Tõmbearhitektuuri lähem ülevaade

Tõmbearhitektuur on struktuurne süsteem, mis surumise asemel kasutab valdavalt pinget. Tõmbejõud ja pinge kasutatakse sageli vaheldumisi. Muud nimed hõlmavad pingemembraanide arhitektuuri, kangaarhitektuuri, pingestruktuure ja kergeid pingestruktuure. Uurime seda tänapäevast, kuid iidset ehitustehnikat.

Pinge ja kokkusurumine on kaks jõudu, millest kuuled arhitektuuri õppides palju. Enamik meie ehitatavaid konstruktsioone on kokkusurutud - telliskivi tellisel, pardal laudis, surudes ja pigistades allapoole maapinda, kus hoone kaal on tasakaalus tahke maaga. Pingeid seevastu peetakse kokkusurumise vastandiks. Pinge tõmbab ja venitab ehitusmaterjale.

" Konstruktsioon, mida iseloomustab kanga või elastse materjali süsteemi pingutamine (tavaliselt traadi või kaabliga), et pakkuda konstruktsioonile kriitilist tuge."— Kangakonstruktsioonide liit (FSA)

Vaadates tagasi inimtüüpi esimestele inimese loodud konstruktsioonidele (väljaspool koobast), mõtleme Laugieri omadele Primitiivne onn (peamiselt kokkusurutud struktuurid) ja veelgi varasemad telgisarnased struktuurid - riie (nt loomapeenar) tõmmatakse tihedalt (pingutatud) ümber puidu või luuraami. Tõmbeprojekt sobis teisaldatavate telkide ja väikeste teepeenarde jaoks, kuid mitte Egiptuse püramiidid. Isegi kreeklased ja roomlased leidsid, et kivist valmistatud suured colosseumid on pikaealisuse ja viisakuse kaubamärk ning me nimetame neid Klassikaline. Läbi sajandite viidi pingearhitektuur tsirkuse telkidesse, rippsildadesse (nt Brooklyni sild) ja väikesemahulised ajutised paviljonid.

Saksa arhitekt ja Pritzkeri preemia laureaat Frei Otto uuris kogu oma elu kerge ja tõmbearhitektuuri võimalusi - hoolikalt postide kõrguse, kaablite vedrustuse, kaablivõrgu ja membraanimaterjalide arvutamine, mida saaks kasutada suuremahuliste telgitaoliste moodustamiseks struktuurid. Tema projekti Saksa paviljoni jaoks näitusel Expo '67 Montrealis Kanadas oleks olnud palju lihtsam ehitada, kui ta oleks CAD tarkvara. Kuid just see 1967. aasta paviljon sillutas teistele arhitektidele teed pingeehituse võimaluste kaalumiseks.

Kõige tavalisemad pingete loomise mudelid on õhupallimudel ja telgimudel. Ballooni mudelis tekitab siseõhk pneumaatiliselt membraani seintele ja katusele pingeid, surudes õhku õhukindlasse materjali nagu õhupall. Telkimudelis tõmbavad fikseeritud kolonni külge kinnitatud kaablid membraani seinu ja katust, sarnaselt vihmavarjuga.

Tavalisema telgimudeli tüüpilisteks elementideks on (1) tugimass või fikseeritud masti või postide komplektid; (2) Vedrustuskaablid - idee tõi Ameerikasse sakslased John Roebling; ja (3) "membraan" kanga kujul (nt. ETFE) või kaabelvõrk.

Seda tüüpi arhitektuuri kõige tüüpilisemateks kasutusaladeks on katusekatted, välipaviljonid, spordiareenid, transpordi sõlmpunktid ja katastroofijärgsed poolpüsivad korpused.

^{Allikas: kangakonstruktsioonide liit (FSA) aadressil www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

Denveri rahvusvaheline lennujaam on hea näide tõmbearhitektuurist. 1994. aasta terminali venitatud membraankatus talub temperatuure miinus 100 ° F (alla nulli) kuni pluss 450 ° F. Klaaskiudmaterjal peegeldab päikese soojust, kuid laseb loomuliku valguse filtrida siseruumidesse. Idee eesmärk on kajastada mäetippude keskkonda, kuna lennujaam asub Colorados Denveris asuvate Kiviste mägede lähedal.

Arhitekt: C. W. Fentress J H Bradburn Associates, Denver, CO
Lõpetatud: 1994
Eritöövõtja: Birdair, Inc.
Kujundusidee: Sarnaselt Müncheni Alpide lähedal asuva Frei Otto tipptasemel ehitisega valis Fentress tõmbemembraaniga katusesüsteemi, mis jäljendas Colorado Rocky Mountaini tippe
Suurus: 1200 x 240 jalga
Interjööri veergude arv: 34
Teraskaabli kogus 10 miili
Membraani tüüp: PTFE klaaskiud, teflon^®-kattega kootud klaaskiud
Kanga kogus: Jeppeseni terminali katuse jaoks 375 000 ruutjalga; 75 000 ruutjalga täiendav kaitse ääre ääres

^{Allikas: Denveri rahvusvaheline lennujaam ja PTFE klaaskiud aadressil Birdair, Inc. [tutvuda 15. märtsil 2015]}

Saksamaa Alpide inspireerituna võib see Münchenis asuv struktuur meenutada teile Denveri 1994. aasta rahvusvahelist lennujaama. Müncheni hoone ehitati aga kakskümmend aastat varem.

1967. aastal võitis Saksa arhitekt Günther Behnisch (1922-2010) konkursi Müncheni prügila muutmiseks rahvusvaheliseks maastikuks, et korraldada 1972. aastal XX suveolümpiamängud. Behnisch & Partner lõi liivas mudeleid looduslike tippude kirjeldamiseks, mida nad olümpiaküla jaoks soovisid. Seejärel värbasid nad Saksa arhitekti Frei Otto, et aidata kavandi detaile välja mõelda.

