Utforsking av spenningens arkitektur
Toppet tak på Denver Airport Terminal. Foto av Sandra Leidholdt / Moment / Getty Images (beskjært)
Strekkarkitektur er et strukturelt system som hovedsakelig bruker spenning i stedet for kompresjon. Strekk og Spenninger brukes ofte om hverandre. Andre navn inkluderer spenningsmembranarkitektur, stoffarkitektur, spenningsstrukturer og lette spenningsstrukturer. La oss utforske denne moderne, men eldgamle byggeteknikken.
Å trekke og skyve
Tensile Membrane Architecture, Denver Airport 1995, Colorado. Foto av Education Images/UIG/Universal Images Group Collection/Getty Images
Spenninger og kompresjon er to krefter man hører mye om når man studerer arkitektur. De fleste strukturer vi bygger er i kompresjon - murstein på murstein, bord om bord, skyver og klemmer ned til bakken, hvor vekten av bygningen balanseres av den solide jorden. Spenning, på den annen side, er tenkt på som det motsatte av kompresjon. Spenning trekker og strekker byggematerialer.
Definisjon av strekkstruktur
' En struktur som er preget av en oppspenning av stoffet eller bøyelig materialsystem (typisk med wire eller kabel) for å gi den kritiske strukturelle støtten til strukturen. '— Stoffstrukturforeningen (FSA)
Spennings- og kompresjonsbygging
Når vi tenker tilbake på menneskehetens første menneskeskapte strukturer (utenfor hulen), tenker vi på Laugiers Primitiv hytte (strukturer hovedsakelig i kompresjon) og, enda tidligere, teltlignende strukturer - stoff (f.eks. dyreskinn) trukket stramt (spent) rundt en tømmer- eller beinramme. Strekkutforming var bra for nomadetelt og små tipi, men ikke for Pyramidene i Egypt. Selv grekerne og romerne bestemte at store kolosseum laget av stein var et varemerke for lang levetid og høflighet, og vi kaller dem Klassisk . Gjennom århundrene ble spenningsarkitektur henvist til sirkustelt, hengebroer (f.eks. Brooklyn Bridge ), og småskala midlertidige paviljonger.
Hele sitt liv har den tyske arkitekten og Pritzker-prisvinneren Frei Otto studert mulighetene for lett, strekk-arkitektur - møysommelig beregnet høyden på stolper, oppheng av kabler, kabelnett og membranmaterialene som kan brukes til å lage storskala teltlignende strukturer. Hans design for den tyske paviljongen på Expo '67 i Montreal, Canada ville vært mye lettere å konstruere hvis han hadde CAD programvare. Men det var denne paviljongen fra 1967 som banet vei for andre arkitekter til å vurdere mulighetene for spenningskonstruksjon.
Hvordan skape og bruke spenning
De vanligste modellene for å skape spenning er ballongmodellen og teltmodellen. I ballongmodellen skaper inneluft pneumatisk spenningen på membranvegger og tak ved å skyve luft inn i det elastiske materialet, som en ballong. I teltmodellen trekker kabler festet til en fast søyle membranveggene og taket, omtrent som en paraply fungerer.
Typiske elementer for den mer vanlige teltmodellen inkluderer (1) 'masten' eller fast stang eller sett med stenger for støtte; (2) Hengekabler, ideen brakt til Amerika av tyskfødte John Roebling; og (3) en 'membran' i form av stoff (f.eks. ETFE ) eller kabelnett.
De mest typiske bruksområdene for denne typen arkitektur inkluderer taktekking, utendørs paviljonger, sportsarenaer, transportknutepunkter og semi-permanente boliger etter katastrofe.
Kilde: Fabric Structures Association (FSA) på www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile
Inne i Denver International Airport
Interiøret til Denver International Airport, 1995 i Denver, Colorado. Foto av altrendo images/Altrendo Collection/Getty Images
Denver International Airport er et godt eksempel på strekkarkitektur. Det strakte membrantaket på terminalen fra 1994 tåler temperaturer fra minus 100°F (under null) til pluss 450°F. Glassfibermaterialet reflekterer solens varme, men lar naturlig lys filtrere inn i interiøret. Designideen er å gjenspeile miljøet til fjelltopper, ettersom flyplassen ligger nær Rocky Mountains i Denver, Colorado.
Om Denver International Airport
Arkitekt : C. W. Fentress J. H. Bradburn Associates, Denver, CO
Fullført : 1994
Spesialentreprenør : Birdair, Inc .
Designidé : I likhet med Frei Ottos toppstruktur som ligger nær München-alpene, valgte Fentress et strekkmembrantaksystem som etterlignet Colorados Rocky Mountain-topper
Størrelse : 1200 x 240 fot
Antall innvendige søyler : 3. 4
Mengde stålkabel 10 mil
Membran type : PTFE glassfiber , en teflon-belagt vevd glassfiber
Mengde stoff : 375 000 kvadratmeter for tak på Jeppesen Terminal; 75 000 kvadratfot ekstra kantbeskyttelse
Kilde: Denver internasjonale flyplass og PTFE glassfiber hos Birdair, Inc. [åpnet 15. mars 2015]
Tre grunnleggende former som er typiske for strekkarkitektur
Taket på Olympiastadion 1972 i München, Bayern, Tyskland. Foto av Holger Thalmann/STOCK4B/Stock4B Collection/Getty Images
Inspirert av de tyske alpene, kan denne strukturen i München, Tyskland minne deg om Denvers internasjonale flyplass fra 1994. Imidlertid ble München-bygningen bygget tjue år tidligere.
