基于结构约束探索不规则网状钢和玻璃外壳形式.doc

基于结构约束探索不规则网状钢和玻璃外壳形式,;;;摘要:在对荷兰阿姆斯特丹荷兰海事博物馆顶部覆盖的一种高效的结构形式进行探究的文章中,作者简要讨论了作用力对最早的玻璃屋顶覆盖物的影响。在世纪末到世纪初,外露的钢骨架玻璃壳设计慢慢出现。这些设计形式在从雕塑到几何再向结构转变。通过荷兰海事博物馆钢玻璃壳屋顶的发展,对它的挑战性设计的讨论得出了设计者在基于一个诗意的几何思想的基础上,对寻求有效的结构链形式的探索。本文提出了一种建筑结构设计方法。这种方法稍微适和用数值模拟方法探索目的是在所有的的三角化、四面性和五面性的网面中实现平面化的结构链模形。然而,如何通过分析玻璃面的途径将其很好的解决并呈现给人们为实现平面化向人们提出了挑战。对照此种方法得到麦克斯韦互惠网络图。最后,雕琢出的平面向人们展示了典雅、耐用。(土木)。©美国土木工程师学会。数据库主题词:设计;钢材;玻璃;古迹;屋顶;荷兰。关键词:形状;概念设计;模型探究;钢玻璃壳体结构;历史意义的庭院;平面化感官;结构约束;麦克斯韦互惠网络。正文:随着工业革命的兴起,玻璃金属结构出现受两个因素支配:其一、在人口过多的城市,社会对绿色和安静的空间的渴望;其二、新的建筑材料(玻璃和铁)的出现。在十八世纪初,第一温室装以玻璃的屋顶出现在人们生活的中。它们的高昂的建设和维护成本(由于玻璃和必需的供暖系统)让它们成为精英阶层的标志。他们的弯曲形状[()嵴沟连跨型例如,查特斯沃思庄园,英国(建于年),与()拱形,例如,裘园(伦敦市郊著名植物园),英国(建于年)()]允许稀疏的阳光进入室内并照在柑橘和柠檬树上(因此,名称橘园)。其他品种的温室植物、灌木和奇异的植物也被安置在橘园。其中棕榈树,扮演着大量的宗教色彩,是尤其令人印象深刻的和有名的植物,从而也把温室的形象进一步提升。十九世纪中期,温室类型学已全面发展,由此便产生了文化室、暖房以及冬景花园[例如,皇家温室、拉肯,比利时(建于年)现于.()].冬季花园是本文特别感兴趣的,因为它是一个社交场合,与一栋私人豪宅或公共建筑及其接近。在十九世纪下半叶,大规模生产的负担得起的铁进一步鼓励了高层和大跨度由钢材和玻璃建成的展厅的设计和施工。大量光线进入展览区的建筑物,如水晶宫、英国(建于年)(如图所示在.)。其如网状的钢结构骨架是预制的,后来被拆除,从海德公园搬运至伦敦南部的西登哈姆。不幸的是,它在年毁于火灾。世纪后半期和世纪早期,公共建筑物屋顶的设计和施工又经历了一个很大的提升,冬景花园不再种植植物,而是覆盖在重要的历史公共建筑的庭院上方[例如,大英博物馆的大院子,,英国;见.;,,德国(如期分别在和年建成的);和,(,)]。顶部覆盖玻璃的单层钢骨架的形状由雕塑、几何、物理以及施工条件等因素共同决定。最近这些结构的重新崛起,伴随着由数字化设计演化出的工具,使得设计师能够开发和分析出更多大胆和自由的几何设计。单层玻璃钢骨架结构今天的设计师(有过设计和工程背景)在设计这些非种植植物的冬季花园时主要遵循以下四个因素:实施现状,建筑美学,建筑几何形状和建筑物结构效率等。现代冬季花园在过去的二十年里,存在着这样与历史有关的公共建筑,它们已经能够通过扩展建筑物的中部空间适应室内或室外气候。那些狭小的建筑物通常利用中部空间提供光亮。钢结构玻璃外壳为设计的挑战提供了唯一的解决方案。历史的显示,设计师在研发设计壳体结构的过程中往往会受到一系列约束条件的限制。其限制条件通常包括高度的限制以及强加于现有建筑物,尤其是水平方向,最大负荷的限制。大英博物馆法院屋顶是滑动轴承支撑,这样就没有水平推力落在历史博物馆的砌体墙上(威廉姆斯)。回顾最近的设计我们就会意识到,推动钢结构玻璃壳结构设计的因素主要是建筑形态美学而非结构的性能。建筑美学利用可用几何数字建模工具,更多的建筑师通过把他们的工作建立在审美(通常是主观的)条件上来实现结构的布景效果。它们的结构设计主要取决于结构形式的创新,而非结构的重力荷载条件。因此,这种特殊的设计方法可以解决结构缺乏结构效率的问题。不幸的是,这种结构解决方案通常必须使用一些笨拙的、重要的材料来构造这些建筑形态。这些自由延伸的构造会在建筑物产生不利的内力,也会在建筑物的表面造成无法预料的其它不利力的影响。这些形状依靠弯曲支撑受力最有效的基本负荷的方法。然而,设计师往往忽略这样一个事实,即建筑物自由的结构形式由传统的建筑和结构方式构造产生。弗兰克盖里,普利兹克奖建筑师,促进了这种建筑设计进程,他传达过这种建筑设计的想法而没有过这种建筑设计()。一个合理化的设计,在初步设计阶段,需要超越传统布局经验而且要以结构的完整性设计为中心(.)。形成一个初步的建筑结构形态需要一个强大的工程师和承包商团队。例如,,意大利(建于年)(.)的屋顶壳体设计概念是由建筑师马希米亚