Uzatilish tuzilishi - Tensile structure

Ushbu maqola umumiy ro'yxatini o'z ichiga oladi ma'lumotnomalar, lekin bu asosan tasdiqlanmagan bo'lib qolmoqda, chunki unga mos keladigan etishmayapti satrda keltirilgan. Iltimos yordam bering yaxshilash tomonidan ushbu maqola tanishtirish aniqroq iqtiboslar. (2011 yil sentyabr) (Ushbu shablon xabarini qanday va qachon olib tashlashni bilib oling)

Dunyodagi birinchi kuchlanish po'lati Qobiq tomonidan Vladimir Shuxov (qurilish paytida), Nijniy Novgorod, 1895

The Sidney Myer Music Bowl yilda Kings Domain, Melburn

A qisish tuzilishi a qurilish faqat tashiydigan elementlarning kuchlanish va yo'q siqilish yoki egilish. Atama valentlik bilan aralashmaslik kerak keskinlik, bu ham kuchlanish, ham siqish elementlariga ega bo'lgan strukturaviy shakl.Tezlanuvchan tuzilmalar eng keng tarqalgan turi hisoblanadi yupqa qobiqli tuzilmalar.

Ko'pgina tortishish tuzilmalari, masalan, ustunlar kabi ba'zi bir siqishni yoki egilish elementlari tomonidan qo'llab-quvvatlanadi (xuddi shunday) O₂, ilgari Millennium Dome ), siqish uzuklari yoki nurlari.

A kuchlanish membranasining tuzilishi ko'pincha a sifatida ishlatiladi tom, chunki ular iqtisodiy va jozibali ravishda katta masofalarni bosib o'tishlari mumkin. Qarama-qarshi membrana inshootlari to'liq binolar sifatida ham ishlatilishi mumkin, ulardan bir nechta umumiy qo'llanmalar sport inshootlari, omborxonalar va omborxonalar va ko'rgazma joylari hisoblanadi.^[1]

Tarix

Ushbu qurilish shakli XX asrning ikkinchi qismida faqat jiddiyroq tahlil qilindi va yirik inshootlarda keng tarqaldi. Uzoq vaqt davomida tortilish inshootlari ishlatilgan chodirlar, qaerda yigitning arqonlari va chodir ustunlari matoning oldingi kuchlanishini ta'minlaydi va yuklarga bardosh berishga imkon beradi.

Rus muhandisi Vladimir Shuxov birinchilardan bo'lib valentlik inshootlari, chig'anoqlar va membranalarning kuchlanish va deformatsiyalari bo'yicha amaliy hisob-kitoblarni ishlab chiqdi. Shuxov sakkizta kuchlanish konstruktsiyasini ishlab chiqardi va yupqa qobiqli tuzilmalar uchun ko'rgazma pavilonlari 1896 yilgi Nijniy Novgorod ko'rgazmasi, 27000 kvadrat metr maydonni egallaydi. Yaqindagina membrana bilan qoplangan qisish konstruksiyasidan keng miqyosda foydalanish bu Sidney Myer Music Bowl, 1958 yilda qurilgan.

Antonio Gaudi uchun siqishni tuzilishini yaratish uchun kontseptsiyani teskari ravishda ishlatgan Colonia Guell cherkovi. U siqilish kuchlarini hisoblash va ustun va tonoz geometriyalarini eksperimental tarzda aniqlash uchun cherkovning osilgan qisish modelini yaratdi.

The Olimpiastadion Myunxendagi tortiladigan tom yopish inshootlaridan keng foydalaniladi.

Keyinchalik kontseptsiya tomonidan qo'llab-quvvatlandi Nemis me'mor va muhandis Frei Otto, uning g'oyasidan birinchi foydalanish Expo 67 ko'rgazmasidagi G'arbiy Germaniya pavilyoni Monrealda. Keyinchalik Otto Olimpiya stadionining tomi uchun g'oyani ishlatgan 1972 yil yozgi Olimpiya o'yinlari yilda Myunxen.

1960 yildan beri, valentlik tuzilmalari tomonidan targ'ib qilingan dizaynerlar va muhandislar kabi Ove Arup, Buro Xappold, Walter Bird of Birdair, Inc., Frei Otto, Mahmud Bodo Rasch, Eero Saarinen, Xorst Berger, Metyu Novikki, Yorg Shlaich, ning dueti Nikolas Goldsmit & Todd Dalland da FTL Dizayn va muhandislik studiyasi va Devid Geyger.

