结构穹顶发展历史及经典案例赏析

穹顶，常被代指为宽阔厅堂上空所修筑的半球形或多边的曲面形状的顶盖。在历史上，第一座著名的穹顶结构即是古罗马的万神庙，当时的古罗马人应用混凝土拱券技术构造出了直径四十余米的穹顶，突破了当时的建筑概念，使穹顶技术开始替换原来的平屋顶，成为西方教堂、宫殿建筑的主角。但由于当时的技术水平问题，万神庙的穹顶很是沉重，要通过整体连续的承重墙来负荷，可以说还是不成熟的雏形的穹顶技术。直到6世纪中叶的圣索菲亚大教堂的中央穹顶运用帆拱的新技术，才让穹顶建筑开始摆脱承重墙，开始形成延展复合的空间，实线了实际作用和宗教美感的统一。在此之后，古代砖石穹顶技术在奥斯曼帝国时期达到鼎盛，但限于材料的局限性，穹顶规模也陷入了瓶颈，可以说要建造更高更大的穹顶不再是砖石材料所能满足的了。

千年穹顶位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上，是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑。建成的穹顶周长为1km，直径365 m，中心高度为50m，它由超过70km的钢索悬吊在12根100m高的钢桅杆上，并使用了很多的天棚帘。屋顶由带PTEE涂层的玻纤材料制成。这种独特的膜结构建筑，在穹顶的中心形成一个灵活的、极富戏剧性空间效果的中心舞台。

美国国会大厦穹顶是美国最著名的标志性建筑之一。它直径96英尺，高度288英尺。它实际上由两个圆顶组成，现在的穹顶覆盖原来的圆顶。现在的铁穹顶是由美国建筑师托马斯·乌斯蒂克·沃尔特在1855年至1866年间设计的。1851年，由于美国国会人口的增加，建筑师托马斯·U·沃尔特提出了扩建国会大厦和圆顶的计划。最初的木制圆顶是在1856年拆除的。现在的国会圆顶建筑始于1857年。

出云穹顶规划设计时的基本理念，是以当代的大型空间结构来弘扬传统文化中的木造建筑。球形的穹顶，呈放射状布置的木骨架(层板胶合木)，精致的折面以白色半透明的膜材覆盖，其设计意象来源于古代传统的折伞。出云穹顶，球形穹顶直径143.8米，拱顶部高度48.9m米。它最大的结构特点是综合性。材料上有钢、木、薄膜；结构形式上有拱、桁架、索膜，并充分发挥了每个部份的优势。

有着独特外观的伊甸园项目位于康沃尔，它包含一个序列的八个相互联系的穹顶。巨大、轻质、跨度清晰的结构位于之前的采石场内，部分灵感来源于Buckminster Fuller的网格穹顶设计。生物群落的覆盖层是三层枕头状的ETFE薄膜，它有着最大的表面积和最小的周长。在空间结构上，每个穹顶附着在两层六边形-三角形-六边形的空间框架上，框架的效率取决于几何形状的组成部分：钢管和接头是轻质的，比较小且容易运输，像泡泡一样的表皮自然地适应不平坦的地形。

两德统一后，为了再度承担国会大厦的作用，国会大厦经历了又一轮重修，增加了一个特别的玻璃穹顶，穹顶之轻盈与整栋建筑之厚重形成鲜明的对照。穹顶由12根圆柱支撑，通过一个铺满玻璃镜的倒置圆锥体将日光照射到议院的整个大厅。其内为两座交错走向的螺旋式通道，裸露的全钢结构支撑，参观者可以通过它到达50米高的瞭望平台，眺望柏林的景色。

理查德·巴克敏斯特·富勒在1967年蒙特利尔世博会上把美国馆变成富勒球，使得轻质圆形穹顶今天风靡世界。美国馆的圆球直接76米，三角形金属网状结构合理地组合成一个球体。网桥结构系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，兼具杆系和壳体的性质。传力特点主要通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。