Struktura hiperboloidalna - Hyperboloid structure
Struktury hiperboloidę są konstrukcje architektoniczne zaprojektowane przy użyciu hiperboloidę w jednym arkuszu. Często są to wysokie konstrukcje, takie jak wieże, w których siła konstrukcyjna geometrii hiperboloidy jest wykorzystywana do podparcia obiektu wysoko nad ziemią. Geometria hiperboloidalna jest często używana do uzyskania efektu dekoracyjnego, a także ekonomii strukturalnej. Pierwsze konstrukcje hiperboloidalne zostały zbudowane przez rosyjskiego inżyniera Władimira Szuchowa (1853–1939). Pierwsza na świecie wieża hiperboloidalna znajduje się w Polibino w obwodzie dankowskim w obwodzie lipieckim w Rosji.
Nieruchomości
Struktury hiperboliczne mają ujemną krzywiznę Gaussa , co oznacza, że zakrzywiają się do wewnątrz, a nie na zewnątrz lub są proste. Jako powierzchnie z podwójną linią można je wykonać za pomocą kraty z prostych belek, dlatego są łatwiejsze do zbudowania niż zakrzywione powierzchnie, które nie mają liniatury i zamiast tego muszą być zbudowane z zakrzywionych belek.
Struktury hiperboloidalne mają lepszą stabilność wobec sił zewnętrznych w porównaniu z „prostymi” budynkami, ale mają kształty często powodujące duże ilości bezużytecznej objętości (mała efektywność przestrzenna). Dlatego są one częściej stosowane w konstrukcjach o określonym przeznaczeniu, takich jak wieże ciśnień (do podparcia dużej masy), wieże chłodnicze i elementy estetyczne.
W przypadku wież chłodniczych preferowana jest konstrukcja hiperboliczna. U dołu poszerzenie wieży zapewnia dużą powierzchnię do zainstalowania wypełnienia, aby promować cienkowarstwowe chłodzenie wyparne krążącej wody. Gdy woda najpierw paruje i podnosi się, efekt zwężenia pomaga przyspieszyć przepływ laminarny , a następnie, gdy się rozszerza, kontakt między ogrzanym powietrzem a powietrzem atmosferycznym wspomaga turbulentne mieszanie.
Praca Szuchowa
XIX wieku Szuchow zaczął pracować nad problemem projektowania systemów dachowych, aby zużywać minimum materiałów, czasu i pracy. Jego obliczenia zostały najprawdopodobniej zaczerpnięte z pracy matematyka Pafnuty Czebyszewa nad teorią najlepszych przybliżeń funkcji. Matematyczne badania wydajnych konstrukcji dachowych Szuchowa doprowadziły do wynalezienia przez niego nowego systemu, który był innowacyjny zarówno pod względem strukturalnym, jak i przestrzennym. Wykorzystując swoje zdolności analityczne do podwójnie zakrzywionych powierzchni, Nikołaj Łobaczewski nazwał „hiperboliczną”, Szuchow wyprowadził rodzinę równań, które doprowadziły do nowych strukturalnych i konstrukcyjnych systemów, znanych jako hiperboloidy rewolucji i paraboloidy hiperboliczne .
Stalowe osłony pawilonów wystawowych Ogólnorosyjskiej Wystawy Przemysłu i Rzemiosła w Niżnym Nowogrodzie z 1896 r. Były pierwszymi publicznie widocznymi przykładami nowego systemu Szuchowa. Na wystawę w Niżnym Nowogrodzie zbudowano dwa pawilony, jeden owalny w planie i jeden okrągły. Dachy tych pawilonów były podwójnie zakrzywionymi skorupami, utworzonymi w całości z kraty z prostego żelaza i płaskowników. Sam Szuchow nazwał je azhurnaia bashnia („koronkowa wieża”, czyli wieża kratownicowa ). Patent na ten system, o który Szuchow wystąpił w 1895 roku, został przyznany w 1899 roku.
Shukhov zwrócił również uwagę na opracowanie wydajnego i łatwego do wykonania systemu konstrukcyjnego ( gridshell ) dla wieży przenoszącej duże obciążenie na szczycie - problem wieży ciśnień . Jego rozwiązanie zostało zainspirowane obserwacją działania plecionego kosza podtrzymującego duży ciężar. Ponownie przybrał formę podwójnie zakrzywionej powierzchni zbudowanej z lekkiej sieci prostych żelaznych prętów i kątownika. W ciągu następnych 20 lat zaprojektował i zbudował prawie 200 takich wież, nie ma dwóch identycznych, większość o wysokości od 12 do 68 metrów.
