Hyperboloidní struktura - Hyperboloid structure
Hyperboloidní struktury jsou architektonické struktury navržené pomocí hyperboloidu v jednom listu. Často se jedná o vysoké struktury, například věže, kde se konstrukční pevnost hyperboloidní geometrie používá k podepření objektu vysoko nad zemí. Hyperboloidní geometrie se často používá pro dekorativní efekt i pro strukturální ekonomiku. První hyperboloidní struktury postavil ruský inženýr Vladimír Šuchov (1853–1939). Na první hyperboloid věž světě leží v Polibino, Dankovsky District, Lipetsk Oblast , Rusko.
Vlastnosti
Hyperbolické struktury mají negativní Gaussovo zakřivení , což znamená, že se zakřivují spíše dovnitř, než aby se zakřivovaly směrem ven nebo byly rovné. Jako dvojnásobně ovládané povrchy mohou být vyrobeny s mřížkou přímých nosníků, a proto se staví snadněji než zakřivené povrchy, které nemají pravidlo, a musí být místo toho stavěny se zakřivenými nosníky.
Hyperboloidní struktury mají lepší stabilitu proti vnějším silám ve srovnání s „rovnými“ budovami, ale mají tvary, které často vytvářejí velké množství nepoužitelného objemu (nízká vesmírná účinnost). Proto se běžněji používají v účelových strukturách, jako jsou vodní věže (na podporu velké hmoty), chladicí věže a estetické prvky.
U chladicích věží je preferována hyperbolická struktura. Ve spodní části poskytuje rozšíření věže velkou plochu pro instalaci náplně na podporu tenkovrstvého odpařovacího chlazení cirkulující vody. Jak se voda nejprve odpařuje a stoupá, zužující účinek pomáhá urychlit laminární proudění a poté, jak se rozšiřuje, kontakt mezi ohřátým vzduchem a atmosférickým vzduchem podporuje turbulentní míchání.
Práce Shukhova
V 80. letech 19. století začal Shukhov pracovat na problému návrhu střešních systémů s využitím minima materiálu, času a práce. Jeho výpočty byly s největší pravděpodobností odvozeny od práce matematika Pafnuty Chebysheva o teorii nejlepších aproximací funkcí. Shukhovovy matematické průzkumy efektivních střešních konstrukcí vedly k jeho vynálezu nového systému, který byl inovativní jak strukturálně, tak prostorově. Použitím svých analytických dovedností na dvojnásobně zakřivené povrchy, které Nikolaj Lobačevskij pojmenoval „hyperbolický“, odvodil Shukhov rodinu rovnic, které vedly k novým strukturním a konstrukčním systémům, známým jako hyperboloidy revoluce a hyperbolické paraboloidy .
Ocelové mřížky výstavních pavilonů 1896 All-Russian Industrial and Handicrafts Exposition v Nižním Novgorodu byly prvními veřejně prominentními příklady nového Shukhovova nového systému. Pro expozici v Nižním Novgorodu byly postaveny dva pavilony tohoto typu, jeden oválný v půdorysu a jeden kruhový. Střechy těchto pavilonů byly dvojnásobně zakřivené mřížky, které byly zcela tvořeny mřížkou z rovného úhlu a plochých železných tyčí. Shukhov sám je nazval azhurnaia bashnia („krajková věž“, tj. Mřížová věž ). Patent tohoto systému, o který se Shukhov přihlásil v roce 1895, byl udělen v roce 1899.
Shukhov také obrátil svou pozornost na vývoj efektivního a snadno sestavitelného konstrukčního systému ( mřížky ) pro věž nesoucí nahoře velké zatížení - problém vodárenské věže . Jeho řešení bylo inspirováno pozorováním působení tkaného koše nesoucího velkou váhu. Opět to mělo podobu dvojnásobně zakřiveného povrchu vytvořeného ze světelné sítě přímých železných tyčí a úhlového železa. Během příštích 20 let navrhl a postavil téměř 200 těchto věží, žádné dvě přesně podobné, většinou s výškami v rozmezí 12 až 68 metrů.
Přinejmenším již v roce 1911 začal Shukhov experimentovat s konceptem formování věže z naskládaných částí hyperboloidů. Skládání sekcí umožňovalo, aby se tvar věže více zužoval nahoře, s méně výrazným „pasem“ mezi prstenci určujícími tvar dole a nahoře. Zvýšení počtu sekcí by zvýšilo zúžení celkového tvaru až do té míry, že by to začalo připomínat kužel.
V roce 1918 Shukhov vyvinul tento koncept do konstrukce devíti sekční skládané hyperboloidní rádiové vysílací věže v Moskvě. Shukhov navrhl 350m věž, která by překonala Eiffelovu věž na výšku o 50m, při použití méně než čtvrtiny množství materiálu. Jeho návrh, stejně jako celá sada podpůrných výpočtů analyzujících hyperbolickou geometrii a dimenzování sítě členů, byl dokončen do února 1919. Nebylo však k dispozici 2 200 tun oceli potřebné k postavení věže na 350 metrů. V červenci 1919 Lenin rozhodl, že věž by měla být postavena do výšky 150 metrů a potřebná ocel měla být k dispozici ze zásob armády. Stavba menší věže se šesti skládanými hyperboloidy začala během několika měsíců a Šuhovova věž byla dokončena do března 1922.
Ostatní architekti
Antoni Gaudi a Shukhov prováděli experimenty s hyperboloidními strukturami téměř současně, ale nezávisle, v letech 1880–1895. Antoni Gaudi použil struktury v podobě hyperbolického paraboloidu (hypar) a hyperboloidu revoluce v chrámu Sagrada Família v roce 1910. V chrámu Sagrada Família je na betlémské fasádě několik míst - design nevyrovnává Gaudího povrchový design, kde se vyvíjí hyperboloid. Kolem scény s pelikánem je řada příkladů (včetně koše drženého jednou z postav). Existuje hyperboloid, který dodává strukturní stabilitu cypřiši (připojením k můstku). Věže „biskupské mitry“ jsou opatřeny hyperboloidy.