Qat'iy texnologik taraqqiyot mato bilan yopilgan inshootlarning mashhurligini oshirdi. Materiallarning past og'irligi qurilishni standart dizaynlarga qaraganda osonlashtiradi va arzonlashtiradi, ayniqsa keng maydonlarni qoplash kerak bo'lganda.

Muhim kuchlanish a'zolari bo'lgan tuzilish turlari

Lineer tuzilmalar

• Asma ko'priklar
• Draplangan kabellar
• Kabel nurlar yoki trusslar
• Kabel trusslari
• To'g'ri kuchlanishli kabellar

Uch o'lchovli tuzilmalar

• Velosiped g'ildiragi (gorizontal yo'nalishda tom sifatida foydalanish mumkin)
• 3D kabel trusslari
• Ziddiyat tuzilmalar

Yuzaki kuchlanishli inshootlar

• Oldindan stresslangan membranalar
• Pnevmatik stressli membranalar
• Panjara
• Mato tuzilishi

Kabel va membranali tuzilmalar

Dunyoda birinchi po'lat membrana tomi va panjarali po'latdir qobiq ichida Shuxov Rotunda, Rossiya, 1895

Membran materiallari

Ikki marta kavisli mato tuzilmalari uchun keng tarqalgan materiallar PTFE - qoplangan shisha tola va PVX - qoplangan polyester. Bu turli yo'nalishlarda turli xil kuchga ega bo'lgan to'qilgan materiallar. The çözgü tolalar (dastlab tekis bo'lgan tolalar - to'quv dastgohidagi boshlang'ich tolalarga teng) to'quv yoki tolali tolalar orasida to'qilgan plomba tolalari.

Boshqa tuzilmalar foydalanadi ETFE yaxshi izolyatsiya xususiyatlarini ta'minlash yoki estetik ta'sir ko'rsatish uchun plyonkani bir qatlamli yoki yostiq shaklida (puflash mumkin) Allianz Arena yilda Myunxen ). ETFE yostiqchalari, shuningdek, har xil darajadagi puflaganda yorug'likning turli darajalarini o'tkazib yuborish uchun naqshlar bilan ishlangan bo'lishi mumkin.

Kunduzi, mato membranasi shaffofligi yumshoq tarqalgan va tabiiy yoritilgan bo'shliqlarni taklif qiladi, tunda esa sun'iy yoritish yordamida atrofdagi tashqi lyuminesans hosil bo'ladi. Ular ko'pincha strukturaviy ramka tomonidan qo'llab-quvvatlanadi, chunki ular o'zlarining kuchlarini er-xotin egrilikdan olishlari mumkin emas.^[2]

To'liq taranglikda ishlaydigan oddiy osma ko'prik

Kabellar

Kabellar bo'lishi mumkin yumshoq po'lat, yuqori quvvatli po'lat (chizilgan uglerodli po'lat), zanglamaydigan po'lat, polyester yoki aramid tolalari. Strukturaviy kabellar bir-biriga o'ralgan yoki bog'langan bir nechta kichik iplardan yasalgan bo'lib, ular ancha katta simi hosil qiladi. Chelik kabellar - bu spiral simli, bu erda dumaloq novdalar bir-biriga o'ralgan va polimer yordamida "yopishtirilgan" yoki qulflangan spiral simli, bu erda bir-biriga bog'langan po'lat simlar kabelni hosil qiladi (ko'pincha spiral simli yadro bilan).

Spiral ip, qulflangan spiral ipdan biroz kuchsizroq. Chelik spiral simli kabellar a ga ega Yosh moduli, E 150 ± 10 kN / mm² (yoki 150 ± 10) GPa ) va diametri 3 dan 90 mm gacha bo'lgan o'lchamlarga ega.^{[iqtibos kerak ]} Spiral ip konstruktsiyaning cho'zilishidan aziyat chekadi, bu erda simni yuklaganda iplar ixchamlashadi. Odatda bu kabelni oldindan cho'zish va yukni velosipedda maksimal tortishish yukining 45% gacha ko'tarish orqali olib tashlanadi.

