Гиперболоидная структура - Hyperboloid structure

В первая в мире гиперболоидная структура решетка 37-метровая водяная башня к Владимир Шухов, Всероссийская выставка, Нижний Новгород, Россия, 1896 г.

Гиперболоидные структуры находятся архитектурные сооружения разработан с использованием гиперболоид в одном листе. Часто это высокие конструкции, такие как башни, где структурная прочность геометрии гиперболоида используется для поддержки объекта высоко над землей, но геометрия гиперболоида также часто используется для декоративного эффекта, а также для экономии конструкции. Первые гиперболоидные конструкции построил русский инженер. Владимир Шухов (1853–1939).[1] В первая в мире гиперболоидная башня расположен в Полибино, Данковский район, Липецкая область, Россия.

Характеристики

Гиперболические конструкции имеют отрицательный Гауссова кривизна, что означает, что они изгибаются внутрь, а не изгибаются наружу или являются прямыми. В качестве двояковыпуклые поверхности, они могут быть выполнены с решеткой из прямых балок, следовательно, их легче построить, чем изогнутые поверхности, которые не имеют направляющих, и вместо этого должны быть построены с изогнутыми балками.[2]

Гиперболоидные конструкции более устойчивы к внешним силам по сравнению с «прямыми» зданиями, но имеют формы, часто создающие большие объемы неиспользуемого объема (низкая пространственная эффективность), и поэтому чаще используются в специализированных конструкциях, таких как водонапорные башни (для поддержки большой массы), градирни и эстетические особенности.[3]

С градирни, предпочтительна гиперболическая структура. Внизу расширение башни обеспечивает большую площадь для установки наполнителя, способствующего охлаждению циркулирующей воды за счет испарения тонкой пленки. Когда вода сначала испаряется и поднимается, эффект сужения помогает ускорить ламинарный поток, а затем по мере его расширения контакт между нагретым воздухом и атмосферным воздухом поддерживает бурный смешивание.[нужна цитата ]

Работа Шухова

Гиперболоид решетка Адзиогольский маяк В.Г. Шухов рядом Херсон, Украина, 1911

В 1880-х годах Шухов начал работать над проблемой проектирования кровельных систем, используя минимум материалов, времени и труда. Его расчеты, скорее всего, были получены от математика Пафнутый Чебышев Работы по теории наилучших приближений функций. Математические исследования эффективных кровельных конструкций привели Шухова к изобретению новой системы, которая была новаторской как в структурном, так и в пространственном отношении. Применяя свои аналитические способности к двояко искривленным поверхностям Николай Лобачевский названный «гиперболическим», Шухов вывел семейство уравнений, которое привело к новым структурным и конструкционным системам, известным как гиперболоиды революции и гиперболические параболоиды.

Сталь сетчатые оболочки выставочных павильонов 1896 г. Всероссийская выставка промышленности и ремесел в Нижний Новгород были первыми публично яркими примерами новой системы Шухова. Для нижегородской экспозиции построено два таких павильона: овальный в плане и круглый. Крыши этих павильонов были двояко изогнутыми. сетчатые оболочки целиком состоит из решетки из прямолинейных железных уголков и плоских железных прутков. Сам Шухов называл их ажурная башня ("кружевная башня", т.е. решетчатая башня ). Патент на эту систему, на который Шухов подал заявку в 1895 году, был выдан в 1899 году.

Шухов также обратил внимание на разработку эффективной и легко возводимой структурной системы (сетка ) для башня перенос большой гравитационный груз наверху - проблема водяная башня. Его решение было вдохновлено наблюдением за действием плетеной корзины, выдерживающей тяжелый груз. И снова он имел форму двояко изогнутой поверхности, состоящей из легкой сети прямых железных прутков и уголков. В течение следующих двадцати лет он спроектировал и построил около двухсот таких башен, причем нет двух абсолютно одинаковых, большинство из которых имеют высоту от 12 до 68 метров.

В сетка из Шуховская башня в Москве.

По крайней мере, еще в 1911 году Шухов начал экспериментировать с концепцией построения башни из составных частей гиперболоидов. Укладка секций позволила форме башни больше сужаться вверху, с менее выраженной «талией» между определяющими форму кольцами внизу и вверху. Увеличение количества секций привело бы к сужению всей формы до такой степени, что она стала бы напоминать конус.

