ТЕКТОНИКА АРХИТЕКТУРНЫХ И ПРИРОДНЫХ ФОРМ . Архи.всЁ

Архивная версия / archive version:

Проект «Архи всЁ» переехал на сайт www.cih.ru
This project was moved to the www.cih.ru

данная версия не обновляется и может быть недоступной через некоторое время

^{см. также: СНиПы | Архитектура | Модерн | Новости | Строительство}

Вы можете найти необходимую информацию на сайте cih.ru / You can find the necessary information on the cih.ru website:

index / архи.всё -> архи . бионика
ТЕКТОНИКА АРХИТЕКТУРНЫХ И ПРИРОДНЫХ ФОРМ

С увеличением силы Р или уменьшением веса О в конструкции будет расти упругая энергия деформации. Свойство конструкций накапливать возможно больш количество упругой энергии деформации повышает i несущую способность. Такой конструкцией и являет предложенное в 1980 г. инженерами В.Г. Темновы Е.Н. Митрофановым и архит. Лебедевым "Сборное по рытие". Сборное покрытие представляет собой кс струкцию, несущими элементами которой служат дельные трехслойные арки. Наружные слои — гибкие, материала с низким модулем упругости, но высок! пределом прочности на растяжение (например, из кс вейерных лент), а внутренний слой — жесткий из ма риала (например, из дерева) с более высоким модул! упругости и меньшим пределом прочности по сравнен! с материалом наружных слоев. Между собой арки сое/ няются продольными ребрами.
Конвейерная лента и дерево по своим механичесю< характеристикам (модуль упругости ?, предельное н пряжение 61 предельная деформация ? ) приближают к природным материалам, соответственно к сухожил!* и кости. Такое сочетание материалов можно наблюда в суставах животных и человека. В частности, констру ция покрытия и была разработана на основе строен! плечевого сустава человека (рис. 72).
Заимствованный из природы порядок расположен! слоев в элементах конструкции позволил сохранить в сокую несущую способность, присущую трехслойнь структурам, и одновременно обеспечить гибкость коне рукции, которая позволяет осуществлять трансфорл/ цию ее из плоскости и получать различные (рис. 73-75). Для выявления характера напряженно-деформированного состояния конструкции трансформируемого сетчатого покрытия были проведены теоретические и экспериментальные исследования на модели. Модель трансформируемого сетчатого покрытия (см. рис.71) выполнялась в натуральную величину из отдельных трехслойных арок, расположенных параллельными рядами с шагом 650 мм. Длина отдельной арки определялась длиной линии кривизны поверхности цилиндрической оболочки и составляла 5760 мм. Каждая арка состояла из непрерывных гибких поясов, выполненных из кон-
вейерных лент (Е =1300 МПа, Kf= 80 МПа), прикрепленных с двух сторон к однотипным жестким призматическим деревянным элементам (?=10 000 МПа, ЯСж— «13 МПа) сечением 40x40 мм и длиной 450 мм. Торцы призматических элементов заканчивались полукруглыми вырезами ( т* = 20 мм). В круглые отверстия, получаемые при стыковке призматических элементов, вставлялись продольные ребра диаметром 40 мм и длиной 4550 мм. При трансформации конструкции модели из плоскости была получена цилиндрическая оболочка с радиусом кривизны R - 1750 мм и длиной 4550 мм. Характеристики нагрузок принимались исходя из реальных условий эксплуатации таких покрытий (Ш территориальный район СССР по снеговому покрову) и составляли с учетом коэффициента перегрузки п. - 1,6 и коэффициента перехода к снеговой нагрузке (вариант I) С-| - 0,3 (пп. 5.3 и 5.7 СНиП 11-6-74): равномерно распределенная — 0,50 кН/м2, сосредоточенная — 0,80 кН. Опирание сетчатого покрытия модели осуществлялось в поперечном направлении на жесткие торцовые диафрагмы, в продольном направлении — на крайние ребра жесткости (бортовые элементы).
Для предварительной оценки напряженно-деформированного состояния модели сетчатого покрытия из слоистых элементов был выполнен ее статический расчет. Следует отметить, что гибкие наружные слои элементов сетчатого покрытия имеют модуль упругости на порядок меньше, чем жесткий внутренний слой, и незначительную по сравнению с ним толщину, поэтому в расчете они также принимались жесткими.
По виду расчетной схемы трансформируемое из плоскости в пространство сетчатое покрытие при принятом типе опирания отвечает сетчатому своду оболочке. Исходя из этого задача расчета покрытия как стержневой системы с жестким сопряжением узлов сводилась к составлению и решению уравнения равновесия в перемещениях [C1W -Р =0,
где 1C 3 — матрице жесткости всей системы; /V — вектор перемещений узловых точек; Р — вектор внешней нагрузки.
Сетчатое покрытие рассчитывалось, согласно принятой расчетной схеме, на нагрузку, равномерно распределенную по всему покрытию и на половине его, а также на сосредоточенную нагрузку, приложенную в центре покрытия. Равномерно распределенная нагрузка сводилась к узловой. Задача расчета сетчатого покрытия реализовалась на ЭВМ по программе "Рассудок".
Анализ расчетных данных показал, что при действии равномерно распределенной нагрузки по всей поверхности покрытия последнее приобретает седловидную форму, прогибаясь в продольном направлении и выпучиваясь в поперечном. Наибольшие значения вертикальных перемещений узловых точек (1,2 см) возникли в центральной части покрытия, а наибольшие горизонтальные перемещения — в боковых его частях и составили 0,8 см.
