Космический кадр

В архитектуре и конструктивной инженерии космическая рама или космическая структура ( трехмерная ферма ) представляет собой жесткую, легкую, подобную ферме структуру, построенную из взаимосвязанной стойки в геометрическом рисунке . Космические рамки могут быть использованы для охвата больших площадей с небольшим количеством внутренних опор. Как и ферма , космическая рамка сильна из -за внутренней жесткости треугольника; Сгибающие нагрузки (изгибающие моменты ) передаются в виде нагрузки натяжения и сжатия вдоль длины каждой стойки.

Главные приложения включают здания и транспортные средства.

Космические рамы являются сильными, адаптируемыми и эффективными зданиями, которые могут поддерживать различные веса. Для их эффективной реализации в строительстве важно понимать их поведение при различных нагрузках, вероятных способах отказа и правила для оптимального расположения. Чтобы максимизировать производительность и продолжительность жизни космических кадров, необходимы необходимым вариант.

История

Александр Грэм Белл с 1898 по 1908 год разработал космические рамы на основе тетраэдрической геометрии. ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} Интерес Белла был в первую очередь использование их для создания жестких кадров для морской и авиационной инженерии, а тетраэдрическая ферма была одним из его изобретений.

Макс Менгерингхаузен разработал систему космической сетки под названием Mero (аббревиатура Me ngeringhausen ro Hrbauweise ) в 1943 году в Германии, что инициировало использование космических ферм в архитектуре. ^{[ 3 ]} Обычно используемый метод, который все еще используется, имеет отдельные элементы трубчатых, подключенные к соединениям узлов (шариковая форма), и вариации, такие как система космической палубы, система октета и кубическая система.

Stéphane de Chateau во Франции изобрел систему SDC Tridirectional (1957), Unibat System (1959), Pyramitec (1960). ^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Метод опоры деревьев был разработан для замены отдельных столбцов. ^{[ 6 ]}

Buckminster Fuller запатентовал октет -фермы ( патент США 2986 241 ) в 1961 году ^{[ 7 ]} сосредоточившись на архитектурных структурах.

Тетраэдская ферма Гилмана 1980 года была разработана Джоном Дж. Гилманом ; Материальный ученый, известный своей работой над молекулярными матрицами кристаллических твердых веществ. Гилман был поклонником архитектурных ферм Бакминстера Фуллера и развил более сильную матрицу, частично, поворачивая выравнивание тетраэдрических узлов по отношению друг к другу.

Методы проектирования

Космические рамы обычно разработаны с использованием матрицы жесткости. Специальной характеристикой матрицы жесткости в архитектурной космической раме является независимость угловых факторов. Если суставы достаточно жесткие, угловые отклонения можно пренебречь, упрощая расчеты.

Обзор

Упрощенная крыша космической рамы с полуотхедром выделена синим цветом

Самая простая форма космической рамы представляет собой горизонтальную плиту с переполняющими квадратными пирамидами и тетраэдры, построенная из алюминиевых или трубчатых стальных стойков. Во многих отношениях это выглядит как горизонтальный призрак башни, повторялся много раз, чтобы сделать его шире. Более сильная форма состоит из взаимосвязанной тетраэдры , в которых все стойки имеют длину единицы. Более технически это называется изотропной векторной матрицей или в ширине одной единицы октет -фермы. Более сложные вариации изменяют длину стойки для кривой общей структуры или могут включать другие геометрические формы.

Типы

В значении космического кадра мы можем найти три системы, четко различающиеся между ними: ^{[ 8 ]}

Классификация кривизны

Космические крышки плоскости: эти пространственные структуры состоит из плоских субструктур. Их поведение аналогично поведению пластины, в которой отклонения в плоскости направляются через горизонтальные стержни, а силы сдвига поддерживаются диагоналями. ^{[ 9 ]}

Своины ствола: этот тип хранилища имеет поперечное сечение простой арки. Обычно этот тип космической рамы не должен использовать тетраэдрические модули или пирамиды в качестве части его поддержки. Хранилище типа секции организовано в соответствии с IS: 800-2007, и оценка проводится в основном с использованием STAAD. Эта работа вызывает оценки моделей для диапазона, экстремального перенаправления, самообслуживания и стоимости. ^{[ 10 ]}
Сферические купола и другие составные кривые обычно требуют использования тетраэдрических модулей или пирамид и дополнительную поддержку от кожи.

