【原】輕盈的索網結構

建材U選 2022-01-13

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索網結構是由雙向鋼索所組成的網狀柔性鋼結構,。雙向鋼索一般曲率相反，鋼索是只承受拉力的單向受力構件,，只在施加張力時才能發(fā)揮其結構支承作用,。拉索固定在周邊的剛性或柔性支承構件上，周邊構件應能承受拉索拉力產生的作用,。

固定在周邊剛性構件（環(huán)梁）上的索網示意圖

（本圖來源于H.恩格爾著作《結構系統(tǒng)》）

固定在周邊柔性構件（索）上的索網示意圖,，形態(tài)與索膜結構類似。

（本圖來源于H.恩格爾著作《結構系統(tǒng)》）

提到索網結構就不得不提到2015年普利茲克獲獎者弗雷·奧托（Frei Otto,，1925～2015）,，這位一生致力于輕型建筑研究，特別是如何利用最少的材料和能量來建造覆蓋結構的大師,。

作為一位集建筑師,、結構工程師、研究者和夢想家等于一身的大師,，奧托的設計出發(fā)點更多地是主動從建筑出發(fā),，而不是被動的結構解決方案,。

難怪普利茲克建筑獎評審團主席彼得·帕倫博勛爵這樣評價：弗雷是自由的代表，像飛行的鳥兒一樣自由和解放,，時而俯沖,，時而翱翔，劃出一條條優(yōu)雅而快樂的弧線,，不受既往教條的約束,，令人驚嘆的對線條的經濟化和以無窮想象力超越了工程技術上的局限，讓形式與功能的聯(lián)姻變得像我們呼吸的空氣那樣不露痕跡,，像我們眼見的自然那樣美麗,。

奧托最為大眾所熟悉的作品是德國慕尼黑1972年第20屆奧運會體育場館，74000m2的輕質,、透明,、如同帳篷式的屋頂將奧林匹克運動場、奧林匹克體育館,、游泳館以及一些灰空間完美地聯(lián)結在一起,。

谷歌地球中德國慕尼黑1972年第20屆奧運會體育場館鳥瞰圖

索網結構+PMMA（有機玻璃）覆蓋的體育場

索網結構+PMMA（有機玻璃）覆蓋的體育館

索網結構+PMMA（有機玻璃）形成的灰空間

更多關于PMMA的知識請參閱過往文章：

《經歷了時間考驗的塑料——有機玻璃（PMMA）》

兩根一組的索網交接處及面板固定支座細部

慕尼黑奧林匹克游泳館的屋面構造

（其它開敞場館的PMAA屋面等同于于本構造的外層屋面）

德國慕尼黑1972年第20屆奧運會體育場館的雙向索網固定在周邊的拉索上（柔性結構），其外觀形式及受力特點與常見的張拉索膜結構基本類似,，更像是一個“結構受力表現(xiàn)版”的膜結構,。

索膜結構

國內近期大型重點工程也較為頻繁地出現(xiàn)了索網結構，如“中國天眼”（FAST）項目——500米口徑球面射電望遠鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope）,、蘇州奧林匹克體育中心游泳館,、2022年冬奧會國家速滑館等，這些項目中索網結構更多地是以結構解決方案而存在,。

“中國天眼”——500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）

（以上圖片來源于FAST支撐結構設計單位——北京市建筑設計研究院）

與常見靜態(tài)的,、曲率相反的正交索網不同的是，F(xiàn)AST索網設置了眾多的可動下拉索,，采取主動變位的獨特工作方式, 即根據觀測天體的方位,，利用促動器控制下拉索，在500米口徑反射面的不同區(qū)域形成直徑為300米的拋物面,，以實現(xiàn)天體觀測,。

2019年3月19日，國內最大跨度的單層雙向（兩根一組）正交馬鞍形屋面索網結構——北京2022年冬奧會國家速滑館工程屋面成功完成張拉,。

（以上圖片來自于微信公眾號：北京建院（ID：BIAD-guanfangweixin））

國家速滑館屋頂索網由正交的49對承重索（短向）和30對穩(wěn)定索（長向）編織而成,，平面投影為橢圓形，長軸和短軸尺寸分別為198m和124m,，張拉后形成屋面造型所需的馬鞍面,。

除了作為屋面主體結構外，索網結構還多見于追求更大通透性的大型玻璃幕墻（及采光頂）,。在跨度較小的情況下,，也可以只在豎向單方向布索,，演變?yōu)閱蜗蚶鹘Y構。

用于玻璃幕墻的索網結構常配合金屬點狀固定件,。

索網點支式玻璃幕墻金屬固定件

GMP事務所設計的北京中國青年旅行社大廈中庭幕墻

中庭幕墻由6片大小不同的索網豎向排列而成,，索網尺寸分別為9m×20m、7.9m×20m和14.5m×20m（三片）,。

北京新保利大廈的大型索網結構玻璃幕墻