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怎么填滿一個圈？

時間:2019-09-09 01:58:51 瀏覽數(shù)：

這是某機場交通中心中庭的一個圓形天窗，天窗直徑30米。如果讓我們隨便設計，有哪些方法可以填滿這個圈呢，我們來看下。

交通中心圓形天窗

01 石穹頂

思緒被拉回到了一千八百年前的萬神殿。萬神殿修建于公元126年，原本用來供奉羅馬諸神，自7世紀后這里便成為了羅馬天主教堂。萬神殿中間為中空狀態(tài)，謂之萬神之瞳，其規(guī)模之大自竣工兩千年來一直長踞世界同類建筑之首。

萬神殿

萬神殿穹頂直徑43.3米，最高點也是43.3米，中部采光洞口直徑8.9米。穹頂采用古老的混凝土，其材料特性與石塊類似，抗壓王者抗拉弱雞。而穹頂結構以受壓為主，建筑材料與結構體系可謂天作之合。

萬神殿大穹頂

一千五百年前的圣索菲亞大教堂也因其巨大的穹頂而聞名于世。穹頂直徑31.24米。這座著名的穹頂也算是命運多舛，自建成之后由于穹頂自身巨大的側推力曾先后倒塌三次。工程師也曾試圖通過增加墻厚、增設飛扶壁、增加穹頂矢高等方法加固，但依然沒有結束它不斷倒塌的命運。

圣索菲亞大教堂

直到工程師充分認識穹頂?shù)氖芰χ?，在底部增設一圈鐵鏈，倒塌重建的循環(huán)才得以終止。鐵鏈在穹頂?shù)撞啃纬衫Φ拈]合環(huán)以抵消穹頂巨大的推力，大幅減小了扶壁所受側向力。即使后期拆除了某些影響建筑外觀的扶壁，穹頂依然在經(jīng)歷了幾次大地震后屹立至今。

圣索菲亞大教堂穹頂

如果用穹頂填滿這個圈，我們還可以對穹頂做各種裝飾，讓其看起來更加絢麗，古今中外也有各種各樣的例子供我們參考。

裝飾的穹頂

更多的裝飾穹頂

穹頂由于其特有的建筑特點一般被用于教堂，但如果真把它用于現(xiàn)代機場，可以想象建筑師的表情如下。

02 木穹頂

我們通過將連續(xù)的穹頂面網(wǎng)格化，也可以用木頭來填滿這個圈。木頭相比于石塊，抗拉和抗彎性能都更加優(yōu)秀，并且材料本身也不會顯得那么冰冷，可以給人以親近和溫暖的感覺。

施威德勒型木穹頂

肋環(huán)型木穹頂

木頭好是好，現(xiàn)如今也越來越被大眾所追捧，但應用于天窗的例子很少見。而我如果在交通中心鋼筋混凝土中間，突然出弄出一個古樸的木穹頂，怕是也逃不脫建筑師的嘲諷。

03 混凝土

稍稍把腦洞收回來一些，還是選用現(xiàn)代材料吧。如果主體結構都是混凝土，那么設計一個混凝土穹頂怎么樣？第一個跳入腦海的是奈爾維的羅馬小體育宮。

羅馬小體育宮穹頂

羅馬小體育宮（Palazzetto DelloSport）外形輕巧，輻射狀的Y形斜柱撐起混凝土薄殼，薄殼周邊褶皺起伏，它呈現(xiàn)的造型符合曲面吊掛時的受力形態(tài)。猜想奈爾維應該是采用了實驗逆吊法。在計算機技術應用于結構工程設計之前，實驗逆吊法是建筑師常用的形態(tài)創(chuàng)建方法，尤其是在薄殼結構中。

羅馬小體育宮剖面

羅馬小體育館（Palazzetto DelloSport）不僅由奈爾維設計，而且由其建筑公司（Nervi and Bartoli Engineers公司）建造。組成薄殼穹頂?shù)?620塊用鋼絲網(wǎng)水泥預制的菱形槽板，在地面模板上澆注成形。板間的鋼筋混凝土肋和節(jié)點現(xiàn)澆，之后在上面再整澆一層混凝土，形成整體并兼作防水層。由于采用了奈爾維體系（Nervi system）”工法，建造成本大幅降低，而工期僅用了7個月時間。預制的菱形板和現(xiàn)澆的肋線，形成優(yōu)美的天花，堪稱建筑、結構、施工完美呈現(xiàn)的藝術品。

