Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
В первом мире гиперболоид структура решетки 37-метровой водонапорной башни на Владимира Шухова , Всероссийской выставке , Нижний Новгород , Россия, 1896 г.

Гиперболоидные конструкции - это архитектурные конструкции, спроектированные с использованием гиперболоида 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 сооружения построил русский инженер Владимир Шухов (1853–1939). [1] Первая в мире гиперболоидная башня находится в Полибино Данковского района Липецкой области , Россия.

Свойства [ править ]

Гиперболические структуры имеют отрицательную гауссову кривизну , то есть они изгибаются внутрь, а не изгибаются наружу или являются прямыми. Как двояковыпуклые поверхности , они могут быть выполнены с решеткой из прямых балок, следовательно, их легче построить, чем изогнутые поверхности, которые не имеют линейки, и вместо этого должны быть построены с изогнутыми балками. [2]

Гиперболоидные конструкции превосходят по устойчивости 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 большая масса), градирни и эстетические особенности. [3]

Для градирен предпочтительна гиперболическая конструкция. 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, когда он расширяется, контакт между нагретым воздухом и атмосферным воздухом поддерживает турбулентное перемешивание. [ необходима цитата ]

Работа Шухова [ править ]

Гиперболоидная решетка Адзиогольского маяка В.Г. Шухова под Херсоном , Украина , 1911 г.

В 1880-х годах Шухов начал работать над проблемой проектирования кровельных систем, используя минимум материалов, времени и труда. Его расчеты, скорее всего, были заимствованы из работ математика Пафнутия Чебышева 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 назвал «гиперболическими», Шухов вывел семейство уравнений, которые привели к новым структурным и конструкционным системам, известным как гиперболоиды вращения и гиперболические параболоиды .

Стальные сетчатые каркасы выставочных павильонов Всероссийской промышленной и ремесленной выставки 1896 года в Нижнем Новгороде стали первыми публично заметными образцами новой системы Шухова. Для нижегородской экспозиции построено два таких павильона: овальный в плане и круглый. Крыши этих павильонов представляли собой решетчатые каркасы с двойным изгибом, целиком состоящие из решетки из прямых угловых железных и плоских железных прутков. Сам Шухов называл их ажурной башней («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 свое внимание на развитие эффективной и легко построить структурную систему ( сетчатая оболочка ) для башни , несущей большую нагрузку тяжести в верхней части - проблему водонапорной башни . Его решение было вдохновлено наблюдением за действием плетеной корзины, удерживающей 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.

Сетчатая оболочка из Шуховской башни 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 проекте многослойной гиперболоидной башни радиопередачи из девяти секций для Москвы. Шухов спроектировал 350-метровую башню, которая превосходила бы Эйфелеву башню по высоте на 50 метров, при этом использовалось 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, иШуховская башня была завершена к марту 1922 года.

Другие архитекторы [ править ]

Гиперболоидная башня в Кобе , Япония .

Антони Гауди и Шухов проводили эксперименты с гиперболоидными структурами практически одновременно, но независимо, в 1880–1895 годах. Антонио Гауди использовал структуры в виде гиперболического параболоида (hypar) и гиперболоида вращения в Саграда Фамилия в 1910 году [4] В Саграда Фамилия, есть несколько мест на Рождества фасад - конструкция не приравнены Гауди ruled- дизайн поверхности, 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.

Во Палау Гуэль есть один набор внутренних колонн вдоль главного фасада с гиперболическими капителями. Венцом знаменитого параболического свода является гиперболоид. Свод одной из конюшен церкви Колония Гуэль представляет собой гиперболоид. В парке Гуэль есть уникальная колонна , представляющая собой гиперболоид. Знаменитый испанский инженер и архитектор Эдуардо Торроха спроектировал тонкостенную водонапорную башню в Федале [5] и крышу Иподромо де ла Сарсуэла [6] в виде гиперболоида вращения. Ле Корбюзье и Феликс Кандела использовали гиперболоидные структуры (гипар ).

Гиперболоидная градирня была запатентована Фредериком ван Итерсоном и Жераром Кайперсом в 1918 году. [7]

Georgia Dome был первый Hypar- Тенсегрити купол будет построен. [8]

Галерея вариаций форм [ править ]

  • Гиперболический параболоид является дважды линейчатой поверхностью так что он может быть использован для построения двускатной крыши из прямых балок.

  • Железнодорожной станции Warszawa Ochota имеет гиперболический параболоид двускатной крышей , Варшава , Польша , 1962.

  • Scotiabank Saddledome арена имеет гиперболический параболоид двускатной крышей , Калгари , Канада , 1983.

  • Стекируемые чипы Pringles - это гиперболические параболоиды .

  • Гиперболоид из одного листа является дважды линейчатой поверхностью , и она может быть сформирована с помощью одного из двух семейств прямых линий.

  • cs: Slunečná (rozhledna) , (Солнечная (смотровая башня)) - более простая гиперболоидная структура, Велке Павловице , Чешская Республика , 2009.

  • Мэй Уэст (скульптура) является дважды линейчатой поверхностью гиперболоида структура, Мюнхен , Германия , 2011.

  • Проект башни Владимира Шухова 1919 года состоит из 9 гиперболоидов на высоте 350 метров.

