Տարածական շրջանակի կառուցման հիմքում ընկած ինժեներական սկզբունքները։

Երկար բացվածքների կառուցման մեջ փոփոխություն մտցրած երկրաչափությունը

Տարածական շրջանակները ներկայացնում են այնպիսի ինժեներական նորարարություններից մեկը, որոնք հետագայում թվում են ակնհայտ, սակայն մշակելու համար պահանջվել է իսկական տեսլական մտահանգում։ Հիմնական գաղափարը պարզ է. փոխարենը՝ կառուցվածքային տարրերը դասավորել երկչափ հարթություններում, դրանք դասավորել երեքչափ օրինակներով, որոնք միաժամանակ բեռնվածությունը բաշխում են մի քանի առանցքներով։ Արդյունքում ստացվում է կառուցվածք, որը հնարավորություն է տալիս շատ մեծ հեռավորություններ անցակետ անցկացնել առավելագույնս քիչ նյութի օգտագործմամբ։

Առաջին ժամանակակից տարածական շրջանակները հայտնվել են քսաներորդ դարի կեսերին, սակայն դրանց հիմնական սկզբունքները շատ ավելի վաղ են սկիզբ առել։ Երկրաչափական գմբեթները, ռադիոթատերի արտացոլիչները և հաղորդակցության աշտարակները բոլորն օգտագործում են նմանատիպ եռաչափ բեռնվածության բաշխման գաղափարներ ։ Փոփոխվել է այն, որ հնարավոր դարձել է այս կառուցվածքները վերլուծել համակարգիչներով, ինչը հնարավորություն տվել է գործնական նախագծում իրականացնել ամենօրյա շենքերի համար, այլ ոչ միայն մասնագիտացված կիրառումների համար։

Բեռնվածության ճանապարհները և ուժերի բաշխումը եռաչափ տարածության մեջ

Տարածական շրջանակների վարքագիծը հասկանալու համար սկզբում պետք է հասկանալ, որ բեռնվածությունները չեն շարժվում մեկ ուղղությամբ։ Պարզ մեկուսացված մասում միջնամասում գտնվող բեռնվածությունը ուղղակիորեն հասնում է հենարաններին՝ ծալման միջոցով։ Տարածական շրջանակում նույն բեռնվածությունը բաշխվում է մի քանի մասերի միջոցով, որտեղ յուրաքանչյուր մաս կրում է ընդհանուր ուժի մի մաս։ Այս կրկնակիությունը միաժամանակ և՛ ամրություն է, և՛ նախագծման մեջ դժվարություն։

Տիպիկ երկակի շերտավոր տարածային շրջանակի բեռնվածության ճանապարհը այսպես է աշխատում. տանիքի սալիկից առաջացած բեռնվածությունները փոխանցվում են վերին լարի հանգույցներին, այնուհետև տարածվում են անկյունագծային ցանցային անդամների միջոցով ստորին լարի վրա և, վերջապես, անցնում են ստորին լարի միջոցով հենարաններին: Քանի որ շրջանակը ունի եռաչափ կապ, բեռնվածությունները կարող են վերաբաշխվել, եթե ցանկացած մեկ անդամ չափից շատ լարվի: Սա ստեղծում է կառուցվածք, որն ունի զգալի լրացուցիչ կարողություն:

Տարածային շրջանակների վարքագծի հետազոտությունները ցույց են տվել, որ X-ձև ամրացված կառուցվածքները սովորաբար ցուցաբերում են ամենացածր ներքին ուժերը և ամենաարդյունավետ բեռնվածության բաշխումը հաճախ օգտագործվող ամրացման նախշերի մեջ: Երկրաչափական կառուցվածքը կարևոր է: Լավ կառուցված տարածային շրջանակը կարող է ձեռք բերել կոշտություն և բեռնվածության բաշխման բնութագրեր, որոնք սովորական երկչափ համակարգում պահանջում են զգալիորեն ավելի շատ նյութ:

Հանգույցի նախագծում. Կրիտիկական միացման կետը

Եթե տարածային շրջանակի մասերը ուստի համարվում են ոսկորներ, ապա հանգույցները՝ սաղավարտները: Իսկ տարածային շրջանակի կառուցման ժամանակ հանգույցներն են այն տեղերը, որտեղ ճարտարագիտությունը իսկապես դառնում է հետաքրքիր: Սովորաբար մեկ հանգույց միացնում է բազմաթիվ մասեր, որոնք գալիս են տարբեր ուղղություններից և յուրաքանչյուրը փոխանցում է առանցքային ուժեր ձգման կամ սեղմման վիճակում . Հանգույցը պետք է այդ ուժերը փոխանցի արդյունավետորեն՝ միաժամանակ համապատասխանելով բոլոր մասերի ճշգրտության պահանջներին, որպեսզի դրանք ճիշտ միանան միմյանց:

Հանգույցների նախագծումը եղել է մանրակրկիտ հետազոտությունների առարկա, հատկապես հանգույցների երկրաչափական փոփոխականությունը նվազեցնելու մասին մտահոգության շուրջ: Երբ տարածային շրջանակը պարունակում է հարյուրավոր կամ հազարավոր հանգույցներ, նույնիսկ փոքր շեղումներ հանգույցների անկյուններում կամ մասերի երկարություններում կարող են առաջացնել կարևոր արտադրական և մոնտաժային խնդիրներ: Այժմ առաջադեմ համակարգչային աշխատանքային հոսքերը օգնում են նախագծողներին խմբավորել նմանատիպ երկրաչափություն ունեցող հանգույցներ՝ ավելի արդյունավետ արտադրության համար:

Կապման մանրամասները նաև ազդում են կառուցվածքային կատարողականի վրա: Շարժման փոխանցումը դիմադրող կոշտ հանգույցները ստեղծում են այլ բեռնվածքի բաշխում, քան միայն առանցքային ուժեր փոխանցող միացված հանգույցները: Ընտրությունը կախված է նախագծման պահանջներից, որտեղ կոշտ կապերը սովորաբար ապահովում են ավելի մեծ կոշտություն՝ ավելի բարդ մանրամասների համար վճարելով:

Հենարանների պայմանները և դրանց ազդեցությունը կատարողականի վրա

Հենարանների դիրքը և տեսակը կտրուկ ազդում են տարածական շրջանակի կատարողականի վրա: Քենեթ Նասլունդի դասական աշխատանքը տարածական շրջանակների նախագծման վերաբերյալ, որը ներկայացվել է AISC-ի ազգային ինժեներական կոնֆերանսում, ցույց է տվել, որ հենարանների դիրքավորումը՝ ստեղծելով մոտավորապես մաքուր բացվածքի 0.3-ի չափի կոնսոլներ, առաջացնում է կառուցվածքներ, որոնք ունեն ավելի փոքր ճկում, ավելի քիչ նյութի օգտագործում և լավագույն լարի նյութի բաշխում: .

Այս սկզբունքը ունի գործնական հետևանքներ։ Անկյուններում հենարաններ ունեցող տարածային շրջանակը վարվում է այլ կերպ, քան եզրերի երկայնքով հենարաններ ունեցողը։ Իրար փոխանցվող մոմենտների գծերը տեղաշարժվում են, իսկ ուժերի բաշխումը մասերի միջով փոխվում է երկու կամ երեք առանցքների շուրջ սիմետրիկ հենարանների դասավորությունը սովորաբար առաջացնում է ամենաարդյունավետ դիզայները .

Հենարանների դիզայնի նպատակն է հասնել հենարանների վրա առաջացող բացասական մոմենտների, որոնք մոտավորապես հավասար են միջնամասում առաջացող դրական մոմենտներին։ Այս հավասարակշռությունը նվազագույնի է հասցնում այն առավելագույն ուժերը, որոնք ցանկացած մեկ մասը պետք է կրի, և թույլ է տալիս ավելի համաչափ մասերի չափսեր ընտրել ամբողջ կառուցվածքում .

Նյութի արդյունավետություն և կառուցվածքային օպտիմիզացիա

Տարածային շրջանակները սկզբունքային առումով նյութային արդյունավետ են, քանի որ ստալի տեղադրում են այնտեղ, որտեղ այն ամենաշատն է անհրաժեշտ՝ հանգույցներում և հիմնական բեռնվածության ճանապարհներով։ Բաց ցանցային կառուցվածքը նշանակում է, որ նյութը կենտրոնացված է այն մասերում, որոնք իրականում բեռնվածություն են կրում, այլ ոչ թե հավասարաչափ տարածված է մի պինդ հատվածի վրա

Տարածական շրջանակային կառուցվածքների օպտիմալացումը սովորաբար կենտրոնացված է երկու նպատակի վրա՝ նյութի ծավալի նվազեցում և հանգույցներում երկրաչափական փոփոխականության նվազեցում: Այդ նպատակները երբեմն մեկը մյուսին հակասում են: Միայն նվազագույն քաշի համար օպտիմալացված կառուցվածքը կարող է ունենալ հարյուրավոր եզակի մեմբրանների չափսեր և հանգույցների կոնֆիգուրացիաներ, ինչը դժվարացնում է այն արտադրելը: Արտադրության արդյունավետության համար օպտիմալացված կառուցվածքը կարող է ավելի շատ նյութ օգտագործել, սակայն ընդհանուր առմամբ ավելի քիչ արժել:

Չինաստանի ճարտարագիտական ստանդարտները այս փոխզիջումները հաշվի են առնում անմիջապես: «Տարածական ցանցային կառուցվածքների տեխնիկական սպեցիֆիկացիա» (JGJ 7-2010) փաստաթուղթը ներառում է տարածական ցանցային կառուցվածքների նախագծման ուղեցույցներ՝ ներառյալ ցանցերը, միաշերտ և երկշերտ վանդակավոր խեցերը և տարածական տրուսները: Սպեցիֆիկացիան ընդգրկում է կառուցվածքային ընտրությունը, նախագծման հիմնարար սկզբունքները և թեքման սահմանային արժեքները: Այս ստանդարտները արտացոլում են տարածական շրջանակային կառուցվածքների շինարարության տասնամյակներ շարունակ ձեռք բերված գործնական փորձը շենքերի տարբեր տեսակներում:

Իրական աշխարհում կիրառումը. Դաշտից ստացված դասեր

Տարածային շրջանակները չեն հանդիսանում տեսական կառուցվածքներ: Դրանք օգտագործվում են օդանավակայաններում, ստադիոններում, ցուցահանդեսային սրահներում և արդյունաբերական շենքերում ամբողջ աշխարհում: Մեկ հիշարժան նախագիծ ներառում էր մեծ լսարանի տանիքի փոխարինումը՝ առանց խաթարելու ներսում տեղի ունեցող գործունեությունը . Օրիգինալ կառուցվածքի վերաբերյալ CAD փաստաթղթեր չկային՝ միայն քառասուն տարի առաջ պատրաստված թղթե պլաններ .

. Խումբը նախագծեց 110-ից ավելի տարբեր չափսերի թեթև պողպատե տրուսներ, որոնցից որոշների բարձրությունը հասնում էր 2,5 մետրի . Կառուցապատման տարածքին մուտքը խիստ սահմանափակված էր. երկրի տակ գտնվող կոմունալ համակարգերի պատճառով կրանի օգտագործումը հնարավոր չէր . Նյութերը մանրամասն բարձրացվում էին շենքի կողմնային մասերով՝ լարերի միջոցով: Չնայած այս սահմանափակումներին՝ տրուսների համակարգը հաջողությամբ տեղադրվեց և չպահանջեց գոյություն ունեցող կառուցվածքի լրացուցիչ ամրապնդում .

Այս նախագիծը ցույց է տալիս մի քանի հիմնարար սկզբունքներ։ Առաջինը՝ տարածային շրջանակի բաղադրիչները կարող են հարմարվել բարդ գոյություն ունեցող պայմաններին։ Երկրորդը՝ թեթև ճարտապետական կառուցվածքները կարող են տեղադրվել բարդ տրանսպորտային պայմաններում։ Երրորդը՝ ճշգրտությամբ արտադրված մասերը հնարավորություն են տալիս կատարել վայրում հավաքում, նույնիսկ երբ վայրի պայմանները չեն համապատասխանում իդեալականին։

Երբ տարածային շրջանակները տրամապես են

Տարածային շրջանակները լավ են աշխատում այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ են մեծ ազատ բացվածքներ՝ միջանկյալ աջակցության նվազագույն քանակով։ Դրանք հատկապես հարմար են տանիքների կառուցվածքների համար, որտեղ ծածկի համակարգի քաշը համեմատաբար փոքր է բացվածքի չափի համեմատ։ Փոքր բացվածքների համար դրանք ավելի քիչ տնտեսական են, քանի որ միացման տարրերի և արտադրության ծախսերը հատուցում են նյութերի խնայողությունը։

Հանգույցների ստեղծման բարդությունը մնում է սահմանափակող գործոն: Պարզ երկրաչափական ձևեր ունեցող և կրկնվող հանգույցների օրինակներ պարունակող նախագծերը ավելի շահավետ են, քան այն նախագծերը, որոնք պահանջում են հարյուրավոր եզակի միացումներ: Համակարգչային նախագծման և ավտոմատացված արտադրության մեջ տեղի ունեցող ձեռքբերումները աստիճանաբար նվազեցնում են այս արգելքները, սակայն հիմնարար տնտեսական գործոնները դեռևս նախընտրում են պարզ երկրաչափական ձևեր:

Ինժեներական փորձառություն և արտադրական հնարավորություններ

Տարածային շրջանակի նախագծի հաջող իրականացման համար անհրաժեշտ է ինժեներական փորձառություն, որը գերազանցում է հիմնարար կառուցվածքային նախագծման սահմանները: Արտադրական թույլատրելի շեղումները պետք է լինեն շատ փոքր: Պետք է համակարգվեն տրանսպորտային գործողությունները: Պետք է մշակվեն տեղադրման հերթականությունները՝ ապահովելու համար, որ տարրերը ճիշտ կհամապատասխանեն նախագծին: Շենյան Չժոնգվեյ Հեվի Ինդաստրի զարգացրել է այս պահանջները կառավարելու հնարավորությունները՝ արտադրելով տարածային շրջանակի բաղադրիչներ, որոնք համապատասխանում են երկրաչափական ճշգրտության և որակի ստանդարտներին, որոնք անհրաժեշտ են երկար բացվածքների կիրառման դեպքում հուսալի աշխատանքի համար: