球节架,在建筑和结构工程中,是一种刚性,轻质,桁架状结构,构造组成一个几何样式,由几何图案中的互锁支柱构成。球节架通常运用一个多向间距,是由张力杆压力杆组成的结构,结构处在三度空间的受力状态下,无论哪一类桁架,能承受来自各个方向的载荷,对抗震大垮距的建筑物更能发挥功用。

台北捷运北投站的球节架
如果对蓝色节点施加力,并且不存在红色管材料,则结构的行为完全取决于蓝色节点的弯曲刚度。
如果红色管材料存在,蓝色节点的弯曲刚性是可以忽略不计,则可以使用刚度矩阵计算系统,而忽略角度因数。

种类有平面桁架,曲面式球节架,平顶式球节架等三种,优点重量轻,可做成各种造型。

平面桁架是一个让所有成员和节点属于平面,而球节架的成员节点可以延伸到立体层面。[1]

设计方法

球节架通常使用刚性矩阵设计。建筑球节架中刚度矩阵的特殊特征是角度因素的独特性。如果接头刚性足够,则可以忽略角度偏转,从而简化计算。

概述

 
简化的球节架屋顶,半八面体用蓝色突出显示。

基本单元常用的如四角锥单元和三角锥单元,由这些基本单元组成完整的球节架系统。[2]

平面桁架系统 四角锥系统 三角锥系统
两向正交正放桁架 正放四角锥系 三角锥系
两向正交斜放桁架 正放抽空四角锥系 抽空三角锥系
两向斜交斜放桁架 棋盘形四角锥系 蜂巢形三角锥系
三向桁架 斜放四角锥系
单向折线形桁架 星形四角锥系

历史

几何

最常见的几何形状是根据正多面体。最简单的形式是钢管三角形。在许多方面,这看起来像是一个水平三角形正反,反复多次,使之更广泛。更强的纯形式是由相互关联的四面体金字塔中,所有的支柱有单位长度。技术上更是被称为各向同性向量矩阵或一个单位宽度的八向桁架。更为复杂的变化改变长度的支柱,以曲线的整体结构或可能纳入其他几何形状。

材料

管材料(圆形,方形)或是节点,有不锈钢、工程塑胶、车削件或木头等可供选择。[3]

构件、系统

主要概分为两大构件,平板式与圆球式。主要概分为四大系统,德国MERO;新加坡RAMCO-YKK;日本NIPPON STEEL;美国STARNRT[4]

运用

 
伊甸园计划。

现今桥梁体育馆机场航厦车站等大尺寸及特殊造型建物上广泛使用。球节架,是一个越来越普遍的建筑技术,尤其适用于大型屋顶覆盖,例:商业工业厂房大门屋檐。现今容量更大的便携式阶段和照明支架,也经常建造球节架和八向桁架。管式球节架也被广泛用于生产现代摩托车汽车,但单体车身已较为常见,用在最新的化身自行车设计。

建筑物球节架显著的例子是:

素质考虑

  • 方便携带:球节架可被完全拆除,物品正常放于集裝箱由卡车方便运送。此外,这种类型的结构明显轻于其他任何类型的结构。这样可以节省运输和可能带来的所有元素的结构,现场没有任何问题。基于这个原因球节架适合出口。
  • 消除焊接工作:不需焊接。
  • 支撑结构是在两个主要方向,给它很大的刚性,这是一个很大的优势。
  • 可以减轻70%~80%重量,节省大量水泥和模板

参见

资料来源

  1. ^ Tetrasteel. Space frame structures. [2019-06-17]. (原始内容存档于2021-01-19). 
  2. ^ 《球节架知设计、制作与施工》,颜嘉成,台湾建筑报导杂志,1998年9月,45页
  3. ^ 《空间构架专业工程》,陈文英,台湾建筑报导杂志,1998年9月,41页
  4. ^ 《空间构架专业工程》,陈文英,台湾建筑报导杂志,1998年9月,42页-43页

参考资料

  • 《球节架:无限自由的空间创作》,詹氏书局,岩田卫 著,邱荣政译,1997年8月
  • 《图解辞典:建筑的整体组构》,詹氏书局,建筑图解事典编集委员会编著,崔征国译,2009年3月
  • 《结构系统》,远东图书,恩格尔(Heirrich Engel)著,锺英光译,1974年
  • 《工程师奇想》,创兴出版社有限公司,彼德莱斯著,丁肇辰谢佳倩译,1997年
  • 《球节架之设计、制做与施工》,立众金属工业股份有限公司,台湾建筑36期,1998年
  • 《建筑结构系统》,科技图书股份有限公司,刘柏宏译,1992年
  • 《新建材新工法》,詹氏书局,罗醒亚著,1992年

外部链接

学术