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天幕:采光的华盖
天幕Canopy,更加通俗的名字是采光顶篷或采光天窗。天幕为公共空间遮风挡雨的同时,又能保证明亮的采光,在街区覆盖、历史建筑改造、商场中庭等公共大空间中应用的案例越来越多。
天幕结构可以从建筑形态、网格形状、结构形式、结构材料、是否封闭等多个维度进行分类,本文选择从建筑曲面形态和结构形式方向展开介绍。
平面:梁的跨越
对于跨度比较小的天幕,采用单向梁或交叉梁即可实现。这一类天幕的结构创新主要体现的网格布置、截面形式和节点细节方面。例如,网格布置可以是三角形、四边形、联方形、六边形等等。
平面/曲面 + 树形柱
对于跨度稍大的天幕,如果单纯采用梁跨越,构件截面会比较大。可以设置树形柱支承,以减小天幕结构的跨度。这种情况下,树形柱的拓扑、天幕网格以及节点细部设计是影响建筑结构效果的重点。
有的天幕虽然设计为曲面,但其曲面形状的力学性能差,结构受力仍然以抗弯为主。这类曲面天幕结构与树形柱相结合,才能以较细小的结构构件完成。
规则曲面网壳
规则曲面的天幕一般采用钢结构网壳形式,利用网壳曲面的形抗原理,结构以轴向受力为主、效率高,以较小的截面尺寸即可实现很大跨度。这一类网壳曲面多为圆柱面、球面。
自由曲面
随着建筑构型手段和建造技术的进步,出现了越来越多的自由曲面天幕。这一类曲面没有严密的数学逻辑,如何以轻巧的结构形式构建是结构设计最大的难点。
“喇叭形”曲面
以上各种天幕结构均是支承在周边建筑或树形上的。除此以外,还有一种以天幕网格独立或相对独立支承的结构,其建筑形态往往呈现“喇叭形”。
世茂广场天幕结构
天幕结构长约500米,呈折板形态。天幕上覆盖有ETFE气枕膜面,膜面呈菱形;下部布置半透光的PTEF膜和LED灯条,赋予天幕幻影的效果。结构设计采用参数化建模分析,对构件布置、网格、节点进行精细化设计。
拉斐尔云廊
“云廊”平面尺寸长约730米、宽120米,波峰到波谷最大矢高16米。通过Y形外伸斜柱整体支承于由11栋间距50-100米的塔楼建筑群顶部,实现“如浮云一般连绵起伏”的形象,是一个超长、大跨的单层网格结构。