membraanmaterialen edit
Common materials voor dubbel gebogen stoffen structuren zijn ptfe-gecoate glasvezel en PVC-gecoate polyester. Dit zijn geweven materialen met verschillende sterktes in verschillende richtingen. De kettingvezels (die vezels die oorspronkelijk recht zijn-equivalent aan de startvezels op een weefgetouw) kunnen een grotere belasting dragen dan de inslagvezels of vulvezels, die tussen de kettingvezels zijn geweven.
andere structuren maken gebruik van ETFE folie, hetzij als enkellaags, hetzij in kussenvorm (die kan worden opgeblazen, om goede isolatieeigenschappen te bieden of voor esthetisch effect—zoals op de Allianz Arena in München). ETFE kussens kunnen ook met patronen worden geëtst om verschillende lichtniveaus door te laten wanneer ze tot verschillende niveaus worden opgeblazen.
bij daglicht biedt de doorschijnendheid van het textielmembraan zachte diffuse, natuurlijk verlichte ruimten, terwijl ‘ s nachts kunstlicht kan worden gebruikt om een omgevingsluminescentie aan de buitenkant te creëren. Ze worden meestal ondersteund door een structureel frame omdat ze hun kracht niet kunnen afleiden uit dubbele kromming.
Kabelsedit
kabels kunnen van zacht staal, hoogsterkte staal (getrokken koolstofstaal), roestvrij staal, polyester of Aramide vezels zijn. Structurele kabels zijn gemaakt van een reeks kleine strengen gedraaid of aan elkaar gebonden om een veel grotere kabel te vormen. Stalen kabels zijn ofwel spiraalstreng, waar ronde staven aan elkaar worden gedraaid en “gelijmd” met behulp van een polymeer, of vergrendelde spoel streng, waar individuele in elkaar grijpende stalen strengen vormen de kabel (vaak met een spiraalstreng kern).
Spiraalstreng is iets zwakker dan vergrendelde spiraalstreng. Stalen spiraalstrengkabels hebben een Young ‘ s modulus, E van 150±10 kN / mm2 (of 150±10 GPa) en zijn verkrijgbaar in maten van 3 tot 90 mm diameter. Spiraal streng lijdt aan constructie stretch, waar de strengen compact wanneer de kabel wordt geladen. Dit wordt normaal verwijderd door de kabel voor te rekken en de belasting op en neer te draaien tot 45% van de uiteindelijke trekbelasting.
gesloten spoelstreng heeft een Young-Modulus van 160±10 kN / mm2 en is verkrijgbaar in groottes van 20 mm tot 160 mm diameter.
de eigenschappen van de afzonderlijke strengen van verschillende materialen zijn weergegeven in onderstaande tabel, waarbij UTS de uiteindelijke treksterkte of de breukbelasting is:
| 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% |
structurele vormedit
Luchtconstructies zijn een vorm van trekconstructies waarbij de doekschil alleen wordt ondersteund door lucht onder druk.
De meeste weefselstructuren ontlenen hun sterkte aan hun dubbel gebogen vorm. Door de stof te dwingen een dubbele kromming aan te nemen krijgt de stof voldoende stijfheid om de belastingen te weerstaan waaraan het wordt blootgesteld (bijvoorbeeld wind-en sneeuwbelastingen). Om een voldoende dubbel gebogen vorm op te wekken is het meestal noodzakelijk om het weefsel of de draagstructuur ervan te pretenderen of te voorspannen.
Form-findingEdit
het gedrag van structuren die afhankelijk zijn van voorspanning om hun sterkte te bereiken is niet-lineair, dus iets anders dan een zeer eenvoudige kabel was tot de jaren negentig zeer moeilijk te ontwerpen. De meest gebruikelijke manier om dubbel gekromde stoffenstructuren te ontwerpen was door schaalmodellen te maken van de laatste gebouwen om hun gedrag te begrijpen en vorm-finding oefeningen uit te voeren. Dergelijke schaalmodellen vaak gebruikt kous materiaal of panty ‘ s, of zeepfilm, omdat ze zich op een zeer vergelijkbare manier gedragen als structurele stoffen (ze kunnen niet afschuiving dragen).
