En närmare titt på dragstruktur

Dragstruktur är ett strukturellt system som främst använder spänning istället för kompression. drag och spänning används ofta omväxlande. Andra namn inkluderar spänningsmembranarkitektur, tygarkitektur, spänningskonstruktioner och lätta spänningsstrukturer. Låt oss utforska denna moderna men ändå forntida byggteknik.

Spänning och kompression är två krafter du hör mycket om när du studerar arkitektur. De flesta strukturer vi bygger är i komprimering - tegel på tegel, ombord ombord, tryckning och pressning nedåt till marken, där byggnadens vikt balanseras av den fasta jorden. Spänningen å andra sidan är tänkt som motsatsen till kompression. Spänningen drar och sträcker byggmaterial.

" En struktur som kännetecknas av en spänning av tyget eller det flexibla materialsystemet (vanligtvis med tråd eller kabel) för att ge det kritiska strukturella stödet till strukturen."— Fabric Structure Association (FSA)

Tänker vi tillbaka på mänsklighetens första konstgjorda strukturer (utanför grottan), tänker vi på Laugiers Primitiv koja (strukturer huvudsakligen i komprimering) och, ännu tidigare, tältliknande strukturer - tyg (t.ex. djurskinn) drog hårt (spänning) runt ett virke eller benram. Dragkonstruktion var bra för nomadtält och små teepier, men inte för Pyramiderna i Egypten. Till och med grekerna och romarna bestämde att stora coliseum gjorda av sten var ett varumärke för livslängd och livlighet, och vi kallar dem Klassisk. Under århundradena förflyttades spänningsarkitekturen till cirkustält, hängbroar (t.ex. Brooklyn Bridge) och små tillfälliga paviljonger.

Under hela sitt liv studerade den tyska arkitekten och Pritzker Laureate Frei Otto möjligheterna till lätt, dragkonstruktion - noggrant beräkna höjden på stolpar, upphängning av kablar, kabelnät och membranmaterial som kan användas för att skapa storskalig tältliknande strukturer. Hans design för den tyska paviljongen på Expo '67 i Montreal, Kanada, skulle ha varit mycket lättare att konstruera om han hade gjort det CAD programvara. Men det var denna paviljong 1967 som banade vägen för andra arkitekter att överväga möjligheterna till spänningskonstruktion.

De vanligaste modellerna för att skapa spänningar är ballongmodellen och tältmodellen. I ballongmodellen skapar inre luft pneumatiskt spänningen på membranväggar och tak genom att trycka in luft i det stretchiga materialet, som en ballong. I tältmodellen drar kablar som är anslutna till en fast kolonn membranväggarna och taket, precis som ett paraply fungerar.

Typiska element för den vanligare tältmodellen inkluderar (1) "masten" eller den fasta polen eller uppsättningarna av stolpar för stöd; (2) Hängkablar, idén som tyskföddes till Amerika John Roebling; och (3) ett "membran" i form av tyg (t.ex. ETFE) eller kabelnät.

De mest typiska användningsområdena för denna typ av arkitektur inkluderar tak, utomhuspaviljonger, idrottsarenor, transportnav och semi-permanent bostäder efter katastrof.

^{Källa: Fabric Structures Association (FSA) på www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

Denver International Airport är ett bra exempel på dragstruktur. Det sträckta membrantaket på 1994-terminalen tål temperaturer från minus 100 ° F (under noll) till plus 450 ° F. Glasfibermaterialet reflekterar solens värme, men tillåter naturligt ljus att filtrera in i utrymmen. Designtanken är att återspegla miljön i bergstopparna, eftersom flygplatsen ligger nära Rocky Mountains i Denver, Colorado.

Arkitekt: C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denver, CO
Avslutad: 1994
Specialentreprenör: Birdair, Inc.
Designidé: I likhet med Frei Ottos toppstruktur som ligger nära Münchens alper, valde Fentress ett taksystem med dragmembran som emulerade Colorado: s Rocky Mountain-toppar
Storlek: 1 200 x 240 fot
Antal inre kolumner: 34
Mängd stålkabel 10 mil
Membran Typ: PTFE Fiberglas, en teflon^®-belagda vävda glasfiber
Mängd tyg: 375 000 kvadratmeter för taket i Jeppesen Terminal; 75 000 kvadratmeter extra skydd mot trottoaren

^{Källa: Denver International Airport och PTFE Fiberglas på Birdair, Inc. [öppnades 15 mars 2015]}

Inspirerad av de tyska Alperna kan denna struktur i München, Tyskland påminna dig om Denver internationella flygplats 1994. Men byggnaden i München byggdes tjugo år tidigare.

