Boşluk çerçevesi - Space frame

Bu endüstriyel binanın çatısı, bir uzay çerçeve yapısı tarafından desteklenmektedir.
Mavi düğüme bir kuvvet uygulanırsa ve kırmızı çubuk mevcut değilse, yapının davranışı tamamen mavi düğümün bükülme sertliğine bağlıdır. Kırmızı çubuk mevcutsa ve mavi düğümün bükülme rijitliği, kırmızı çubuğun katkıda bulunan rijitliğine kıyasla ihmal edilebilirse, sistem açısal faktörleri ihmal ederek bir rijitlik matrisi kullanılarak hesaplanabilir.

Olarak mimari ve inşaat mühendisliği , bir uzay çerçevesi veya uzay yapısı (3D kafes) rijit, hafif bir kafes kiriş birbirine yapılmış benzeri yapı destekleri a geometrik desen . Uzay çerçeveleri, az sayıda iç destekle geniş alanları yaymak için kullanılabilir. Gibi kafes , bir uzay çerçevesi için üçgenin bir öz sertliğine güçlü; esneme yükleri (bükülme momentleri ), her bir payandanın uzunluğu boyunca çekme ve sıkıştırma yükleri olarak iletilir .

Tarih

1898'den 1908'e kadar Alexander Graham Bell , tetrahedral geometriye dayalı uzay çerçeveleri geliştirdi. Bell'in ilgisi esas olarak onları deniz ve havacılık mühendisliği için rijit çerçeveler yapmak için kullanmaktı , icatlarından biri de tetrahedral kafes kirişiydi . Dr. Max Mengeringhausen , 1943 yılında Almanya'da MERO ( ME ngeringhausen RO hrbauweise'nin kısaltması) adlı uzay ızgara sistemini geliştirerek mimaride uzay kafeslerinin kullanımını başlatmıştır . Halen kullanılmakta olan yaygın olarak kullanılan yöntem, düğüm eklemlerinde (top şeklinde) birleştirilmiş ayrı boru biçimli elemanlara ve uzay güverte sistemi, sekizli kafes sistemi ve kübik sistem gibi varyasyonlara sahiptir. Fransa'daki Stéphane de Chateau, Üç Yönlü SDC sistemini (1957), Unibat sistemini (1959), Pyramitec'i (1960) icat etti. Bireysel sütunları değiştirmek için bir ağaç destek yöntemi geliştirilmiştir. Buckminster Fuller , mimari yapılara odaklanırken 1961'de sekizli kafes kirişin patentini aldı .

Tasarım yöntemleri

Uzay çerçeveleri tipik olarak bir rijitlik matrisi kullanılarak tasarlanır . Bir mimari uzay çerçevesindeki rijitlik matrisinin özel özelliği , açısal faktörlerin bağımsızlığıdır. Eklemler yeterince rijit ise açısal sapmalar ihmal edilebilir, bu da hesaplamaları basitleştirir.

genel bakış

Maviyle vurgulanan yarım oktahedron ile basitleştirilmiş uzay çerçeve çatısı

Uzay çerçevesinin en basit şekli, alüminyum veya boru şeklindeki çelik payandalardan yapılmış birbirine kenetlenen kare piramitler ve dört yüzlü yatay bir levhadır . Birçok yönden bu, daha geniş hale getirmek için birçok kez tekrarlanan bir kule vincinin yatay koluna benziyor. Daha güçlü bir form, tüm payandaların birim uzunluğa sahip olduğu birbirine kenetlenen dörtyüzlülerden oluşur . Daha teknik olarak buna izotropik vektör matrisi veya tek bir birim genişlikte bir sekizli kafes kirişi denir. Daha karmaşık varyasyonlar, genel yapıyı eğmek için payandaların uzunluklarını değiştirir veya başka geometrik şekiller içerebilir.

Türler

Uzay çerçevesi anlamında, aralarında açıkça farklı olan üç sistem bulabiliriz:

eğrilik sınıflandırması

  • Uzay düzlemi örtüleri: Bu mekânsal yapılar düzlemsel alt yapılardan oluşur. Davranışları, düzlemdeki sapmaların yatay çubuklar boyunca kanalize edildiği ve kesme kuvvetlerinin köşegenler tarafından desteklendiği bir plakanın davranışına benzer.
Bu tren istasyonu bir beşik tonoz yapısı ile desteklenmektedir.
  • Namlu tonozlar: Bu tonoz tipinde basit bir kemer kesiti vardır. Genellikle bu tip uzay çerçevesinin, desteğinin bir parçası olarak tetrahedral modülleri veya piramitleri kullanmasına gerek yoktur.
  • Küresel kubbeler ve diğer bileşik eğriler genellikle tetrahedral modüllerin veya piramitlerin kullanımını ve bir dış yüzeyden ek destek gerektirir.

