Upload
anne-lott
View
41
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Térbeli tartószerkezetek. 2. Előadás Kupolák. Kupolák. Mérnöki héjelmélet előfutára, történelmi előzménye. Definíció: Az épületek lefedésében sajátos építési technológiával kialakított, az egész épület jellegét meghatározó épületrész. Épületfedés:. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Térbeli tartószerkezetek
2. Előadás
Kupolák
Kupolák
Mérnöki héjelmélet előfutára, történelmi előzménye.
Definíció: Az épületek lefedésében sajátos építési technológiával kialakított, az egész épület jellegét meghatározó épületrész.
Épületfedés: részleges (csak a legfontosabb részt fedi le, figyelemfelkeltő)épület egészét lefedő
Ősi építészetben is megjelent a kupola:
Igloo, Kanada Jurta, Belső-Ázsia Tömörödött hórétegből kivágott jégtömbökből áll.Tömbök együttdolgozásának biztosítása:
Nagy feszültségek helyén megolvad a hó,feszültség leépülésével ismét összefagy.(ez jelenti a méretkorlátot is egyben)
A jurták állékonyságát garantálja: - farács, - kötelekből készült abroncsozás - vázra feszített nemezborítás. Belső alátámasztás nélkül épülnek, átmérőjük általában 5~6 m, de léteznek 10 m-t meghaladó átmérőjű jurták is.
Célja: Szerkezet méreteivel és megjelenésével minél erősebb hangsúlyt adjon a benne foglalt térnek. Minden korban a kor építészeti csúcsteljesítménye.
Kupolák felépítése
dob
külso héj
belso héj
"
"
laterna
oculus
sisakKupolák elemei:
Nem feltétlenül kell minden elemnek
szerepelnie.
római Cappella del Presepio
(D. Fontana, 1584) kupolája Térlefedés lehet: - teljes (egész teret lefedő) - részlegesAlátámasztottság: - teljes (peremvonal mentén) - részleges (oszlopokon, részben megszakított peremvonalon)
Dob szerepe: reakcióerők (függőleges és vízszintes erők) felvétele
Belső héj: Épület belső megjelenését határozza meg.
Külső héj: Épület külső megjelenését határozza meg.Össze is vonhatók (egy héjú kupolák).
Ha több héj van, akkor ezeket mindig összekapcsolják.
Laterna és oculus: Megvilágítási célt szolgál.
Zárt kupoláknál a dobon lehet bevilágítást megoldani.
Kupolaépítés története
Hangsúlyos, fontos szakrális épületek
Korabeli építészet csúcspontja
Minden kultúrában megtalálható.
Mezopotámia
Világszemléletbe jól illeszkedett a kupolaVilágot is az égbolt kupolája
alatt képzelték el.
Keleti népeknél mai napig az építészet elengedhetetlen része
Fő építőanyag: agyag
Égetetlenül: max. fesztáv 2-3 m.Égetett anyagból: max. fesztáv 10 m.
Építésmód égetett téglából: Alátámasztás nélkül megépíthető a nagy része (vízszinteshez közeli részen kell csak ideiglenes megtámasztás).
„szabad falazás”
alsó részen lényegesen nagyobb falvastagság
nem a normálerő változás miatt kell
önsúly csökkentéssel lehet elérni a meridián irányú repedések keletkezését
Római birodalom
Kupolaépítés története
Görög építészetben nem jelenik meg
Európába Nagy Sándor keleti hódításai után
jelenik meg
Európai vallási meggyőződéssel együtt
virágzó kupolaépítés
Pantheon, Róma (Kr. u. 118-125)
Hadriánus által épített 43 m sugarú,félgömbből alakú Pantheon.
Aláálványzás nélkül épült.
Lépcsőzetesen változó falvastagsággal.
Építéstechnológia:
1. Belső bordázottságú kazettalemeketelőre kifaragták.
2. Egyesével elhelyezték egymás mellé ideiglenes hátrahorgonyzással.
3. Egy gyűrű elkészülte után a hátrahorgonyzás elbontható.
4. Habarccsal kitöltötték a fúgákat és a hátfalazást.
Jellegzetesség a záradákban
elhelyezkedő 8,9 m átmérőjű oculus.