Przynajmniej już w 1911 roku Szuchow zaczął eksperymentować z koncepcją tworzenia wieży z ułożonych w stos sekcji hiperboloidów. Ułożenie sekcji w stos umożliwiło bardziej zwężenie formy wieży u góry, z mniej wyraźną „talią” pomiędzy określającymi kształt pierścieniami na dole i na górze. Zwiększenie liczby sekcji zwiększyłoby zwężenie całej formy do tego stopnia, że zaczęła przypominać stożek.
Do 1918 roku Szuchow opracował tę koncepcję w projekcie dziewięciosekcyjnej wieży nadawczej hiperboloidalnej w Moskwie. Shukhov zaprojektował 350-metrową wieżę, która przewyższyłaby wysokość Wieży Eiffla o 50 m, zużywając mniej niż jedną czwartą ilości materiału. Jego projekt, a także pełen zestaw obliczeń pomocniczych, analizujących geometrię hiperboliczną i wymiarowanie sieci prętów, został ukończony do lutego 1919 r. Jednak 2200 ton stali potrzebnych do zbudowania wieży do 350 m nie było dostępnych. W lipcu 1919 r. Lenin zadekretował, że wieżę należy zbudować na wysokość 150 m, a niezbędną stal udostępnić z zapasów wojska. Budowa mniejszej wieży z sześcioma ułożonymi w stos hiperboloidami rozpoczęła się w ciągu kilku miesięcy, a Wieża Szuchowa została ukończona do marca 1922 roku.
Inni architekci
Antoni Gaudi i Shukhov przeprowadzili eksperymenty ze strukturami hiperboloidalnymi niemal jednocześnie, ale niezależnie, w latach 1880–1895. Antoni Gaudi zastosował konstrukcje w postaci paraboloidy hiperbolicznej (hypar) i hiperboloidy rewolucji w Sagrada Família w 1910 r. W Sagrada Família jest kilka miejsc na fasadzie szopki - projekt nie jest utożsamiany z projektem powierzchni rządzonej Gaudiego, gdzie pojawia się hiperboloida. Wokół sceny z pelikanem jest wiele przykładów (w tym kosz trzymany przez jedną z postaci). Istnieje hiperboloid, który zapewnia stabilność strukturalną cyprysowi (poprzez połączenie go z mostem). Iglice „mitry biskupa” są zwieńczone hiperboloidami.
W Palau Güell znajduje się jeden zestaw kolumn wewnętrznych wzdłuż głównej fasady z hiperbolicznymi kapitelami. Korona słynnego sklepienia parabolicznego jest hiperboloidą. Sklepienie jednej ze stajni w kościele Colònia Güell jest hiperboloidą. W Parku Güell znajduje się wyjątkowa kolumna, która jest hiperboloidą. Słynny hiszpański inżynier i architekt Eduardo Torroja zaprojektował wieżę ciśnień o cienkich skorupach w Fedali i dach Hipódromo de la Zarzuela w postaci hiperboloidy rewolucji. Le Corbusier i Félix Candela wykorzystali struktury hiperboloidalne ( hipar ).
Wieża chłodnicza z hiperboloidą została opatentowana przez Frederika van Itersona i Gerarda Kuypersa w 1918 roku.
Georgia Dome był pierwszym Hypar- Tensegrity kopuła ma zostać zbudowany.
Galeria odmian kształtów
Hiperboliczny paraboloida jest podwójnie wykluczyć powierzchnia może więc być wykorzystane do skonstruowania dach dwuspadowy z prostej belki.
Dworzec Warszawa Ochota ma hiperboliczny paraboloidalny dach siodłowy , Warszawa , Polska , 1962.
Scotiabank Saddledome arena ma paraboloidy hiperbolicznej dach dwuspadowy , Calgary , Kanada , 1983.
Chipy Pringles do układania w stosy są paraboloidami hiperbolicznymi .