Qulflangan lasan tolasi odatda 160 ± 10 kN / mm² Young moduliga ega va diametri 20 mm dan 160 mm gacha.

Turli xil materiallarning individual iplari xususiyatlari UTS joylashgan quyidagi jadvalda keltirilgan oxirgi tortishish kuchi yoki uzilish yuki:

Strukturaviy shakllar

Havo bilan ta'minlangan inshootlar mato konvertini faqat bosimli havo qo'llab-quvvatlaydigan qisish tuzilmalarining bir shakli.

Mato tuzilmalarining aksariyati o'zlarining kuchlarini ikki baravar egri shakllaridan oladi. Ikki egrilikni olishga majbur qilish orqali matoning yutuqlari etarli bo'ladi qattiqlik unga duchor bo'lgan yuklarga dosh berish uchun (masalan.) shamol va qor yuklar). Ikki marta egri shaklni yaratish uchun ko'pincha matoni yoki uning qo'llab-quvvatlovchi tuzilishini oldindan ko'rsatish yoki oldindan belgilash kerak.

Shakllarni topish

O'z kuchiga erishish uchun prestressga bog'liq bo'lgan tuzilmalarning xatti-harakatlari chiziqli emas, shuning uchun 1990-yillarga qadar juda oddiy kabeldan boshqa narsalarni loyihalash juda qiyin bo'lgan. Ikki marta egri mato konstruktsiyalarini loyihalashning eng keng tarqalgan usuli bu oxirgi binolarning xatti-harakatlarini tushunish va shakl topish mashqlarini o'tkazish uchun masshtabli modellarni qurish edi. Bunday masshtabli modellarda paypoq materiallari yoki taytlar yoki sovunli plyonkalar ko'pincha ishlatilgan, chunki ular o'zlarini konstruktiv matolarga juda o'xshash tutishadi (ular qirqishni ko'tarolmaydilar).

Sovun plyonkalari har tomonda bir xil stressga ega va yopiq chegara hosil bo'lishini talab qiladi. Ular tabiiy ravishda minimal sirt hosil qiladi - minimal maydonga ega va minimal energiyani o'zida mujassam etgan shakl. Ammo ularni o'lchash juda qiyin. Katta film uchun uning vazni uning shakliga jiddiy ta'sir qilishi mumkin.

Ikki yo'nalishda egri chiziqli membrana uchun muvozanatning asosiy tenglamasi:

${ displaystyle w = { frac {t_ {1}} {R_ {1}}} + { frac {t_ {2}} {R_ {2}}}}$

qaerda:

• R₁ va R₂ sovun plyonkalari uchun egrilikning asosiy radiuslari yoki matolar uchun shpil va to'quv yo'nalishlari
• t₁ va t₂ tegishli yo'nalishlardagi keskinliklar
• w kvadrat metrga tushadigan yuk

Chiziqlari asosiy egrilik burilishga ega bo'lmang va asosiy egrilikning boshqa chiziqlarini to'g'ri burchak ostida kesib oling.

A geodezik yoki geodezik chiziq odatda sirtdagi ikki nuqta orasidagi eng qisqa chiziqdir. Ushbu chiziqlar odatda chiqib ketish naqshini belgilashda ishlatiladi. Bu ularning tekislikdagi matolarni hosil qilgandan keyin nisbatan tekisligi bilan bog'liq bo'lib, natijada mato past darajada isrof bo'ladi va mato to'qilishi bilan yaqinroq hizalanadi.

Oldindan stresslangan, ammo yuklanmagan yuzada w = 0, demak ${ displaystyle { frac {t_ {1}} {R_ {1}}} = - { frac {t_ {2}} {R_ {2}}}}$.

Sovun plyonkasida taranglik ikkala yo'nalishda ham bir xil bo'ladi, shuning uchun R₁ = −R₂.

Endi kuchli ishlatish mumkin chiziqli emas raqamli tahlil dasturlar (yoki cheklangan elementlarni tahlil qilish ) mato va kabel inshootlarini topish va loyihalash uchun. Dasturlar katta og'ishlarga yo'l qo'yishi kerak.

