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

И, как установил еще итальянский ученый Маральди в 1712 г., такая упаковка пчелиных сот определяется экономичным использованием труда и воска. При такой разбивке плоскости на части одинаковой площади шестиугольная сетка имеет минимальную длину. Структуры с шестиугольным рисунком можно наблюдать также в тканях паренхимы кукурузы, в кремнистых панцирях диатомовых водорослей, в сетчатой оболочке глаза человека и т.д. [42].
Изучение процесса сооружения пчелиных сотов показало, что возможно возведение их как сверху сниз, так и снизу вверх [43—44 ] . Кроме того, проводились опыты, в которых пчел заставляли строить соты ци-линдрические, шаровидные и других форм. При этом пчелы с поразительным успехом справлялись с поставленной перед ними задачей. Они безошибочно ориентировали ячейки сот, соответственно оттягивая расширенные ячейки в выпуклую сторону и сужающиеся — в вогнутую. Это наглядно показало, что плотная упаковка может быть осуществлена не только на плоскости, на поверхностях, но и развита в пространстве (рис. 83, 84).
Принцип плотной упаковки, позволяющий получать максимально возможный полезный, объем при минимальной поверхности ограждения (см. гл. У), представляет интерес с точки зрения формирования архитектурно-конструктивного пространства жилых и общественных зданий. Исходя из этого и было проведено вариантное сопоставление различных конструктивных схем зданий с позиции напряженно-деформированного состояния и расхода материала. Схемы были получены на основе гексагональной и кубической упаковок одной и той же плоскости размером 8,4x8,4 м ( рис. 85). Причем элементы структур имели постоянное приведенное сечение на 1 м.
Конструктивные схемы зданий на основе- гексагональной упаковки. Были рассмотрены две конструктивные схемы зданий (см. рис.85), набираемые из модульных элементов (либо из однотипных складок — вариант 1, либо из однотипных трилистников — вариант 2). Складки или трилистники устанавливались друг на друга с шарнирным соединением между собой. Для восприятия распорных усилий, которые возникают в таких системах, вводились горизонтальные затяжки. С целью предварительной "оценки напряженно-деформированного состояния этих вариантов был выполнен статический расчет многоэтажных систем с гексагональной решеткой. Величина снеговой нагрузки принималась согласно СНиП 11-6-74 "Нагрузки и воздействия": снеговые нагрузки для III территориального района СССР — 1 кН/м2, эксплуатационные нагрузки (сосредоточенные) — 6 кН.
Расчетные схемы здания представляли собой плоские статически неопределимые рамы с шарнирами в местах соединения однотипных элементов. Для восприятия распорных усилий в расчетную схему были введены горизонтальные связи. Рамы были прикреплены к основанию шарнирно-неподвижно. Снеговые нагрузки сводились к узловым, а эксплуатационные фиксировались в, местах непосредственного их действия. Геометрические характеристики материала приведены в таблице.
Статический расчет плоских многоэтажных рам на действие заданных нагрузок был выполнен на основе метода перемещений на ЭВМ по программе "Стресс".
Анализ расчетных данных показал (см. таблицу), что рама из модульных элементов - трилистников в стати- ческом отношении работает в более тяжелом режиме, чем рама из модульных элементов-складок. Это объясняется значительными распорными усилиями, возникающими в згой системе в уровне потолка из-за отсутствия там горизонтальных затяжек, что было вызвано необходимостью сохранения полезного объема помещения. Для этого случая наибольшие значения узловых перемещений составили 3,15 мм, а наибольшие значения напряжений — +17,35 МПа и 18,33 МПа, В то же время в раме из модульных элементов-складок при том же расходе материала узловые перемещения и напряжения в сечениях были значительно меньше, Так, максимальные значения перемещений составили 0,623 мм, а наибольшие напряжения — + 1,71 МПа и —2,39 МПа.
Кроме того, при конструктивной схеме из модульных элементов - трилистников (вариант 2) здание в объемно-планировочном отношении уступает варианту 1 (уменьшается полезная высота помещений за счет необходимости создания пола на наклонных сторонах шестиугольных ячеек).
Конструктивные схемы здания на основе кубической упаковки. Были рассмотрены две конструктивные схемы зданий (рис. 86), -набираемые либо из модульных крестообразных рам (вариант 3), либо из модульных крестообразных рам с горизонтальными вставками (вариант 4).
Конструктивное решение (рис.87) стыкового соединения модульных крестообразных рам зданий между собой в вертикальном направлении разработано на основе строения сустава колена человека (art iculatio genus). Особенностью этого решения является то, что у крестообразных рам концевые элементы имеют уширения. Причем уширения верхнего вертикального элемента рамы заканчиваются выпуклой поверхностью, а уширения нижнего элемента — вогнутой.