V Palau Güell je podél hlavní fasády jedna sada vnitřních sloupů s hyperbolickými hlavicemi. Korunou slavného parabolického trezoru je hyperboloid. Klenba jedné ze stájí v kostele Colònia Güell je hyperboloid. V parku Güell je jedinečný sloup, který je hyperboloid. Slavný španělský inženýr a architekt Eduardo Torroja navrhl tenkovrstvou vodárenskou věž ve Fedale a střechu Hipódromo de la Zarzuela v podobě hyperboloidu revoluce. Le Corbusier a Félix Candela použili hyperboloidní struktury ( hypar ).
Hyperboloidní chladicí věž byla patentována Frederikem van Itersonem a Gerardem Kuypersem v roce 1918.
Georgia Dome byl první Hypar- Tensegrity dome být stavěn.
Galerie tvarových variací
Hyperbolického paraboloidu je dvojnásobně vyloučit povrchu , takže může být použit pro konstrukci sedlovou střechou z přímých nosníků.
Scotiabank Saddledome arena má hyperbolický paraboloid sedlovou střechu , Calgary , Kanada , 1983.
Stohovatelné čipy Pringles jsou hyperbolické paraboloidy .
Hyperboloid z jednoho listu je dvojnásobně rozhodl povrch , a může být generován buď ze dvou rodin přímky.
cs: Slunečná (rozhledna) , (Sunny (rozhledna)) je jednodušší hyperboloidní struktura, Velké Pavlovice , Česká republika , 2009.
Mae West (sochařství) je dvojnásobně rozhodl povrch hyperboloid struktura, Mnichov , Německo , 2011.
Věžový projekt Vladimíra Shukhova z roku 1919 naskládá 9 hyperboloidů na vzdálenost 350 metrů.
Planetárium Jamese S. McDonnella v Saint Louis Science Center , St. Louis, Missouri , USA , 1963.
Řídicí věž letového provozu na mezinárodním letišti v Newcastlu , Newcastle upon Tyne , Velká Británie , 1967.
Vodárenská věž Ciechanów je toroidní vodárenská věž tanku na dvojnásobně vládne hyperboloidní struktury, Ciechanów , Polsko , 1972.
THTR-300 chladicí věže pro nyní-vyřazenou jaderného reaktoru v Hamm -Uentrop, Německo , 1983.
Corporation Street Bridge je horizontální dvojnásobně rozhodl hyperboloid struktura, Manchester , Anglie , 1999.
Corporation Street Bridge vnitřní pohled.
Na Killesberg Tower použití dvojnásobně rozhodl hyperboloidu tensegrity kabely ztuhnout jeho strukturu, Stuttgart , Německo , 2001.
Canton Tower , v Haizhu okres města Guangzhou (historicky známý jako Canton), v Kuang-tung , Čína , 2010.
de: Jübergturm je první dřevěná hyperboloidní věž konstrukčně podepřená pouze vnějším rámem dřeva, Hemer , Märkischer Kreis , Arnsberg , Severní Porýní-Vestfálsko , Německo , 2010.
Věž Vysoká používá ke zpevnění její struktury dvojnásobně ovládané hyperboloidní tensegritní kabely, Tachov , Plzeňský kraj , Česká republika , 2014.
Les Essarts-le-Roi château d'eau (vodárenská věž), Les Essarts-le-Roi , Yvelines , Francie .
V budově Gen Coel se nachází veřejná knihovna, nakupování a komunitní centrum v Heerlerheide v Heerlenu v Nizozemsku .
Zuo tabulky.
3D tištěný držák a hrnek na tužku / kartáček na zuby pro dvojí použití. Vytištěno na Ultimaker 2 , 2015.
Viz také
- Chladící věž
- Geodetická kupole
- Příhradový stožár
- Seznam hyperboloidních struktur s galerií
- Seznam tenkých skořepinových struktur
- Vládl povrch
- Sam Střelec
- Tahová struktura
- Tenkovrstvá struktura
- První hyperboloidní struktura na světě
Poznámky
Reference
- „Nijni-Novgorodská výstava: Vodárenská věž, rozestavěná místnost, pružení v rozpětí 91 stop“, „Inženýr“ , č. 19.3.1897, s. 292–294, Londýn, 1897.
- William Craft Brumfield , „Počátky modernismu v ruské architektuře“ , University of California Press, 1991, ISBN 0-520-06929-3 .
- Elizabeth Cooper anglicky : „Arkhitektura i mnimosti“: Počátky sovětské avantgardní racionalistické architektury v ruské mysticko-filozofické a matematické intelektuální tradici “ , disertační práce z architektury, 264s., University of Pennsylvania, 2000.
- „Vladimir G. Suchov 1853–1939. Die Kunst der sparsamen Konstruktion.“, Rainer Graefe, Jos Tomlow und andere, 192 S., Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart, 1990, ISBN 3-421-02984-9 .
externí odkazy
- Výzkum první Shukhovovy první hyperboloidní struktury na světě , prof. Dr. Armin Grün
- Mezinárodní kampaň na záchranu Šuhovovy věže
- Antiklastické hyperboloidní skořápky
- Mušle: Hyperbolické paraboloidy (hypar)
- Hyperbolické paraboloidy a betonové granáty
- Speciální konstrukce
- Rainer Graefe : „Vladimir G. Šuchov 1853–1939 - Die Kunst der sparsamen Konstruktion.“ , [1]