I 1967 vant den tyske arkitekten Günther Behnisch (1922-2010) en konkurranse for å forvandle en søppelfylling i München til et internasjonalt landskap for å arrangere de XX sommer-OL i 1972. Behnisch & Partner skapte modeller i sand for å beskrive de naturlige toppene de ønsket seg for den olympiske landsbyen. Så fikk de den tyske arkitekten Frei Otto til å hjelpe til med å finne ut detaljene i designet.
Uten bruk av CAD programvare, designet arkitektene og ingeniørene disse toppene i München for å vise frem ikke bare de olympiske idrettsutøverne, men også tysk oppfinnsomhet og de tyske alpene.
Har arkitekten ved Denver International Airport stjålet Münchens design? Kanskje, men det sørafrikanske selskapet Spenningsstrukturer påpeker at alle spenningsdesign er derivater av tre grunnleggende former:
- ' Konisk – En kjegleform, preget av en sentral topp
- ' Tønnehvelv – En buet form, vanligvis preget av en buet buedesign'
- ' Hypar – En vridd friform '
Kilder: Konkurranser , Behnisch & Partners 1952-2005; Teknisk informasjon , Tension Structures [åpnet 15. mars 2015]
Stor i skala, lett i vekt: Olympic Village, 1972
Luftfoto av den olympiske landsbyen i München, Tyskland, 1972. Foto av Design Pics/Michael Interisano/Perspectives Collection/Getty Images
Gunther Behnisch og Frei Otto samarbeidet for å omslutte det meste av den olympiske landsbyen fra 1972 i München, Tyskland, et av de første storskala spenningsstrukturprosjektene. Olympiastadion i München, Tyskland var bare ett av arenaene som brukte strekkarkitektur.
Foreslått å være større og mer storslått enn Ottos Expo '67 stoffpaviljong, var München-strukturen en intrikat kabelnettmembran. Arkitektene valgte 4 mm tykke akrylpaneler for å komplettere membranen. Stiv akryl strekker seg ikke som stoff, så panelene ble 'fleksibelt koblet' til kabelnettet. Resultatet var en skulpturert letthet og mykhet gjennom hele den olympiske landsbyen.
Levetiden til en strekkmembranstruktur er variabel, avhengig av hvilken type membran som er valgt. Dagens avanserte produksjonsteknikker har økt levetiden til disse strukturene fra mindre enn ett år til mange tiår. Tidlige strukturer, som den olympiske parken fra 1972 i München, var virkelig eksperimentelle og krever vedlikehold. I 2009, det tyske selskapet Høyteks ble vervet til å installere et nytt hengende membrantak over Olympic Hall.
Kilde: Olympic Games 1972 (München): Olympic stadion, TensiNet.com [åpnet 15. mars 2015]
Detalj av Frei Ottos strekkstruktur i München, 1972
Frei Otto-designet olympisk takkonstruksjon, 1972, München, Tyskland. Foto av LatitudeStock-Nadia Mackenzie/Gallo Images Collection/Getty Images
Dagens arkitekt har en rekke valg av stoffmembran å velge blant - mange flere 'mirakelstoffer' enn arkitektene som designet 1972 Olympic Village taktekking.
I 1980 forklarte forfatter Mario Salvadori strekkarkitektur på denne måten:
«Når et nettverk av kabler er hengt opp fra passende støttepunkter, kan mirakeldukene henges fra det og strekkes over den relativt lille avstanden mellom kablene i nettverket. Den tyske arkitekten Frei Otto har vært banebrytende for denne typen tak, der et nett av tynne kabler henger fra tunge begrensningskabler støttet av lange stål- eller aluminiumsstenger. Etter å ha reist teltet til den vesttyske paviljongen på Expo '67 i Montreal, lyktes han med å dekke standene til München Olympiastadion ...i 1972 med et telt som skjuler atten dekar, støttet av ni trykkmaster så høye som 260 fot og av grenseforspenningskabler med en kapasitet på opptil 5000 tonn. (Edderkoppen er forresten ikke lett å etterligne - dette taket krevde 40 000 timer med tekniske beregninger og tegninger.)'
Kilde: Hvorfor bygninger står opp av Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, s. 263-2
Tysk paviljong på Expo '67, Montreal, Canada
Den tyske paviljongen på Expo 67, 1967, Montreal, Canada. Foto Atelier Frei Otto Warmbronn via PritzkerPrize.com
Ofte kalt den første storskala lette strekkstrukturen, den tyske paviljongen fra Expo '67 fra 1967 – prefabrikert i Tyskland og sendt til Canada for montering på stedet – dekket bare 8000 kvadratmeter. Dette eksperimentet i strekkarkitektur, som bare tok 14 måneder å planlegge og bygge, ble en prototype, og vekket appetitten til tyske arkitekter, inkludert designeren, den fremtidige Pritzker-prisvinneren Frei Otto.
Samme år i 1967 vant den tyske arkitekten Günther Behnisch oppdraget for OL-arenaene i München i 1972. Hans strekktakkonstruksjon tok fem år å planlegge og bygge og dekket en overflate på 74 800 kvadratmeter - langt fra forgjengeren i Montreal, Canada.
Lær mer om strekkarkitektur
- Light Structures - Structures of Light: The Art and Engineering of Tensile Architecture Illustrert av Horst Bergers verk av Horst Berger, 2005
- Tensile Surface Structures: En praktisk veiledning for kabel- og membrankonstruksjon av Michael Seidel, 2009
- Strekkmembranstrukturer: ASCE/SEI 55-10 , Asce Standard av American Society of Civil Engineers, 2010
Kilder: Olympic Games 1972 (München): Olympic stadion og Expo 1967 (Montreal): German Pavilion, Project Database of TensiNet.com [åpnet 15. mars 2015]