Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тек кернеуде жұмыс істейтін мүшелері бар құрылым.
Structure whose members are only in tension
Құрылымдық инженерияда кернеулі құрылым – қысылу немесе иілусіз, тек кернеуді қабылдайтын элементтерден тұратын конструкция. Кернеулі терминін кернеулікпен шатастырмау керек, кернеулік – кернеу және қысылу элементтерінің екеуі де болатын құрылымдық форма. Кернеулі құрылымдар – жұқа қабықшалы құрылымдардың ең көп таралған түрі. Көптеген кернеулі құрылымдар мачталар (мысалы, бұрынғы Милленниум күмбезі ретінде белгілі The O2), қысым сақиналары немесе арқалықтар сияқты қысылу немесе иілу элементтеріне тіреледі. Кернеулі мембраналық құрылым көбінесе шатыр ретінде қолданылады, себебі олар үлкен аралықтарды экономикалық және эстетикалық тұрғыдан тиімді жабуға мүмкіндік береді. Кернеулі мембраналық құрылымдар толыққанды ғимараттар ретінде де қолданылуы мүмкін, олардың кең таралған қолданылу аймақтарына спорттық нысандар, қоймалар және сақтау ғимараттары, сондай-ақ көрме залдары жатады.
In structural engineering, a tensile structure is a construction of elements carrying only tension and no compression or bending. The term tensile should not be confused with tensegrity, which is a structural form with both tension and compression elements. Tensile structures are the most common type of thin shell structures. Most tensile structures are supported by some form of compression or bending elements, such as masts (as in The O2, formerly the Millennium Dome), compression rings or beams. A tensile membrane structure is most often used as a roof, as they can economically and attractively span large distances. Tensile membrane structures may also be used as complete buildings, with a few common applications being sports facilities, warehousing and storage buildings, and exhibition venues.
Тарих
Құрылыстың бұл түрі жиырмасыншы ғасырдың соңғы бөлігінде ғана үлкен құрылыстарда қатаң талдаудан өтіп, кеңінен таралды. Тартылатын құрылымдар шатырларда ұзақ уақыттан бері қолданылып келеді, онда жіп арқандары мен шатыр тіректері матаға алдын ала кернеу беріп, жүктемелерге төтеп тұруға мүмкіндік жасайды. Ресейлік инженер Владимир Шухов тартылатын құрылымдардың, қабықшалар мен мембраналардың кернеуі мен деформациясын есептеудің практикалық әдістерін алғаш рет әзірледі. Шухов 1896 жылғы Нижний Новгород жәрмеңкесі үшін сегіз тартылатын және жұқа қабықшалы құрылымдардан тұратын көрме павильондарын жобалады, олардың жалпы ауданы 27 000 шаршы метрді құрады. Мембранамен жабылған тартылатын құрылымды кең ауқымда пайдаланудың соңғы мысалы – 1958 жылы салынған Сидни Майер музыкалық аймағы. Антонио Гауди бұл ұғымды керісінше қолданып, Колония Гелл шіркеуі үшін тек қысылыс күшімен жұмыс істейтін құрылымды жасады. Ол шіркеудің керілген моделін жасап, қысым күштерін есептеу және бағаналар мен күмбездердің геометриясын тәжірибелік жолмен анықтады. Бұл идеяны кейін неміс архитектор және инженері Фрай Отто жақтады, ол алғаш рет Монреальдегі Expo 67 көрмесіндегі Батыс Германия павильонының құрылысында қолданды. Отто бұл идеяны 1972 жылғы Мюнхенде өткен жазғы Олимпиада ойындары үшін Олимпиада стадионының шатырына да қолданды. 1960 жылдан бері тартылатын құрылымдарды Ove Arup, Buro Happold, Walter Bird (Birdair, Inc.), Frei Otto, Mahmoud Bodo Rasch, Eero Saarinen, Horst Berger, Matthew Nowicki, Jörg Schlaich, FTL Design & Engineering Studio-дағы Николас Голдсмит пен Тодд Далланд және Дэвид Гейгер сияқты дизайнерлер мен инженерлер насихаттады. Технологиялық прогресс матамен жабылған шатырлардың танымалдылығын арттырды. Материалдардың жеңіл салмағы құрылысты стандартты жобаларға қарағанда оңай және арзан жасайды, әсіресе үлкен ашық кеңістіктерді жабу қажет болғанда.
This form of construction has only become more rigorously analyzed and widespread in large structures in the latter part of the twentieth century. Tensile structures have long been used in tents, where the guy ropes and tent poles provide pre tension to the fabric and allow it to withstand loads. Russian engineer Vladimir Shukhov was one of the first to develop practical calculations of stresses and deformations of tensile structures, shells and membranes. Shukhov designed eight tensile structures and thin shell structures exhibition pavilions for the Nizhny Novgorod Fair of 1896, covering the area of 27,000 square meters. A more recent large scale use of a membrane covered tensile structure is the Sidney Myer Music Bowl, constructed in 1958. Antonio Gaudi used the concept in reverse to create a compression only structure for the Colonia Guell Church. He created a hanging tensile model of the church to calculate the compression forces and to experimentally determine the column and vault geometries. The concept was later championed by German architect and engineer Frei Otto, whose first use of the idea was in the construction of the West German pavilion at Expo 67 in Montreal. Otto next used the idea for the roof of the Olympic Stadium for the 1972 Summer Olympics in Munich. Since the 1960s, tensile structures have been promoted by designers and engineers such as Ove Arup, Buro Happold, Walter Bird of Birdair, Inc., Frei Otto, Mahmoud Bodo Rasch, Eero Saarinen, Horst Berger, Matthew Nowicki, Jörg Schlaich, the duo of Nicholas Goldsmith & Todd Dalland at FTL Design & Engineering Studio and David Geiger. Steady technological progress has increased the popularity of fabric roofed structures. The low weight of the materials makes construction easier and cheaper than standard designs, especially when vast open spaces have to be covered.