Kupolaépítés története
Bizánci birodalom
Kupolaépítés – szakrális építészet része - nagyon nagy számú, fényűző épületek
Hagia Sophia, Istanbul (Kr. u. 532-537) - Justiniánus császár (527-565) építtette- 32 m átmérőjű- 400 évvel a Pantheon után - görbületi sugárban felülmúlja azt
Építéstechnológia:
Nagyon keveset tudunk róla.
Földrengés elpusztította
Újjáépítésnél vulkanikus kőzettel kikönnyítették a felső zónát
I. Ahmed szultán építetett mecset „Kék mecset”
- 1610-16 között
- 23 m fesztáv
Cél: Túlszárnyalni a Hagia Sophia-t
nem sikerült
Kupolaépítés története
Arab világ Kifinomult bizánci kultúra hatása érződik
A Szikla Temploma kupolája, Jeruzsálem (Kr.u. 685-691)
- 20 m átmérőjű - félgömb alakú- ívesre hajlított deszka héjalású ácsszerkezet- hajótestek építéséhez hasonló szegmensekből- külső felület fém burkolatú (1993-ban aranyra cserélték)
mohamedán mecsetépítés emblematikus előképe lett - 8 szögletű épület- félgömb alakú kupola
Mecsetek Damaszkuszban, Akkóban, Alexandriában Mártírok Mauzóleuma
Kupolaépítés története
Modul birodalom Bizánci és arab építészet hatása érződik
0.3
1.35
0.2
6.2
7.0
26.3
11.45
24.5
Újítás:
Madzsid-i Sah nagymecset, Iszfahán (1612-1637)
Rekeszfalakkal összekapcsolt kettős falazott kupola. Nagyobb alaki szabadság
pl: kifelé hajló meridián
Vonalvezetés + zománc burkoltMogul birodalom szimbóluma lett
Tadzs Mahal, Agra (1630-1653) Szerkezet: ácsszerkezetű térbeli vázra fektetett fa burkolat
Kupolaépítés története
Európai Reneszánsz:
Santa Maria del FioreFirenze 1420-1438
Első kimagasló alkotás- falazott szerkezet- bizánci és arab hatás érződik (8 szögletes elrendezés)- átmérő: 40 m
Építésmód: álványzás nélkül (20 évig épült)
- 8 lamellából áll- kettős héjú kupola- homokkő bordák kapcsolják őket össze- vízszintes bordák kőtömbjeit vas láncok szorítják össze (abroncs)
Szent Péter Bazilika (1546 -1590)
Ennek a Michelangelo által tökéletesített változata
Repedések Falazott szerezetek erőjátékának elvi alapjai 1743
Filippo Brunelleschi
Kupolaépítés története
Barokk kupolák:
igényes kialakítású épület része lett a kupola
nagy számban, kis méretű – extravagáns alakú kupolák
elvesztették szakrális szerepüket, sok lefedési típusból egy lett
Korszak mesterei: Christian Wren (1632 – 1723) angolJules Hardouin Mansard ( 1646-1704 ) francia
Szent Pál Katedrális, London (1685-1710)
Wren fő műve Újítások:
- külső megjelenést nem maga a falazott teherhordó szerkezet adja
3 héjú szerkezet
- Belső héj: félgömb falazat- Külső héj: fém borítású faszerkezet- Közötte: csonkakúp alakú falazat
- Laternát megtámasztja- Külső héj faszerkezetét merevíti
- Héjak alján acél abroncs
Kupolaépítés története
Wren építési módja szerint épületek a kupolák XVIII. századig
Acélszerkezet megjelenése (nem csak nyomást bíró anyag)Erőtani számítás elvi hátterének kidolgozása
Átalakult a kupolaépítés stratégiája
Éllovasa: Mansard - szakított a falazott elemekkel- Acélszerkezettel kombinált faszerkezetből épített
Tág formai lehetőségeket nyitott (hagyományos alaktól eltérés)
öntöttvas és kovácsolt szerkezetek ezt még tovább javították
Invalidusok Szent Lajos temploma, Párizs washingtoni Capitolium Szent Hedvig templom,
Berlin
Kupolaépítés történeteXX. század kupolái:
Vasbeton megjelenése Rendkívül kedvező kupolaépítéshez
Kupolák arányai átalakultak(félgömb felöl --- lapos kupolák)
Jahrhunderthalle, Breslau (Max Berg, 1912)
- D= 45m- bordázott vasbeton héj - meridián és gyűrű irányú vasbeton bordák- fajlagos betonfelhasználás 10 cm
Önsúly és magasságcsökkenés Fesztáv növelés
Planetárium, Jéna (1922-26)
Csuklós egyrétegű acél rácsfelület (D=32m) + vasbeton külső burkolat merevítő funkcióval
Kupolaépítés története
Montreal Expo ’67 US Pavillon(Geodetikus kupola. B. Fuller)
Geodetikus kupolák: Fuller nevéhez fűződik, rácsos acélszerkezetű kupolatípus.