Mato strukturasining yakuniy shakli yoki shakli quyidagilarga bog'liq:

• matoning shakli yoki naqshidir
• qo'llab-quvvatlovchi strukturaning geometriyasi (ustunlar, kabellar, uzuklar va boshqalar kabi)
• matoga yoki uni qo'llab-quvvatlovchi tuzilishga tatbiq etilish

Giperbolik paraboloid

Oxirgi shaklga yo'l qo'ymaslik muhimdir suv havzasi suv, chunki bu membranani deformatsiyalashi va butun tuzilishdagi mahalliy ishlamay qolishi yoki izchil etishmovchiligiga olib kelishi mumkin.

Qorni tushirish membrana tuzilishi uchun jiddiy muammo bo'lishi mumkin, chunki qor ko'pincha strukturadan suv oqishi kabi oqmaydi. Masalan, bu o'tmishda (vaqtinchalik) qulashiga sabab bo'lgan Xubert H. Xamfri Metrodom, havo bilan shishirilgan inshoot Minneapolis, Minnesota. Ba'zi tuzilmalar moyil suv havzasi ular ustiga tushadigan qorni eritish uchun isitishni ishlating.

Egarning shakli

Ikki xil egri shakllar juda ko'p, ularning ko'plari maxsus matematik xususiyatlarga ega. Ikki marta kavisli bo'lgan eng asosiy narsa egar shakli bo'lib, u a bo'lishi mumkin giperbolik paraboloid (barcha egar shakllari giperbolik paraboloidlar emas). Bu ikki baravar boshqariladigan sirt va ko'pincha ikkalasida ham engil qobiq tuzilmalarida qo'llaniladi (qarang) giperboloid tuzilmalar ). Haqiqiy boshqariladigan yuzalar qisqarish konstruktsiyalarida kamdan-kam uchraydi. Boshqa shakllar antiklastik egarlar, turli xil radial, konusning chodir shakllari va ularning har qanday kombinatsiyasi.

Oldindan ozod qilish

Oldindan ozod qilish har qanday og'irlik yoki yuk ko'tarilishi bilan bir qatorda, strukturaviy elementlarda sun'iy ravishda qo'zg'atilgan kuchlanish. Odatda juda moslashuvchan strukturaviy elementlarning barcha mumkin bo'lgan yuklar ostida qattiq turishini ta'minlash uchun foydalaniladi^[3][4].

Oldindan namoyish qilishning kunlik namunasi poldan shiftgacha o'tadigan simlar tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan tokchali qismdir. Simlar javonlarni ushlab turadi, chunki ular taranglashadi - agar simlar sust bo'lsa, tizim ishlamaydi.

Pretensiyani membranaga uning chekkalarini cho'zish yoki uni qo'llab-quvvatlovchi kabellarni oldinga surish va shu bilan shaklini o'zgartirish orqali qo'llash mumkin. Amalga oshirilgan pretenziya darajasi membrana strukturasining shaklini belgilaydi.

Shakllarni qidirishning alternativ usuli

Shakllarni qidirishda muammolarni hal qilishda muqobil taxminiy yondashuv tarmoq-tugunli tizimning umumiy energiya balansiga asoslangan. Jismoniy ma'nosi tufayli ushbu yondashuv Stretched Grid Method (SGM).

Kabellarning oddiy matematikasi

Transversal va bir xil yuklangan simi

Ikkala tayanch oralig'ida bir tekis yuklangan simi a orasidagi egri chiziq hosil qiladi kateteriya egri chiziq va a parabola. Soddalashtiruvchi taxminga ko'ra, u aylana yoyiga (radiusga) yaqinlashadi R).

By muvozanat:

Gorizontal va vertikal reaktsiyalar:

${ displaystyle H = { frac {wS ^ {2}} {8d}}}$

${ displaystyle V = { frac {wS} {2}}}$

By geometriya:

Kabelning uzunligi:

${ displaystyle L = 2R arcsin { frac {S} {2R}}}$

Kabeldagi kuchlanish:

${ displaystyle T = { sqrt {H ^ {2} + V ^ {2}}}}$

O'zgartirish bilan:

${ displaystyle T = { sqrt { chap ({ frac {wS ^ {2}} {8d}} o'ng) ^ {2} + chap ({ frac {wS} {2}} o'ng) ^ {2}}}}$

Kuchlanish shuningdek quyidagilarga teng:

${ displaystyle T = wR}$

Yuklanganidan keyin kabelning kengaytmasi (dan.) Guk qonuni, bu erda eksenel qattiqlik, k, ga teng ${ displaystyle k = { frac {EA} {L}}}$):

${ displaystyle e = { frac {TL} {EA}}}$

qayerda E bo'ladi Yosh moduli kabelning va A uning tasavvurlaridir maydon.

