membrán anyagokszerkesztés
a kétszeresen ívelt szövetszerkezetek közös anyagai a PTFE-bevonatú üvegszál és a PVC-bevonatú poliészter. Ezek különböző erősségű, különböző irányú szövött anyagok. A láncszálak (azok a szálak, amelyek eredetileg egyenértékűek a szövőszék kiindulási szálaival) nagyobb terhelést hordozhatnak, mint a vetülékszálak vagy töltőszálak, amelyeket a láncszálak között szőttek.
más szerkezetek ETFE fóliát használnak, akár egyrétegű, akár párnázott formában (amely felfújható, jó szigetelési tulajdonságok biztosítása vagy esztétikai hatás érdekében—mint a müncheni Allianz Arénában). ETFE párnák is maratott minták annak érdekében, hogy hagyja a különböző szintű fény keresztül, amikor felfújt különböző szinteken.
nappali fényben a szövetmembrán áttetszősége lágy, szórt, természetesen megvilágított tereket kínál, míg éjszaka mesterséges megvilágítással lehet környezeti külső lumineszcenciát létrehozni. Leggyakrabban egy szerkezeti keret támasztja alá őket, mivel nem tudják levezetni erejüket a kettős görbületből.
CablesEdit
kábelek lehetnek lágyacél, nagy szilárdságú acél (húzott szénacél), rozsdamentes acél, poliészter vagy Aramid szálak. A szerkezeti kábelek kis szálak sorozatából készülnek, csavart vagy összekötve, hogy sokkal nagyobb kábelt képezzenek. Az acélkábelek vagy spirálszálak, ahol a kör alakú rudakat összecsavarják és polimer segítségével “ragasztják”, vagy zárt tekercsszálak, ahol az egyes reteszelő acélszálak alkotják a kábelt (gyakran spirálszál maggal).
a Spirálszál kissé gyengébb, mint a lezárt tekercsszál. Az acél spirálszálú kábelek Young modulusa, E 150 60 kN/mm2 (vagy 150 10 GPA), és 3-90 mm átmérőjű méretűek. Spirál szál szenved építési szakaszon, ahol a szálak kompakt, amikor a kábel be van töltve. Ezt általában úgy távolítják el, hogy a kábelt előre kinyújtják, és a terhelést a végső szakítószilárdság 45%-áig felfelé és lefelé tekerik.
zárt tekercs szál jellemzően egy fiatal modulusa 160 60 kN / mm2, és jön méretben 20 mm és 160 mm átmérőjű.
a különböző anyagokból álló egyedi szálak tulajdonságait az alábbi táblázat mutatja, ahol az UTS a végső szakítószilárdság vagy a szakítóterhelés:
| E (GPa) | UTS (MPa) | Strain at 50% of UTS | |
|---|---|---|---|
| Solid steel bar | 210 | 400–800 | 0.24% |
| Steel strand | 170 | 1550–1770 | 1% |
| Wire rope | 112 | 1550–1770 | 1.5% |
| Polyester fibre | 7.5 | 910 | 6% |
| Aramid fibre | 112 | 2800 | 2.5% |
szerkezeti formákszerkeszt
a levegővel támogatott szerkezetek olyan húzószerkezetek, amelyekben a szövet burkolatát csak túlnyomásos levegő támogatja.
a szövetszerkezetek többsége kétszeresen ívelt alakjából származik. A szövet kettős görbületre kényszerítésével a szövet elegendő merevséget nyer, hogy ellenálljon a terhelésnek (például szél-és hóterhelésnek). A megfelelően kétszeresen ívelt forma kiváltása érdekében leggyakrabban előfeszíteni vagy előfeszíteni kell a szövetet vagy annak tartószerkezetét.
Form-findingEdit
azoknak a szerkezeteknek a viselkedése, amelyek erőssége az előfeszítéstől függ, nem lineáris, így az 1990-es évekig nagyon nehéz volt megtervezni a nagyon egyszerű kábeleken kívül. A kétszeresen ívelt szövetszerkezetek tervezésének leggyakoribb módja a végső épületek méretarányos modelljeinek elkészítése volt, hogy megértsék viselkedésüket és formakereső gyakorlatokat végezzenek. Az ilyen méretarányos modellek gyakran harisnyanadrágot vagy harisnyanadrágot vagy szappanfóliát alkalmaztak, mivel nagyon hasonló módon viselkednek, mint a szerkezeti szövetek (nem hordozhatnak nyírást).