1967 vann den tyska arkitekten Günther Behnisch (1922-2010) en tävling för att förvandla en skräp i München till ett internationellt landskap för att vara värd för de olympiska spelen XX sommar 1972. Behnisch & Partner skapade modeller i sand för att beskriva de naturliga topparna de ville ha för den olympiska byn. Sedan tog de den tyska arkitekten Frei Otto för att hjälpa till med att ta reda på detaljerna i designen.

Utan att använda CAD programvara, arkitekter och ingenjörer designade dessa toppar i München för att visa upp inte bara de olympiska idrottare, utan också tyska uppfinningsrikedom och de tyska Alperna.

Stalde arkitekten för Denver International Airport stjäl Münchens design? Kanske, men det sydafrikanska företaget Spänningsstrukturer påpekar att alla spänningskonstruktioner är derivat av tre grundformer:

• "Konisk - En konform, kännetecknad av en central topp "
• "Tunn valv - En välvd form, vanligtvis kännetecknad av en böjd bågsdesign "
• "hypar - En tvinnad freeformform"

^{källor: tävlingar, Behnisch & Partner 1952-2005; Teknisk information, Spänningsstrukturer [åtkom 15 mars 2015]}

Günther Behnisch och Frei Otto samarbetade för att omsluta de flesta av Olympiska byn 1972 i München, Tyskland, ett av de första storskaliga spänningsstrukturprojekten. Olympic Stadium i München, Tyskland var bara en av arenorna med dragstruktur.

Münchenstrukturen föreslog att vara större och mer storslagen än Ottos Expo '67-tygpaviljong och var ett intrikat kabelnätmembran. Arkitekterna valde 4 mm tjocka akrylpaneler för att komplettera membranet. Styv akryl sträcker sig inte som tyg, så panelerna var "flexibelt anslutna" till kabelnätet. Resultatet blev en skulpterad lätthet och mjukhet i hela Olympic Village.

Livslängden för en dragmembranstruktur varierar beroende på vilken typ av membran som valts. Dagens avancerade tillverkningstekniker har ökat livslängden för dessa strukturer från mindre än ett år till många decennier. Tidiga strukturer, som Olympiska parken 1972 i München, var verkligen experimentella och kräver underhåll. 2009 det tyska företaget Hightex anlitades för att installera ett nytt upphängt membrantak över Olympic Hall.

^{Källa: Olympiska spelen 1972 (München): Olympiastadion, TensiNet.com [öppnad 15 mars 2015]}

Dagens arkitekt har en mängd val av tygmembran att välja mellan - många fler "mirakeldukar" än arkitekterna som designade taket från Olympic Village 1972.

1980 förklarade författaren Mario Salvadori dragstrukturen på detta sätt:

"När ett nätverk av kablar har hängits upp från lämpliga stödpunkter kan mirakeldukarna hängas från det och sträckas över det relativt lilla avståndet mellan nätverkets kablar. Den tyska arkitekten Frei Otto har varit banbrytande för denna typ av tak, där ett nät av tunna kablar hänger från tunga gränskablar som stöds av långa stål- eller aluminiumstänger. Efter uppförandet av tältet för den västtyske paviljongen vid Expo '67 i Montreal lyckades han täcka tribunerna på München olympiska stadion... 1972 med ett tält som skyddar arton tunnland, stöttat av nio kompressiva master så högt som 260 fot och av gränsförspänningskablar med kapacitet upp till 5 000 ton. (Spindeln är förresten inte lätt att imitera - detta tak krävde 40 000 timmars tekniska beräkningar och ritningar.) "

^{Källa: Varför byggnader står upp av Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, sid. 263-264}

Ofta kallas den första storskaliga lätta dragstrukturen, den tyska paviljongen 1967 av Expo - prefabricerade i Tyskland och skickas till Kanada för montering på plats - täckte endast 8000 kvadrat meter. Detta experiment i dragarkitektur, som bara tog 14 månader att planera och bygga, blev en prototyp, och tappar aptiten hos tyska arkitekter, inklusive dess designer, den framtida Pritzker Laureate Frei Otto.

Samma år 1967 vann den tyska arkitekten Günther Behnisch uppdraget för de olympiska arenorna i München 1972. Hans dragstruktur tog fem år att planera och bygga och täckte en yta på 74 800 kvadratmeter - långt ifrån föregångaren i Montreal, Kanada.

• Ljuskonstruktioner - Strukturer av ljus: Konsten och tekniken för dragkonstruktion illustrerad av Horst Bergers arbete av Horst Berger, 2005
• Draghållfastskonstruktioner: En praktisk guide till kabel- och membrankonstruktion av Michael Seidel, 2009
• Dragmembranstrukturer: ASCE / SEI 55-10, Asce Standard av American Society of Civil Engineers, 2010

^{Källor: Olympiska spelen 1972 (München): Olympiastadion och Expo 1967 (Montreal): German Pavilion, Project Database of TensiNet.com [tillgång till 15 mars 2015]}