Agar dastlabki sinov bo'lsa, ${ displaystyle T_ {0}}$ kabelga qo'shiladi, kengaytma quyidagicha bo'ladi:

${ displaystyle e = L-L_ {0} = { frac {L_ {0} (T-T_ {0})} {EA}}}$

Yuqoridagi tenglamalarni birlashtirish quyidagilarni beradi:

${ displaystyle { frac {L_ {0} (T-T_ {0})} {EA}} + L_ {0} = { frac {2T arcsin left ({ frac {wS} {2T}} o'ng)} {w}}}$

Ushbu tenglamaning chap tomonini qarshi chizish orqali T, va o'ng tomonni xuddi shu o'qlar ustiga chizish, shuningdek qarshi T, kesishma ma'lum bir yuk uchun kabelda haqiqiy muvozanat kuchlanishini beradi w va ma'lum bir taqlid ${ displaystyle T_ {0}}$.

Markaziy nuqta yuki bo'lgan simi

Yuqoridagi shunga o'xshash echimni quyidagi hollarda olish mumkin:

Muvozanat bo'yicha:

${ displaystyle W = { frac {4Td} {L}}}$

${ displaystyle d = { frac {WL} {4T}}}$

Geometriya bo'yicha:

${ displaystyle L = { sqrt {S ^ {2} + 4d ^ {2}}} = { sqrt {S ^ {2} +4 chap ({ frac {WL} {4T}} o'ng) ^ {2}}}}$

Bu quyidagi munosabatlarni beradi:

${ displaystyle L_ {0} + { frac {L_ {0} (T-T_ {0})} {EA}} = { sqrt {S ^ {2} +4 chap ({ frac {W ( L_ {0} + { frac {L_ {0} (T-T_ {0})} {EA}})} {4T}} o'ng) ^ {2}}}}$

Oldingi kabi, tenglamaning chap va o'ng tomonlarini keskinlikka qarshi chizish, T, ma'lum bir da'vo uchun muvozanat kuchlanishini beradi, ${ displaystyle T_ {0}}$ va yuk, V.

Kabelning kuchlanishli tebranishlari

Asosiy tabiiy chastota, f₁ kuchlanish kabellari:

${ displaystyle f_ {1} = { frac { sqrt { chap ({ frac {T} {m}} o'ng)}} {2L}}}$

qayerda T = kuchlanish Nyutonlar, m = massa kilogramm va L = uzunlik.

Taniqli tuzilmalar

• Shuxov Rotunda, Rossiya, 1896
• Kanada joyi, Vankuver, Britaniya Kolumbiyasi uchun Expo '86
• Yoyogi milliy gimnaziyasi tomonidan Kenzo Tange, Yoyogi bog'i, Tokio, Yaponiya
• Ingalls Rink, Yel universiteti tomonidan Eero Saarinen
• Xon Shatiri Ko'ngilochar Markazi, Nur-Sulton, Qozog'iston
• Tropikana dalasi, Sankt-Peterburg, Florida
• Olimpiapark, Myunxen tomonidan Frei Otto
• Sidney Myer Music Bowl, Melburn
• O₂ (avval Millennium Dome ), London tomonidan Buro Xappold va Richard Rojers bilan hamkorlik
• Denver xalqaro aeroporti, Denver
• Dorton Arena, Rali
• Jorjiya gumbazi, Atlanta, Gruziya tomonidan Heery va Weidlinger Associates (2017 yilda buzilgan)
• Grantli Adams xalqaro aeroporti, Masih cherkovi, Barbados
• Pengrowth Saddledome, Kalgari tomonidan Graham McCourt Architects va Yan Bobrowski va uning sheriklari
• Skandinaviya, Gyoteborg, Shvetsiya
• Gonkong qirg'oqlarini himoya qilish muzeyi
• Modernizatsiya qilish Markaziy temir yo'l stantsiyasi, Sofiya, Bolgariya
• Redbird Arena, Illinoys shtati universiteti, Normal, Illinoys
• Qaytib olinadigan soyabonlar, Al-Masjid an-Nabaviy, Madina, Saudiya Arabistoni
• Killesberg minorasi, Shtutgart

