行業(yè)動(dòng)態(tài)
力與柔性織物的結(jié)合，成就張拉結(jié)構(gòu)
無(wú)論是自然的還是人工的，在大多數(shù)結(jié)構(gòu)中，壓力都是主要的考慮因素。這些力由相等且相向的負(fù)荷產(chǎn)生，施加在結(jié)構(gòu)內(nèi)部，力的效果傾向于在同一方向上使桿件縮短——即壓縮桿件，正如“壓力”其名稱(chēng)所示。這方面的例子并不難找：例如，石墻或木柱可以通過(guò)材料各自固有的內(nèi)部壓力來(lái)承受覆蓋物的重量。另一方面，張力作用則傾向于在施加作用力的方向上將部件拉長(zhǎng)。例如，鋼是一種具有良好抗拉強(qiáng)度的材料。它被用于鋼筋混凝土中受拉的部分。但是，一個(gè)結(jié)構(gòu)也有可能只有拉伸部分，就像膜結(jié)構(gòu)、拉伸結(jié)構(gòu)或張力結(jié)構(gòu)的案例一樣，這些結(jié)構(gòu)是由纜或繩的作用下拉出的表面組成的，其中桅桿承受了壓力。
根據(jù) Robert Cartes 的說(shuō)法，“張拉結(jié)構(gòu)是反彈性的形式，其特點(diǎn)是柔性織物膜，由纜繩、鋼結(jié)構(gòu)框架和地基支撐”。最早的例子可以追溯到我們祖先非常簡(jiǎn)陋的建筑，撐開(kāi)動(dòng)物的皮毛來(lái)創(chuàng)造住所。正如這篇文章所展示的，帳篷的歷史顯示了人類(lèi)的聰明才智和適應(yīng)性，例如美洲原住民的“tipi”帳篷或貝都因人的黑帳篷，都是在利用當(dāng)?shù)刭Y源的基礎(chǔ)上依據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)而建造的。歷史上有許多例子，從簡(jiǎn)單的帳篷到大型的馬戲團(tuán)結(jié)構(gòu)，還有研究表明羅馬的競(jìng)技場(chǎng)中也使用了該結(jié)構(gòu)，為人們蔽雨。
而該結(jié)構(gòu)在二十世紀(jì)的迅速發(fā)展，離不開(kāi)建筑師 Frei Otto 做出的巨大貢獻(xiàn)，他對(duì)實(shí)驗(yàn)非常著迷，在可持續(xù)發(fā)展的概念普及之前，他已經(jīng)在實(shí)踐中體現(xiàn)了這一理念。根據(jù)紐約現(xiàn)代藝術(shù)博物館制作的他的職業(yè)生涯回顧展，“他被選入德國(guó)空軍，在第二次世界大戰(zhàn)期間擔(dān)任飛行員。在沙特爾的一個(gè)戰(zhàn)俘營(yíng)里，他被安排負(fù)責(zé)一個(gè)重建小組，要在沒(méi)有任何建筑材料的情況下修復(fù)橋梁和建筑物。Frei Otto 系統(tǒng)性的創(chuàng)新能力引領(lǐng)他找到了結(jié)構(gòu)解決方案，后來(lái)他作為學(xué)生時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些解決方案不是常規(guī)的工程實(shí)踐，而是真正的創(chuàng)新”。Otto 對(duì)張拉結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，并做出了壯觀的重要作品，如慕尼黑奧林匹克體育場(chǎng)。“Frei Otto 的最小結(jié)構(gòu)理論被總結(jié)為：試圖通過(guò)最大程度利用結(jié)構(gòu)和材料，來(lái)充分利用現(xiàn)有建筑能源。因此他認(rèn)為，建筑師與其說(shuō)是設(shè)計(jì)師，不如說(shuō)是這種能源的組織者，也就是建筑中有關(guān)材料和勞動(dòng)力的總和。”
這個(gè)領(lǐng)域的另一個(gè)重要名字是另一個(gè)德國(guó)人，Horst Berger，他開(kāi)發(fā)了數(shù)學(xué)計(jì)算方法，使這個(gè)過(guò)程能夠轉(zhuǎn)化為建筑結(jié)構(gòu)。Berger 的作品包括1981 年完成的沙特阿拉伯吉達(dá)的哈吉航站樓和丹佛國(guó)際機(jī)場(chǎng)的大會(huì)堂（1994）。
通常情況下，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)潔，只有很少的元素，纜繩和框架通常是鋼制的，膜則有多種可供選擇的材料。這些材料往往在不斷發(fā)展，使其耐用性增加、易于維護(hù)并且能承受更大的壓力。外部最常用的是所謂的“結(jié)構(gòu)涂層織物”，它包括一個(gè)由保護(hù)膜涂覆的內(nèi)網(wǎng)，滿足防水、防火的要求并可附加顏色。最常見(jiàn)的材料有以下幾種：
聚氯乙烯（PVC）
這可能是最常用的材料。ArchitenLandrell 進(jìn)行的一項(xiàng)研究顯示，PVC 具有良好的抗力和耐久性，且與其他選擇相比更經(jīng)濟(jì)。不過(guò)，這種材料從室外向內(nèi)部的透光率很低。
聚四氟乙烯（PTFE）
聚四氟乙烯是一種乙烯聚合物塑料，相當(dāng)結(jié)實(shí)耐用。不過(guò)這種材料是最昂貴的選擇，而且無(wú)法拆卸并重新組裝。由于它可以抵御紫外線，這種材料被廣泛用于極端氣候，如沙漠或非常寒冷的地方。
這種材料推薦使用于需要更大程度的半透明性的項(xiàng)目中。它的材料特性類(lèi)似于聚四氟乙烯，壽命約為 35 年，對(duì)紫外線有良好的抵御能力。
乙烯-四氟乙烯（ETFE）
ETFE（乙烯-四氟乙烯）是一種氟基塑料。這種材料自 20 世紀(jì) 70 年代以來(lái)已被廣泛使用，可以實(shí)現(xiàn)幾乎完全透明。它大多用于溫室、外墻、游泳池、動(dòng)物園等，具有良好的耐火性，在其使用壽命結(jié)束后可以很容易地被回收。
此外，目前進(jìn)行的研究正在探索如何納入新的功能并提高這些膜的利用效率。例如，在膜中加入光伏電池，整合人工照明，并進(jìn)一步提高熱學(xué)和聲學(xué)質(zhì)量，使其使用更加廣泛，從而滿足越來(lái)越高的要求。
