球节架

球节架，在建筑和结构工程中，是一种刚性，轻质，桁架状结构，构造组成一个几何样式，由几何图案中的互锁支柱构成。球节架通常运用一个多向间距，是由张力杆和压力杆组成的结构，结构处在三度空间的受力状态下，无论哪一类桁架，能承受来自各个方向的载荷，对抗震大垮距的建筑物更能发挥功用。

台北捷运北投站的球节架

如果对蓝色节点施加力,并且不存在红色管材料,则结构的行为完全取决于蓝色节点的弯曲刚度。
如果红色管材料存在，蓝色节点的弯曲刚性是可以忽略不计,则可以使用刚度矩阵计算系统,而忽略角度因数。

种类有平面桁架，曲面式球节架，平顶式球节架等三种，优点重量轻，可做成各种造型。

平面桁架是一个让所有成员和节点属于平面，而球节架的成员节点可以延伸到立体层面。^[1]

设计方法

球节架通常使用刚性矩阵设计。建筑球节架中刚度矩阵的特殊特征是角度因素的独特性。如果接头刚性足够，则可以忽略角度偏转，从而简化计算。

概述

简化的球节架屋顶，半八面体用蓝色突出显示。

基本单元常用的如四角锥单元和三角锥单元，由这些基本单元组成完整的球节架系统。^[2]

平面桁架系统	四角锥系统	三角锥系统
两向正交正放桁架	正放四角锥系	三角锥系
两向正交斜放桁架	正放抽空四角锥系	抽空三角锥系
两向斜交斜放桁架	棋盘形四角锥系	蜂巢形三角锥系
三向桁架	斜放四角锥系
单向折线形桁架	星形四角锥系

历史

• 1930年代德国MERO创造出球节架系统。
• 1970年大阪世界博览会展现出这种特殊的结构魅力。

几何

最常见的几何形状是根据正多面体。最简单的形式是铝或钢管三角形。在许多方面，这看起来像是一个水平三角形正反，反复多次，使之更广泛。更强的纯形式是由相互关联的四面体金字塔中，所有的支柱有单位长度。技术上更是被称为各向同性向量矩阵或一个单位宽度的八向桁架。更为复杂的变化改变长度的支柱，以曲线的整体结构或可能纳入其他几何形状。

材料

管材料（圆形，方形）或是节点，有钢、铝、不锈钢、工程塑胶、车削件或木头等可供选择。^[3]

构件、系统

主要概分为两大构件，平板式与圆球式。主要概分为四大系统，德国MERO；新加坡RAMCO-YKK；日本NIPPON STEEL；美国STARNRT^[4]

运用

伊甸园计划。

现今桥梁、体育馆、机场航厦、车站等大尺寸及特殊造型建物上广泛使用。球节架，是一个越来越普遍的建筑技术，尤其适用于大型屋顶覆盖，例：商业和工业厂房大门屋檐。现今容量更大的便携式阶段和照明支架，也经常建造球节架和八向桁架。管式球节架也被广泛用于生产现代摩托车和汽车，但单体车身已较为常见，用在最新的化身自行车设计。

建筑物球节架显著的例子是：

• 台北捷运淡水线沿线捷运站。
• 高雄国立科学工艺博物馆一楼大厅。
• 桃园国际机场二期航站出境大厅。
• 卢浮宫入口处的金字塔。
• 伦敦斯坦斯特德机场。
• 香港中银大厦。
• 罗杰斯与庞毕度文化中心。
• 麦考密克会展中心。
• 伊甸园计划。
• 斯德哥尔摩环球竞技场。
• 生物圈2号。

素质考虑

• 方便携带：球节架可被完全拆除，物品正常放于集裝箱由卡车方便运送。此外，这种类型的结构明显轻于其他任何类型的结构。这样可以节省运输和可能带来的所有元素的结构，现场没有任何问题。基于这个原因球节架适合出口。
• 消除焊接工作：不需焊接。
• 支撑结构是在两个主要方向，给它很大的刚性，这是一个很大的优势。
• 可以减轻70%～80%重量，节省大量水泥和模板

参见

• 正多面体
• 底盘
• 张拉整体

资料来源

1. Tetrasteel. Space frame structures. [2019-06-17]. （原始内容存档于2021-01-19）.
2. 《球节架知设计、制作与施工》，颜嘉成，台湾建筑报导杂志，1998年9月，45页
3. 《空间构架专业工程》，陈文英，台湾建筑报导杂志，1998年9月，41页
4. 《空间构架专业工程》，陈文英，台湾建筑报导杂志，1998年9月，42页-43页

参考资料

• 《球节架：无限自由的空间创作》，詹氏书局，岩田卫 著，邱荣政译，1997年8月
• 《图解辞典：建筑的整体组构》，詹氏书局，建筑图解事典编集委员会编著，崔征国译，2009年3月
• 《结构系统》，远东图书，恩格尔（Heirrich Engel）著，锺英光译，1974年
• 《工程师奇想》，创兴出版社有限公司，彼德莱斯著，丁肇辰谢佳倩译，1997年
• 《球节架之设计、制做与施工》，立众金属工业股份有限公司，台湾建筑36期，1998年
• 《建筑结构系统》，科技图书股份有限公司，刘柏宏译，1992年
• 《新建材新工法》，詹氏书局，罗醒亚著，1992年

外部链接

• 动画 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （英文）www.deltastructurescom （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （英文）www.archistructures.org （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （英文）www.buschindustries.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （英文）www.mero.de （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （英文）www.novumstructures.com （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （繁体中文）组合原理 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
• （英文）（意大利文）Aluminum alloy spaceframe
• （英文）USTEM www.ustem.com.tr （页面存档备份，存于互联网档案馆）

学术

• （英文）University of Surrey - Space Structures Research