К 1918 году Шухов развил эту концепцию в конструкции 9-секционного многослойного гиперболоидного радио. башня передачи для Москвы. Шухов спроектировал башню высотой 350 м, которая превосходила Эйфелева башня в высоту на 50 м, при этом расходуется менее четверти материала. Его проект, а также полный набор вспомогательных расчетов, анализирующих гиперболическую геометрию и определение размеров сети элементов, были завершены к февралю 1919 года; однако 2200 тонн стали, необходимых для постройки башни на высоту 350 м, отсутствовали. В июле 1919 года Ленин постановил, что башня должна быть построена на высоте 150 метров, а необходимая сталь должна быть предоставлена ​​из армейских запасов. Строительство меньшей башни с шестью сложенными друг на друга гиперболоидами началось в течение нескольких месяцев, и Шуховская башня был завершен к марту 1922 года.

Другие архитекторы

Гиперболоидная башня в Kōbe, Япония.

Антони Гауди и Шухов проводили опыты с гиперболоидными структурами практически одновременно, но независимо, в 1880–1895 гг. Антонио Гауди использовал конструкции в виде гиперболических параболоид (гипар) и гиперболоид вращения в Саграда Фамилия в 1910 г.[4] В Саграда Фамилия есть несколько мест на Рождество. фасад - дизайн, не приравненный к дизайну с линейчатой ​​поверхностью Гауди, где возникает гиперболоид. Повсюду в сцене с пеликаном есть множество примеров (включая корзину, которую держит одна из фигур). Существует гиперболоид, придающий кипарисовому дереву структурную устойчивость (путем соединения его с мостом). Шпили «епископской митры» увенчаны гиперболоидами.

в Палау Гуэль, вдоль главного фасада стоит один комплекс внутренних колонн с гиперболическими капителями. Корона знаменитого параболического свод это гиперболоид. Хранилище одной из конюшен Церковь Колония Гуэль это гиперболоид. В столбце Парк Гуэль это гиперболоид. Знаменитый испанский инженер и архитектор Эдуардо Торроха разработал тонкая оболочка водонапорная башня в Федале[5] и крыша Hipódromo de la Zarzuela[6] в виде гиперболоида вращения. Ле Корбюзье и Феликс Кандела использовались гиперболоидные конструкции (хипар ).

Гиперболоид градирни был запатентован Фредериком ван Итерсоном и Жераром Кайперсом в 1918 году.[7]

В Джорджия Доум был первым Hypar-Тенсегрити купол быть построенным.[8]

Галерея вариаций форм

Смотрите также

Примечания

  1. ^ «Гиперболоидная водонапорная башня». Международная база данных и галерея структур. Николас Янберг, ICS. 2007 г.. Получено 2007-11-28.
  2. ^ Коуэн, Генри Дж. (1991), Справочник архитектурных технологий, Ван Ностранд Рейнхольд, стр. 175, ISBN  9780442205256, Легче построить деревянную опалубку для бетонной конструкции или изготовить стальную конструкцию, если поверхность имеет одинарную линейку, и тем более, если она имеет двойную линейку.
  3. ^ Рид, Эсмонд (1988). Понимание зданий: мультидисциплинарный подход. MIT Press. п. 35. ISBN  978-0-262-68054-7. Получено 2009-08-09.
  4. ^ Берри, М.К., Дж. Р. Берри, Г.М. Данлоп и А. Махер (2001). «Соединяя евклидовы и топологические нити вместе (pdf)» (PDF). Представлено на SIRC 2001 - Тринадцатом ежегодном коллоквиуме Центра исследований пространственной информации. Данидин, Новая Зеландия: Университет Отаго. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-10-31. Получено 2007-11-28.
  5. ^ «Федальское водохранилище». Международная база данных и галерея структур. Николас Янберг, ICS. 2007 г.. Получено 2007-11-28.
  6. ^ «Ипподром Сарсуэла». Международная база данных и галерея структур. Николас Янберг, ICS. 2007 г.. Получено 2007-11-28.
  7. ^ Патент Великобритании № 108,863.
  8. ^ Кастро, Херардо и Маттис П. Леви (1992). "Анализ кабельной крыши купола Джорджии". Труды восьмой конференции по вычислительной технике в гражданском строительстве и симпозиума по географическим информационным системам. Жилье зрелище. Получено 2007-11-28.

Рекомендации

внешняя ссылка