Strekk struktur

Verdens første stål membran tak og gitter stål skall I Shukhov Rotunden, Russland, 1895

Membran materialsEdit

anlige materialer for dobbelt buede stoffstrukturer er ptfe-belagt glassfiber og pvc-belagt polyester. Disse er vevde materialer med forskjellige styrker i forskjellige retninger. Warpfibrene (de fibrene som opprinnelig er rette—tilsvarende startfibrene på en vevstol) kan bære større belastning enn vev eller fyllfibrene, som er vevd mellom warpfibrene.

Andre strukturer bruker ETFE-film, enten som enkeltlag eller i puteform(som kan oppblåses, for å gi gode isolasjonsegenskaper eller for estetisk effekt—som På Allianz Arena I Munchen). Etfe puter kan også være etset med mønstre for å la ulike nivåer av lys gjennom når oppblåst til ulike nivåer.i dagslys gir stoffmembrangjennomskinnelighet myke, naturlig opplyste rom, mens kunstig belysning om natten kan brukes til å skape en omgivende utvendig luminescens. De støttes oftest av en strukturell ramme, da de ikke kan utlede sin styrke fra dobbel krumning.

enkel suspendert bro som arbeider helt i spenning

Kableredit

Kabler kan være av bløtt stål, høyfast stål (trukket karbonstål), rustfritt stål, polyester eller aramid fibre. Strukturelle kabler er laget av en rekke små tråder vridd eller bundet sammen for å danne en mye større kabel. Stålkabler er enten spiralstreng, hvor sirkulære stenger er vridd sammen og» limt » ved hjelp av en polymer, eller låst spolestreng, hvor individuelle sammenlåsende stålstrenger danner kabelen (ofte med en spiralstrengkjerne).

Spiralstrengen er litt svakere enn låst spiralstreng. Stål spiral tråd kabler har En Ung modul, E av 150±10 kN/mm2 (eller 150±10 GPa) og kommer i størrelser fra 3 til 90 mm diameter. Spiralstreng lider av konstruksjonsstrekning, hvor trådene komprimeres når kabelen er lastet. Dette fjernes vanligvis ved å strekke kabelen og sykle lasten opp og ned til 45% av den ultimate strekkbelastningen.

Låst spolestreng har Vanligvis En Youngs Modul på 160±10 kN / mm2 og kommer i størrelser fra 20 mm til 160 mm diameter.

egenskapene til individets tråder av forskjellige materialer er vist i tabellen under, hvor UTS er ultimate strekkfasthet, eller bruddbelastningen:

Strukturformerrediger

luftstøttede strukturer er en form for strekkstrukturer der tekstilhylsen bare støttes av trykkluft.

flertallet av stoffstrukturer får sin styrke fra deres dobbelt buede form. Ved å tvinge stoffet til å ta på seg dobbeltkrumning, får stoffet tilstrekkelig stivhet til å tåle belastningene det utsettes for(for eksempel vind-og snølast). For å indusere en tilstrekkelig dobbelt buet form er det oftest nødvendig å forspenne eller forspenne stoffet eller dets støttestruktur.

Form-findingEdit

oppførselen til strukturer som er avhengige av forspenning for å oppnå sin styrke, er ikke-lineær, så alt annet enn en veldig enkel kabel har frem til 1990-tallet vært svært vanskelig å designe. Den vanligste måten å designe dobbelt buede stoffstrukturer var å konstruere skalamodeller av de endelige bygningene for å forstå deres oppførsel og å gjennomføre formsøkende øvelser. Slike skala modeller ofte ansatt strømpe materiale eller tights, eller såpe film, som de oppfører seg på en svært lik måte til strukturelle stoffer (de kan ikke bære skjær).

