Esplorare l'architettura della tensione

Tetto a punta del terminal dell'aeroporto di Denver. Foto di Sandra Leidholdt / Moment / Getty Images (ritagliato)

L'architettura a trazione è un sistema strutturale che utilizza prevalentemente la tensione anziché la compressione. trazione e tensione sono spesso usati in modo intercambiabile. Altri nomi includono l'architettura della membrana di tensione, l'architettura del tessuto, le strutture di tensione e le strutture di tensione leggere. Esploriamo questa tecnica di costruzione moderna ma antica.

Tirare e spingere

Architettura della membrana di trazione, Aeroporto di Denver 1995, Colorado. Foto di Education Images/UIG/Universal Images Group Collection/Getty Images

Tensione e compressione sono due forze di cui si sente molto parlare quando si studia architettura. La maggior parte delle strutture che costruiamo sono in compressione: mattone su mattone, tavola su tavola, che spingono e comprimono verso il basso fino al suolo, dove il peso dell'edificio è bilanciato dalla solida terra. La tensione, d'altra parte, è pensata come l'opposto della compressione. La tensione tira e allunga i materiali da costruzione.

Definizione di tensostruttura

' Una struttura caratterizzata da un tensionamento del tessuto o del sistema di materiale flessibile (tipicamente con filo o cavo) per fornire il supporto strutturale critico alla struttura. '— Associazione strutture tessili (FSA)

Costruzione di tensione e compressione

Ripensando alle prime strutture costruite dall'uomo (al di fuori della grotta), pensiamo a Laugier Capanna Primitiva (strutture principalmente in compressione) e, anche prima, strutture simili a tende: tessuto (ad esempio, pelle di animale) teso (tensione) attorno a un telaio in legno o osso. Il design a trazione andava bene per tende nomadi e piccoli tepee, ma non per il Piramidi d'Egitto. Anche i Greci e i Romani stabilirono che i grandi colossei in pietra fossero un marchio di longevità e civiltà, e noi li chiamiamo Classico . Nel corso dei secoli, l'architettura della tensione è stata relegata a tendoni da circo, ponti sospesi (es. ponte di Brooklyn ), e piccoli padiglioni temporanei.

Per tutta la sua vita, l'architetto tedesco e vincitore del premio Pritzker Frei Otto ha studiato le possibilità dell'architettura leggera e resistente, calcolando scrupolosamente l'altezza dei pali, la sospensione dei cavi, la rete dei cavi e i materiali delle membrane che potrebbero essere utilizzati per creare su larga scala strutture a tenda. Il suo progetto per il padiglione tedesco all'Expo '67 a Montreal, in Canada, sarebbe stato molto più facile da realizzare se lo avesse fatto CAD Software. Ma è stato questo padiglione del 1967 che ha aperto la strada ad altri architetti per considerare le possibilità della costruzione della tensione.

Come creare e utilizzare la tensione

I modelli più comuni per creare tensione sono il modello a palloncino e il modello a tenda. Nel modello a palloncino, l'aria interna crea pneumaticamente la tensione sulle pareti della membrana e sul tetto spingendo l'aria nel materiale elastico, come un palloncino. Nel modello a tenda, i cavi attaccati a una colonna fissa tirano le pareti e il tetto della membrana, proprio come funziona un ombrello.

Gli elementi tipici per il modello di tenda più comune includono (1) l ''albero' o palo fisso o serie di pali per il supporto; (2) Cavi di sospensione, l'idea portata in America dal tedesco John Roebling; e (3) una 'membrana' sotto forma di tessuto (ad es. ETFE ) o rete per cavi.

Gli usi più tipici di questo tipo di architettura includono coperture, padiglioni all'aperto, arene sportive, snodi di trasporto e alloggi semipermanenti post-disastro.

^{Fonte: Fabric Structures Association (FSA) su www.fabricstructuresassociation.org/what-are-lightweight-structures/tensile}

All'interno dell'aeroporto internazionale di Denver

Interno dell'aeroporto internazionale di Denver, 1995 a Denver, in Colorado. Foto di altrendo images/Altrendo Collection/Getty Images

L'Aeroporto Internazionale di Denver è un bell'esempio di tensoarchitettura. Il tetto a membrana tesa del terminal del 1994 può resistere a temperature da meno 100°F (sotto lo zero) a più 450°F. Il materiale in fibra di vetro riflette il calore del sole, ma consente alla luce naturale di filtrare negli spazi interni. L'idea progettuale è quella di riflettere l'ambiente delle cime montuose, poiché l'aeroporto si trova vicino alle Montagne Rocciose a Denver, in Colorado.

