Trækstruktur

Kableredit

kabler kan være af blødt stål, højstyrkestål (trukket kulstofstål), rustfrit stål, polyester eller aramidfibre. Strukturelle kabler er lavet af en række små tråde snoet eller bundet sammen for at danne et meget større kabel. Stålkabler er enten spiralstreng, hvor cirkulære stænger snoet sammen og “limes” ved hjælp af en polymer eller låst spiralstreng, hvor individuelle sammenlåsende stålstrenge danner kablet (ofte med en spiralstrengkerne).

Spiralstreng er lidt svagere end låst spiralstreng. Stål spiral streng kabler har en Youngs modul, E på 150 liter 10 kN/mm2 (eller 150 liter 10 GPa) og kommer i størrelser fra 3 til 90 mm diameter. Spiral streng lider konstruktion stretch, hvor strengene kompakt, når kablet er indlæst. Dette fjernes normalt ved at strække kablet og cykle belastningen op og ned til 45% af den ultimative trækbelastning.

låst spolestreng har typisk en Youngs modul på 160 liter 10 kN / mm2 og kommer i størrelser fra 20 mm til 160 mm diameter.

egenskaberne for individerne strenge af forskellige materialer er vist i nedenstående tabel, hvor UTS er ultimativ trækstyrke eller brudbelastningen:

strukturelle formeredit

Luftstøttede strukturer er en form for trækstrukturer, hvor stofhylsteret kun understøttes af trykluft.

de fleste stofstrukturer får deres styrke fra deres Dobbelt buede form. Ved at tvinge stoffet til at tage dobbelt krumning får stoffet tilstrækkelig stivhed til at modstå de belastninger, det udsættes for (for eksempel vind-og snebelastninger). For at fremkalde en tilstrækkelig dobbelt buet form er det oftest nødvendigt at forspænding eller forspænding af stoffet eller dets understøttende struktur.

Form-findingEdit

opførelsen af strukturer, der afhænger af forspænding for at nå deres styrke, er ikke-lineær, så alt andet end et meget simpelt kabel har indtil 1990 ‘ erne været meget vanskeligt at designe. Den mest almindelige måde at designe dobbelt buede stofstrukturer på var at konstruere skalamodeller af de endelige bygninger for at forstå deres adfærd og udføre formfindingsøvelser. Sådanne skalamodeller anvendte ofte strømpemateriale eller strømpebukser eller sæbefilm, da de opfører sig på en meget lignende måde som strukturelle stoffer (de kan ikke bære forskydning).

sæbefilm har ensartet stress i alle retninger og kræver en lukket grænse for at danne. De danner naturligvis en minimal overflade-formen med minimal areal og med minimal energi. De er dog meget vanskelige at måle. For en stor film kan dens vægt alvorligt påvirke dens form.

for en membran med krumning i to retninger er den grundlæggende ligning af ligevægt:

V = t 1 R 1 + t 2 R 2 {\displaystyle v={\frac {t_{1}}{R_{1}}}+{\frac {T_{2}}{R_{2}}}

hvor:

• R1 og R2 er de vigtigste krumningsradier for sæbefilm eller retningerne for kæde og skud for stoffer
• T1 og T2 er spændingerne i de relevante retninger
• V er belastningen pr.kvadratmeter

linjer med hovedkurvatur har ingen vridning og skærer andre linjer med hovedkurvatur i rette vinkler.

en geodetisk eller geodetisk linje er normalt den korteste linje mellem to punkter på overfladen. Disse linjer bruges typisk, når man definerer skæremønsterets sømlinjer. Dette skyldes deres relative rethed, efter at de plane klude er blevet genereret, hvilket resulterer i lavere kludspild og tættere tilpasning til stofvævet.

i en forspændt, men losset overflade V = 0, så t 1 R 1 = -t 2 R 2 {\displaystyle {\frac {t_{1}}{R_{1}}}= − {\frac {T_{2}}{R_{2}}}

.

i en sæbefilm er overfladespændingerne ensartede i begge retninger, så R1 = −R2.

det er nu muligt at bruge kraftfulde ikke-lineære numeriske analyseprogrammer (eller endelig elementanalyse) til at danne og designe stof-og kabelstrukturer. Programmerne skal give mulighed for store afbøjninger.

den endelige form eller form af en stofstruktur afhænger af:

• form eller mønster af stoffet
• geometrien af understøtningsstrukturen (såsom Master, kabler, ringbjælker osv.)
• pretensionen påført stoffet eller dets understøttende struktur

det er vigtigt, at den endelige form ikke tillader ponding af vand, da dette kan deformere membranen og føre til lokal svigt eller progressiv svigt i hele strukturen.

snebelastning kan være et alvorligt problem for membranstrukturen, da sneen ofte ikke vil strømme ud af strukturen som vand vil. For eksempel har dette tidligere forårsaget det (midlertidige) sammenbrud af Hubert H. Humphrey Metrodome, en luftoppustet struktur i Minneapolis, Minnesota. Nogle strukturer, der er tilbøjelige til at tænke, bruger opvarmning til at smelte sne, der sætter sig på dem.

sadelform

der er mange forskellige dobbelt buede former, hvoraf mange har særlige matematiske egenskaber. Den mest basale dobbelt buede fra er sadelformen, som kan være en hyperbolsk paraboloid (ikke alle sadelformer er hyperbolske paraboloider). Dette er en dobbelt styret overflade og bruges ofte i begge i lette skalstrukturer (se hyperboloide strukturer). Ægte styrede overflader findes sjældent i trækstrukturer. Andre former er antiklastiske Sadler, forskellige radiale, koniske teltformer og enhver kombination af dem.

PretensionEdit

Pretension er spænding kunstigt induceret i de strukturelle elementer ud over enhver egenvægt eller pålagte belastninger, de måtte bære. Det bruges til at sikre, at de normalt meget fleksible strukturelle elementer forbliver stive under alle mulige belastninger.

et dagligt eksempel på forspænding er en reolenhed understøttet af ledninger, der løber fra gulv til loft. Ledningerne holder hylderne på plads, fordi de er spændt – hvis ledningerne var slap, ville systemet ikke fungere.

Pretension kan påføres en membran ved at strække den fra dens kanter eller ved at forspændte kabler, der understøtter den og dermed ændre dens form. Det anvendte niveau af pretension bestemmer formen af en membranstruktur.

alternativ formularfinding approachEdit

den alternative tilnærmede tilgang til formularfindingsproblemløsningen er baseret på den samlede energibalance i et netknudesystem. På grund af sin fysiske betydning kaldes denne tilgang Stretched Grid Method (SGM).