Изогнутые конструкции
Кривые структуры — это конструкции, созданные одной или несколькими образующими (которые могут быть кривыми или поверхностями ) посредством геометрических операций. Они традиционно отличаются от другой наиболее распространенной строительной технологии, а именно стойки и перемычки , что является результатом добавления правильных и линейных архитектурных элементов. [ 1 ]
Их полезные свойства использовались со времен первых цивилизаций и для различных целей. Материалы, формы и методы сборки со временем следовали технологической и культурной эволюции общества. Изогнутые конструкции были предпочтительнее для покрытия больших площадей общественных зданий. Несмотря на их чувствительность к землетрясениям, они хорошо работают с точки зрения структурной статики. [ 1 ]
Геометрия изогнутых конструкций
[ редактировать ]С геометрической точки зрения изогнутые конструкции представляют собой трехмерные тела. Они создаются на основе генетратрис, которые подвергаются геометрическим операциям выдавливания или вращения . Три класса структур, указанные ранее, можно объяснить следующим образом:
- Арка ; создается вращением точки или поверхности вокруг центра (или, с механической точки зрения, ее можно рассматривать как часть свода)
- Свод ; создается путем выдавливания арочной поверхности
- Купол . создается вращением арочной поверхности вокруг оси [ 2 ]
Более сложные формы могут быть созданы с помощью логических операций над набором взаимодействующих объемов. Простейшими примерами, возникающими в результате пересечения двух и более сводов и последовательного вычитания лишних объемов, являются:
- Паховый свод или крестовый свод, образующий набор люнетов (круглых или заостренных сводов);
- Купольный свод – и частный случай Монастыря – который образован набором предохранителей;
- Umbrella Vault — набор ребристых предохранителей, соединенных вверху и заканчивающихся люнетами у основания;
- Подвесной или подвесной купол, созданный путем вычитания объемов из купола;
- Седловидный свод , созданный либо перемещением одной параболы через вторую, либо линейчатой поверхностью . [ 2 ]
Действия, выполняемые для создания этих тел, такие же, как и для их создания в САПР. [ 3 ] или – в некоторой степени – в программном обеспечении FEM для их анализа. [ 4 ]
Гауссова кривизна и устойчивые к форме структуры
[ редактировать ]
В отличие от конструкции столба и перемычки, мощность которой зависит от сопротивления отдельных элементов, изогнутые конструкции также могут зависеть от их формы. Однако конструкции одинарной кривизны (то есть простые своды) обладают меньшей вместимостью, чем конструкции двойной кривизны (например, купола, купольные и монастырские и седловые). Это связано с тем, что простой свод – с геометрической точки зрения – соответствует развертывающейся поверхности , имеющей нулевую гауссову кривизну , поэтому ее можно сгладить до плоской поверхности без искажений. Куполообразные и седловидные структуры имеют соответственно положительную и отрицательную гауссову кривизну и являются преимущественно структурами, устойчивыми к форме. [ 1 ]
Архитектура и инженерия
[ редактировать ]Все типологии арок , сводов и куполов основаны на операциях, изложенных в предыдущем разделе. Они всесторонне собраны и объяснены в каждой соответствующей статье Википедии . Изогнутые формы использовались в прошлом для покрытия больших помещений в зданиях, как это произошло, например, в Domus Aurea императора Нерона , базилике Максенция , Пантеоне, Риме или соборе Святой Софии . Однако их можно использовать и для инфраструктуры. Например, древнеримская цивилизация использовала изогнутые конструкции для мостов . [ 5 ] акведуки , [ 6 ] канализационные каналы и арочная плотина . [ 7 ] Основными материалами таких построек были каменная кладка и римский бетон . [ 8 ]
Во время промышленной революции в качестве материала чаще выбирались кованые изделия , чугун или, позднее, железобетон . Таким образом, начала меняться и форма инфраструктуры. Некоторыми примерами изогнутых структур были Пальмовый дом, Сады Кью Ричарда Тернера и Децимуса Бертона и Хрустальный дворец Джозефа Пакстона , или, что касается инфраструктуры, виадук Гарабит Гюстава Эйфеля . [ 9 ] Позже в 20 й века Пьер Луиджи Нерви начал изучать возможности железобетона , построив свои знаменитые ребристые ангары . [ 9 ] [ 1 ]
Многие другие конструкции были построены с использованием изогнутой поверхности. Например, павильон Philips в Брюсселе Ле Корбюзье и L'Oceanogràfic в Валенсии Феликса Канделы и Альберто Доминго являются двумя примерами использования гиперболических параболоидных форм. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
Традиционный процесс строительства
[ редактировать ]
Из-за своей природы изогнутые конструкции не могут стоять отдельно до завершения, особенно своды и арки. Поэтому строительство несущей конструкции (называемой центрирующей ) практически всегда необходимо. Это временные ложные конструкции , которые остаются на месте до тех пор, пока не будет установлен замковый камень и арка не стабилизируется. [ 13 ]
Однако есть несколько случаев, когда благодаря целесообразному и тщательному планированию строительного процесса некоторые конструкции были возведены без какого-либо центрирования. Широко известный пример — купольный свод Флорентийского собора , построенный Филиппо Брунеллески в XV в. й век. Он решил эту задачу, построив массивную конструкцию, механически ведущую себя как сферический купол, но с большими ребрами и используя каменной связку кладки «елочкой», чтобы опираться и фиксировать каждый новый слой на предыдущем. Кажется, что каждый слой конструкции состоит из множества небольших арок. Хранилище также является двухслойным , с промежуточным полым пространством, в котором расположены лестницы, через которое может проходить воздух, чтобы избежать концентрации влаги. Чтобы противостоять параллельным растягивающим напряжениям, которые могут разъединить плавки свода, Брунеллески расположил цепочку песчаника вдоль некоторой параллельной плоскости. [ 14 ]
Другим примером сооружения, построенного без опалубки, является пагода Глобальная Випассана , расположенная на севере Мумбаи , между ручьем Горай и Аравийским морем . Это зал для медитации , покрытый самым большим каменным куполом в мире, внутренний диаметр которого на уровне земли составляет около 85 метров. Отсутствие центрирования стало возможным благодаря двойной кривизне купола и особой форме, приданной резным блокам песчаника, составляющим обшивку. [ 15 ] [ 16 ]
Структурное поведение
[ редактировать ]Граничные условия , которые вызывают изгиба и напряжения сдвига в конструкции стойки и перемычки, в изогнутой конструкции вызывают только осевое напряжение в элементах конструкции. [ 17 ] Действительно, по мнению профессора де Жака Хеймана , в случае каменных изогнутых конструкций (особенно он ссылался на готическую архитектуру ) можно предположить неограниченное сопротивление сжатию, нулевое сопротивление растяжению и сдвигу и при гипотезе малых смещений что конструкция безопасна и стабильна до тех пор, пока многоугольник фуникулера не останется в пределах средней трети поперечного сечения. [ 18 ] Этот метод широко использовался в прошлом из-за его простоты и эффективности. Однако его до сих пор изучают некоторые учёные. [ 19 ] и адаптирован к трехмерному случаю двойной кривизны. [ 20 ] [ 21 ]
Традиционные изогнутые конструкции из каменной кладки часто являются результатом сборки многих единиц, Вуссуаров . Тогда сопротивление арки, если пренебречь возможностью разрушения материала, зависит от равновесия вуссуаров. [ 18 ] Вместо этого, учитывая форму сводов и куполов, двойная кривизна играет положительную роль с точки зрения стабильности, а также расположения отдельных блоков (взаимосвязанных). [ 22 ] [ 23 ]
Изучая задачу о полусферической мембране в гравитационном поле , можно показать, что мембрана испытывает сжимающие напряжения в верхней части, а в нижней части — кольцевые растягивающие напряжения (под углом 52° от вертикальной оси симметрии). . Это приводит к образованию меридианных трещин, которые стремятся разделить купол на куски. [ 18 ] [ 22 ]
Дневное освещение
[ редактировать ]Дневное освещение обычно обеспечивается отверстиями в конце сводчатых пролетов, как это происходит в Глостерском соборе , Шартрском соборе или Сент-Шапель (Париж), и особенно в люнетах (где своды заканчиваются у стены), как в церкви Санта-Клауса. Мария дель Суффраджио в Аквиле (Италия) и в церкви Сан-Паоло в Альбано-Лациале (Италия). [ 24 ]
Еще одно конструктивно подходящее место для проема — верхняя часть куполов, где во многих случаях окулус можно найти . Иногда он голый, как в римском Пантеоне , но часто покрыт другим архитектурным элементом, называемым Фонарем , как это происходит, например, во Флорентийском соборе . [ 25 ]
Акустика
[ редактировать ]
известны некоторые структуры двойной кривизны. Для эха [ 26 ] или явления реверберации, которые они создают. [ 27 ] Это связано с размером помещения и материалами, использованными для конструкции или отделки (обычно твердыми и с небольшими порами). Форма во многом предотвращает или усиливает эффект. Крестовые или монастырские своды не создают эха. Заостренные купола легко создают скорее реверберацию, чем эхо. [ 28 ] В то же время сферические поверхности обладают высокой отражающей способностью из-за своей вогнутости. [ 29 ] Действительно, полусферы , параболоиды или подобные поверхности эффективно отражают и перенаправляют звук, иногда образуя шепчущую галерею . Примеры шепчущих галерей можно найти в известных архитектурных сооружениях, таких как собор Святого Павла в Лондоне, где этот феномен изучал лорд Роли. [ 30 ] или Архибазилика Святого Иоанна Латеранского [ 31 ] в Риме , но также и в пещерах, таких как Ухо Дионисия в Сиракузах, Сицилия , где лечился Уоллес Клемент Сабин . [ 31 ]
Существующее разнообразие куполов обусловлено присвоением символических значений, связанных с историей и культурой, начиная от погребального [ 33 ] к небной и религиозной архитектуре, [ 34 ] но и ответ на практические проблемы. [ 35 ] Действительно, недавнее исследование показало, как на барочной лестнице Королевского дворца в Казерте (Италия), спроектированной Луиджи Ванвителли , двойной купол мог заставить слушателей почувствовать, будто они окутаны музыкой. Тем самым усиливая чудо, которое обычно исследовали архитекторы эпохи барокко. [ 32 ]
Современным примером архитектуры, способной реагировать на звук и участвовать в нем, стал павильон Philips, спроектированный Ле Корбюзье и Яннисом Ксенакисом для выставки Expo 58 в Брюсселе. [ 11 ] [ 10 ]
См. также
[ редактировать ]- Архитектурная акустика
- Гауссова кривизна
- Готическая архитектура
- Гюстав Эйфель
- Ле Корбюзье
- Луиджи Ванвителли
- Современная архитектура
- Архитектура эпохи Возрождения
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Сальвадори, Марио (1993). здания стоят Почему ( на итальянском языке). Перевод Брандолини, Себастьяно; Пейс, Карло (2-е изд.). Милан: Бомпиани. ISBN 978-8845215131 .
- ^ Jump up to: а б Мильяри, Риккардо (9 июля 2009 г.). Начертательная геометрия. Методы и конструкции (Том 1) (на итальянском языке). ЧиттаСтуди. ISBN 978-8825173291 .
{{cite book}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ «Интерактивное руководство пользователя AUTODESK AutoCAD 2025» . AUTODESK AutoCAD 2025 Руководство пользователя . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ «Интернет-руководство пользователя Strand7» . Strand7 Анализ методом конечных элементов . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ О'Коннор, Колин (1993). Римские мосты . Кембридж; Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-39326-3 .
- ^ Гагарин, Михаил; Фэнтем, Элейн, ред. (2010). Оксфордская энциклопедия древней Греции и Рима . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-517072-6 . OCLC 326681108 .
- ^ Смит, Норман Альфред Фишер (1971). История плотин . Лондон: П. Дэвис. ISBN 978-0-432-15090-0 .
- ^ Лехтман, Хизер; Хоббс, Линн (1986), «Римский бетон и римская архитектурная революция. Керамика и цивилизация», в Kingery, WD (редактор), « Высокотехнологичная керамика: прошлое, настоящее, будущее» , том. 3, Американское общество керамики
- ^ Jump up to: а б Фрэмптон, Кеннет (1 сентября 2008 г.). История современной архитектуры [ Современная архитектура: критическая история. ] (на итальянском языке) (4-е изд.). Заничелли. ISBN 978-8808164629 .
{{cite book}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б «ПАВИЛЬОН PHILIPS и ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЭМА – Брюссель (1956–1958)» . Философия (на итальянском языке). 26 ноября 2005 г. Проверено 12 июля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б «Падильоне Филипс в Брюсселе» . Аркетипо (на итальянском языке). 20 сентября 2007 г. Проверено 12 июля 2024 г.
- ^ Лазаро, Альберто Карлос; Серна Рос, Педро; Кабо, Доминго (2003). «Строительство JCHYPAR, тонкого листа бетона, армированного стальными волокнами, в океанографическом центре Валенсии». Бетон и сталь (на испанском языке). 54 (228–229): 177–186.
- ^ «Фальшивые работы | Временные конструкции, крепления и поддержка | Британника» . www.britanica.com . Проверено 12 июля 2024 г.
- ^ Кинг, Росс (2000). Купол Брунеллески: как гений эпохи Возрождения заново изобрел архитектуру . Лондон: Чатто и Виндус. ISBN 9781620401941 .
- ^ «Глобальная пагода Випассана» . Ауровильский институт Земли . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ Варма, Нандалал Рамешвар; Джангид, Ради Шьям; Гош, Сиддхартха; Милани, Габриэле; Кундари, Джузеппе Альфредо; Варма, Махеш (29 мая 2023 г.). «Глобальная пагода Випассана: основные особенности и история строительства» . Международный семинар IEEE по метрологии живой среды (MetroLivEnv) 2023 г. IEEE. стр. 213–218. doi : 10.1109/MetroLivEnv56897.2023.10164068 . ISBN 978-1-6654-5693-7 .
- ^ «Строим правильно. Национальный конкурс для школ, вдохновленный фигурой и творчеством Пьера Луиджи Нерви» .
- ^ Jump up to: а б с Хейман, Жак (1997). Каменный скелет: конструктивное проектирование каменной архитектуры . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521629638 .
- ^ Тантурли, Сильвия; Фосе, Федерико. «Кладочные своды: проверка и структурная оптимизация между прошлым и настоящим». Структуралист (на итальянском языке). Том 06, нет. 2. стр. 21–31.
- ^ Айта, Данила; Бруджи, Маттео; Тальерсио, Альберто (07 апреля 2024 г.). «Предельный анализ каменных арок и куполов с конечной прочностью: фуникулерный анализ в сравнении с методом области устойчивости» . Меканика . дои : 10.1007/s11012-024-01781-7 . ISSN 0025-6455 .
- ^ Фраддозио, Агинальдо; Лепор, Никола; Пиччони, Марио Даниэле (2020). «Метод опорной поверхности: инновационный подход для трехмерного анализа нижней границы каменных сводов» . Инженерные сооружения . 202 : 109846. Бибкод : 2020EngSt.20209846F . doi : 10.1016/j.engstruct.2019.109846 . ISSN 0141-0296 .
- ^ Jump up to: а б с Гандольфи, Алессандро; Пингаро, Наталья; Милани, Габриэле (2024). «Простое нелинейное численное моделирование неармированных и армированных стеклопластиком каменных куполов» . Здания . 14 (1): 166. doi : 10.3390/building14010166 . ISSN 2075-5309 .
- ^ Париж, Витторио; Пиццигони, Аттилио; Адриансенс, Сигрид (2020). «Статика самобалансирующихся каменных куполов, построенных по спирали в виде поперечной елочки» . Инженерные сооружения . 215 : 110440. Бибкод : 2020EngSt.21510440P . doi : 10.1016/j.engstruct.2020.110440 . hdl : 10446/230009 . ISSN 0141-0296 .