При сборке крестообразные рамы устанавливаются одна на другую через упругие прокладки. При стягивании их вертикальными вантами, проходящими через отверстия в горизонтальных элементах и через уширения концевых частей вертикальных элементов, происходит плотное прижатие последних друг к другу. Такие узловые соединения крестообразных рам могут найти применение в зданиях, строящихся в районах с неравномерными осадками основания.
Для предварительной оценки напряженно-деформированного состояния вариантов 3 и 4 был выполнен статический расчет многоэтажных систем с кубической решеткой.
Величины снеговых и эксплуатационных нагрузок имели те же значения, что и для вариантов 1 и 2. Расчетные схемы зданий представляли собой плоские статически неопределимые рамы с шарнирами в местах соединения однотипных крестообразных модулей либо между собой, либо со вставками. В основании рамы были жестко защемлены.
Снеговые и эксплуатационные нагрузки были учтены аналогично вариантам 1 и 2. Геометрические характеристики модульных крестообразных рам и физико-механические характеристики материала приведены в таблице.
Статический расчет плоских рам выполняется по вышеприведенной методике.
Анализ расчетных данных показал (см. таблицу), что в раме, набираемой из крестообразных модулей (вариант 3), возникают несколько большие перемещения и напряжения по сравнению с рамой, набираемой из крестообразных модулей с горизонтальными вставками (вариант 4). Для этого варианта наибольшие значения узловых перемещений составили 0,663 мм, а максимальные напряжения ±3,44 МПа. В варианте 4 наибольшие значения перемещений составили 0,4 мм, а максимальные напряжения ± 2,96 МПа. И хотя узловые перемещения в варианте 4 были в 1,5 раза меньше, чем в варианте 3, все же значения изгибающих моментов, продольных сил и напряжений в этих вариантах отличались незначительно. В принципе эти варианты можно считать равноценными.
Выводы
Сравнение конструктивных схем плоских многоэтажных рем, полученных на основе гексагональной и кубической упаковок одной и той же плоскости размером 8,4x8,4 м, показало:
1. Конструктивная схема здания из модульных элементов-складок (гексагональная упаковка) из всех рассмотренных вариантов является предпочтительной, так как она позволяет при наименьшем расходе материала на одну ячейку (0,34 м3) получить наибольшее их число (20 шт.) и обеспечить минимум напряжений в сечениях элементов рамы.
2. Конструктивные схемы зданий из модульных крестообразных рем (кубическая упаковка) являются рациональными в статическом отношении, но уступают конструктивным схемам зданий на основе гексагональной упаковки с точки зрения
числа ячеек (16 шт.) и расхода материала на ячейку (0,378 м3).
3. Конструктивная схема здания из модульных элементов-трилистников (гексагональная упаковка) является рациональной по числу ячеек (20 шт.), но проигрывает по сравнению со всеми другими вариантами в статическом отношении: возникают большие узловые перемещения и напряжения в сечениях элементов рамы. Это требует увеличения сечения элементов, а следовательно, и общего расхода материала.
Транстропно-лолигональные структуры образуются на основе сочетания принципов плотной упаковки типовых ячеек (кубическая тетраэдрическая,гексагональная и т.д.) и гетерогенного размещения материала в их гранях. Это позволяет одновременно получить рациональную компоновку пространства из типовых ячеек и создать оптимальную по массе конструкцию здания, обладающую высокими прочностными, жесткостными и теплофизическими свойствами.
Конструктивное решение многоэтажного здания из гексагональных модульных блоков. Одним из примеров транстропно-полигональных структур являются многоэтажные здания, полученные из модульных объемно-пространственных блоков (рис. 88,89).
Модульный блок представляет собой шестиугольную призму, образованную двумя складками корытообразного профиля, зеркально установленными друг к другу и жестко соединенными с торцовыми шестиугольными диафрагмами (рис. 90, 91). Связанные между собой модульные блоки образуют гексагональную структуру многоэтажного здания. В конструктивном отношении здание по высоте представляет собой набор оболочек с сечением в виде двутавра, у которого полки образованы наклонными боковыми панелями, а стенки — горизонтальными панелями перекрытий двух смежных блоков.
При установке блоков друг на друга за счет наличия ребер жесткости, окаймляющих горизонтальные и наклонные боковые грани оболочек, образуются внутренние полости между ними, которые заполняются теплоизоляционным материалом. В результате получают слоистые оболочки типа "сэндвич".
Конструкция многоэтажного здания за счет выполнения его из слоистых оболочек сечением в виде двутавра с обеспечением зазора между ними при опирании их на торцовые диафрагмы позволяет устранить контакт между наклонными боковыми гранями оболочек и тем самым исключить распорные усилия (по длине каждого блока), неизбежные в таких системах. Одновременно обеспечивается распределение вертикальных нагрузок как на горизонтальные, так и на наклонные боковые грани оболочек.

. 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.