  • Планетарий Джеймса С. Макдоннелла Научного центра Сент-Луиса , Сент-Луис, штат Миссури , США , 1963 год.

  • Диспетчерская вышка международного аэропорта Ньюкасла , Ньюкасл-апон-Тайн , Великобритания , 1967 год.

  • Водонапорная башня Ciechanów является тороидальным водонапорной башней танком на двукратно правили гиперболоид структуры, Цеханов , Польша , 1972.

  • THTR-300 градирни для ныне выведенного из эксплуатации ядерного реактора в Hamm -Uentrop, Германия , 1983.

  • Corporation Street Bridge представляет собой горизонтальный двойной правили гиперболоид структура, Манчестер , Англия , 1999.

  • Corporation Street Bridge вид интерьера.

  • В Killesberg башня использует дважды управлял гиперболоида ТЕНСЕГРИТИ кабели укрепить свои структуры, Штутгарт , Германия , 2001.

  • Canton Tower , в Хайжу города Гуанчжоу (исторически известный как Кантон), в провинции Гуандун , Китай , 2010.

  • de: Jübergturm - первая деревянная гиперболоидная башня, конструктивно поддерживаемая только внешним деревянным каркасом, Хемер , Märkischer Kreis , Арнсберг , Северный Рейн-Вестфалия , Германия , 2010 г.

  • Башня Высокая Смотровая площадка использует двояковнутые гиперболоидные тенсегрити- тросы для укрепления своей конструкции, Тахов , Пльзенский край , Чешская Республика , 2014.

  • Les Essarts-le-Roi château d'eau (водонапорная башня), Les Essarts-le-Roi , Ивелин , Франция .

  • В здании Gen Coel Building находятся публичная библиотека, магазины и общественный центр в Херлерхайде , Херлен , Нидерланды .

  • Цзо стол.

  • Напечатанная на 3D-принтере чашка-держатель для ручки и зубной щетки двойного назначения. Напечатано на Ultimaker 2 , 2015 г.

См. Также [ править ]

  • Градирни
  • Геодезический купол
  • Решетчатая мачта
  • Список гиперболоидных структур с галереей
  • Список тонких структур оболочки
  • Линейчатая поверхность
  • Сэм Скорец
  • Растяжимая структура
  • Тонкостенная структура
  • Первая в мире гиперболоидная структура

Примечания [ править ]

  1. ^ "Гиперболоидная водонапорная башня" . Международная база данных и галерея структур . Николас Янберг, ICS. 2007 . Проверено 28 ноября 2007 .
  2. ^ Коуэн, Генри Дж. (1991), Справочник по архитектурной технологии , Ван Ностранд Рейнхольд, стр. 175, ISBN 9780442205256, Проще 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. Проверено 9 августа 2009 .
  4. ^ Burry, MC, JR Burry, GM Данлоп и А. Махер (2001). «Рисуем вместе евклидовы и топологические нити (pdf)» (PDF) . Представлено на SIRC 2001 - Тринадцатом ежегодном коллоквиуме Центра исследований пространственной информации . Данидин, Новая Зеландия: Университет Отаго. Архивировано из оригинального (PDF) 31 октября 2007 года . Проверено 28 ноября 2007 .
  5. ^ "Водохранилище Федала" . Международная база данных и галерея структур . Николас Янберг, ICS. 2007 . Проверено 28 ноября 2007 .
  6. ^ "Ипподром Сарсуэла" . Международная база данных и галерея структур . Николас Янберг, ICS. 2007 . Проверено 28 ноября 2007 .
  7. ^ Патент Великобритании № 108,863
  8. ^ Кастро, Херардо и Маттис П. Леви (1992). "Анализ кабельной крыши купола Джорджии" . Материалы восьмой конференции по вычислительной технике в гражданском строительстве и симпозиума по географическим информационным системам . Жилье для спектакля . Проверено 28 ноября 2007 .

Ссылки [ править ]

  • «Нижегородская выставка: Водонапорная башня, строящееся помещение, пружина пролетом 91 фут», «Инженер» , № 19.3.1897, стр. 292–294, Лондон, 1897.
  • Уильям Крафт Брамфилд , «Истоки модернизма в русской архитектуре» , Калифорнийский университет Press, 1991, ISBN 0-520-06929-3 . 
  • Элизабет Купер Английский язык : «Архитектура и мысли»: Истоки советской авангардной рационалистической архитектуры в русской мистико-философской и математической интеллектуальной традиции » , диссертация по архитектуре, 264 стр., Пенсильванский университет, 2000.
  • "Владимир Г. Сухов 1853–1939. Die Kunst der sparsamen Konstruktion.", Райнер Грефе, Jos Tomlow und andere, 192 S., Deutsche Verlags-Anstalt, Штутгарт, 1990, ISBN 3-421-02984-9 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Исследование структуры первого в мире гиперболоида Шухова , профессор д-р Армин Грюн
  • Международная кампания по спасению Шуховской башни
  • Антикластические гиперболоидные оболочки
  • Оболочки: гиперболические параболоиды (гипар)
  • Гиперболические параболоиды и бетонные оболочки
  • Особые конструкции
  • Райнер Грефе : «Владимир Г. Шухов 1853–1939 - Die Kunst der sparsamen Konstruktion». , [1]