a Szappanfóliák minden irányban egyenletes feszültséggel rendelkeznek, és zárt határvonalat igényelnek. Természetesen minimális felületet alkotnak—a forma minimális területtel és minimális energiát testesít meg. Ezeket azonban nagyon nehéz mérni. Egy nagy film esetében súlya súlyosan befolyásolhatja formáját.
két irányú görbületű membrán esetében az egyensúlyi alapegyenlet:
w = t 1 R 1 + t 2 R 2 {\displaystyle w={\frac {t_{1}}{R_{1}}}+{\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
ahol:
- R1 és R2 a szappanfilmek fő görbületi sugara, vagy a lánc és vetülék iránya szöveteknél
- T1 és T2 a megfelelő irányú feszültségek
- w a négyzetméterenkénti terhelés
a fő görbületi vonalak nem csavarodnak, és derékszögben keresztezik a fő görbületi más vonalakat.
a geodéziai vagy geodéziai vonal általában a legrövidebb vonal a felület két pontja között. Ezeket a vonalakat általában a vágási minta varratvonalak meghatározásakor használják. Ez annak köszönhető, hogy viszonylagos egyenességük után a sík Kendők keletkeztek, ami alacsonyabb ruhapazarlást és szorosabb összehangolást eredményez a szövet szövésével.
egy előre feszített, de terheletlen felületen w = 0, tehát t 1 R 1 = -t 2 R 2 {\displaystyle {\frac {t_{1}}{R_{1}}}= − {\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
.
szappanfóliában a felületi feszültségek mindkét irányban egyenletesek, tehát R1 = – R2.
most már lehetőség van erőteljes nemlineáris numerikus analízis programok (vagy végeselem analízis) használatára szövet-és kábelszerkezetek kialakításához és tervezéséhez. A programoknak lehetővé kell tenniük a nagy eltéréseket.
a szövetszerkezet végső alakja vagy formája a következőktől függ:
- a szövet alakja vagy mintázata
- a tartószerkezet geometriája (például árbocok, kábelek, gyűrűs gerendák stb.)
- a szövetre vagy annak tartószerkezetére alkalmazott előfeszítés
fontos, hogy a végső forma ne engedje a víz pondolását, mivel ez deformálhatja a membránt, és helyi meghibásodáshoz vagy az egész szerkezet progresszív meghibásodásához vezethet.
a hó betöltése komoly problémát jelenthet a membrán szerkezetében, mivel a hó gyakran nem folyik le a szerkezetről, mint a víz. Például ez a múltban a Hubert H. Humphrey Metrodome (ideiglenes) összeomlását okozta, egy levegővel felfújt szerkezet Minneapolisban, Minnesotában. Néhány, a pondingra hajlamos szerkezet fűtést használ a hó megolvasztására, amely rájuk települ.
sok különböző kétszeresen ívelt forma létezik, amelyek közül sok speciális matematikai tulajdonságokkal rendelkezik. A legalapvetőbb kétszeresen ívelt a nyereg alakja, amely lehet hiperbolikus paraboloid (nem minden nyeregforma hiperbolikus paraboloid). Ez egy kettős irányított felület, amelyet gyakran használnak mindkét könnyű héjszerkezetben (lásd hiperboloid szerkezetek). A valódi irányított felületek ritkán találhatók meg a húzószerkezetekben. Egyéb formák az antiklasztikus nyergek, különböző radiális, kúpos sátorformák és ezek bármilyen kombinációja.
PretensionEdit
az előfeszítés a szerkezeti elemekben mesterségesen indukált feszültség az esetleges Önsúly vagy terhelések mellett. Annak biztosítására szolgál, hogy a normálisan nagyon rugalmas szerkezeti elemek minden lehetséges terhelés alatt merevek maradjanak.
az előfeszítés napi példája egy polcegység, amelyet padlótól a mennyezetig futó vezetékek támasztanak alá. A vezetékek a helyükön tartják a polcokat, mert megfeszültek – ha a vezetékek lazák lennének, a rendszer nem működne.
előfeszítés alkalmazható a membránra úgy, hogy kinyújtja a széleitől, vagy előfeszítő kábelekkel támasztja alá, és ezáltal megváltoztatja az alakját. Az alkalmazott előfeszítés szintje meghatározza a membránszerkezet alakját.
alternatív formakeresési megközelítés
a formakeresési probléma megoldásának alternatív közelített megközelítése a rács-csomópont rendszer teljes energiamérlegén alapul. Fizikai jelentése miatt ezt a megközelítést feszített rács módszernek (SGM) nevezzük.