 |
В процессе проводимых экспериментальных исследований для определения Bic в отобранных объектах для успеха эксперимента необходимо, чтобы непосредственно в процессе испытаний были твердо определены следующие параметры:
трансляция силы 5 в состоянии разрушения или максимально приближающейся к нему деформативности (измеренной в метрах) ;
нагрузка F , которая приводит к разрушению или вследствие которой возникают предельные деформации (измеренные в Н, или Кр) ;
масса объекта д. Здесь должны быть зафиксированными (поскольку это измерено) также и другие параметры, например влажность объекта и состояние окружающего воздуха перед и после испытаний, а также температура.
Должно быть решено:
причем при действии многих сил должна быть определена сумма линий: -5" = Tra /?J Fn .
Результаты оценок Bic и А сводятся в диаграмму. Каждый прошедший испытания объект имеет в Bic и А-диаграмме свое место.
Приведенный "эскиз" Bic и А -диаграммы раскрывает в упрощенной форме, в каких областях лежат типичные строительные конструкции, которые рассчитываются на растяжение, сжатие или изгиб.
ВЫСОТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ
Когда египтяне воздвигли пирамиды в Гизе и Сак-кара, они, по-видимому, осознали, абстрагируясь от знаний действия физических законов, что подобные высотные сооружения могут быть созданы только в таких формах.
1500 годами позднее была построена Вавилонская башня; ее высота была лишь 90 м в то время, как высота пирамиды Хеопса сегодня составляет 146 м. Более высокой Вавилонская башня и не могла быть. Материал, из которого она была построена, а главное, выбранная форма не позволяли сделать ее значительно более высокой. Высокие храмы в Ассирии и Шу-мерии распались, поскольку их формы были слишком прямолинейными (отвесными) . Здесь стихийно сформировались конусообразная насыпь (конус устойчивости) с естественным углом откоса, соответствующим данному материалу. Пирамиды отвечают примерно этой идеальной форме конуса, устойчивости. Высота конуса устойчивости определяется в зависимости от материала,
*© Thywtesen С., SchmallK, Schneider R. (BRD)
Рис. 9. Пальмы в бурю.. Действие упругогибких сил стволов пальм помогает им сократить ветровую нагрузку
например у базальта она составляет около 8 км, что с точки зрения Bic является оптимальным и характеризует конструкцию как относительно легкую и эффективную.
Знали ли древние народности о глубоких законах формирования этих конструкций — неизвестно. По всей вероятности, пирамиды произошли на почве аналогии с "божественными горами", например вулканами Атлас, Килиманджаро и др., и были больше символом вечного, непроходящего, чем конструкциями, удовлетворяющими определенным функциям.
Со времени культовых башен древней культуры не было больше построено башен подобной высоты. Вместо этого строили иглообразные монументы, стройные колонны, закрепленные в фундаменте, или башни, преднапряженные стальными канатами — вантами.
Проблема строительства стройных (высотных) башен заключается в опасности их опрокидывания. При приземистых башнях типа пирамид такая опасность исключена; в этом случае оказывает свое действие собственная масса и минимально возможная опрокидывающая сила. Материал может быть полностью использован, если башня сделана по закону формы. Материал и сила становятся "конструкторами". Для изящных форм башен, напротив, свойственны собственные колебания (гибкость), а ветровые нагрузки на определенной высоте могут стать настолько опасными, что башня разрушится (сломается) раньше, чем работа материала в целом достигнет предела прочности. Известно, как ломаются высокие стволы деревьев (или мачты высокого напряжения). Дерево смягчает силу ветра благодаря способности наклоняться. Максимальное значение изгибающего момента приходится на подножие дерева, и в соответствии с этим оно сконструировано. Своими корнями дерево заанкеривает себя в земле; однако эта система неизбежно должна отказать, если изгибающие напряжения выше его конструктивных возможностей. Только благодаря способности ослаблять действие внешних сил в связи со своей гибкостью деревья могут достигать очень большой высоты (например, эвкалипты в Южной Америке достигают высоты 200 м — Ю.Л.).
Свободно стоящие башенные конструкции, такие, как радиомачты, мачты на кораблях и в тентовых сооружениях, имеют максимальный момент в средней части сооружения, поскольку конструкция их осно- вания имеет шарнирное соединение с фундаментом. Эти оба компонента — мачта и шарнирное опирание — определяют форму конструкции. Однако чтобы такую конструкцию сделать, необходимо применение метода проб и ошибок и экспериментьГ для ее оптимизации (рис: 10, 11).
