 |
Выше мы говорили о значении формы в становлении конструктивных свойств объектов живого мира.
Разнообразны в поперечнике очертания стеблей растений: это круглые, овальные, квадратные, простые и с вспарушенными углами, звездчатые, выпуклые, многоугольные и тому подобные формы (рис. 11). Их поверхность может быть гладкой, граненой, каннелированной.
Формы стеблей растений и стволов деревьев в продольном обводе также разнообразны. Стволы деревьев в общем древостое могут иметь цилиндрическую форму, при расположении на открытом пространстве — кегле-образную форму, в средних условиях — параболическую.
Рис. 12. Пружинящий фундамент, аналогичный корневой системе дерева. Автор — канд. техн. наук В.Г. Рис. 11. Стебель растения (борщевика). Общий вид в препарированном состоянии (фото Ю.С. Лебедева) Рис. 10. Структура ствола дерева. Аксонометрия
Разрез; план 7 — опорная плита; 2 — опора; 3 — радиальные несущие ванты; 4 — стабилизирующие ванты
В связи с лействием силы тяжести, гравитации и
метровых нагрузок, как правило, форма ствола дерева расширяется книзу, придавая ему большую устойчивость. Такую же форму , в результате инженерных расчетов приобретают и многие наши сооружения, т.е. здесь мы наблюдаем действие закона "устойчивого конуса".
Серьезное значение приобретает для строительства в особых условиях (районах, подверженных действию сильных разнонаправленных ветров, землятре-сений и т.д.) природный принцип пружинности, эластичности, демпфирования. Проявление этого принципа в различных видах мы наблюдаем и в строении позвоночного столба человека, и в стволах деревьев, и в стеблях растений.
В нижней зоне ствол дерева характеризуется не только большим диаметром, а следовательно, и существенным увеличением момента сопротивления ветровым нагрузкам, но и наличием большой массы затвердевших тканей, обеспечивающих несущую способность нижней части ствола при работе на сжатие с изгибом. К вершине дерева ткани становятся более жизнедеятельными и более эластичными. При действии ветровых нагрузок верхняя часть стволов деревьев, эластично прогибаясь.
Рис. 13. Пружинящий каркас высотного здания. Конструкция каркаса; общий вид; поперечный разрез. Автор канд. техн. наук В.Г. Корнилов
/ — колонны; 2 — стержни; 3 — крестовая решетка, образуемая продольными предварительно-напряженными вантами; 4 — перекрытия или диафрагмы; 5 — жесткие или включающиеся связи; 6 — траверса; 7 — фундамент
Если бы не гибкость верхней части стволов, то из-за большой парусности крон деревьев стволы и корни-особенно у высоких деревьев -не смогли бы выдержать большие изгибающие моменты от действия ветровых нагрузок.
В 1921 г. советский архитектор А.М.Лавинский предложил проект идею дома-квартала на рессорах.
В наше время инженер-архитектор Ф.Отто сконструировал модель колокольни, состоящей из отдельных элементов (подобных позвонкам позвоночного столба человека или междоузлиям стеблей растений), соединенных шарнирно по вертикали. Предварительное напряжение, создаваемое системой вант, подобных мышцам, связало их воедино и превратило в пружинящую мгновенно-жесткую стержневантовую систему.
Интересно решение пружинящей конструкции высотного здания и фундамента в наше время создал канд. техн.наук В.Г. Корнилов. Стволы деревьев, (например, ели) часто как бы покоятся на разветвленных корнях, которые при этом, располагаясь недалеко от поверхности земли, формируют собой сложную пружинящую систему. Элементы этой системы — корни — работают на растяжение, а вместе с грунтом — как монолитная конструкция. В данном конструктивном предложении используется этот принцип (рис, 12).
Целью предложения является улучшение использования несущей способности грунта основания и прочностных свойств элементов фундамента. Достигается это тем, что ванты образуют пояса, один из которых обращен выпуклостью вниз, а другой — выпуклостью вверх. Кроме того, для обеспечения безмоментности опорной плиты от основных видов нагрузки форма опорной плиты в плане соответствует очертанию многоугольника сил от действия системы вант.