羅馬小體育宮屋面肌理

再比如托羅哈1933年在瑞士設計的阿赫西拉斯鎮(zhèn)集市屋面。正八角形穹頂直徑達47.6m，曲率半徑為44.2m。作為單一的球殼，它的跨度第一次超越了萬神廟穹頂。殼體厚度最小為8.9cm，厚跨比是1/535；支承點附近加厚至45.7cm。

阿赫西拉斯鎮(zhèn)集市

阿赫西拉斯鎮(zhèn)集市的殼體比較扁，中心角約32度，加之采用了預應力，殼體呈整體受壓的狀態(tài)。當?shù)赜晁容^少，殼體表面沒有做防水，裸露的混凝土表面依舊充滿光澤，沒有太多歲月侵蝕的痕跡。時年34歲的托羅哈憑借這樣一個小鎮(zhèn)集市的設計，一舉成名。

阿赫西拉斯鎮(zhèn)集市

混凝土殼的經(jīng)典案例還有很多，但多建成于上世紀三四十年代的歐洲。而后由于鋼結構的興起，逐漸被鋼網(wǎng)格結構所取代。如果在本項目這個圓圈里復刻一個混凝土殼，弄好了網(wǎng)紅打卡，弄不好登報批判，而且后者可能性遠大于前者，還是打消掉這個危險的念頭。

04 鋼結構

還是用鋼結構比較穩(wěn)妥。要用鋼結構表現(xiàn)天窗的輕盈，網(wǎng)殼是一個很好的選擇。經(jīng)典的網(wǎng)殼劃分方法有很多，比如肋環(huán)型、聯(lián)方型、施威德勒型、凱威特型等等。其中肋環(huán)型適合中、小跨度；聯(lián)方型抗風抗震性能相對更好，適用與大、中跨度；施威德勒型能承受較大的非對稱荷載，適用于大、中跨度；凱威特型為均勻的三角形網(wǎng)格，適用于各種跨度。

鋼網(wǎng)殼經(jīng)典的網(wǎng)格劃分方法

德國國會大廈改造中的穹頂即采用了肋環(huán)式網(wǎng)殼，中庭中部還有一螺旋式通道一直引領人們到達圓頂和瞭望平臺。相對于混凝土網(wǎng)殼，鋼與玻璃的組合通透性更好，同時也更符合密斯對于現(xiàn)代建筑的定義和現(xiàn)代人的審美標準。

德國國會大廈穹頂

除了鋼與玻璃組合的通透天窗，我們還有什么選擇？腦海中蹦出了出云穹頂。

出云穹頂，球形穹頂直徑143.8米，拱頂部高度48.9m米。它最大的結構特點是綜合性。材料上有鋼、木、薄膜；結構形式上有拱、桁架、索膜結構，并充分發(fā)揮了每個部份的優(yōu)勢。

出云穹頂

出云穹頂結構體系

木質(zhì)拱架是穹頂最主要的受力構件，共有36榀，呈放射狀布置。拱架以受壓為主。穹頂中心為鋼質(zhì)的承壓環(huán)；底部是木質(zhì)空間桁架形式的拉環(huán)，使得穹頂成為自平衡的體系，減小對柱子和基礎的推力。同時采用鋼拉桿以張弦的形式加強球殼面外抗彎剛度。外表覆蓋以白色膜材，在兩個骨架之間(折面波谷處)用穩(wěn)定索把薄膜向下壓緊，形成V字形狀，可以使積雪自然滑落。

出云穹頂內(nèi)部

如果體現(xiàn)科技感，我們還可以選擇富勒的短線程穹頂。

短程線(Geodesic Line)是連接曲面上兩點、線長度最短的線條?？梢詫⒍骟w描繪成由31個大圓交錯排列形成的球面三角形網(wǎng)絡，而二十面體可以分解為八面體并進而分解為四面體。用這一方法就可以做成一個半球形結構或圓屋頂，球體上的三角形表面是四面體露在外的一面，這些四面體均指向球心并且牢固不可分離。