Классификация по расположению его элементов

Однослойная сетка: все элементы расположены на поверхности, которая будет аппроксимирована.
Сетка с двойным слоем: элементы организованы в двух слоях, параллельных друг с другом на определенном расстоянии друг от друга. Каждый из слоев образует решетку из треугольников, квадратов или гексагонов, в которых проекция узлов в слое может перекрываться или перемещаться по сравнению друг с другом. Диагональные стержни соединяют узлы обоих слоев в разных направлениях в пространстве. В этом типе сетки элементы связаны с тремя группами: верхний кордон, кордон и кордон нижний диагональ.
Сетка с тройным слоем: элементы помещаются в три параллельных слоя, связанные диагоналями. Они почти всегда плоские.

Другие примеры, классифицируемые как космические рамы, - это:

Плиссированные металлические конструкции: появились, чтобы попытаться решить проблемы, которые опалубится и залив бетон, имели свои аналоги. Как правило, работа с сварным соединением, но может поднять сборные суставы, факт, который делает их космическими сетками.
Подвесные обложки: конструкции на кабеле Taut, позвоночник и контейневую арку ( перевернутый фуникуляр показывают, что их способность направлять теоретически лучше, чем любая другая альтернатива, имеют бесконечный диапазон возможностей для состава и адаптации к любому типу растений или обеспечению тщательного ., Однако, неточности в форме, имеющей нагруженную прядь (в идеале динамически адаптируется к состоянию заряда), и риск изгиба дуги на неожиданные напряжения - это проблемы, которые требуют Предварительно сжатие и предварительное стресс элементы.
Пневматические структуры: закрывающиеся мембраны, подвергшиеся воздействию состояния под давлением, могут рассматриваться в этой группе.

Приложения

Главные приложения космического кадра включают:

Здания

Промышленные сооружения:
- Фабрики
- Склады ,
Коммерческие, развлекательные и услуги:
- Спортивные залы
- Конференц -залы, павильоны и выставочные центры
- Стадионы
- Музеи и справедливые дома
- Торговые центры
- Аэропорты

Транспортные средства :

- Самолеты
- Автомобили
- Мотоциклы
- Велосипеды
- Космический корабль

Элементы архитектурного дизайна

- Атриумы
- Геодезика

Строительство

Космические рамы являются общей особенностью в современной строительстве здания; Они часто встречаются в больших пролетах на крыше в модернистских коммерческих и промышленных зданиях.

Примеры зданий на основе космических рамок включают:

Аэропорт Стэнстеда , Foster + Partners
Банк Китая Тауэр и Луврская пирамида , IM PEI
Центр Роджерса Рода Робби и Майкла Аллана
McCormick Place на восток в Чикаго
Arena Das Dunas в Натале, Бразилия, от Populus
Eden Project в Корнуолле, Англия
Globen , Швеция - Купол с диаметром 110 м, (1989)
Биосфера 2 Джона П. Аллена , Фила Хоэса , Питера Джон Пирс в Оракуле, штат Аризона
Конференц -центр Джейкоба К. Джавитса , Нью -Йорк, Нью -Йорк
Изозакский дворец
Международный аэропорт Сочи в Сочи , Россия
Вход в шесть флагов Волшебная гора
Тайвань Тайюанский международный аэропорт Аэропорт 2 Терминал 2
Харбин оперный театр в Китае от Ма Янсонг
Центр Хедир Алиев в Азербайджане Заха Хадид

Большие портативные этапы и освещение гантри также часто строятся из космических рам и октет.

Транспортные средства

Самолеты

Самолет CAC CA-6 Wackett и Yeoman YA-1 Cropmaster 250R были построены с использованием примерно ту же раму сварной стальной трубки.

Многие ранние вертолеты «Whirlybird» в стиле выставки имели трубчатые космические рамы, такие как серия Bell 47 .

Машины

Космические рамы иногда используются в конструкциях шасси автомобилей и мотоциклов . Как в космической раме, так и в шасси с трубкой, подвеска, двигатель и панели кузова прикреплены к скелетной раме труб, а панели кузова практически не имеют структурной функции. В отличие от этого, в целом или монококовом дизайне тело служит как часть структуры.