Фундамент башенного сооружения включает опорную плиту (1) и прикрепленную к ней и к сооружению систему радиальных вант (2), образующих пояса, нижние из которых (3) являются несущими, а верхние (4) — стабилизирующими. Плита совместно с системой вант представляет двухпоясную Байтовую ферму. Опорная плита (1) воспринимает нагрузки от сооружения и передает их на грунт основания фундамента. В статическом отношении опорная плита (1) загружена усилиями вант — центральным полем сил и работает от основных видов
нагрузок на центральное сжатие. Конструктивно плиту выполняют из материала, хорошо работающего на сжатие (например, из железобетона); она может иметь в поперечном сечении прямоугольную, трапециевидную, тавровую и другую форму в зависимости от конкретных условий. Очертание оси (5) опорной плиты в плане определяется характеристиками силового поля, создаваемого несущими (3) и стабилизирующими (4) вантами. Ось 15) плиты (1J может либо иметь ломаное очертание либо при достаточно большом числе вант быть очерченной по плавной кривой, например по окружности. Для закрепления в кольце несущих (3) и стабилизирующих (4) вант предусматривают устройство отверстий либо выпусков арматуры и т.п.
Несущие ванты (3) передают вес сооружения на опорную плиту (1) и являются растянутыми элементами. Стабилизирующие ванты (4) объединяют конструкцию в неизменную пространственную систему, способную воспринимать изгибающие моменты от сооружения, что достигается предварительным натяжением конструкции в случае необходимости. Несущие и стабилизирующие ванты заанкеривают в опорной плите и в сооружении, где с этой целью также предусматривают устройство отверстий либо выпусков арматуры и т.п. Связи, являясь растянутыми элементами, могут быть изготовлены из стержневой, пучковой либо тросовой арматуры. Если требуется, они могут быть обетонированы и предварительно напряжены.
В стебле растения мягкие ткани сердцевины растут быстрее, чем его более жесткая оболочка. В результате возникает предварительно напряженная конструкция: осевая часть стебли стремится растянуться, а оболочка стебля, препятствуя этому, старается сжаться. Чем выше напряжения, тем устойчивее и прочнее становится конструкция (до определенного предела) .
Другой интересный принцип живой природы — это пружинящие волокна стеблей растений, проходящие вдоль него по периферии. Этот принцип стал основой для разработки каркаса высотного здания или иного башенного сооружения (рис.13).
Цель настоящего решения — повышение уровня использования прочностных свойств каркаса. Достигаетсяоно тем, что в каркасе высотного здания (или башенного сооружения), включающем колонны, объединенные в
неизменяемую систему стержнями решетки, предварительно напряженные ванты, закрепленные в верхней диафрагме и в фундаменте и опирающиеся на ванты перекрытия и промежуточные диафрагмы, колонньг расположены в плане в углах выпуклого много-
угольника, и их продольная ось имеет полигональное или криволинейное очертание с выпуклостью наружу каркаса, причем часть перекрытия соединена с колоннами жесткими или включающимися связями. Кроме того, возможно выполнение каркаса из секций, причем напрягаемые ванты закреплены в смежных диафрагмах.
Вследствие искривленности колонн при предварительном напряжении вантовых элементов в стержнях решетки возникают растягивающие усилия, обеспечивающие неизменяемость каркаса, в котором отсутствуют внецентренно-сжатые элементы. Это обеспечивает меньший удельный расход материалов на каркас по сравнению с известными конструкциями.
К колоннам (1) крепятся стержни (2) крестовой решетки, которые обеспечивают неизменяемость каркаса при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Продольные напрягающие ванты (3) закреплены на траверсе (6) и в фундаменте (7). На ванты опираются перекрытия или диафрагмы (4), некоторые из которых могут быть соединены с колоннами жесткими или включающимися связями (S).
|
.
страницы: |
рaдизайн
© 2005 
, ссылайтесь... 