Elemanlarının düzenine göre sınıflandırma

  • Tek katmanlı ızgara: Tüm elemanlar yaklaştırılacak yüzeyde bulunur.
  • Çift katmanlı ızgara: Öğeler, belirli bir mesafede birbirine paralel iki katman halinde düzenlenir. Katmanların her biri, bir katmandaki düğümlerin izdüşümü üst üste gelebileceği veya birbirine göre yer değiştirebileceği bir üçgen, kare veya altıgen kafesi oluşturur. Köşegen çubuklar, her iki katmanın düğümlerini uzayda farklı yönlerde birbirine bağlar. Bu tür ağlarda, elemanlar üç grup halinde birleştirilir: üst kordon, kordon ve kordon alt köşegen.
  • Üç katmanlı ızgara: Öğeler, köşegenlerle birbirine bağlanan üç paralel katmana yerleştirilir. Neredeyse her zaman düzdürler.

Uzay çerçeveleri olarak sınıflandırılabilecek diğer örnekler şunlardır:

  • Pileli metalik yapılar: Kalıp ve döküm betonun muadillerinin sahip olduğu sorunları çözmeye çalışmak için ortaya çıkmıştır. Tipik olarak kaynaklı bağlantı ile çalışır, ancak prefabrik bağlantıları yükseltebilir, bu da onları boşluk ağları yapan bir gerçektir.
  • Kapakları Askılı: Kablo gergin, omurga üzerinde Designs ve katener kemer , teorik olarak daha başka bir alternatif daha kanal kuvvetlerine antifunicular gösterisi yeteneğini bitki örtüsünün her tür bileşim ve uyum için olanaklar sonsuz bir aralığı vardır ya da boş emin olun. Bununla birlikte, yüklü halata sahip şekildeki belirsizlikler (ideal olarak şarj durumuna dinamik olarak uyum sağlar) ve arkın beklenmedik gerilimlere bükülme riski, ön sıkıştırma ve ön gerilim elemanları gerektiren problemlerdir. Çoğu durumda, kapalı muhafazanın akustiğine ve havalandırmasına en iyi uyan en ucuz ve teknik çözüm olma eğiliminde olsa da, titreşime karşı hassastır.
  • Pnömatik yapılar: Basınçlı duruma maruz kalan kapama membranları bu grup içerisinde değerlendirilebilir.

Uygulamalar

  • Endüstriyel binalar, fabrikalar
  • Spor salonları
  • Depolar
  • Yüzme havuzları
  • Konferans salonları ve sergi merkezleri
  • Uzun mesafeli stadyumlar
  • Müze ve fuar evleri
  • Alışveriş merkezleri ve alışveriş merkezleri
  • Havaalanları ve gölgelik
  • atriyum

Yapı

Uzay çerçeveleri, modern bina yapımında ortak bir özelliktir; genellikle modernist ticari ve endüstriyel binalarda geniş çatı açıklıklarında bulunurlar .

Uzay çerçevelerine dayalı bina örnekleri şunları içerir:

Büyük portatif sahneler ve aydınlatma köprüleri de sıklıkla uzay çerçevelerinden ve sekizli kafes kirişlerden yapılır.

Araçlar

Yeoman YA-1 ve CA-6 Wackett çerçeveleri.

uçak

CAC CA-6 Wackett ve Yeoman YA-1 Cropmaster 250R uçak kabaca aynı kaynaklı çelik boru gövde çerçevesi kullanılarak inşa edildi.

Arabalar

Uzay çerçeveleri bazen otomobil ve motosikletlerin şasi tasarımlarında kullanılmaktadır . Hem uzay çerçevesinde hem de boru çerçeveli şaside, süspansiyon, motor ve gövde panelleri, borulardan oluşan bir iskelet çerçevesine bağlıdır ve gövde panellerinin yapısal işlevi çok azdır veya hiç yoktur. Buna karşılık, yekpare veya monokok bir tasarımda, gövde yapının bir parçası olarak hizmet eder.

Tüp çerçeveli şasi, uzay çerçeve şasisinden önceki tarihlidir ve önceki merdiven şasisinin bir gelişimidir . Önceki açık kanal bölümleri yerine boru kullanmanın avantajı, burulma kuvvetlerine daha iyi direnmeleridir . Bazı tüplü şasiler, iki büyük çaplı tüpten veya hatta omurga şasisi olarak tek bir tüpten yapılmış bir merdiven şasisinden biraz daha fazlasıydı . Birçok boru şeklindeki şasi ek borular geliştirmiş ve hatta "uzay çerçeveler" olarak tanımlansa da, tasarımları nadiren bir uzay çerçevesi olarak doğru bir şekilde vurgulandı ve mekanik olarak, bağlı bileşenleri, süspansiyonu, motoru vb. desteklemek için ek braketlerle bir tüp merdiven şasisi gibi davrandılar. Gerçek uzay çerçevesinin farkı, her bir payandadaki tüm kuvvetlerin ya çekme ya da sıkıştırma olması, asla bükülmemesidir. Bu ek borular fazladan yük taşımasına rağmen, nadiren katı bir uzay çerçevesine köşegenleştirildiler.

