Membrana materialsEdit
materiali Comuni per doppiamente curvo in tessuto strutture sono in PTFE rivestito in fibra di vetro e poliestere rivestito in PVC. Questi sono materiali tessuti con diversi punti di forza in diverse direzioni. Le fibre di ordito (quelle fibre che sono originariamente diritte—equivalenti alle fibre di partenza su un telaio) possono trasportare un carico maggiore rispetto alle fibre di trama o di riempimento, che sono tessute tra le fibre di ordito.
Altre strutture fanno uso di film ETFE, sia come strato singolo o in forma di cuscino (che può essere gonfiato, per fornire buone proprietà isolanti o per effetto estetico—come sull’Allianz Arena di Monaco di Baviera). I cuscini ETFE possono anche essere incisi con motivi per far passare diversi livelli di luce quando gonfiati a diversi livelli.
Alla luce del giorno, la traslucenza della membrana in tessuto offre spazi morbidi e diffusi, mentre di notte, l’illuminazione artificiale può essere utilizzata per creare una luminescenza esterna ambientale. Sono spesso supportati da un telaio strutturale in quanto non possono derivare la loro forza dalla doppia curvatura.
CablesEdit
i Cavi possono essere di acciaio dolce, acciaio ad alta resistenza (trafilati in acciaio al carbonio), in acciaio inox, poliestere o fibre aramidiche. I cavi strutturali sono costituiti da una serie di piccoli fili intrecciati o legati insieme per formare un cavo molto più grande. I cavi d’acciaio sono o filo a spirale, dove le barre circolari sono intrecciate insieme e” incollate ” usando un polimero, o filo di bobina bloccato, dove i singoli fili di acciaio ad incastro formano il cavo (spesso con un nucleo di filo a spirale).
Il filo a spirale è leggermente più debole del filo della bobina bloccato. I cavi a spirale in acciaio hanno un modulo Young, E di 150±10 kN / mm2 (o 150±10 GPa) e sono disponibili in dimensioni da 3 a 90 mm di diametro. Il filo a spirale soffre di allungamento della costruzione, in cui i fili si compattano quando il cavo viene caricato. Questo viene normalmente rimosso pre-stirando il cavo e ciclando il carico su e giù per il 45% del carico di trazione finale.
Il filo della bobina bloccato ha tipicamente un modulo di Young di 160±10 kN / mm2 ed è disponibile in dimensioni da 20 mm a 160 mm di diametro.
Le proprietà dei singoli trefoli di materiali diversi sono mostrate nella tabella seguente, dove UTS è la resistenza alla trazione, o il carico di rottura:
| 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% |
Forme strutturalimodifica
Le strutture a supporto pneumatico sono una forma di tensostrutture in cui l’involucro del tessuto è supportato solo da aria pressurizzata.
La maggior parte delle strutture in tessuto deriva la loro forza dalla loro forma doppiamente curva. Costringendo il tessuto ad assumere una doppia curvatura, il tessuto ottiene una rigidità sufficiente a sopportare i carichi a cui è sottoposto (ad esempio carichi di vento e neve). Per indurre una forma adeguatamente doppiamente curva è più spesso necessario pretendere o precomprimere il tessuto o la sua struttura portante.
Form-findingEdit
Il comportamento delle strutture che dipendono dalla precompressione per raggiungere la loro forza è non lineare, quindi qualcosa di diverso da un cavo molto semplice è stato, fino agli anni ‘ 90, molto difficile da progettare. Il modo più comune per progettare strutture in tessuto doppiamente curve era quello di costruire modelli in scala degli edifici finali per comprenderne il comportamento e condurre esercizi di form-finding. Tali modelli in scala spesso impiegavano materiale di calza o collant, o film di sapone, poiché si comportano in modo molto simile ai tessuti strutturali (non possono portare cesoie).
I film di sapone hanno uno stress uniforme in ogni direzione e richiedono un confine chiuso per formarsi. Formano naturalmente una superficie minima – la forma con un’area minima e incarnano un’energia minima. Sono tuttavia molto difficili da misurare. Per un film di grandi dimensioni, il suo peso può compromettere seriamente la sua forma.
