materiały Membranoweedit
powszechnymi materiałami do podwójnie zakrzywionych konstrukcji tkanin są włókno szklane pokryte PTFE i Poliester pokryty PVC. Są to materiały tkane o różnej wytrzymałości w różnych kierunkach. Włókna osnowy (te włókna, które są pierwotnie proste-odpowiednik włókien wyjściowych na Krosna) mogą przenosić większe obciążenie niż włókna wątku lub wypełnienia, które są tkane między włóknami osnowy.
inne konstrukcje wykorzystują folię ETFE, zarówno jako pojedynczą warstwę, jak i w formie poduszki (którą można napompować, aby zapewnić dobre właściwości izolacyjne lub efekt estetyczny—jak na Allianz Arena w Monachium). Poduszki ETFE można również wytrawiać wzorami, aby przepuścić różne poziomy światła po napompowaniu do różnych poziomów.
w świetle dziennym przezroczystość membrany tkaniny zapewnia miękkie rozproszone naturalnie oświetlone przestrzenie, podczas gdy w nocy sztuczne oświetlenie może być używane do tworzenia zewnętrznego oświetlenia otoczenia. Najczęściej są one podparte ramą konstrukcyjną, ponieważ nie mogą czerpać swojej wytrzymałości z podwójnej krzywizny.
Kableedit
kable mogą być ze stali miękkiej, stali o wysokiej wytrzymałości (ciągnionej stali węglowej), stali nierdzewnej, poliestru lub włókna aramidowe. Kable konstrukcyjne wykonane są z serii małych splotek skręconych lub połączonych ze sobą, tworząc znacznie większy Kabel. Kable stalowe są albo splotem spiralnym, w którym okrągłe pręty są skręcone ze sobą i „klejone” za pomocą polimeru, lub zablokowaną splotem cewki, w którym poszczególne blokujące się stalowe splotki tworzą Kabel (często z rdzeniem spiralnym).
splot spiralny jest nieco słabszy od splotu cewki zamkniętej. Stalowe Kable spiralne mają moduł Younga, E 150±10 kN/mm2 (lub 150±10 GPa) i są dostępne w rozmiarach od 3 do 90 mm średnicy. Splot spiralny cierpi na rozciąganie konstrukcji, w którym sploty zwarte są po załadowaniu kabla. Zwykle jest to usuwane przez wstępne rozciąganie kabla i cykliczne obciążenie w górę iw dół do 45% ostatecznego obciążenia rozciągającego.
zablokowana splot cewki zwykle ma moduł Younga 160±10 kN/mm2 i występuje w rozmiarach od 20 mm do 160 mm średnicy.
właściwości poszczególnych pasm różnych materiałów przedstawiono w poniższej tabeli, gdzie UTS jest najwyższą wytrzymałością na rozciąganie lub obciążeniem zrywającym:
| 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% |
formy Konstrukcyjnedytuj
konstrukcje wsparte powietrzem są formą konstrukcji rozciągliwych, w których powłoka tkaniny jest podparta tylko powietrzem pod ciśnieniem.
większość struktur tkaninowych czerpie swoją siłę z podwójnie zakrzywionego kształtu. Zmuszając tkaninę do podwójnej krzywizny, tkanina zyskuje wystarczającą sztywność, aby wytrzymać obciążenia, którym jest poddawana (na przykład obciążenia wiatrem i śniegiem). Aby uzyskać odpowiednio podwójnie zakrzywioną formę, najczęściej konieczne jest naprężenie lub sprężenie tkaniny lub jej konstrukcji nośnej.
form-findingEdit
zachowanie konstrukcji, które w celu uzyskania wytrzymałości są uzależnione od sprężania, jest nieliniowe, więc cokolwiek innego niż bardzo prosty kabel, aż do lat 90.było bardzo trudne do zaprojektowania. Najczęstszym sposobem projektowania podwójnie zakrzywionych struktur tkaninowych było konstruowanie modeli w skali końcowych budynków w celu zrozumienia ich zachowania i przeprowadzenia ćwiczeń formotwórczych. Takie modele w skali często wykorzystywały materiał pończoszniczy lub rajstopy lub folię mydlaną, ponieważ zachowują się bardzo podobnie do tkanin strukturalnych (nie mogą nosić ścinania).
folie mydlane mają równomierne naprężenia w każdym kierunku i wymagają zamkniętej granicy do utworzenia. Naturalnie tworzą minimalną powierzchnię-formę o minimalnej powierzchni i ucieleśniają minimalną energię. Są one jednak bardzo trudne do zmierzenia. W przypadku dużej folii jego waga może poważnie wpłynąć na jego formę.
