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天幕Canopy，更加通俗的名字是采光頂篷或采光天窗。天幕為公共空間遮風擋雨的同時，又能保證明亮的采光，在街區(qū)覆蓋、歷史建筑改造、商場中庭等公共大空間中應用的案例越來越多。
Great Court at the British Museum
天幕結構可以從建筑形態(tài)、網(wǎng)格形狀、結構形式、結構材料、是否封閉等多個維度進行分類，本文選擇從建筑曲面形態(tài)和結構形式方向展開介紹。
平面：梁的跨越
對于跨度比較小的天幕，采用單向梁或交叉梁即可實現(xiàn)。這一類天幕的結構創(chuàng)新主要體現(xiàn)的網(wǎng)格布置、截面形式和節(jié)點細節(jié)方面。例如，網(wǎng)格布置可以是三角形、四邊形、聯(lián)方形、六邊形等等。
普通單梁結構
單向空腹桁架結構
空腹桁架結構
Chadstone Shopping Centre, Atelier One
VICTORIA GATE ARCADES LEEDS, ACME
聯(lián)方形網(wǎng)格天幕
平面/曲面 + 樹形柱
對于跨度稍大的天幕，如果單純采用梁跨越，構件截面會比較大。可以設置樹形柱支承，以減小天幕結構的跨度。這種情況下，樹形柱的拓撲、天幕網(wǎng)格以及節(jié)點細部設計是影響建筑結構效果的重點。
Strawinskylaan 自行車停車場,荷蘭,wUrck
六邊形網(wǎng)格 + 分叉柱
三角形網(wǎng)格 +樹柱
天幕結構與樹柱的一體化
Parque Toreo
設計Sordo Madaleno Arquitectos
Parque Toreo
結構梁被包裝為三角形，網(wǎng)格線角硬朗
Goede Doelen Loterijen Head Offices
設計Benthem Crouwel Architects
天幕下方的遮陽片制造出有趣的光影效果
有的天幕雖然設計為曲面，但其曲面形狀的力學性能差，結構受力仍然以抗彎為主。這類曲面天幕結構與樹形柱相結合，才能以較細小的結構構件完成。
Westfield London Shopping Centre
Benoy & Westfield Design Architects
New Milan Trade Fair,Archivio Fuksas
“Unione Militare” Building
規(guī)則曲面網(wǎng)殼
規(guī)則曲面的天幕一般采用鋼結構網(wǎng)殼形式，利用網(wǎng)殼曲面的形抗原理，結構以軸向受力為主、效率高，以較小的截面尺寸即可實現(xiàn)很大跨度。這一類網(wǎng)殼曲面多為圓柱面、球面。
千變?nèi)f化的球面網(wǎng)殼天窗
英國博物館中庭
Great Court at the British Museum(2000)
Great Court at the British Museum，2000
英國博物館為了解決內(nèi)部缺乏空間、缺乏通道、中心圖書館利用率低的問題，啟動了大庭院加建天幕的改造項目，由福斯特事務所負責設計，其設計構想是新與舊共生。
加建天幕前后的建筑鳥瞰對比
設計中保留了原有古典式建筑主體，在中間庭院加建6000平方米的玻璃天幕。由此，大庭院再次成為了整個博物館的核心，并且可以在博物館的正常開放時間以外開放，提供了一個新的公共空間。
這個經(jīng)典的改造項目把輕與重巧妙組合。鋼結構網(wǎng)殼內(nèi)側(cè)支承于圓形閱覽室，外側(cè)支承于方形博物館建筑的內(nèi)墻，通過找形分析得到一個拱起的規(guī)則形態(tài)。
英國博物館中庭：天幕曲面
中庭平面
中庭剖面
沿中心圓徑向布置主受力網(wǎng)格，再輔助另兩個方向的圓弧線條劃分出1656個三角形平面玻璃板。