Мембраналық материалдар
Екі есе иілген мата құрылымдарының көп қолданылатын материалдары – ПТФЕ жабынталған шыны талшығы және ПВХ жабынталған полиэстер. Бұл әртүрлі бағыттарда әртүрлі күшке ие тоқылған материалдар. Сызықты талшықтар (тоқыма станогындағы бастапқы талшықтар сияқты, бастапқыда түзу болып келетін) көлденең талшықтарға қарағанда үлкен жүктемеге төтеп бере алады, ал көлденең талшықтар сызықты талшықтардың арасына тоқылады. Басқа құрылымдар ETFE пленкасын жеке қабат ретінде немесе жастықша түрінде пайдаланады (жақсы жылу оқшаулау қасиеттерін қамтамасыз ету үшін немесе Мюнхендегі Allianz Arena стадионындағыдай, эстетикалық әсер үшін ісіріледі). ETFE жастықшалары әртүрлі деңгейде ісірілгенде әртүрлі мөлшерде жарық өткізетіндей етіп өрнектермен ойылып жасалуы мүмкін. Күндіз мата мембранасының жартылай өткізгіштігі табиғи жарықпен жұмсақ, тараған кеңістіктерді қамтамасыз етеді, ал түнінде жасанды жарықтандыру амбиенттік сыртқы жарық беру үшін қолданылуы мүмкін. Олар көбінесе құрылымдық каркаспен қолдауға алынады, себебі олар қос қисықтықтан күшін ала алмайды.
Common materials for doubly curved fabric structures are PTFE coated fiberglass and PVC coated polyester. These are woven materials with different strengths in different directions. The warp fibers (those fibers which are originally straight—equivalent to the starting fibers on a loom) can carry greater load than the weft or fill fibers, which are woven between the warp fibers. Other structures make use of ETFE film, either as single layer or in cushion form (which can be inflated, to provide good insulation properties or for aesthetic effect—as on the Allianz Arena in Munich). ETFE cushions can also be etched with patterns in order to let different levels of light through when inflated to different levels. In daylight, fabric membrane translucency offers soft diffused naturally lit spaces, while at night, artificial lighting can be used to create an ambient exterior luminescence. They are most often supported by a structural frame as they cannot derive their strength from double curvature.
Құрылымдық нысандар
Ауамен тігілген құрылымдар – бұл тек қана қысыммен толтырылған ауамен тігілген мата қабығына негізделген тартылыс конструкциясының бір түрі. Маталық құрылымдардың көпшілігі өз күшін екі рет иілісқан пішінінен алады. Матаны екі рет қисық пішінге келтіру арқылы, матаға жүктемелерге (мысалы, жел және қар жүктемелеріне) қарсы тұру үшін жеткілікті қатаңдық беріледі. Қажетті екі рет иілісқан пішінге қол жеткізу үшін көбінесе матаның немесе оның тіреу құрылымының алдын ала керілуі немесе сығуы қажет.
Air supported structures are a form of tensile structures where the fabric envelope is supported by pressurised air only. The majority of fabric structures derive their strength from their doubly curved shape. By forcing the fabric to take on double curvature the fabric gains sufficient stiffness to withstand the loads it is subjected to (for example wind and snow loads). In order to induce an adequately doubly curved form it is most often necessary to pretension or prestress the fabric or its supporting structure.
Талап ету
Алдын ала кернеу – бұл құрылымдық элементтердің өз салмағына немесе сыртқы жүктемелерге қоса, жасанды түрде туындатылатын қосымша кернеу. Ол әдетте өте икемді құрылымдық элементтердің кез келген жүктеме астында берік болуын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Күнделікті мысал ретінде, еденнен төбеге дейін созылған сымдармен бекітілген сөрелерді келтіруге болады. Сымдар сөрелерді орнында ұстайды, себебі олар керілген. Егер сымдар босаң болса, жүйе жұмыс істемейді. Алдын ала кернеу мембранаға оның жиектерінен созу арқылы немесе оны қолдаушы кабельдерді кернеу арқылы қолданылуы мүмкін, осылайша оның пішіні өзгеруі мүмкін. Қолданылатын алдын ала кернеудің деңгейі мембраналық құрылымның пішінін анықтайды.
Pretension is tension artificially induced in the structural elements in addition to any self weight or imposed loads they may carry. It is used to ensure that the normally very flexible structural elements remain stiff under all possible loads. A day to day example of pretension is a shelving unit supported by wires running from floor to ceiling. The wires hold the shelves in place because they are tensioned – if the wires were slack the system would not work. Pretension can be applied to a membrane by stretching it from its edges or by pretensioning cables which support it and hence changing its shape. The level of pretension applied determines the shape of a membrane structure.
Форманы табудың баламалы тәсілі
Форманы табу мәселесін шешуге арналған баламалы, жуықталған тәсіл желілік түйіндер жүйесінің жалпы энергия тепе-теңдігіне негізделген. Физикалық мағынасына байланысты, бұл тәсіл созылған тор әдісі (SGM) деп аталады.
The alternative approximated approach to the form finding problem solution is based on the total energy balance of a grid nodal system. Due to its physical meaning this approach is called the stretched grid method (SGM).