Per una membrana con curvatura in due direzioni, l’equazione di base dell’equilibrio è:
w = t 1 R 1 + t 2 R 2 {\displaystyle w={\frac {t_{1}}{R_{1}}}+{\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
in cui:
- R1 e R2 sono i principali raggi di curvatura per pellicole di sapone o le indicazioni della trama e dell’ordito per tessuti
- t1 e t2 sono le tensioni le indicazioni
- w è il carico per metro quadrato
Linee principali di curvatura hanno alcuna torsione e si intersecano altre linee principali di curvatura ad angolo retto.
Una linea geodetica o geodetica è di solito la linea più breve tra due punti sulla superficie. Queste linee vengono in genere utilizzate quando si definiscono le linee di cucitura del modello di taglio. Ciò è dovuto alla loro relativa rettilineità dopo che i panni planari sono stati generati, con conseguente minore spreco di stoffa e un più stretto allineamento con la trama del tessuto.
In un pre-ha sottolineato ma scarico di superficie w = 0, t 1 R 1 = − t 2 R 2 {\displaystyle {\frac {t_{1}}{R_{1}}}=-{\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
.
In un film di sapone le tensioni superficiali sono uniformi in entrambe le direzioni, quindi R1 = −R2.
È ora possibile utilizzare potenti programmi di analisi numerica non lineare (o analisi agli elementi finiti) per formare e progettare strutture di tessuti e cavi. I programmi devono consentire grandi deviazioni.
La forma finale, o forma, di una struttura di tessuto dipende da:
- forma, o modello, del tessuto
- la geometria della struttura portante (come alberi,cavi, travi ad anello ecc.)
- la pretensione applicata al tessuto o alla sua struttura portante
È importante che la forma finale non consenta il ristagno dell’acqua, in quanto ciò può deformare la membrana e portare a guasti locali o guasti progressivi dell’intera struttura.
Il caricamento della neve può essere un problema serio per la struttura della membrana, poiché la neve spesso non scorre dalla struttura come l’acqua. Ad esempio, questo ha causato in passato il crollo (temporaneo) del Metrodome Hubert H. Humphrey, una struttura gonfiata ad aria a Minneapolis, Minnesota. Alcune strutture inclini a ponding utilizzare il riscaldamento per sciogliere la neve che si deposita su di loro.
Esistono molte forme doppiamente curve, molte delle quali hanno proprietà matematiche speciali. Il più fondamentale doppiamente curvo da è la forma della sella, che può essere un paraboloide iperbolico (non tutte le forme della sella sono paraboloidi iperbolici). Questa è una doppia superficie rigata ed è spesso usata in entrambe le strutture a guscio leggero (vedi strutture iperboloidi). Le vere superfici rigate si trovano raramente nelle strutture di trazione. Altre forme sono selle anticlastiche, varie forme di tenda radiali e coniche e qualsiasi combinazione di esse.
PretensionEdit
La pretensione è la tensione indotta artificialmente negli elementi strutturali in aggiunta a qualsiasi auto-peso o carichi imposti che possono trasportare. Viene utilizzato per garantire che gli elementi strutturali normalmente molto flessibili rimangano rigidi sotto tutti i carichi possibili.
Un esempio quotidiano di pretensione è una scaffalatura sostenuta da fili che vanno dal pavimento al soffitto. I fili tengono i ripiani in posizione perché sono tesi-se i fili fossero allentati il sistema non funzionerebbe.
La pretensione può essere applicata ad una membrana allungandola dai suoi bordi o pretendendo i cavi che la sostengono e quindi cambiandone la forma. Il livello di pretensione applicato determina la forma di una struttura a membrana.
Approccio alternativo di form-finding
L’approccio alternativo approssimato alla soluzione del problema di form-finding si basa sul bilancio energetico totale di un sistema grid-nodale. A causa del suo significato fisico questo approccio è chiamato il metodo della griglia allungata (SGM).