Шасси из трубки-рамы до даты космического каркаса и представляет собой развитие более раннего лестничного шасси . Преимущество использования трубок, а не предыдущих секций открытых каналов заключается в том, что они лучше сопротивляются крутящими силам. Некоторые трубчатые шасси были чуть больше, чем лестничное шасси, изготовленное с двумя большими пробирками диаметра, или даже одной трубкой в качестве шасси из магистрали . Хотя многие трубчатые шасси разработали дополнительные трубки и даже были описаны как «космические рамы», их конструкция редко была правильно подчеркнута как космическая рама, и они вели себя механически как шасси для трубки с дополнительными кронштейнами для поддержки прикрепленных компонентов, подвески, двигателя и т. Д. . ^{[ 11 ]} Хотя эти дополнительные трубки действительно несли дополнительную нагрузку, они редко были диагонализированы в жесткую космическую раму. ^{[ 11 ]}

Более ранним соперником первого настоящего космического рамного шасси является тот, кто из Camberlain 8 Special «Special», построенный братьями Бобом и Биллом Чемберленом в Мельбурне, Австралия, в 1929 году. ^{[ 12 ]} Другие приписывают транспортные средства, произведенные в 1930 -х годах такими дизайнерами, как Бакминстер Фуллер и Уильям Бушнелл Стаут ( Dymaxion и The Stout Sarab ), которые поняли теорию истинного космического рамки либо из архитектуры, либо с дизайна самолетов. ^{[ 13 ]}

Попытанием после Второй мировой войны построить космическую раму гоночного автомобиля была Cisitalia D46 от 1946 года. ^{[ 13 ]} Он использовал две трубки маленького диаметра вдоль каждой стороны, но они были распределены на части по вертикальным небольшим трубкам, и поэтому не были диагонализированы ни в одной плоскости. Год спустя Porsche спроектировал свой тип 360 для Cisitalia . Поскольку это включало диагональные трубки, его можно считать настоящей космической рамой, а также является первым двигателем среднего заработка. ^{[ 13 ]}

Maserati Tipo 61 от 1959 года (Birdcage) часто считается первым, но в 1949 году Роберт Эберан фон Эберхорст разработал Jowett Jupiter в этом году , выставленную на лондонском автосалоне ; Jowett продолжил победу в классе в 1950 году Le Mans 24 часа. Позже, TVR , небольшие британские производители автомобилей разработали концепцию и произвели сплав с легированным телом на много трубчатых шасси, которые появились в 1949 году.

Колин Чепмен из Lotus представил свой первый «Производственный» автомобиль, Mark VI , в 1952 году. На это повлияло шасси Jaguar C-типа , еще одна с четырьмя трубками двух разных диаметров, разделенных более узкими трубками. Чепмен уменьшил диаметр основной трубки для более легкого лотоса, но не уменьшил незначительные трубки дальше, возможно, потому что он считал, что это будет казаться хрупким для покупателей. ^{[ 11 ]} не создал истинное космическое рамное шасси Хотя Lotus широко описан как космическая рама, до Mark VIII с влиянием других дизайнеров, с опытом от авиационной промышленности. ^{[ 11 ]}

Большое количество автомобилей комплекта использует конструкцию космической рамы, потому что изготовление в небольшом количестве требует только простых и недорогих зажиманий , и для дизайнера -любителя относительно легко достичь хорошей жесткости с космической рамой.

Недостаток шасси космического кадра состоит в том, что оно заключает большую часть рабочего объема автомобиля и может затруднить доступ как для водителя, так и для двигателя. Mercedes -Benz 300 SL «Gullwing» получила свои знаковые дверь, открывающие восходящее место, когда его трубчатая космическая рамка невозможна регулярные двери.

Некоторые космические рамы были разработаны со съемными секциями, соединенными с болтовыми штифтами. Такая структура уже использовалась вокруг двигателя Lotus Mark III . ^{[ 14 ]} Несмотря на то, что он несколько неудобен, преимущество космической рамки состоит в том, что такое же отсутствие изгибающих сил в трубах, которые позволяют смоделировать его в виде конструкции, связанной с PIN, также означает, что создание такого съемного участка не требует уменьшения силы собранной рамки Полем

Молтон велосипед в музее современного искусства

2006 Ducati Monster S2R 1000

Мотоциклы и велосипеды

Итальянский производитель мотоцикла Ducati широко использует шасси для рамы труб на своих моделях.

Космические рамы также использовались в велосипедах , которые легко предпочитают стрессовые треугольные секции.