Taniqli valentlik inshootlari galereyasi

• 

  Tomning qisish inshootlari tomonidan Frei Otto ning Olimpiapark, Myunxen

• 

  The Millennium Dome (hozirda O₂), London, tomonidan Buro Xappold va Richard Rojers

• 

  Denver xalqaro aeroporti Terminal

• 

  The THTR-300 kabel tarmog'i quruq sovutish minorasi, giperboloid tuzilishi tomonidan Schlaich Bergermann & Hamkor

• 

  Shtutgartdagi Killesberg minorasi Schlaich Bergermann sherigi

• 

  Jorjiya gumbazi yilda Atlanta

• 

  Oldidagi katta tortib olinadigan soyabonlar Madinadagi Payg'ambar alayhissalomning masjidi tomonidan SL Rasch GmbH maxsus va engil tuzilmalari

• 

  Kunduzgi kompyuter ko'rsatish ning Xon Shatir ko'ngilochar markazi, dunyodagi eng yuqori kuchlanish tuzilishi

Tasniflash raqamlari

The Qurilish texnikasi instituti (CSI) va qurilish texnik xususiyatlari Kanada (CSC), MasterFormat 2018 yil nashr, 05 va 13-bo'lim:

• 05 16 00 - Strukturaviy kabel yotqizish
• 05 19 00 - kuchlanish tayoqchasi va kabel truss yig'ilishlari

• 13 31 00 - mato konstruktsiyalari
• 13 31 23 - kuchlanishli mato tuzilmalari
• 13 31 33 - ramkali mato konstruktsiyalari

CSI / CSC MasterFormat 1995 yil nashr:

• 13120 - Kabel bilan qo'llab-quvvatlanadigan tuzilmalar
• 13120 - mato konstruktsiyalari

Shuningdek qarang

• Bakminster Fuller
• Gauss egriligi
• Geodezik gumbaz
• Geodeziya
• Giperboloid tuzilishi
• Karlis Johansons
• Kennet Snelson
• Asma ko'prik
• Taranglik
• Ziddiyat
• Arqon

Adabiyotlar

Qo'shimcha o'qish

• "Nijni-Novgorod ko'rgazmasi: suv minorasi, qurilayotgan xona, 91 metr uzunlikdagi buloq", "Muhandis", № 19.3.1897, P.292-294, London, 1897 y.
• Xorst Berger, Yengil inshootlar, yorug'lik tuzilmalari: valentlik me'morchiligi san'ati va muhandisligi (Birkhäuser Verlag, 1996) ISBN  3-7643-5352-X
• Alan Xolgeyt, Strukturaviy muhandislik san'ati: Yorg Shlaich va uning jamoasi ishi (Britaniya kitoblari, 1996) ISBN  3-930698-67-6
• Elizabet Kuper inglizcha: "Arxitektura i mnimosti": Rossiyaning mistik-falsafiy va matematik intellektual an'analarida Sovet avangard ratsionalistik me'morchiligining kelib chiqishi ", me'morchilik bo'yicha dissertatsiya, 264 p., Pensilvaniya universiteti, 2000 yil.
• "Vladimir G. Suchov 1853–1939. Die Kunst der sparsamen Konstruktion.", Rainer Graefe, Jos Tomlow und andere, 192 S., Deutsche Verlags-Anstalt, Shtutgart, 1990, ISBN  3-421-02984-9.

• Konrad Roland: Frei Otto - Spannweiten. Leichtbau Ideen und Versuche zum. Ein Verkstattbericht fon Konrad Roland. Ullstein, Berlin, Frankfurt / Main und Wien 1965 yil.
• Frei Otto, Bodo Rasch: Formani topish - Minimal me'morchilik tomon, nashr Axel Menges nashri, 1996, ISBN  3930698668
• Nerdinger, Uinfrid: Frei Otto. Das Gesamtverk: Leyx Bauen Natürlich Gestalten, 2005 yil, ISBN  3-7643-7233-8