ИЗГИБАЕМЫЕ БАЛКИ - ИЗГИБАЕМЫЕ ПЛИТЫ
О поисках материалоэффективных и идеально сформированных балок на двух опорах говорят результаты, полученные в строительстве железных дорог, машин, самолетов, где балки конструируются в соответствии со свойствами формирующих их материалов. Однако в несравнимо более грандиозной сфере традиционной архитектуры вряд ли эти моменты имели решающее значение. Здесь большую роль играет обработка материала балок, функции целого и эстетические моменты, соответствующие поискам формообразования этой конструкции, так что вопросы оптимизации массы балок не были решающими. После Галилея и Гука, которые сформулировали основные положения современной статики, тема изгиба была предана забвению.
Лишь с внедрением новых материалов, например чугуна, стали и в середине XIX в. железобетона, а также с первым большим строительством мостов (чугунные и стальные железнодорожные мосты в США, позднее в Англии и Германии) теорию растяжения-сжатия комплексной системы изгибаемых балок включили в сферу практики строительства. Конструирование было определено целью: новый ценный материал — сталь использо-
* ©Thywissen С., Schmali I., Schneider R. (BRD):
Рис. 11. ветвящиеся опоры по аналогии со стволом дерева. Проект здания для Саудовской Аравии. Архит.: бюро Гутбррда, Зап. Берлин —• Штутгарт; Йнж.: бюро Э. Хап-польд, Бат (Англия); Под рук. ИЛ, Ф. Отто, Штутгарт — Вармброн
вать экономно в смысле возможно большего учета прочностных способностей материала, будь то работающие на растяжение ванты и профильная сталь или работающие на сжатие трубы, лестницы, плиты.
XIX столетие породило альтернативы традиционным изгибаемым балкам — высоковальцованные профили, коробчатые и трубчатые профили, несущие конструкции типа фахверка, предварительно-напряженные опорные системы (балки, фермы и т.д.). В последних названных несущих системах (фермах) изгибаемые элементы—балки были последовательно выведены. Если вначале изгибаемые балки вследствие опыта плотницких работ отвечали в большей степени деревянным конструкциям, то потом развилась безотносительно к применению конструкций, работающих на растяжение (как, например, ванты), самостоятельная и экономная в смысле использования строительного материала область конструирования.
Как правило, балки имеют прямолинейную форму с постоянным поперечным сечением. Однако изгибающие моменты на протяжении всей длины не остаются постоянными. В смысле процесса оптимизации это означало бы, что в соответствии с системой распределения моментов балки в середине пролета необходимо конструировать большей высоты, чем в частях, расположенных близко к опорам, или на опорах.
Рис. 13. Конструктивные системы с упругогибкими узлами (ИЛ, Ф. Отто, 1962)
Нам известны такие балки из опыта строительства арочных мостов, где применен этот принцип.
Проблема изгибаемых конструкций относится не только к линейчатым балкам, но также и к поверхностям - изгибаемым плитам (рис. 12,13).
Нерви конструировал покрытия, в которых он сосредоточивал прочный материал главным образом там, где концентрировались изгибающие моменты плиты. Результатом этих размышлений над использованием массы и несущих способностей стали биоморфные плиты с наиболее оптимальными концентрациями зон главных напряжений.
Конечно, это не исключает также конструирования двух- и трехразмерных фахверковых (решетчатых) систем. Проблема фахверковых конструкций заключается в образовании противодействующих изгибу узлов для растянутых и сжатых стержней. Здесь концентрируются все силы, воспринимаемые от сетки решеток. Автором (К. Тивиссеном — Ю.Л.) были предложены конструкции узлов, позднее обнаруженные палеонтологами в препарате пены диатомовых водорослей. Изгиб означает повышенное применение массы материала конструкции. Поэтому в живой природе изгиб по мере возможности сводится к минимуму, однако он встречается в стройных, не заключенных в ткань сеток объектах (например, стебли, иглы, клюв птицы), и при определенных распределениях нагрузок — также в костях животных и рыб. Эти изгибаемые конструкции имеют тенденцию у животных и растений превращаться в трубчатые системы с радиальными ребрами жесткости, насколько это позволяет функция организма. |
.
страницы: |
рaдизайн
© 2005 
, ссылайтесь... 