Informazioni sull'aeroporto internazionale di Denver

Architetto : CW Fentress JH Bradburn Associates, Denver, CO
Completato : 1994
Appaltatore specializzato : Birdair, Inc .
Idea progettuale : Simile alla struttura a punta di Frei Otto situata vicino alle Alpi di Monaco, Fentress ha scelto un sistema di copertura a membrana tenso che emulasse le cime delle Montagne Rocciose del Colorado
Dimensione : 1.200 x 240 piedi
Numero di colonne interne : 3. 4
Quantità di cavo d'acciaio 10 miglia
Tipo di membrana : PTFE Fibra di vetro , un Teflon- fibra di vetro intrecciata rivestita
Quantità di tessuto : 375.000 piedi quadrati per il tetto del terminal Jeppesen; 75.000 piedi quadrati di protezione aggiuntiva sul marciapiede

^{Fonte: Aeroporto Internazionale di Denver e PTFE Fibra di vetro presso Birdair, Inc. [accesso 15 marzo 2015]}

Tre forme di base tipiche dell'architettura a trazione

Tetto dello Stadio Olimpico del 1972 a Monaco di Baviera, Germania. Foto di Holger Thalmann/STOCK4B/Stock4B Collection/Getty Images

Ispirata alle Alpi tedesche, questa struttura a Monaco, in Germania, potrebbe ricordarti l'aeroporto internazionale di Denver del 1994. Tuttavia, l'edificio di Monaco è stato costruito vent'anni prima.

Nel 1967, l'architetto tedesco Günther Behnisch (1922-2010) ha vinto un concorso per trasformare una discarica di Monaco di Baviera in un paesaggio internazionale per ospitare i XX Giochi Olimpici estivi nel 1972. Behnisch & Partner ha creato modelli in sabbia per descrivere le vette naturali che volevano per il villaggio olimpico. Quindi hanno arruolato l'architetto tedesco Frei Otto per aiutare a capire i dettagli del progetto.

Senza l'uso di CAD software, gli architetti e gli ingegneri hanno progettato queste vette a Monaco di Baviera per mostrare non solo gli atleti olimpici, ma anche l'ingegnosità tedesca e le Alpi tedesche.

L'architetto dell'aeroporto internazionale di Denver ha rubato il design di Monaco? Forse, ma l'azienda sudafricana Strutture di tensione sottolinea che tutti i modelli di tensione sono derivati ​​​​di tre forme di base:

• ' Conico – Una forma conica, caratterizzata da un picco centrale'
• ' Volta a botte – Una forma ad arco, solitamente caratterizzata da un design ad arco curvo'
• ' Ipar – Una forma a mano libera contorta '

^{Fonti: Concorsi , Behnisch & Partners 1952-2005; Informazioni tecniche , Tension Structures [accesso 15 marzo 2015]}

Di grandi dimensioni, leggero: Villaggio Olimpico, 1972

Veduta aerea del Villaggio Olimpico di Monaco di Baviera, Germania, 1972. Foto di Design Pics/Michael Interisano/Perspectives Collection/Getty Images

Gunther Behnisch e Frei Otto hanno collaborato per racchiudere la maggior parte del Villaggio Olimpico del 1972 a Monaco, in Germania, uno dei primi progetti di strutture di tensione su larga scala. Lo Stadio Olimpico di Monaco, in Germania, era solo uno dei luoghi che utilizzavano l'architettura a trazione.

Proposto per essere più grande e più grandioso del padiglione in tessuto dell'Expo '67 di Otto, la struttura di Monaco era un'intricata membrana a rete di cavi. Gli architetti hanno scelto dei pannelli acrilici di spessore 4 mm per completare la membrana. L'acrilico rigido non si allunga come il tessuto, quindi i pannelli sono stati 'collegati in modo flessibile' alla rete del cavo. Il risultato è stato una leggerezza e una morbidezza scolpite in tutto il Villaggio Olimpico.

