4. Работа элементов
Оболочка (оболочечный элемент) – это трехмерное тело, ограниченное двумя криволинейными поверхностями, один из размеров которого (толщина) мал по сравнению с остальными размерами (рис.13,а). Геометрическое место точек, равноудаленных от поверхностей оболочки, называется срединной поверхностью. Оболочки могут быть нулевой, одиночной или двоякой (рис. 13, б – г) кривизны, при этом множество возможных форм оболочек практически безгранично. За счет своей пространственной формы оболочка эффективно работает при различных видах нагрузок, позволяя создавать экономичные конструкции, обладающие большой архитектурной выразительностью. В поперечных сечениях оболочек возникают усилия растяжения или сжатия в одном или двух направлениях. При несимметричных загружениях в элементах.
Рис.13.Базовый элемент – безмоментная оболочка и конструкции на ее основе:а – безмоментная оболочка; б – цилиндрический свод (оболочка нулевой гауссовой кривизны); в – сферическая оболочка (оболочка двоякой положительной гауссовой кривизны); г – гипар (оболочка двоякой отрицательной гауссовой кривизны)
Оболочек могут возникать сдвиговые силы. Изгибающие моменты обычно возникают лишь в отдельных областях оболочек, например в приопорных зонах. На рис.14 показаны упрощенные схемы распределения усилий в оболочках. [1]
Мембрана – это гибкая пластина или гибкая оболочка в виде полотнища. Гибкая пластина образует мембранный элемент одинарной кривизны. Гибкая оболочка может образовывать мембрану двойной кривизны (рис.14). Мембраны, как и нити, работают только на растяжение. Под действием поперечной нагрузки они принимают очертание, соответствующее виду нагрузки. Мембранные элементы изготавливаются из материалов, эффективно работающих на растяжение, например из стали или пластиков. В мембранах силовой поток распределен по всей поверхности, вызывая равномерные и сравнительно невысокие нормальные напряжения материала.
Массивный элемент – это трехмерное тело, все три основных размера которого имеют один и тот же порядок. К массивным элементам можно отнести фундаментные блоки, опоры мостов и т.п. [2]
Рис.14Базовый элемент – мембрана и конструкции на ее основе: а – мембрана (действуют только растягивающие усилия); б – тентовая конструкция (для формообразования используется предварительное натяжение); в – воздухоопорная оболочка (элемент такой оболочки работает как мембрана – на растяжение)
Используемые источники:
1.Studme.org. Архитектурно-строительные URL: http://studme.org/54860/tovarovedenie/osnovnye_nesuschie_elementy_klassifikatsiya
2. С.Н кривошапко, В.В Галишникова «Архитектурно строительные конструкции» М: Юрайт 2016г
5. Предпочтительные материалы
Предпочтительные материалы для создания оболочки это-железобетон, металл, древесина, полимерные, тканые и композиционные материалы.
Пневмолинзы и пневмопанели используются как конструктивные элементы в виде арок, стержней, стоек, балок, стеновых панелей и элементов кровли.
Современные материалы, используемые в мембранных конструкциях, превращают их из временных сооружений в полноценные долговременные архитектурные конструкции, обладающие рядом преимуществ по сравнению с традиционными.
Наибольшее распространение для целей использования в мембранной архитектуре получили: полиэстер, покрытый поливинилхлоридом (ПВХ); стекловолокно, покрытое политетрафторидэтиленом (PTFE), а также пленки из этилентетрафторидэтилена (ETFE).
ПВХ-ткани – широко используемый материал с большими возможностями по разрывной нагрузке, достаточно эластичен (удлинение под нагрузкой до 30%) и хорошо обрабатывается. ПВХ-ткани могут быть полупрозрачными и светоблокирующими. Возможно окрашивание ПВХ в массе или нанесение рисунка на готовое изделие. Поверхность ПВХ-тканей покрывается специальными составами и лаками для защиты от солнечной радиации, плесени и старения. Путем введения специальных добавок можно менять свойства и усиливать противопожарную защиту и стойкость к холоду. Срок службы отдельных видов ПВХ-тканей составляет примерно 20 лет.
PTFE-ткани на основе стекловолокна обладают уникальными свойствами по несущей способности и прочности. В течение всего срока службы (по меньшей мере 30 лет) PTFE-ткани успешно противостоят неблагоприятным условиям окружающей среды. Также как ПВХ-ткани, ткани на основе PTFE могут быть полупрозрачными и хорошо рассеивать свет. [1]
Примером использования панелей ETFE для решения сразу нескольких задач служит недавно созданный футбольный стадион в Мюнхене от прославленной пары – Жака Херцога и Пьера де Мерона.