Hiperboloidy jednego arkusza jest podwójnie wykluczyć powierzchni i mogą być generowane przez jeden z dwóch rodzin z linii prostych.
cs: Slunečná (rozhledna) , (Sunny (wieża widokowa)) to prostsza konstrukcja hiperboloidalna , Velké Pavlovice , Czechy , 2009.
Mae West (rzeźba) jest podwójnie wykluczone powierzchnia hiperboloida struktura, Monachium , Niemcy , 2011.
Projekt wieży Władimira Szuchowa z 1919 roku obejmuje 9 hiperboloidów, aby osiągnąć 350 metrów.
Planetarium James S. McDonnell w Saint Louis Science Center , St. Louis, Missouri , Stany Zjednoczone , 1963.
Wieża kontroli lotów na międzynarodowym lotnisku Newcastle , Newcastle upon Tyne , Wielka Brytania , 1967.
Ciechanów wieża ciśnień jest toroidalny wieża wody zbiornik na podwójnie rządzonym hiperboloidy struktury, Ciechanów , Polska , 1972.
THTR-300 wieży chłodzącej na teraz-wycofany reaktora jądrowego w Hamm -Uentrop, Niemcy , 1983.
Corporation Street Bridge jest pozioma podwójnie wykluczone hiperboloida struktura, Manchester , Anglia , 1999.
Corporation Street Bridge widok wnętrza.
W Killesberg wieżowe zastosowania podwójnie wykluczone hiperboloidę Tensegrity kable ugruntować swoją strukturę, Stuttgart , Niemcy , 2001.
Canton Tower w Haizhu dzielnicy miasta Guangzhou (historycznie znany jako Canton), w prowincji Guangdong , Chiny , 2010.
de: Jübergturm to pierwsza drewniana wieża hiperboloidalna, konstrukcyjnie wsparta tylko na zewnętrznej drewnianej ramie, Hemer , Märkischer Kreis , Arnsberg , Nadrenia Północna-Westfalia , Niemcy , 2010.
Wieża widokowa Vysoká wykorzystuje podwójnie ułożone hiperboloidalne kable tensegrity, aby wzmocnić swoją strukturę, Tachov , Pilsen Region , Czechy , 2014.
Les Essarts-le-Roi château d'eau (wieża ciśnień), Les Essarts-le-Roi , Yvelines , Francja .
Budynek Gen Coel mieści bibliotekę publiczną, centrum handlowe i centrum społeczności w Heerlerheide , Heerlen , Holandia .
Zuo stół.
Kubek z uchwytem na długopis / szczoteczkę do zębów z nadrukiem 3D . Wydrukowano na Ultimaker 2 , 2015.
Zobacz też
- Wieża chłodnicza
- Kopuła geodezyjna
- Maszt kratowy
- Lista struktur hiperboloidalnych wraz z galerią
- Lista cienkich konstrukcji powłokowych
- Rządzona powierzchnia
- Sam Scorer
- Struktura rozciągliwa
- Struktura cienkowarstwowa
- Pierwsza na świecie struktura hiperboloidalna
Uwagi
Bibliografia
- "Wystawa w Nijni-Nowogrodzie: wieża ciśnień, pomieszczenie w budowie, sprężyna o rozpiętości 91 stóp", "Inżynier" , nr 19.3.1897, s. 292–294, Londyn, 1897.
- William Craft Brumfield , „The Origins of Modernism in Russian Architecture” , University of California Press, 1991, ISBN 0-520-06929-3 .
- Elizabeth Cooper English : „Arkhitektura i mnimosti”: Początki radzieckiej awangardowej architektury racjonalistycznej w rosyjskiej mistyczno-filozoficznej i matematycznej tradycji intelektualnej ” , rozprawa o architekturze, 264p., 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 .
Linki zewnętrzne
- Badania nad pierwszą na świecie strukturą hiperboloidu Szuchowa , prof. Dr Armin Grün
- Międzynarodowa kampania na rzecz ratowania wieży Shukhov
- Antyklastyczne powłoki hiperboloidalne
- Muszle: paraboloidy hiperboliczne (hipar)
- Paraboloidy hiperboliczne i muszle betonowe
- Struktury specjalne
- Rainer Graefe : „Vladimir G. Šuchov 1853–1939 - Die Kunst der sparsamen Konstruktion”. , [1]