При одностороннем действии равномерно распределенной нагрузки загруженная половина поверхности покрытия приобретает также седловидную форму, а незагруженная половина — бочкообразную. Наибольшие вертикальные перемещения узловых точек (0,7 см) возникли в центральной части загруженной половины в четверти пролета покрытия, наибольшие горизонтальные перемещения (0,5 см) - в боковой части ненагруженной половины, в четверти пролета покрытия.
Действие сосредоточенной нагрузки носило локальный характер, при этом перемещение в точке приложения нагрузки составило 0,75 см.
При всех случаях загружения покрытия напряжения в сечениях элементов в основном носили знакопеременный характер, причем максимальные значения превышали допустимые предельные в 1,5 раза.
Проведенные теоретические исследования напряженно-деформированного состояния сетчатого покрытия показали, что для восприятия заданных нагрузок и обеспечения напряжений в стержневых элементах в допустимых пределах требуется значительное увеличение их поперечных сечений.
А что же показали экспериментальные исследования?
Напряженное состояние модели сетчатого покрытия исследовалось тензометрическим методом. Вертикальные и горизонтальные перемещения узловых точек, образованных пересечением арок и продольных ребер.
измерялись при помощи прогибомеров системы 6ПАО. Сетчатое покрытие испытывалось на воздействие кратковременных нагрузок в пределах расчетных значений ( др - 0,5 кН/м2). В качестве нагрузки использовался штучный груз массой 3,3 кг, подвешиваемый на специальных крюках в узловых точках покрытия, разбитого на грузовые зоны. Загружение велось ступенями. Разгрузка покрытия осуществлялась также по ступеням, но в обратном порядке.
Сетчатое покрытие при действии равномерно распределенной нагрузки по всей его поверхности работает как сетчатый свод-оболочка с жесткими узловыми сопряжениями. Эпюры перемещений узловых точек покрытия приведены на рис.75. Следует отметить значительные величины перемещений узловых точек покрытия, возникающие при загружении, по сравнению с расчетными, что объясняется подвижностью шарнир ны узловых соединений покрытия. Наибольшие значения перемещений (21,4 и 16,5 см) наблюдались соответственно в центральной и боковой частях покрытия.
Под нагрузкой покрытие, деформируясь, приобретает седловидную форму — в продольном направлении прогибается вниз центральная часть, а в поперечном выпучиваются наружу боковые части (рис.76). При нагружений происходит стабилизация конструкции, в результате чего она становится более жесткой. По представленной на рис. 75 зависимости между внешней нагрузкой и перемещением можно судить и о том, как протекает процесс накопления и возврата упругой энергии деформации в ходе нагружения покрытия и последующей его разгрузки. Можно видеть, что сетчатое покрытие из слоистых стержневых элементов с шарнирными узловыми сопряжениями обладает способностью запасать упругую энергию деформации без разрушений в большей степени, чем сетчатый свод-оболочка с жесткими узловыми сопряжениями.
В сетчатом покрытии из слоистых стержневых элементов при действии равномерно распределенной нагрузки на половине поверхности картина деформации в поперечном направлении несколько иная, чем в сетчатом своде-оболочке с жесткими 'узловыми сопряжениями. Центральная часть половины поверхности покрытия, находящаяся под нагрузкой, прогибается вниз, а боковая часть этой половины выпучивается наружу (рис. 77). Схема деформации сетчатого покрытия при одностороннем загружении (рис. 78) похожа на схему деформации при полном загружении, но с некоторым смещением в сторону приложения нагрузки. Это связано с тем, что шарнирные узловые соединения элементов лишают бокового смещения покрытие в целом при одностороннем загружении. Наибольшие вертикальные перемещения возникают в центральной части загруженной половины покрытия и составляют 14,1 см, наибольшие горизонтальные перемещения — в боковых частях покрытия и составляют 7,9 и 8,1 см.
Из графика зависимости между внешней нагрузкой и узловым перемещением покрытия (см. рис.78) видно, что процесс накопления и возврата упругой энергии деформации носит уже более равномерный характер. Это объясняется приработкой элементов конструкции в результате ранее проводимых двухсторонних нагружений и разгружений покрытия.
При загружении сетчатого покрытия односторонней, двухсторонней и сосредоточенной нагрузками в гибких наружных слоях стержневых элементов возникали только растягивающие напряжения, а во внутреннем жестком слое (призматических стержнях) — только сжимающие. Наиболее напряженными местами в конструкции сетчатого покрытия оказались центральная и боковая зоны. В центральной зоне были растянуты нижние гибкие пояса, а в боковых зонах — верхние.

сканируется...

Рис. 80. Гетерогенное размещение материала в костях человека (бедренная кость)
Рис. 79.' Гетерогенное размещение материала в костях животных (позвоночник кита)

Максимальные напряжения в них составили б * 35 МПа. В то же время в сечениях призматических стержней максимальные напряжения достигали б~6 МПа.

. страницы:

1	11	21
2	12	22
3	13
4	14
5	15
6	16
7	17
8	18
9	19
10	20

. содержание:

. архи.Лекции

. архи.проекты:

. архи.поиск: [keywords], [global]

. архи.другое:

. архи.дизайн:

, ссылайтесь...

Всё.