- 85 méter átmérőjű,- 65 méter magas,- gömbkupola.
Merev kapcsolatok és több rétegű héjalás biztosítja a térbeli merevséget.
Palazzetto dello Sporto (Róma, 1958.)
Római olimpiai stadion:
- bordás vasbeton héj- bennmaradó ferrocement zsaluzattal
finomszemcsés adalékból és cementből készített habarcs + vékony (d<1mm) acél háló (szobrászathoz, látszó felületekhez ideális)
Világos erőjátékú szerkezet
Kupolaépítés története
Vasbeton szerkezetek mérethatára példa: King Dome (1976-2000)
D=202 m, a legnagyobb megépült bordás vasbeton héj.
2000-ben lebontották (fenntartási költség)
Máig sem épült nagyobb
Oka: - vasbeton építési költséget drágítja a zsaluzás, állványozás költsége
Bini ötlete: pneumatikus zsaluzat alkalmazásával. (felfújható ballon, amely egyszersmind a héjszerkezet állványzata is).
- Komoly alaki korlátai vannak - De le is lehet faragni az elkészült betonból
Peakhurst High School (Ausztrália, 1972) D=36m
Kupolaépítés története
Vasbeton héjak - Atomerőművek
Cél: - Reaktor biztonságos üzemeltetése - Radioaktív anyagok kiszabadulásának megakadályozása
Radioaktív anyagokat tartalmazó berendezést vasbeton kupolával körbezárják.
-Rendkívüli terhekre is méretezik:
(nagy erejű földrengés;
repülőgép becsapódás)
Kupolaépítés története
Acél héjak - Szerkezettervező szoftver-ek
Két rétegű térrács héjak számítása - Hatalmas mátrixok- Rendkívül sok rúderő- Sok méretezendő rúdszelvény- Rengeteg méretezendő kapcsolat
Salahuddin szultán mecsetje (Kuala Lumpur, Malajzia, 1988)
Első számítógéppel tervezett kupola
- D = 55m, - kétrétegű acél rácsfelület
Nagoya Sportcsarnok (1998)
D = 187 m, H =69.9 m, kétrétegű acél rácsfelület
10 év
fejlődés
Kupolaépítés története
Nagy Szem Stadion (Oita, 2001)L = 274m. Kinyitható lefedésű acél
csarnok
Odate Jukai Dome (1997)D = 178m rétegelt-ragasztott
faszerkezet
Silver Dome (Pontiac, USA 1975)
220×167m. Légsátor
Millennium Dome, 2000. Greenwich (LondonD = 365m, h = 50m, függesztett szerkezet
Kupolaépítés története
Magyar kupolák Első kupolákon keleti hatás érződik – oszmán (török) kor nyoma
Dzsámi, Pécs, (1542-1546) Rudas fürdő, Budapest (1550-1566)Király fürdő, Budapest (1565 ~1570)
Fáziskéséssel – nyugat Mansard kupolái
Egri Székesegyház (Hild J.1831-1836)
Esztergomi Bazilika (Hild J., 1820-1869)
Kupolaépítés története
Szent István Bazilika, Budapest (Hild J.-Ybl M., 1851-1905)
Országház, Budapest (Steindl I., 1885-1902)
Kupolák erőjátéka
Hogyan építenénk kupolát???
