建構穹頂溫室

建構穹頂溫室

u一般最簡單建構圓頂構造的方式是以地球儀的經緯線結構.但是並不是唯一的方式,如果以Bulkminster Fuller於1926年提出之數學建構方式設計,在結構與工程上,甚至外觀上都可以更好。
模仿地球儀的構造可能是最直接的,不過在垂直向度上,各角度經線最後集中在南北極的兩個點上。如果直接以經緯線作為結構的支撐,顯然這是極不合理的構造。 最好的結構系統應該沒有任何部分的結構強度相對於其可能受力是過強或者過弱。過強是浪費,而過弱則讓整體結構安全性下降。圓球是極為對稱的造型,而地球儀 般分布極為不均勻的構造方式不可能是合理的。如果以半球形圓頂為例,地球儀構造的重量集中在最高點,其強度沒有發揮的機會,而其重量造成下層結構的負擔。
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7e/Sphere_wireframe_10deg_6r.svg/220px-Sphere_wireframe_10deg_6r.svg.png



http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/77/G%C3%A9ode_V_3_1.gif

上圖是從wikipedia連結的圓球,以繪製地球儀的方式繪製。可以看出構造上最密集的地方就在南北極兩個頂點。另外一張上圖也是從wikipedia 連結過來的圖片,是以Fuller提出的幾何結構畫出來,一個近似圓球的多面體。依據Fuller的方法,這個多面體可以無限制的依照需求加以細緻化為更 接近圓球的造型。
一般的電腦繪圖系統可能沒有提供這種geodesic dome的繪製功能。我用Rhino Grasshopper建了兩個component。(下載檔案) 第一個是繪製一個二十面體(icosahedron),也就是geodesic dome的基本型。
第二個component是以visual basic在grasshopper中寫出,可以對以mesh表示之二十面體或其他的多面體加以細化成更近似圓球的多面體,其結果以mesh表示。
以下就 是程式產出的結果,分別是經過0次,1次,3次與5次的細化。
細化的次數在理論上可以沒有限制,但第五次細化後已經有20480個三角形,所以這個程式把 上限設在5次,如果需要更高階的細化只要進入程式改一下就可以了,能執行到多高階的細化就看電腦的速度和記憶體容量了。這種構造乍看之下是由許多正三角形 構成,但實質上不管是多細緻的geodesic dome,整個圓球只有二十個正三角形,就是從其原型正二十面體的二十個正三角在細緻化過程其對稱性未受破壞而保留下來的,其餘的所有三角形都有不相等的 邊長。幾何上不可能由正三角形來構成近似圓球的曲面,因為圓球的高斯曲率大於零,環繞在同一個頂點的三角形角度的總和必定小於360度。
如果是正三角形 60度的角,六個正好是360,五個又太小,只能形成像二十面體一樣的多面體,和圓球曲面有很大的差距。Geodesic Dome細緻化過程是一種對稱性破壞的過程,越細緻的圓球需要越多種不同長度的桿件來組構。


下圖也是引用自wikipedia,是Fuller於1967年蒙特婁世界博覽會所設計的美國館,是一個直徑60公尺的3/4圓球,由雙層geodesic dome構成,結構極為輕盈,遠看就像肥皂泡一樣。

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0a/Mtl._Biosphere_in_Sept._2004.jpg/300px-Mtl._Biosphere_in_Sept._2004.jpg




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