La durata di una tensostruttura a membrana è variabile, a seconda del tipo di membrana scelta. Le moderne tecniche di produzione hanno aumentato la vita di queste strutture da meno di un anno a molti decenni. Le prime strutture, come il Parco Olimpico di Monaco del 1972, erano davvero sperimentali e richiedono manutenzione. Nel 2009, l'azienda tedesca Hightex è stato incaricato di installare un nuovo tetto a membrana sospesa sull'Olympic Hall.

^{Fonte: Olympic Games 1972 (Monaco di Baviera): Olympic stadium, TensiNet.com [accesso 15 marzo 2015]}

Particolare della tensostruttura di Frei Otto a Monaco di Baviera, 1972

Struttura del tetto olimpica progettata da Frei Otto, 1972, Monaco, Germania. Foto di LatitudeStock-Nadia Mackenzie/Gallo Images Collection/Getty Images

L'architetto di oggi ha una serie di scelte della membrana del tessuto tra cui scegliere: molti più 'tessuti miracolosi' rispetto agli architetti che hanno progettato la copertura del Villaggio Olimpico del 1972.

Nel 1980 l'autore Mario Salvadori spiegava la tensoarchitettura in questo modo:

'Una volta che una rete di cavi è stata sospesa a punti di supporto adeguati, i tessuti miracolosi possono essere appesi ad essa e tesi attraverso la distanza relativamente piccola tra i cavi della rete. L'architetto tedesco Frei Otto ha aperto la strada a questo tipo di tetto, in cui una rete di cavi sottili pende da pesanti cavi perimetrali sostenuti da lunghi pali in acciaio o alluminio. Dopo l'installazione della tenda per il padiglione della Germania Ovest all'Expo '67 di Montreal, è riuscito a coprire gli stand della Stadio Olimpico di Monaco ...nel 1972 con una tenda che ripara diciotto acri, supportata da nove alberi compressivi alti fino a 260 piedi e da cavi di precompressione di confine con una capacità fino a 5.000 tonnellate. (Il ragno, tra l'altro, non è facile da imitare: questo tetto ha richiesto 40.000 ore di calcoli e disegni tecnici.)'

^{Fonte: Perché gli edifici stanno in piedi di Mario Salvadori, McGraw-Hill Paperback Edition, 1982, p. 263-2}

Padiglione tedesco all'Expo '67, Montreal, Canada

Il Padiglione Tedesco all'Expo 67, 1967, Montreal, Canada. Foto Atelier Frei Otto Warmbronn tramite PritzkerPrize.com

Spesso chiamato la prima tensostruttura leggera su larga scala, il padiglione tedesco dell'Expo '67 del 1967 - prefabbricato in Germania e spedito in Canada per il montaggio in loco - copriva solo 8.000 metri quadrati. Questo esperimento di tensoarchitettura, che ha richiesto solo 14 mesi per la pianificazione e la costruzione, è diventato un prototipo e ha stuzzicato l'appetito degli architetti tedeschi, incluso il suo designer, il futuro Pritzker Laureate Frei Otto.

Nello stesso anno del 1967, l'architetto tedesco Günther Behnisch vinse la commissione per le sedi delle Olimpiadi di Monaco del 1972. La sua tensostruttura del tetto ha richiesto cinque anni per la pianificazione e la costruzione e ha coperto una superficie di 74.800 metri quadrati, ben lontana dal suo predecessore a Montreal, in Canada.

Ulteriori informazioni sull'architettura di trazione

• Strutture di luce - Strutture di luce: l'arte e l'ingegneria della tensoarchitettura illustrata dall'opera di Horst Berger di Horst Berger, 2005
• Tensostrutture di superficie: una guida pratica alla costruzione di cavi e membrane di Michael Seidel, 2009
• Tensostrutture a membrana: ASCE/SEI 55-10 , Asce Standard dell'American Society of Civil Engineers, 2010

^{Fonti: Olympic Games 1972 (Monaco di Baviera): Stadio Olimpico e Expo 1967 (Montreal): Padiglione Tedesco, Project Database di TensiNet.com [accesso 15 marzo 2015]}