Рис.15. Общий вид стадиона "Альянс Арена". Мюнхен.
Этилен-тетрафторхлорэтилен (ETFE). Основной чертой этого сополимера является простота обработки. Он хорошо приспосабливается к экструзии, а также литьевому формованию и формованию из расплава, трансферному формованию или прессованию, центробежной формовке и выдувному формованию. В расплавленном состоянии ETFE имеет высокую текучесть, и поэтому он обеспечивает более высокую скорость обработки, чем другие фторполимеры, такие как FEP и перфторалкоксидные смолы. Постоянная температура использования ETFE – примерно 150°C – ниже, чем у других фторполимеров. Тем не менее, для этого материала характерны: механическая жесткость и химическая инертность
Пленки из ETFE используются для ламинирования стекловолоконных тканей и металлических сеток, в такой комбинации они выполняют роль защиты от всех видов климатических воздействий. Благодаря тому, что ETFE-пленки пропускают свет на 95%, их используют как прозрачные кровли зданий в виде пневмолинз и пневмопанелей.
Кроме того, панели ETFE позволяют регулировать теплопроводность оболочки за счет того, что в них может быть закачан разный объем воздуха
Рис.16. . Регулирование теплопроводности оболочки:
а) сбережение тепла внутри помещения; б) охлаждение.
Из новейшего строительного материала – пластика ETFE – уже построены британский центр изучения экологии Eden Project и небоскреб торгово-развлекательного центра «Хан Шатыры» в Астане (Казахстан)
Рис.17. «Хан Шатыры» г. Астана
PTW играет с геометрией, совмещая естественные, если не сказать природные элементы, вроде кристаллов, клеток и молекулярных структур, с некоей натуральной же хаотичностью. Несмотря на свой органический вид, структура — простая стальная пространственная рама, состоящая из двух частей: запутанной внутренней (хитросплетение трёх узлов и четырёх различных членов) и внешней, формирующей крышу и потолок. Здесь структура из панелей ETFE (Ethylen Tetrafluorethylen) развивается уже не двухмерно, как в «Альянс Арене» в Мюнхене, а трехмерно, судя по доступным иллюстрациям этого объекта.
Рис.18. Структура "Куба"
Структуры из данного материала, особенным образом реагирующие на освещение и проекции, PTW разрабатывала совместно с китайскими партнёрами и фирмой Arup. Говорится также, что структура на основе ETFE "идеально подходит для сейсмических условий Китая".
Кроме того, австралийские архитекторы подчёркивают и тот факт, что Watercube – это "очень эффективный зелёный дом", то есть дружественное экологии сооружение. Просто обычные плавательные центры достаточно энергоёмкие, а высокотехнологичная оболочка здания "Водяного куба" улавливает до 90% "входящей" солнечной энергии, которая используются для подогрева воды в бассейне и других целей внутри здания.
Как пишут архитектурные журналы, "Watercube" будет иметь воздействие на всю архитектуру XXI века". Так ли это, ещё предстоит выяснить. Но очевидно, что представление о плавательных бассейнах "Водяной куб" изменить вполне может.
О возрастающей популярности структур из ETFE – панелей говорят и результаты международного конкурса на реконструкцию стадиона имени Кирова в Санкт-Петербурге. В трех из пяти проектов-финалистов предполагается использование этих структур
Рис.19. . Конкурсное предложение по реконструкции стадиона им. Кирова "Космический корабль" в Санкт-Петербурге
Развитие технологий во второй половине ХХ века привело к прорыву в области мембранной архитектуры. Мембранные покрытия стали таким же важным элементом в строительстве, как камень, стекло, металл и дерево. Дальнейшее развитие технологий идет в направлении создания многослойных форм мембранных конструкций, обладающих свойствами полноценной тепло- и звукоизоляции, а также конструкций, использующих солнечную энергию. [2]
Используемые источники:
1. Новиков Ю. Н. Архитектурные мембранные конструкции .URL: http://www.flexpro.ru/text.htm
2. Куршакова В.Н. Проблемы применения мембранных конструкций в современной архитектуре.URL: http://book.uraic.ru/project/conf/txt/005/archvuz22_pril/14/template_article-ar=K21-40-k21.htmейших