dla membrany o krzywiźnie w dwóch kierunkach podstawowym równaniem równowagi jest:
w = t 1 R 1 + T 2 R 2 {\displaystyle w={\frac {t_{1}}{r_{1}}}+{\frac {t_{2}}{r_{2}}}}
gdzie:
- R1 i R2 są głównymi promieniami krzywizny dla filmów mydlanych lub kierunkami osnowy i wątku dla tkanin
- T1 i T2 są napięciami w odpowiednich kierunkach
- w jest obciążeniem na metr kwadratowy
linie głównej krzywizny nie mają skręcenia i przecinają inne linie głównej krzywizny pod kątem prostym.
linia geodezyjna lub geodezyjna jest zazwyczaj najkrótszą linią między dwoma punktami na powierzchni. Linie te są zwykle używane przy definiowaniu linii szwów wzoru cięcia. Wynika to z ich względnej prostoliniowości po wytworzeniu płaskich tkanin, co skutkuje niższym marnotrawstwem tkaniny i bliższym dopasowaniem do splotu tkaniny.
na wstępnie obciążonej, ale nieobciążonej powierzchni w = 0, więc t 1 R 1 = -t 2 R 2 {\displaystyle {\frac {t_{1}}{r_{1}}}= − {\frac {t_{2}}{r_{2}}}}
.
w folii mydlanej napięcia powierzchniowe są jednolite w obu kierunkach, więc R1 = −R2.
możliwe jest teraz wykorzystanie potężnych nieliniowych programów do analizy numerycznej (lub analizy elementów skończonych) do tworzenia i projektowania konstrukcji tkanin i kabli. Programy muszą umożliwiać Duże ugięcia.
ostateczny kształt lub forma struktury tkaniny zależy od:
- kształtu lub wzoru tkaniny
- geometrii konstrukcji nośnej (takich jak maszty, Kable, belki pierścieniowe itp.
- pretensja zastosowana do tkaniny lub jej konstrukcji nośnej
ważne jest, aby ostateczna forma nie pozwalała na rozmycie wody, ponieważ może to odkształcić membranę i doprowadzić do lokalnej awarii lub postępującej awarii całej konstrukcji.
obciążenie śniegiem może być poważnym problemem dla struktury membrany, ponieważ śnieg często nie wypływa ze struktury, tak jak woda. Na przyklad, to w przeszlosci spowodowalo (tymczasowy) upadek Hubert H. Humphrey Metrodome, napompowanej powietrzem struktury w Minneapolis, Minnesota. Niektóre konstrukcje skłonne do rozmyślań wykorzystują ogrzewanie do stopienia osadzającego się na nich śniegu.
istnieje wiele różnych podwójnie zakrzywionych form, z których wiele ma specjalne właściwości matematyczne. Najbardziej podstawowym podwójnie zakrzywionym kształtem siodła jest kształt siodła, który może być paraboloidem hiperbolicznym (nie wszystkie kształty siodła są paraboloidami hiperbolicznymi). Jest to powierzchnia dwuwarstwowa i jest często stosowana zarówno w lekkich konstrukcjach skorupowych (zob. struktury hiperboloidalne). Prawdziwe powierzchnie rządzone są rzadko spotykane w konstrukcjach rozciągliwych. Inne formy to siodła antyklastyczne, różne promieniowe, stożkowe formy namiotowe i Dowolna ich kombinacja.
PretensionEdit
Pretension to naprężenie sztucznie indukowane w elementach konstrukcyjnych oprócz wszelkich obciążeń własnych lub narzuconych, które mogą przenosić. Służy do zapewnienia, że normalnie bardzo elastyczne elementy konstrukcyjne pozostają sztywne pod wszystkimi możliwymi obciążeniami.
codziennym przykładem napinania jest regał podparty przewodami biegnącymi od podłogi do sufitu. Przewody utrzymują Półki na miejscu, ponieważ są naprężone-gdyby przewody były luźne, system nie działałby.
napinanie można zastosować do membrany rozciągając ją od jej krawędzi lub napinając kable, które ją podtrzymują, a tym samym zmieniając jej kształt. Poziom zastosowanego naprężenia decyduje o kształcie struktury membrany.
alternatywne podejście do rozwiązywania problemów związanych z wyszukiwaniem formularzyedit
alternatywne przybliżone podejście do rozwiązywania problemów związanych z wyszukiwaniem formularzy opiera się na całkowitym bilansie energetycznym układu sieciowo-węzłowego. Ze względu na swoje fizyczne znaczenie podejście to nazywane jest metodą rozciągniętej siatki (SGM).