Смотрите также

Ссылки

^ «Александр Грэм Белл» . Архивировано из оригинала 2003-03-26.
^ Александр Грэм Белл (июнь 1903 г.). «Тетраэдрический принцип в структуре воздушных змеев» . National Geographic Magazine . XIV (6).
^ «Модульные космические сетки» . Архивировано с оригинала 2016-09-15.
^ «Система Unibat» . 4 августа 2010.
^ Porto, Cláudia Estrela (2014). «Инновационная структурная концепция в работе Стефан -дю -Шато: от металлических ферм до развития пространственных кадров» (PDF) . Архитектуру . 4 (40). Польша: 51–64. Архивировано из оригинала (PDF) 16 сентября 2016 года.
^ Эволюция космических кадров, архивные 19 ноября 2015 года, в The Wayback Machine Cities Now
^ Дороти Харли Эбер, по телефону (29 июня 1978 г.). «Фуллер на Белл» .
^ Отеро С. (1990). «Геометрическая конструкция неферических куполов приблизительно треугольных сетей, с минимальным количеством длины стержня». Докторская диссертация. Университет Кантабрии.
^ Кавиа Соррет (1993).
^ «Проектирование и анализ структуры космической рамки ствола в бочонках» . www.ijraset.com . Получено 2022-11-08 .
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Ludvigsen & Colin Chapman , p
^ https://primotipo.com/2015/07/24/chamberlain-8-by-john-medley-and-mark-bisset/ . «Чемберлен - австралийская история» Джон Хазелден
^ Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Ludvigsen, Karl (2010). Колин Чепмен: Внутри новатора . Haynes Publishing. С. 150–164. ISBN 978-1-84425-413-2 .
^ Ludvigsen & Colin Chapman , p

[1] «Александр Грэм Белл» . Архивировано из оригинала 2003-03-26.

[2] Александр Грэм Белл (июнь 1903 г.). «Тетраэдрический принцип в структуре воздушных змеев» . National Geographic Magazine . XIV (6).

[3] «Модульные космические сетки» . Архивировано с оригинала 2016-09-15.

[4] «Система Unibat» . 4 августа 2010.

[5] Porto, Cláudia Estrela (2014). «Инновационная структурная концепция в работе Стефан -дю -Шато: от металлических ферм до развития пространственных кадров» (PDF) . Архитектуру . 4 (40). Польша: 51–64. Архивировано из оригинала (PDF) 16 сентября 2016 года.

[6] Эволюция космических кадров, архивные 19 ноября 2015 года, в The Wayback Machine Cities Now

[7] Дороти Харли Эбер, по телефону (29 июня 1978 г.). «Фуллер на Белл» .

[ref1-8] Отеро С. (1990). «Геометрическая конструкция неферических куполов приблизительно треугольных сетей, с минимальным количеством длины стержня». Докторская диссертация. Университет Кантабрии.

[ref5-9] Кавиа Соррет (1993).

[10] «Проектирование и анализ структуры космической рамки ствола в бочонках» . www.ijraset.com . Получено 2022-11-08 .

[Ludvigsen,_Colin_Chapman,_153-11] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в ^{дюймовый} Ludvigsen & Colin Chapman , p

[12] ttps://primotipo.com/2015/07/24/chamberlain-8-by-john-medley-and-mark-bisset/ . «Чемберлен - австралийская история» Джон Хазелден

[Ludvigsen,_Colin_Chapman,_150-13] Jump up to: ^а ^{беременный} ^в Ludvigsen, Karl (2010). Колин Чепмен: Внутри новатора . Haynes Publishing. С. 150–164. ISBN 978-1-84425-413-2 .

[Ludvigsen,_Colin_Chapman,_151-14] Ludvigsen & Colin Chapman , p

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

v Т и Бакминстер Фуллер
Книги	Девять цепочек на Луну (1938) Руководство по эксплуатации для космического корабля Земля (1968) Критический путь (1981) Dymaxion Chronofile
Другой	Dymaxion House (1928) Dymaxion Car (1933) Блок развертывания Dymaxion (1940) Карта Dymaxion (1946) Tensegrity (1949) Геодезический купол (1953) Мировая игра (1961) Octet Fruss (1961) Fly's Eye Dome (1965) Expo 67 Павильон США (1967)
Связанный	Аллегра Фуллер Снайдер (дочь) Текущий солнечный доход Синергетика Дизайная научная революция Наука о дизайне Cloud Nine Tensegrity Sphere Геоскоп Димасмион Предложенный стадион Бруклин Доджерс Золотой купол Городской проект реки старика Р. Бакминстер Фуллер и Энн Хьюлетт Купол Дом Эфемерализация Fulls Бакминстерафуллерен Buckminster Fuller Challenge Buckminster Fuller: Dancumer Dull (документальный фильм 1996 года) Последний Dymaxion: Backminster Fuller's Serpred Recored (документальный фильм 2012 года) Карл Йоханссон Кеннет Снелсон
Категория Общеизвестное