Såpefilmer har ensartet stress i alle retninger og krever en lukket grense for å danne. De danner naturlig en minimal overflate-skjemaet med minimalt område og legemliggjør minimal energi. De er imidlertid svært vanskelig å måle. For en stor film kan vekten på alvor påvirke sin form.

for en membran med krumning i to retninger er den grunnleggende likningen av likevekt:

w = t 1 R 1 + t 2 R 2 {\displaystyle w={\frac {t_{1}}{R_{1}}+{\frac {t_{2}} {R_{2}}

hvor:

• r1 og r2 er de viktigste krumningsradiene for såpefilmer eller retningene til warp og vev for Stoffer
• t1 og t2 er spenningene i de relevante retningene
• w er belastningen per kvadratmeter

linjer Med Hovedkrumning har ingen vri og krysser andre linjer med hovedkrumning i rette vinkler.en geodetisk eller geodetisk linje er vanligvis den korteste linjen mellom to punkter på overflaten. Disse linjene brukes vanligvis når du definerer skjære mønster søm-linjer. Dette skyldes deres relative retthet etter at de plane klutene er generert, noe som resulterer i lavere klutavfall og tettere justering med stoffvev.

i en pre-stresset, men losset overflate w = 0, så t 1 R 1 = − t 2 R 2 {\displaystyle {\frac {t_{1}}{R_{1}}}=-{\frac {t_{2}}{r_{2}}}

.

i en såpefilm er overflatespenningen jevn i begge retninger, Så R1 = – R2.det er nå mulig å bruke kraftige ikke-lineære numeriske analyseprogrammer (eller endelig elementanalyse) for å danne og designe stoff-og kabelstrukturer. Programmene må tillate store avbøyninger.

den endelige formen eller formen til en stoffstruktur avhenger av:

• form eller mønster av stoffet
• geometrien til støttestrukturen (som master, kabler, ringbjelker osv.)
• pretensjonen på stoffet eller dets støttestruktur

det er viktig at den endelige formen ikke tillater ponding av vann, da dette kan deformere membranen og føre til lokal feil eller progressiv svikt i hele strukturen.

snøbelastning kan være et alvorlig problem for membranstrukturen, da snøen ofte ikke vil strømme av strukturen som vann vil. For eksempel har Dette tidligere forårsaket (midlertidig) sammenbrudd Av Hubert H. Humphrey Metrodome, en luftoppblåst struktur I Minneapolis, Minnesota. Noen strukturer utsatt for ponding bruke oppvarming for å smelte snø som legger seg på dem.

Sadelform

det er mange forskjellige dobbelt buede former, hvorav mange har spesielle matematiske egenskaper. Den mest grunnleggende dobbelt buede fra er sadelformen, som kan være en hyperbolisk paraboloid (ikke alle sadelformer er hyperbolske paraboloider). Dette er en dobbeltstyrt overflate og brukes ofte i både lette skallstrukturer (se hyperboloidstrukturer). Sanne styrte overflater finnes sjelden i strekkstrukturer. Andre former er antiklastiske sadler, forskjellige radiale, koniske teltformer og enhver kombinasjon av dem.

PretensionEdit

Pretensjon er spenning kunstig indusert i strukturelle elementer i tillegg til selvvekt eller pålagte belastninger de kan bære. Det brukes til å sikre at de normalt svært fleksible strukturelementene forblir stive under alle mulige belastninger.

et daglig eksempel på pretensjon er en hylle som støttes av ledninger som går fra gulv til tak. Ledningene holde hyllene på plass fordi de er spent – hvis ledningene var slakk systemet ikke ville fungere.Pretensjon Kan påføres en membran ved å strekke den fra kantene eller ved å stramme kabler som støtter den og dermed endre form. Nivået på pretensjon som brukes, bestemmer formen på en membranstruktur.

Alternativ form-finding approachEdit

den alternative tilnærmede tilnærmingen til form-finding problemløsning er basert på den totale energibalansen i et grid-nodal system. På grunn av sin fysiske betydning kalles Denne tilnærmingen Stretched Grid Method (SGM).