没有棱角，设计..个....球
作者:杨笑天
在空间几何体中
没有棱角的球体
是最完美的!
球体的表面势能最小,正是气泡、气球、充气结构,甚至星球天体成为球形的原因。
“北理工1号”卫星的空间帆球
空间帆球:卫星正常入轨后,释放柔性材料并膨胀展开成为球状,如同展开一面“风帆”,可以作为卫星的太阳能电池板,也可以作为卫星通信的大型天线。
在力学方面,当球体受到均匀的张力或压力时,只承受轴向拉力或压力。球壳是一种非常高效的结构形式,就像我们很难用手握碎薄薄的鸡蛋壳一样。
蒙特利尔世博会美国馆,空间球壳,1967年
储存气体和液体的压力罐也常常设计为球形,是因为相同的表面积,球形围合的体积最大,同时球壳具有轻质高效的受力特点。
球形储罐
相同的直径和工作压力下,板厚仅为筒形储罐的一半
球体独特的形状、高效的受力,以及空间特性呈现出的魅力,在建筑设计中也有许多优秀的案例。小i团队最近正在设计一个球形结构,本文借此机会,将我们收集的案例分享给大家。
球壳的网格形式
球形网壳的分格形式有:短程线形Geodesic Dome、肋环形Ribbed Dome、联方形Lamella Dome、施威德勒形Schwedler Dome、凯威特形Kiewitt Dome等。
肋环形 Ribbed Dome
联方形Lamella Dome
施威德勒形 Schwedler Dome(双斜无纬线)
富勒 与 短程线穹顶
在1927年左右,富勒开发了一种对球面测量和投影制图的新策略,称为Dymaxion地图,把球面地势转换成一系列平面三角形和正方形的几何。“通过控制投影绘制时产生的扭曲,使地图上陆地的大小能够与现实保持较为准确的比例。因为这些几何元素可以重新排列,我们也就能用无数种不同方式“剥开”地球。”
富勒与Dymaxion地图(1945年)
Kyle Vanhemert为富勒绘制的插画
富勒将Dymaxion地图想法和能量几何学结合,发明了短程线穹顶。短程线(Geodesic Line)是连接曲面上两点、线长度最短的线条。
富勒-短程线穹顶专利
1967年蒙特利尔国际博览会上,富勒和Shoji Sadao设计了一座直径为76m的3/4球形建筑---美国馆,外表面覆盖着透明的亚克力板。这座展馆成为美国先进 科技 的象征,引得世人瞩目。
富勒和蒙特利尔世博会美国馆(1967年)
1976年,球顶在改造过程中遭受火灾
外装饰被烧毁,外露的结构显得更加清晰。
除了蒙特利尔美国馆以外,富勒还做了许多球形结构设计,包括Fly's Eye Dome和张拉整体球形结构。
富勒设计建造的 Fly's Eye Dome,1965
基于短程线穹顶构造的张拉球结构(Icosahedron)
富勒认为“自然界存在着能以最少材料,提供最大强度的系统,基本单元四角锥体与八面体聚合后便成为最高效的空间结构”。
巧合的是,1985年H.W. Kroto和R.E.Smalley发现了碳元素的第三种晶体形态(前两种是金刚石和石墨)。为了纪念富勒早年的猜想,将其命名为“富勒烯”(Fullerenes)--C60。它的分子结构为球形32面体,碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成,具有极强的分子稳定性。
富勒烯、足球、短程线穹顶具有类似的结构
球体可以由正六边形和正五边形组成,
且五边形的数量一定是12个。
奥兰多迪士尼的Spaceship Earth, 设计为乘客通过时间机器的一次旅行,也采用了短程线网格形式。
Spaceship Earth
不同的是,Spaceship Earth是一个完整的球体,并且采用单层而非双层的结构,直径50m,由3根巨大的斜柱支承着。球体表面覆盖折面铝板,使得球体外观更具质感。
球体表面覆盖折面铝板
共3840个节点,11324块铝板
亚马逊球体 Amazon Spheres
亚马逊在西雅图总部花费巨资建造了3个玻璃球,称之为Amazon Spheres。球形建筑内部种植着数百种郁郁葱葱的植物,在大都市核心区打造出一个室内版“亚马逊热带雨林”。
Amazon Spheres共有2643块玻璃幕墙,4层超白玻璃既要降低太阳光热辐射,又要保证植物光合作用所必需的光线。
建筑总长约40米,球体直径约24-29m,像是3个相互干涉的气泡,结构材料为玻璃和钢结构相结合。设计团队采用了独特的网格方式划分球体。
充满未来感、有机感的结构骨架
仍然能隐约看到正五边形和六边形的痕迹
网格造型看起来十分复杂,但其生成逻辑源自规则的富勒烯或足球网格。网格生成的过程是,将五边形等分5份分后与旁边的六边形合并成一个基本单元;再将基本单元分以中心点分为5份,将相邻基本单元的边界融合,即得到Amazon Spheres的结构网格。
Amazon Spheres的结构网格生成逻辑
Amazon Spheres虽然成为西雅图的新晋网红打卡地,但不得不吐槽一下它的幕墙板块设计。从上图可以看到,钢结构网格既有曲线的有机感,又不乏设计清晰的逻辑。但是粗暴地覆盖上三角形玻璃幕墙后,建筑效果大打折扣。
钢结构骨架具有流畅的线条
主骨架之间以钢板拉结,以增强结构整体性
钢结构骨架模块细部
悬空的鸟巢会议室
