6207x
001484
9.10.2017

Střihové vzory pro membránové pláště a lanové prvky

Lanové a membránové konstrukce jsou považovány za velmi štíhlé a estetické stavební konstrukce. Jejich zčásti velmi složité tvary vyznačující se dvojitou křivostí lze stanovit pomocí vhodných algoritmů pro form-finding. Ein möglicher Lösungsansatz ist hier zum Beispiel die Formensuche über das Gleichgewicht zwischen der Oberflächenspannung (vorgegebene Vorspannung und zusätzliche Last wie Eigengewicht, Druck etc.) und den gegebenen Randbedingungen.

Kromě vývoje tvarů je klíčovým procesem výroba a příprava konstrukčních dílců, které se mají na staveništi montovat. V tomto případě se inženýr stává krejčím. Skvělým úkolem je vytvořit dvojitou zakřivenou membránu z mnoha malých rovinných řezných vzorů jako celku, která je vystavena danému předpětí. Obtížnost tohoto úkolu se vyjasní, pokud se pokusíme zpracovat napůl pomeranč v imaginárním modelu. Vzhledem k radiálnímu a tangenciálnímu zakřivení membránového pláště nemůže být polovina oranžová sestavena z jedné rovinné části. Rozložit ho lze pouze na několik rovinných částí.

Kromě vývoje vlastního střihového vzoru je tento rozklad velmi náročný. V sestavě by měly být řezné linie zvoleny tak, aby každá část měla ve 3D geometrii co nejvíce homogenní stav předpětí na ploše, a tím se zabrání nerovnoměrnému přídavku na protažení během procesu narovnání. Čím menší je dílčí jednotka, tím rovnoměrnější jsou rozložení předpětí a poměrné prodloužení. Tento postup vyžaduje volné nastavení řezných linií pro dílčí jednotky nezávisle na počátečním zadání a globální membránové geometrii. Při umisťování linií řezu pro dílčí jednotky je třeba zohlednit následující hlediska:

  • Homogenní podmínka předpětí v 3D geometrii
  • Rovnoměrné prodloužení při procesu narovnání
  • Mezní šířka role materiálu
  • Materiálová ortotropie
  • Sledování svaru
  • Architektonický návrh
  • Poškození polotovaru v důsledku příliš velkých segmentů
  • Montáž dřevěné konstrukce

Po narovnání se pak vytvoří pro 3D segmentovaný 3D díl nutný díl. Při procesu narovnání je třeba zohlednit následující aspekty:

  • Materiálová ortotropie
  • Kompenzace/relaxace na ploše a na okrajích
  • Přípustné hodnoty na okrajích
  • Stejné mezní délky mezi sousedními prvky

V praxi se oba pracovní kroky, kterými je definování dráhy řezu, a následné narovnání dílčích ploch, označují jako řezání.

Kromě vývoje střihových vzorů u membrán se provádí i montáž lanových prvků. Výše uvedený proces form-findingu hledá takovou geometrii, která nastaví dané povrchové napětí membrány a danou lanovou sílu nebo výslednou sílu daných lanoví do rovnováhy s okrajovými podmínkami. Nakonec tento algoritmus nabízí novou geometrii s aktivními silami.

Proto délku lana pro výrobu nelze proto odvodit z čisté geometrie nalezeného tvaru, ale vychází z geometrie nalezeného tvaru snížené o prodloužení lana v důsledku působícího předpětí.


kde
A ... průřezová plocha
E ... modul pružnosti
N ... síla lana


Autor

Ing. Niemeier je zodpovědný za vývoj hlavních programů RFEM, RSTAB, RWIND a oblast membránových konstrukcí. Zároveň má na starosti řízení jakosti a podporu zákazníkům.

Odkazy