Kábel-membrán szerkezetek
1
Tartalom • • • •
Történet Általános tulajdonságok Tervezés menete Példák
2
Történet • Membrán sátrak: a második legősibb épület forma a barlangok után • Minden kontinensen megtalálható !
3
Európa: Római sátrak
4
Észak Amerika: tipi
5
Ázsia, Mongólia: Jurta
6
Afrika: Beduin sátrak
7
Sátrak tulajdonságai • Időleges építmény, védelem • Állat bőrt használtak (korlátozott teherbírás) • A membrán nem része a tartószerkezetnek
8
Vitorlák Egyiptom
Görögország 9
Sárkány
10
Halász háló
11
Halász háló
12
Kábel hidak
13
Fejlődés a 19. századig • Nem volt fejlődés a 19. századig – Az anyagoknak korlátozott teherbírásuk van. A húzószilárdság nem elég nagy. – A csomópontok nem tudnak nagy erőket továbbítani. – Nehéz volt a szerkezeteket stabilizálni szélben.
14
Cirkuszi sátrak • Első cirkuszi sátor: Astley cirkusz sátra, 1770, Westminster Bridge-en, Londonban • 1840, Párizs, Champs-Elysées, kátránnyal bekent lenvászon sátor • XIX. sz. végén amerikai vándorcirkuszok – Barnum Cirkusz: 12000 néző – Akár 50 méter átmérőjű 15
19. század: cirkuszi sátrak
16
19. század: légballon
17
“Áttörés” • Frei Ottó kísérletei az 1950-es években
18
Légnyomásos szerkezetek • William Lanchester, 1917, hadi kórház • 1946, Walter Bird, Bird Air Structures • US Pavilon a 1970-es Expón, első nem gömb alakú légnyomásos szerkezet
19
US Pavilon, Expo ’70
20
US Pavilon, Expo ’70
21
Sátrak • 1960-70: Taiyo Kogyo Company nagy számban készített sátrakat Japánban • Jeddah Repülőtér, zarándokok terminálja, Szaud Arábia – 420 000 m2 – 750 000 ezer zarándok befogadására alkalmas – Csak nagy szilárdságú anyagokkal volt lehetséges, (üvegszövet anyag) 22
Jeddah Repülőtér
23
Futball világbajnokság, 2002
24
Magyarország • Első feszített sátor: – 1974 – GRABOPLAST – Gépkocsi raktár
• Teniszcsarnokok • Árnyékvetők
25
Modern alkalmazások • • • • • • • •
Színházak, zenei színpadok lefedése Belépők, járdák és parkolók lefedése Stadionok, dómok, kiállítási helyek Repülőterek Árnyékvetők Időleges védelem, letakarás Időleges gátak Antennák 26
Modern vitorlák
27
Ejtőernyő
28
Ernyők
29
30
Kábel-membrán szerkezetek fő tulajdonságai • Anyagok nagy szilárdságúak, könnyűek, tűz és vegyszernek ellenállóak. • Nagy területek letakarására alkalmasak • Előregyárthatók • Gyönyörű építészeti létesítmények, gazdag formaválaszték • Lehetnek mobilak, áttelepíthetők 31
Szerkezeti tulajdonságok • Csak húzófeszültség ébredhet bennük, • Nyomásra lazák lesznek • A teljes keresztmetszet kihasználható, nem kell hajlítást, kihajlást figyelembe venni
• Elméleti és gyakorlati tapasztalat szükséges 32
Merevség
33
Egyszerű példa: kezdeti állapot
34
Egyszerű példa: terhelt állapot
35
Az egyszerű példa megoldása
éæ EA s ö 2 sù 2 êçç - ÷÷ sin a + ú u = P l l l 0 è ø ë û
Ku=P 36
37
Előfeszítés
38
39
Felületek osztályozása Egyszeresen görbült
Kétszeresen görbült
40
Kétszeresen görbült felületek Synclastic (Dóm)
Anticlastic (Nyereg)
41
Forma és viselkedés kapcsolata
T1 T2 + =F R1 R2 F =0 T1 > 0 és T2 > 0
F ¹0 (légnyomás)
R2 T1 = - T2 R1 42
Tervezési eljárás 1. 2. 3. 4. 5. 6.
Alak definiálása Mérnöki modell készítése Szerelési alak keresése (form-finding) Szabásminta elkészítése Terhek alatti viselkedés számítása, analízis Részlet és csomópont tervek, építési folyamat megtervezése 43
1. Alak definiálása • Beruházó (megrendelő) és tervező (építész) • Beruházó követelményei: – – – – –
Lefedendő terület Belső, magassági követelmény Oszlopok és fix pontok megadása A szerkezet rendeltetése, esztétikai követelmény Stb.
44
3D rajz
45
Anyag kiválasztása • Az anyagot is ki kell választani – Az anyag átlátszósága határozza meg, mennyi mesterséges világításra van szükség – Hőszigetelési tulajdonság határozza meg mennyi fűtésre van szükség – A szín az esztétikát befolyásolja
46
2. Mérnöki modell készítése • Minden szerkezeti tulajdonságot definiálni kell • Régebben modellt építettek • Manapság, CAD és véges elemes módszert használnak – Véges elemes hálót kell definiálni – Peremfeltételeket és anyagtulajdonságokat kell az elemekhez hozzárendelni
• Nagyon fontos a jó modell !!!!! 47
Mérnöki modell
48
3. Szerelési alak meghatározása • Definíció: – Egy geometriai alak meghatározása adott peremfeltétel és előfeszítés esetén amelynél a belső erők egyensúlyban vannak.
• Numerikus módszerek: – Geometriai alakmeghatározás – Egyensúlyi alakmeghatározás
49
Egyensúlyi alakmeghatározás • Több módszer is létezik: – Grid módszer (Szabó and Kollár) – Erő intenzitás (Force density - Schek and Linkwitz, 1971) – Stuttgart direct módszer (Linkwitz, ~1970) – Dinamikus relaxáció (Dynamic relaxation - Day 1965, Barnes 1971-, Topping) – Véges elemes módszer
50
Szerelési alak
51
4. Szabásminta generálás • A membrán felület gyártási terve • Definíció: – Az egyensúlyi helyzetben levő szerkezeti alakból meghatározzuk a feszültségmentes membrán méreteket
52
Szabásminta generálás Anyag csíkokat generálunk –Lánc és vetülék irány
53
54
5. Analízis • • • • • •
Önsúly: elhanyagolható Hasznos teher: csak szerelés során Földrengés: kis tömeg, így elhanyagolható Szélteher: domináns Hó there: domináns Pont teher: Lámpa, jelek, stb.
55
6. Csomópontok és építési sorrend • A szerkezet különböző részeinek összekötése: – – – – –
Kábel-kábel Kábel-membrán Kábel-membrán-támasz Vízlefolyók Fix pontok és rögzítések
56
57
58
Építési sorrend • Biztosítja, hogy a szerkezetet a tervezett módon lehessen megépíteni – – – –
Daruk elhelyezése Előfeszítési sorrend is fontos Anyag szakadást el kell kerülni Kábelek összegabalyogádását is el kell kerülni
• Nagyon komplex lehet
59
Indián sátor építése
60
Karbantartás • Általában kevés karbantartást igényel • Nem szabad szakadásnak kialakulnia: – Megfelelő feszültség legyen az anyagban – Ne kerüljön éles anyag a közelbe • Megfelelő tervezés • Közönségtől távol legyen
• Ultraibolya sugárzás károsítja a műanyagot • Szél által szállított piszok, kipufogó gázok, stb • Rossz légáramlás, nedvesség kezelés: alga 61