在顶层采光最好的位置,设有一个休息区。晒着太阳,小睡一会,醒来又可以精神抖擞地工作了。
肋环形 Ribbed Dome
肋环形式简洁、构造简单,这一类球体建筑的案例比较多。
爱立信球形综合 体育 馆
爱立信球形综合 体育 馆 Ericsson Globe,1989
瑞典斯德哥尔摩的爱立信地球仪由Svante Berg和Lars Vretblad设计,可能是世界上最大的球形结构了。直径为110米,内部高度为85米,体积为60万平方米,可容纳16000名观众观看表演。
建筑结构剖面
建筑下部的演出场地和看台为钢筋混凝土结构,上部的半球形屋盖为肋环形式的双层网架。表面统一用白色金属板覆盖,像一个高尔夫球。
2010年外围的缆车启用,称为Skyview。
新德国国会大厦
诺曼.福斯特设计的德国国会大厦改造也选用了肋环形圆顶,如同城市天际线上的一座灯塔,成为柏林的重要城市地标。
改造从原有建筑物获取灵感,一方面,保留旧日石匠的标记和1945年苏联红军留下的标语,作为"自身 历史 博物馆";另一方面,厚实的外壳之下是轻盈而透明的内部,360度的视角将柏林的美展露无遗,与旧建筑形成强烈的反差。大厦的公共领域一直延伸至屋顶到达露台餐厅和穹形圆顶,螺旋式通道一直引领人们到达圆顶和t望平台。
圆顶钢网壳结构尽量做到通透,构件以及细部节点的表达上也很精致。虽然结构本身没有很大难度和创新,但是通过对外露钢结构本身精致的表达,最终仍然取得了很好的效果。
联方形球壳 Lamella Dome
在前文介绍的Amazon Spheres项目初期,设计方案也曾考虑使用联方形球壳Lamella Dome,但因表现力不及后来的方案而作罢。
Amazon Spheres初期的联方形球壳方案
在已建成的球形建筑中,采用联方形的案例不多。主要原因是联方形网格的尺寸差异比较大,球顶杆件密集地汇交在一起,而球身中部杆件稀疏、杆件长度不一。差异化的网格,使得结构和幕墙都难以采用统一规格的构件,增加了建造成本。
迪拜某 科技 球概念方案
限于篇幅,以下案例不详细展开了。总之,球形建筑是存在着无限设计潜力的一种建筑形态。
LaGéode是由建筑师Adrien Fainsilber和工程师Gérard Chamayou设计的球形电影院,镜像不锈钢将巴黎优美的城市风景映射在建筑表面。
LaGéode镜像不锈钢球形建筑
中国科学技术馆的镜像不锈钢球形建筑
上海国际会议中心的两个球形建筑
与毗邻的东方明珠构成大珠小珠落玉盘景象
各式各样的球幕影院结构
各式各样的雷达罩
创新的球壳网格
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美术英语词汇
美术英语词汇
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3. 画nude
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6. 中国画 (traditional) Chinese painting
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9. 水墨画ink painting;wash drawing
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100.国画画法traditional Chinese painting technique
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帮忙翻译一些美术的专业词汇
素描
charcoal drawing.
平面构成
space consisting.
立体构成
stereoscopic consisting.
色彩构成
colour consisting.
测绘制图
geodesy and drawing.
展示设计
display designing.
家具设计
furniture frame.
水粉画
gouache.
基础图案
basic pattern.
字体设计
character design.
室内设计
interior design.
社会实践
social practice.
工程学
human engineering.
园林设计
garden design.
摄影
photography.
线描透视
line clairvoyance.
色彩透视
colour clairvoyance.
版式设计
format design.
装饰设计
decoration design.
电脑美术设计
computer art design.
建筑构造与材料
building and material.
中外设计史
designing history of China and foreign countries.
中外美术史
art history of China and foreign countries.
速写
literary sketch.
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