原有博物館建筑為天幕提供了一個堅固的邊界條件，使得網(wǎng)殼可以充分發(fā)揮形體的作用。構件以軸力為主、截面纖細，極大地突出了整體通透明亮的建筑效果。
自由曲面
隨著建筑構型手段和建造技術的進步，出現(xiàn)了越來越多的自由曲面天幕。這一類曲面沒有嚴密的數(shù)學邏輯，如何以輕巧的結構形式構建是結構設計最大的難點。
CARIOCA WAVE, 設計Knippers Helbig
以規(guī)則的三角形劃分自由曲面，網(wǎng)格往往顯得不太規(guī)則、構件布置略顯凌亂，但是可以保證幕墻玻璃為平板、減小了幕墻工藝的難度和玻璃造價。
CARIOCA WAVE,設計Knippers Helbig
CUTTY SARK CONSERVATION PROJECT
設計Grimshaw Architects
自由曲面天幕采用四邊形網(wǎng)格的建筑效果往往更加簡潔，但由此也會產(chǎn)生另一個難題——玻璃翹曲。
The National Portrait Gallery of the USA
自由曲面形態(tài)使得結構表現(xiàn)得富于變化
柱間布置拉索以平衡網(wǎng)殼的推力
對于自由曲面天幕，四邊形網(wǎng)格的翹曲可能比較大，全部采用異形曲面玻璃往往是不現(xiàn)實的。因此，四邊形網(wǎng)格平面化、減小玻璃尺寸的規(guī)格種類、網(wǎng)格與建筑外觀的協(xié)調(diào)是幕墻設計的難點。
蘇州中心天幕結構
樹形柱支承+自由曲面+四邊形網(wǎng)格+拉索平衡
隱約可見的拉索，平衡殼體的水平推力
蘇州中心天幕：箱形構件與圓筒焊接節(jié)點
MyZeil Shopping Mall
對于自由曲面天幕，結構找形分析是實現(xiàn)形抗作用和建筑效果的關鍵。此外，對網(wǎng)格均勻性、玻璃板翹曲、構件節(jié)點方位做優(yōu)化分析也是必要的。任何方面的差之毫厘，都可能導致項目完成度的損傷。
Chadstone Shopping Centre，Atelier One
經(jīng)過曲面找形的天幕曲面
Chadstone Shopping Centre
“喇叭形”曲面
以上各種天幕結構均是支承在周邊建筑或樹形上的。除此以外，還有一種以天幕網(wǎng)格獨立或相對獨立支承的結構，其建筑形態(tài)往往呈現(xiàn)“喇叭形”。
上海世博軸陽光谷，華東建筑設計研究總院
上海愛琴海購物公園，安藤忠雄，LDI：華東建筑設計研究總院
中庭為喇叭形的獨立支承網(wǎng)格
裙房之間的天幕為樹形柱支承
LuOne 凱德晶萃廣場天幕
LuOne之名來自“盧灣”的諧音，致敬昔日老上海的經(jīng)典格調(diào)。建筑中最矚目的是三條長廊環(huán)繞的中庭花園，由46米直徑的圓形玻璃穹頂覆蓋。
LuOne凱德晶萃廣場天幕
建筑：Safdie Architects；結構：Arup
穹頂及天幕示意圖 © Arup
傘狀穹頂結構充分發(fā)揮了網(wǎng)殼的形抗優(yōu)勢，最小桿件截面僅100x100mm，營造出建筑師非常期待的精致輕盈效果。
天幕節(jié)點連接設計© Arup
巨大透明天幕能增強自然采光和視覺通透性，然而另一方面，也帶來眩光和太陽熱輻射增加等潛在問題。因此，設計師采用低輻射鍍膜玻璃、通風裝置和氣簾、雨水收集系統(tǒng)等兼顧了訪客的最佳舒適度和綠色生態(tài)品質(zhì)。
© Safdie Architects / Arup
根據(jù)消防規(guī)范，中庭鋼結構要涂防火涂層以提供1.5~3小時的耐火保護。通過性能化分析，設計師提出創(chuàng)新的水簾保護系統(tǒng)作為鋼材防火替代方案。水簾經(jīng)由氣化，可以吸收火與煙霧大部分熱量，使鋼材表面溫度顯著降低。
鋼結構消防水簾保護系統(tǒng) © Arup
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