Milyen geometriájú köveket válasszunk? Azonos alakú, nagyságú
Gömbi körök mentén tudnánk felvágni a kupolát.(nem lesz azonos nagyságú)
Különböző alakú és nagyságú követből kell állnia.Esztétika – rendezettség
a minél egyenletesebb kiosztást követeli meg.
Gömbnél úgy érhető el: - egyenletes övekre osztjuk, - övek mentén azonos számú elemet alkalmazunk.
Nincs lehetőség egymáshoz geometriai értelemben hasonló gömbi sokszögek
felvételére.
Közelítő hasonlóság azonban elérhető, ha egymás feletti övek magasságát , a hosszuk
arányában csökkentjük.
Záradék felé egyre sűrűsödő hálózatot kapunk.
f1
f2
f3
f4
Kupolák erőjátéka
Záradék felé egyre sűrűsödő hálózatot kapunk. Legfelül végtelen sűrű.
Oculust hagyunk.
Egyenletes megjelenés garantálása:
Övek hossza a meridián vonalában mérve azonos legyen az övben lévő elemek szélességével (négyzethez hasonló megjelenés).
11
1 2cos
2
Rn
Rs
Első övben lévő elemek szélessége:
1221
2 2cos
2
Rn
RsMásodik övben lévő elemek szélessége:
k-adik övben lévő elemek szélessége: 11
2cos
2
kkkk
k Rn
Rs
Felfelé csökken.1 elemet: főkörök és gyűrűkörök határolnak, elem sarkaiban 90°-os szögben Elemek nagysága KÉSZ.
Kupolák erőjátéka
Hogyan vágjuk fel az elemeket?
1. Függőleges síkban: - főkör szakaszokon fekvő oldalak mentén: „síkok” - elem két oldalán fekvő síkok a kupola tengelyében metszik egymást - 2/n nagyságú szöget bezárva.
2. Vízszintes síkban: Vízszintesen szeleteljüka gyűrűket ????
Állékonysági gondjaink lesznek.
Legjobb erőtanilag, ha a gömb felületére merőlegesen faragjuk ki.
Az elemek tehát két kúpfelületen és két síkfelületen támaszkodnak egymáshoz.
Gyűrűkör peremeihez húzott sugár által kijelölt felület
k-adik gyűrű alsó pereménél (/2) - k-1
a fölső pereménél (/2) - k nyílásszögű kúpfelületek
Kupolák erőjátéka
Összetámaszkodó elemek egyensúlya:
G
G
T
T
V
V
N
N
N
N
A legfelső gyűrű elemének erőjátéka
Felülről kell kezdeni a számítást, mert a legfelső elemnél nincs egyik irány támaszerő.
Függőleges kapcsolat és körszimmetria miatt a két oldali N erő vízszintes és egyenlő.
T támaszerő a G-nek és hajlásszögnek függvénye.
Ebből lesz egy vízszintes V erő
Ebből is lesz egy vízszintes V erő
Két V egyenlőségéből az N meghatározható.
Közbenső gyűrű elemének erőjátéka
G
G
TT
T
T
V
V
N
NN
N
előző előző
Kupolák erőjátéka
Kupolák erőjátéka
A kupola erőterve grafoanalitikus szerkesztéssel
Összes gyűrű erejének ábrázolása egy grafikonon: „egyesített erőterv”
Megmutatja minden gyűrű függőleges és vízszintes reakcióerejét, valamint a gyűrűket összeszorító erőt.
Egy bizonyos gyűrűszinten a V előjele megváltozik
Húzás lép fel
Falazott kupolák felrepedése
Kupolák erőjátéka
Védekezés repedés ellen:
Minél nagyobb a súlykülönbség a felső és alsó rétegek között
Annál meredekebb maradhat a támaszerők vonala.
- felső elemek súlyát csökkenteni- alsó elemekét növelni kell
- vastagság csökkentéssel- kisebb sűrűségű anyag (Hagia Sophia)
Falvastagság növelése (Róma, Pantheon)
elvi alapok nélkül, mérnöki érzékkel
Ha a legalsó szint alsó felülete vízszintes: Vízszintes erő előjel váltása nem kerülhető el.
Kupola alját össze kell fogni (abroncs).
Köszönöm a figyelmet!