没有棱角，设计..个....球 杨笑天

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一、没有棱角，设计..个....球

一、没有棱角，设计..个....球

作者：杨是空间几何中最完美的无棱角球体！球体的表面势能最小，这也是气泡、气球、充气结构甚至天体成为球形的原因。“北京理工大学-1号”卫星的太空帆球太空帆球：卫星正常进入轨道后，释放出柔性材料，展开成球形，就像张开了一张“风帆”，可用作卫星的太阳能电池板和卫星通信的大型天线。

在力学中，当球体受到均匀的拉力或压力时，它只承受轴向拉力或压力。球壳是一种非常高效的结构形式，就像我们很难用手去打破一个薄薄的蛋壳一样。蒙特利尔世博会美国馆，太空球壳，1967年储存气体和液体的压力罐，往往设计成球形，因为同样的表面积，球形外壳体积最大，球壳具有重量轻、效率高的特点。球形储罐

在同样的直径和工作压力下，板厚仅为圆柱形储罐一半的球体所具有的独特形状、高效受力和空间特性魅力，在建筑设计中有很多优秀的案例。小I团队最近在设计一个球形结构。本文借此机会与您分享我们收集的案例。球壳网格形式

球面网壳的网格形式有：短程线网格穹顶、带肋环的肋形穹顶、联合薄板穹顶、施威德勒穹顶、凯威特穹顶等。带肋环的肋形穹顶和方形薄板穹顶

大约在1927年，富勒开发了一种新的球面测量和投影映射策略，称为Dymaxion map，它将球面地形转换为一系列平面三角形和正方形。“通过控制投影制图造成的失真，可以使地图上土地的大小与现实保持更准确的比例。因为这些几何元素可以重新排列，我们可以用无数种不同的方式“剥离”地球。”凯尔凡赫默特为富勒绘制的富勒和戴玛西翁地图(1945年)

富勒将Dymaxion地图的思想与能量几何学相结合，发明了测地线穹顶。测地线是连接曲面上两点的最短直线。在1967年的蒙特利尔国际博览会上，富勒和绍基萨道设计了一个直径为76米的3/4球形建筑——美国馆，其外表面覆盖着透明的丙烯酸板。这个展厅已经成为美国先进技术的象征，举世瞩目。富勒和蒙特利尔世界博览会美国馆(1967年)

1976年，穹顶的外部装饰在重建过程中被大火烧毁，暴露的结构变得更加清晰。除了蒙特利尔的美国馆，富勒还设计了许多球形结构，包括蝇眼穹顶和张拉整体球形结构。富勒在1965年设计和建造的蝇眼穹顶是基于测地线穹顶结构的二十面体。

富勒认为“自然界中存在一种可以用最少的材料提供最大强度的体系，基本单元四角锥和八面体将成为最高效的空间结构”。

无独有偶，1985年，H.W. Kroto和R.E.Smalley发现了碳的第三种晶型(前两种是金刚石和石墨)。为了纪念富勒早期的猜想，将其命名为“富勒烯”- C60。其分子结构为球形32面，碳原子由20个六元环和12个五元环连接，具有很强的分子稳定性。富勒烯、足球和网格球都有类似的结构。球体可以由正六边形和正五边形组成。

五边形的数量必须是12。奥兰多迪士尼的地球飞船是为乘客穿越时光机的旅行而设计的，也采用了短距离网格的形式。不同的是，宇宙飞船地球是一个完整的球体，采用单层结构而不是双层结构，直径50m，由三根巨大的斜柱支撑。球体表面覆盖有折叠铝板，使球体外观更有质感。球体表面有3840个节点和11324块铝板。

亚马逊花了很多钱在西雅图总部建造了三个玻璃球，称之为亚马逊球体。球形建筑内部种植了数百种郁郁葱葱的植物，在大都会核心区打造了一个室内版的“亚马逊雨林”。亚马逊球体有2643面玻璃幕墙。四层超白玻璃既要减少阳光的热辐射，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，像三个互相干扰的气泡。结构材料是玻璃和钢结构的组合。设计团队使用了一种独特的网格方法来划分球体。充满未来感和有机感的结构骨架，还能隐约看到规则五边形和六边形的痕迹。

网格建模看起来很复杂，但是它的生成逻辑来自于规则的富勒烯或者足球网格。网格生成的过程是将五边形分成五部分，并与相邻的六边形合并形成一个基本单元；然后以中心点为中心将基本单元分成五部分，融合相邻基本单元的边界，得到亚马逊球体的结构网格。Amazon Spheres的结构化网格生成逻辑

虽然亚马逊Spheres已经成为西雅图新的网络名人打卡地，但不得不说说它的幕墙板块设计。从上图可以看出，钢结构网格既有动态曲线的有机感，又有清晰的逻辑设计。但粗暴地覆盖三角形玻璃幕墙后，建筑效果大打折扣。钢骨架线条流畅，主骨架用钢板捆扎，增强结构整体性。钢骨架模块的细节悬挂在鸟巢会议室。

顶楼采光最好的位置有休息区。晒晒太阳打个盹，醒来又精神抖擞地投入工作。肋形穹顶肋环形式和结构简单，这种球形建筑的案例很多。爱立信球形体育馆爱立信地球仪，1989

瑞典斯德哥尔摩的爱立信地球仪，由贾译尊伯格和拉斯弗雷特布莱德设计，可能是世界上最大的球形建筑。直径110米，内部高度85米，体积60万平方米，可容纳16000名观众观看演出。建筑结构概况建筑下部的表演场地和看台为钢筋混凝土结构，上部的半球形屋顶为肋环形式的双层网格结构。表面均匀地覆盖着一块白色的金属板，就像一个高尔夫球。2010年，外围的缆车开通了，叫Skyview。

由诺曼福斯特设计的德国国会大厦的重建，新的德国国会大厦也选择了肋形穹顶，它像城市天际线上的灯塔一样成为柏林重要的城市地标。

翻新的灵感来自于原来的建筑。一方面，1945年苏联红军留下的老泥瓦匠的招牌和标语被保留为‘自己的历史博物馆’；另一方面，厚重的外壳下是轻盈通透的室内，360度的视角透露出柏林的美，与老旧的建筑形成鲜明对比。建筑的公共区域从屋顶延伸到露台餐厅和穹顶，螺旋通道将人们引向穹顶和观景台。

穹顶钢网壳结构尽量通透，构件和细部节点的表达也很精致。虽然结构本身并没有很大的难度和创新，但是通过外露钢结构本身的精致表达，还是取得了不错的效果。联合方球薄板穹顶在前面介绍的亚马逊Spheres项目前期，也考虑了联合方球薄板穹顶的设计方案，但没有后期方案那么有表现力。亚马逊球的初始方球壳方案

在已建成的球形建筑中，很少有使用联合广场的情况。主要原因是立方体网格大小差异较大，球顶棒密集相连，而球体中间稀疏，棒长短不一。差异化的网格使得结构和幕墙很难采用统一的构件，增加了施工成本。迪拜一个科技球的概念方案，篇幅有限，以下案例不详述。总之，球形建筑是一种具有无限设计潜力的建筑形式。

LaGode是由建筑师Adrien Fainsilber和工程师Grard Chamayou设计的球形电影院。镜面不锈钢将巴黎美丽的城市风光反射在建筑表面。LaGode Mirror不锈钢球形建筑Mirror中国科技馆不锈钢球形建筑上海国际会议中心的两个球形建筑与相邻的东方明珠构成了一幅像是将大大小小的珍珠倒入一盘玉石中的场景。各种穹顶影院结构，各种天线罩，创新球壳网格。

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