Kasutamata CAD tarkvara, kujundasid arhitektid ja insenerid need Müncheni tipud, et näidata mitte ainult olümpiasportlasi, vaid ka saksa leidlikkust ja Saksa Alpe.

Kas Denveri rahvusvahelise lennujaama arhitekt varastas Müncheni projekti? Võib-olla, aga Lõuna-Aafrika ettevõte Pingutuskonstruktsioonid juhib tähelepanu sellele, et kõik pingekujundused on kolme põhivormi tuletised:

• "Kooniline - koonuse kuju, mida iseloomustab keskne tipp "
• "Tünnivarras - kaare kuju, mida tavaliselt iseloomustab kõverjooneline kujundus "
• "Hypar - keerutatud vabakujuline kuju"

^{Allikad: Võistlused, Behnisch & Partner 1952-2005; Tehniline informatsioon, Pingutuskonstruktsioonid [juurdepääs 15. märtsil 2015]}

Günther Behnisch ja Frei Otto tegid koostööd suurema osa 1972. aasta Saksamaal Münchenis asuva olümpiaküla sulgemiseks, mis oli üks esimesi suuremahulisi pingestruktuuriprojekte. Olümpiastaadion Saksamaal Münchenis oli vaid üks tõmbearhitektuuri kohad.

Müncheni struktuur, mis oli kavandatud suurem ja suurejoonelisem kui Otto Expo '67 kangapaviljon, oli keerukas kaabelvõrgumembraan. Arhitektid valisid membraani täitmiseks 4 mm paksused akrüülpaneelid. Jäik akrüül ei venita nagu kangas, seetõttu olid paneelid "elastselt ühendatud" kaabli võrguga. Tulemuseks oli kogu olümpiakülas skulptureeritud kergus ja pehmus.

Tõmbemembraani struktuuri eluiga on erinev, sõltuvalt valitud membraani tüübist. Tänapäeva arenenud tootmistehnikad on pikendanud nende konstruktsioonide eluiga vähem kui ühelt aastalt mitme aastakümnele. Varased ehitised, nagu 1972. aasta Müncheni olümpiapark, olid tõesti eksperimentaalsed ja vajavad hooldamist. Aastal 2009 Saksa ettevõte Hightex valiti olümpiahalli kohale uue riputatud membraankatuse paigaldamiseks.

^{Allikas: 1972. aasta olümpiamängud (München): olümpiastaadion, TensiNet.com [juurdepääs 15. märtsil 2015]}

Tänapäeva arhitektil on hulgaliselt kangamembraani valikud mille hulgast valida - palju rohkem "imekangaid" kui 1972. aasta olümpiaküla katusekatte kujundanud arhitektid.

1980. aastal selgitas autor Mario Salvadori tõmbearhitektuuri järgmiselt:

"Kui kaablite võrk on sobivatest tugipunktidest riputatud, saab imekangad selle riputada ja venitada üle võrgu kaablite vahelise suhteliselt väikese vahemaa. Saksa arhitekt Frei Otto on teinud seda tüüpi katuse teerajajaks, milles õhukeste kaablite võrk ripub raskete piirdekaablite küljest, mida toetavad pikad teras- või alumiiniumpostid. Pärast Montrealis Expo '67 asuva Lääne-Saksamaa paviljoni telgi püstitamist õnnestus tal katta Müncheni olümpiastaadion... 1972. aastal telgiga, mis varjutab kaheksateist aakrit, mida toetavad üheksa surutõstemasti, mis on kuni 260 jalga, ja piirpingestatud kaablid mahutavusega kuni 5000 tonni. (Ämblikku, muide, pole lihtne jäljendada - see katus nõudis 40 000 tundi tehnilisi arvutusi ja jooniseid.) "

^{Allikas: Miks ehitised püsti seisavad autor Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, lk. 263-264}

Sageli nimetatakse seda esimeseks suuremahuliseks kergeks tõmbekonstruktsiooniks, 1967. aasta Saksa paviljoniks Expo '67 - kokkupandavad Saksamaal ja tarnitud Kanadasse kohapeal monteerimiseks - kattis ainult 8000 ruutmeetrit meetrit. See tõmbearhitektuuri eksperiment, mille kavandamiseks ja ehitamiseks kulus vaid 14 kuud, sai prototüübiks, ja tõsta Saksa arhitektide, sealhulgas selle kujundaja, tulevase Pritzkeri laureaadi Frei isu Otto.

Samal aastal 1967 võitis Saksa arhitekt Günther Behnisch 1972. aasta Müncheni olümpiapaikade komisjoni. Tema venitatava katusekonstruktsiooni kavandamiseks ja ehitamiseks kulus viis aastat ning see kattis 74 800 ruutmeetri suuruse pinna - kaugel tema eelkäijast Kanadas Montrealis.

• Valguskonstruktsioonid - valguse struktuurid: tõmbearhitektuuri kunst ja tehnika, illustreerinud Horst Bergeri tööd autor Horst Berger, 2005
• Tõmmatavad pinnakonstruktsioonid: kaabli ja membraani ehituse praktiline juhend autor Michael Seidel, 2009
• Tõmbemembraankonstruktsioonid: ASCE / SEI 55-10, Ameerika ehitusinseneride ühingu asce Standard, 2010

^{Allikad: Olümpiamängud 1972 (München): Olümpiastaadion ja Expo 1967 (Montreal): Saksa paviljon, TensiNet.com projekti andmebaas [juurdepääs 15. märtsil 2015]}