēc Rietumvācijas paviljona telts uzstādīšanas Expo '67 Monreālā, viņam izdevās noklāt Minhenes Olimpiskais stadions... 1972. gadā ar telti, kas novieto astoņpadsmit hektāru novietni, kuru atbalsta deviņi kompresijas masti, kuru augstums ir līdz 260 pēdām, un ar robežas priekšsprieguma kabeļiem ar ietilpību līdz 5000 tonnām. (Starp citu, zirnekli nav viegli atdarināt - šim jumtam bija nepieciešami 40 000 stundu inženiertehniskie aprēķini un rasējumi.) "
Avots: Kāpēc ēkas pieceļas? Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, lpp. 263-264
Vācu paviljons Expo '67, Monreālā, Kanādā
Bieži sauc par pirmo liela mēroga vieglas stiepes struktūru, 1967. gada Vācijas Expo '67 paviljonu - saliekami Vācijā un nosūtīti uz Kanādu montāžai uz vietas - pārklāja tikai 8000 kvadrātmetru metri. Šis stiepes arhitektūras eksperiments, kura plānošanai un uzbūvei bija nepieciešami tikai 14 mēneši, kļuva par prototipu, un izraisīt vācu arhitektu, tostarp tā dizainera, topošā Pritzker laureāta Frei, apetīti Otto.
Tajā pašā 1967. gadā vācu arhitekts Günther Behnisch uzvarēja komisijā 1972. gada Minhenes olimpisko spēļu norises vietās. Viņa stiepes jumta konstrukcijai bija nepieciešami pieci gadi, lai plānotu un izveidotu 74 800 kvadrātmetru lielu virsmu - tālu no tā priekšgājēja Monreālā, Kanādā.
Uzziniet vairāk par stiepes arhitektūru
- Gaismas struktūras - gaismas struktūras: stiepes arhitektūras māksla un inženierija, ko ilustrējis Horsta Bergera darbs autors Horsts Bergers, 2005. gads
- Stiepes virsmas struktūras: praktisks ceļvedis kabeļu un membrānu uzbūvei autors Maikls Seidels, 2009. gads
- Stiepes membrānas struktūras: ASCE / SEI 55-10, Amerikas Būvinženieru biedrības Asce Standarts, 2010
Avoti: Olimpiskās spēles 1972 (Minhene): Olimpiskais stadions un Expo 1967 (Monreāla): Vācijas paviljons, TensiNet.com projektu datu bāze [pieejama 2015. gada 15. martā]