- ^ «Люнет | Возрождение, фортификация и оборона | Британика» . www.britanica.com . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ «Фонарь | Китайская пагода и крыша пагоды | Британика» . www.britanica.com . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ Вёлфель, Матиас; Макдонаф, Джон (2009). Распознавание речи на расстоянии . Чичестер: Джон Уайли и сыновья. п. 48. ИСБН 978-0470714072 .
- ^ Валенте, Майкл; Холли Хосфорд-Данн; Росс Дж. Розер (2008). Аудиология . Тим. стр. 425–426. ISBN 978-1-58890-520-8 .
- ^ Дэвис, Лара; Майни, Сатпрем (2003–2016 гг.). «ЗДАНИЕ С АРОЧАМИ, СВОЛАМИ И КУПОЛАМИ» (PDF) . Ауровильский институт Земли . стр. 108–110 . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ Кайили, Мутбул (2005). «Акустические решения в классической османской архитектуре» (PDF) . FSTC (Фонд научных технологий и цивилизации) Limited . стр. 1–15. 4087 . Проверено 11 июля 2024 г.
- ^ Рэлей, Джон Уильям Стратт (1899–1920). Научные статьи . Библиотеки Калифорнийского университета. Кембридж: Университетское издательство.
- ^ Jump up to: а б Сабина, Уоллес Клемент (1922). Сборник статей по акустике . Библиотеки Калифорнийского университета. Кембридж: Издательство Гарвардского университета.
- ^ Jump up to: а б с Берарди, Умберто; Яннас, Джино; Трематерра, Амелия (2 марта 2017 г.). «Акустика двойного эллиптического свода Королевского дворца в Казерте (Италия)» . Здания . 7 (1): 18. doi : 10.3390/building7010018 . ISSN 2075-5309 .
- ^ Грабарь, Олег (1963-12-01). «Исламский купол, некоторые соображения» . Журнал Общества историков архитектуры . 22 (4): 191–198. дои : 10.2307/988190 . ISSN 0037-9808 . JSTOR 988190 .
- ^ Смит, Эрл Болдуин (1971). Купол: исследование истории идей . Принстонские монографии по искусству и археологии (2-е печатное изд.). Принстон, Нью-Джерси: Принстонский университет. Нажимать. ISBN 978-0-691-03875-9 .
- ^ Петерсен, Эндрю (11 марта 2002 г.). Словарь исламской архитектуры . Рутледж. ISBN 978-1-134-61366-3 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Аллен, Эдвард (2017). Как работают здания [ Как работают здания. Естественный порядок архитектуры ] (на итальянском языке). Перевод португальский, Паскуале; Гуарини, Мирта AM (2-е изд.). Бари: Dedalo Editions. ISBN 978-8822008268 .
- Пульвиренти, Эмануэла (9 июня 2014 г.). «Чудеса архитектуры: десять проектов арок» .
- Пульвиренти, Эмануэла (31 октября 2014 г.). «Когда потолок — шедевр: десять моделей сводов» .
- Нерви, Пьер Луиджи (1945). Наука или строительное искусство? Характеристики и возможности железобетона (на итальянском языке). ЧиттаСтуди. ISBN 978-8825173864 .
- Сальвадори, Марио (1993). здания стоят Почему ( на итальянском языке). Перевод Брандолини, Себастьяно; Пейс, Карло (2-е изд.). Милан: Бомпиани. ISBN 978-8845215131 .
- Леви, Мэттис; Сальвадори, Марио (1994). Почему рушатся здания: как разрушаются конструкции . WW Norton & Co Inc. Милан: ISBN 978-0393311525 .
- Кинг, Росс (2000). Купол Брунеллески: как гений эпохи Возрождения заново изобрел архитектуру . Лондон: Чатто и Виндус. ISBN 9781620401941 .
- Хейман, Жак (1997). Каменный скелет: конструктивное проектирование каменной архитектуры . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521629638 .