Zeepfilms hebben een uniforme spanning in alle richtingen en vereisen een gesloten grens om zich te vormen. Ze vormen van nature een minimaal oppervlak – de vorm met een minimaal oppervlak en belichaamt minimale energie. Ze zijn echter zeer moeilijk te meten. Voor een grote film kan het gewicht de vorm ernstig beïnvloeden.
voor een membraan met een kromming in twee richtingen is de basisevenwicht vergelijking:
w = t 1 R 1 + t 2 R 2 {\displaystyle w={\frac {t_{1}}{R_{1}}}+{\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
waar:
- R1 en R2 zijn de belangrijkste stralen van de kromming voor zeep films of de aanwijzingen van de schering en inslag voor stoffen
- t1 en t2 zijn de spanningen in de relevante richtingen
- w is de belasting per vierkante meter
de Lijnen van de hoofdsom kromming hebben geen twist en intersect andere lijnen van de hoofdsom kromming loodrecht.
een geodetische of geodetische lijn is meestal de kortste lijn tussen twee punten op het oppervlak. Deze lijnen worden meestal gebruikt bij het definiëren van het snijpatroon naadlijnen. Dit is te wijten aan hun relatieve rechtheid na de vlakke doeken zijn gegenereerd, wat resulteert in een lagere doek verspilling en nauwere afstemming met het weefsel.
In een voorgespannen maar onbelast oppervlak w = 0, dus t 1 R 1 = -T 2 r 2 {\displaystyle {\frac {T_{1}}{R_{1}}}= − {\frac {t_{2}}{R_{2}}}}
.
in een zeepfilm zijn de oppervlaktespanningen in beide richtingen uniform, dus R1 = – R2.
Het is nu mogelijk om krachtige niet-lineaire numerieke analyseprogramma ‘ s (of eindige-elementenanalyse) te gebruiken om weefsel-en kabelstructuren te vormen en te ontwerpen. De programma ‘ s moeten zorgen voor grote doorbuigingen.
de uiteindelijke vorm van een weefselstructuur hangt af van:
- vorm of patroon van het weefsel
- de geometrie van de draagstructuur (zoals masten, kabels, ringbalken enz.)
- de op het weefsel of de dragende structuur aangebrachte pretentie
Het is van belang dat de uiteindelijke vorm geen water toelaat, omdat dit het membraan kan vervormen en kan leiden tot lokaal falen of progressief falen van de gehele structuur.
sneeuwbelasting kan een ernstig probleem zijn voor de membraanstructuur, omdat de sneeuw vaak niet van de structuur zal stromen zoals water. Dit heeft bijvoorbeeld in het verleden de (tijdelijke) instorting van de Hubert H. Humphrey Metrodome veroorzaakt, een luchtgepompte structuur in Minneapolis, Minnesota. Sommige structuren die gevoelig zijn voor nadenken gebruiken verwarming om sneeuw te smelten die zich op hen vestigt.
Er zijn veel verschillende dubbel gebogen vormen, waarvan vele speciale wiskundige eigenschappen hebben. De meest basale dubbel gebogen van is de zadelvorm, die een hyperbolische paraboloïde kan zijn (niet alle zadelvormen zijn hyperbolische paraboloïden). Dit is een dubbel regelbaar oppervlak en wordt vaak gebruikt in beide lichtgewicht shell structuren (zie hyperboloïde structuren). Echte geregeerde oppervlakken worden zelden gevonden in trekstructuren. Andere vormen zijn antiklastische zadels, verschillende radiale, kegelvormige tent vormen en elke combinatie van hen.
Pretentiedit
pretentie is spanning die kunstmatig wordt geïnduceerd in de structurele elementen, naast elke zelfgewicht of opgelegde belasting die zij kunnen dragen. Het wordt gebruikt om ervoor te zorgen dat de normaal zeer flexibele structurele elementen stijf blijven onder alle mogelijke belastingen.
een dagelijks voorbeeld van pretentie is een rekken die wordt ondersteund door draden die van vloer tot plafond lopen. De draden houden de planken op hun plaats omdat ze worden gespannen-als de draden waren slap het systeem zou niet werken.
pretentie kan op een membraan worden aangebracht door het van de randen te strekken of door kabels te spannen die het membraan ondersteunen en daardoor van vorm te veranderen. Het toegepaste pretentieniveau bepaalt de vorm van een membraanstructuur.
alternatieve vormzoekende benadering
de alternatieve benadering van de vormzoekende probleemoplossing is gebaseerd op de totale energiebalans van een grid-knooppuntsysteem. Vanwege zijn fysieke betekenis wordt deze benadering de Stretched Grid Method (BSS) genoemd.