Разбирање на структури во згради
Структурите се основни за изградбата и дизајнот на зградите. Тие ја обезбедуваат потребната поддршка за да се осигураат дека зградите можат да издржат различни сили и да останат безбедни и функционални со текот на времето. Оваа лекција ги истражува основните принципи, типови и компоненти на структурите во контекст на зградите.
Основи на структурните сили
Зградите мора да бидат дизајнирани да се справуваат со различни видови сили. Најчестите сили вклучуваат:
- Гравитација : Дејствува вертикално надолу, влијаејќи на сопствената тежина на зградата и на оптоварувањата во неа.
- Ветер : Применува странични (хоризонтални) сили кои можат да предизвикаат нишање на зградата.
- Сеизмички : Се појавува за време на земјотреси, предизвикувајќи движење на земјата што влијае на зградата во сите правци.
- Термички : експанзија и контракција на материјалите поради температурни промени, потенцијално предизвикувајќи стрес во структурата.
За да се спротивстават на овие сили, структурите користат комбинација на материјали и техники на дизајнирање.
Видови на структури
Постојат неколку видови на структури кои се користат во зградите, од кои секоја има свои предности:
- Структури на рамка : Составени од столбови и греди за да формираат скелет што ја поддржува зградата. Заеднички во челични и армирано-бетонски згради.
- Носечки конструкции : Самите ѕидови го носат товарот на покривот и подот, погодни за ниски конструкции.
- Структури на школка : Користете тенка, заоблена обвивка од бетон или метал за да обезбедите цврстина и цврстина. Идеален за големи, отворени простори како стадиони.
- Геодетски куполи : Се состои од мрежа на потпори распоредени на сферична површина, комбинирајќи мала тежина со цврстина. Корисно за покривање на големи површини без внатрешни потпори.
- Структури на суспензија : Користете кабли или јажиња за поддршка на подови или покриви, овозможувајќи долги распони и драматични архитектонски форми.
Компоненти на градежните конструкции
Клучните компоненти вклучуваат:
- Темели : Безбедно префрлете ги товарите на зградата на земја. Видовите вклучуваат плитки и длабоки темели.
- Столбови и греди : Вертикалните столбови и хоризонталните греди ја формираат примарната скелетна рамка.
- Подови и покриви : Хоризонтални елементи кои ја делат зградата вертикално и обезбедуваат заштита од надворешни елементи.
- Ѕидови : служат како надворешна обвивка на зградата и можат да бидат носечки или неносиви.
- Фарми и сводови : Се користат за покривање на големи површини, фармите се триаголни единици, додека лаковите користат заоблен облик за цврстина.
Принципи на структурен дизајн
Ефективниот структурен дизајн вклучува:
- Безбедност : Обезбедување на структурата да може да ги издржи очекуваните оптоварувања без неуспех.
- Функционалност : Структурата мора ефикасно да ја служи намената.
- Економија : Постигнување на сила и издржливост без непотребни трошоци.
- Естетика : Структурата треба да придонесе за севкупната убавина на зградата.
Дизајнерите често користат математички модели и компјутерски симулации за да предвидат како структурите ќе се однесуваат под различни оптоварувања. На пример, пресметувањето на моментите на свиткување во греди е од клучно значење и може да се изрази како:
\( M = f \cdot l \) каде \(M\) е моментот на свиткување, \(f\) е применетата сила и \(l\) е должината на рачката на рачката.
Материјални размислувања во структурите
Изборот на материјали значително влијае на перформансите на структурата. Вообичаените материјали вклучуваат:
- Бетон : Силен во компресија, често зајакнат со челик за да се подобри цврстината на истегнување.
- Челик : Нуди висока јачина и при напнатост и компресија, идеален за конструкции на рамки.
- Дрво : Обезбедува добра цврстина на истегнување и притисок во однос на неговата тежина, погодна за станбени згради.
- Масонерија : тули и камен се издржливи и обезбедуваат значителна цврстина на притисок, но ограничена цврстина на истегнување.
- Композити : Материјалите како фиберглас или јаглеродни влакна нудат висок сооднос на јачина-тежина и се користат во специјализирани апликации.
Изборот на материјал зависи од неколку фактори, вклучувајќи ги трошоците, достапноста, условите на околината и посакуваниот животен век на зградата.
Неуспешни начини на структури
За да се обезбеди безбедност, од суштинско значење е да се разбере како структурите можат да пропаднат:
- Свиткување : Губење на стабилноста во столбовите или ѕидовите кога се изложени на високи сили на притисок.
- Стрижење : Се јавува кога делови од материјалот се лизгаат еден покрај друг, често во греди или врски.
- Дефект на истегнување : Кога материјалот се крши под напнатост, како што може да се случи со несоодветно армиран бетон.
- Дефект на притисок : дробење на материјал под оптоварување на притисок, вообичаено кај ѕидарските конструкции.
Дизајнерите ги ублажуваат ризиците од неуспех со придржување до градежните кодови, користење соодветни безбедносни фактори и спроведување на темелна анализа и тестирање.
Структурни иновации во модерни згради
Напредокот во науката за материјали и техниките за дизајн доведоа до иновативни градежни структури, како што се:
- Структури на затегната мембрана : Лесни покриви направени од ткаенини за истегнување, способни да зафаќаат големи површини.
- Згради на надувување : Користете воздушен притисок за одржување на формата, погодни за привремени објекти.
- Модуларни конструкции : Монтажни компоненти собрани на лице место, што ја зголемува брзината и ефикасноста на изградбата.
- Паметни материјали : Материјали кои можат да ги променат својствата како одговор на надворешни стимули, нудејќи потенцијал за одговорни структури.
Заклучок
Разбирањето на принципите на структурите е од суштинско значење за дизајнот и изградбата на безбедни, функционални и естетски пријатни згради. Со разгледување на типовите на конструкции, избор на материјали и можни начини на неуспех, архитектите и инженерите можат да создадат иновативни решенија кои ги задоволуваат барањата на современото општество. Како што напредува технологијата, еволуцијата на структурниот дизајн ветува дека ќе донесе уште повозбудливи можности во светот на архитектурата.