İlk gerçek uzay çerçeve şasisi için daha önceki bir yarışmacı, Bob ve Bill Chamberlain kardeşler tarafından 1929'da Melbourne, Avustralya'da inşa edilen Chamberlain 8 yarışı "özel"idir. Diğerleri, 1930'larda Buckminster Fuller ve William Bushnell gibi tasarımcılar tarafından üretilen araçlara atıfta bulunur. Stout ( Dymaxion ve Stout Scarab ) gerçek uzay çerçevesi teorisini mimariden veya uçak tasarımından anlamıştır.

İkinci Dünya Savaşı sonrası bir yarış arabası uzay çerçevesi inşa etme girişimi , 1946 tarihli Cisitalia D46'ydı . Bu, her iki tarafta iki küçük çaplı boru kullandı, ancak bunlar dikey daha küçük borularla aralıklıydı ve bu nedenle herhangi bir düzlemde köşegenleştirilmedi. Bir yıl sonra Porsche, Type 360'ı Cisitalia için tasarladı . Bu, diyagonal tüpleri içerdiğinden, gerçek bir uzay çerçevesi olarak kabul edilebilir ve ilk orta-arka motorlu tasarım tartışılabilir.

Jaguar C Tipi çerçeve

1959 tarihli Maserati Tipo 61 (Kuş Kafesi) genellikle ilk olarak düşünülür, ancak 1949'da Dr. Robert Eberan-Eberhorst , o yılki Londra Motor Show'da sergilenen Jowett Jüpiter'i tasarladı ; Jowett, 1950 Le Mans 24hr'de klasmanında birincilik elde etti. Daha sonra, küçük İngiliz otomobil üreticileri olan TVR , konsepti geliştirdi ve 1949'da ortaya çıkan çok borulu bir şasi üzerinde alaşım gövdeli iki kişilik bir koltuk üretti.

Lotus'tan Colin Chapman , 1952'de ilk 'üretim' otomobili Mark VI'yı tanıttı. Bu, daha dar tüplerle ayrılmış, iki farklı çapta dört tüpe sahip bir diğer Jaguar C-Type şasisinden etkilendi . Chapman, daha hafif Lotus için ana boru çapını azalttı, ancak küçük boruları daha fazla küçültmedi, çünkü bunun alıcılara dayanıksız görüneceğini düşündü. Yaygın olarak bir uzay çerçevesi olarak tanımlansa da, Lotus , uçak endüstrisinden gelen deneyime sahip diğer tasarımcıların etkisiyle Mark VIII'e kadar gerçek bir uzay çerçeve şasisi inşa etmedi .

Uzay çerçeve yapısını (2013) gösteren Şili kitcar.

Muhtemelen çoğunluğu Birleşik Krallık'ta yapılan çok sayıda kit araba , uzay çerçeve konstrüksiyonu kullanır, çünkü az miktarda üretim sadece basit ve ucuz mastarlar gerektirir ve amatör bir tasarımcının bir uzay çerçevesi ile iyi bir sertlik elde etmesi nispeten kolaydır. Genellikle uzay çerçeveleri MIG kaynaklıdır, ancak daha pahalı kitler genellikle daha yavaş ve daha yetenekli bir süreç olan TIG kaynağını kullanır . Bunların çoğu genel hatları ve mekanik düzeni açısından Lotus Mark VII'ye benzer, ancak diğerleri AC Cobra veya İtalyan süper arabalarının yakın kopyalarıdır , ancak bazıları başka hiçbir araca benzemeyen orijinal tasarımlardır. Çoğu zaman, tasarımcılar, tüm önemli yük noktalarının 3 boyutlu olarak desteklendiği, gerçek uzay çerçeveleri üretmek için önemli çabalar sarf etmiştir, bu da tipik üretim arabalarıyla karşılaştırılabilir veya onlardan daha iyi mukavemet ve sertlik ile sonuçlanır. Diğerleri boru çerçevelerdir, ancak gerçek uzay çerçeveleri değildir, çünkü bunlar genellikle bükülme yükleri taşıyan, ancak büyük çap nedeniyle yeterince rijit kalan nispeten büyük çaplı borular kullanırlar. Bununla birlikte, bazı alt tasarımlar gerçek uzay çerçeveleri değildir, çünkü borular önemli ölçüde bükülme yükleri taşır. Bu, dinamik yükler nedeniyle önemli ölçüde esneme ve nihayetinde doğru tasarlanmış gerçek bir uzay çerçevesinde nadir görülen bir arıza mekanizması olan yorulma kırılması ile sonuçlanacaktır. Azaltılmış sertlik aynı zamanda yol tutuşunu da bozacaktır.

Uzay çerçeve şasisinin bir dezavantajı, arabanın çalışma hacminin çoğunu kapsaması ve hem sürücü hem de motora erişimi zorlaştırabilmesidir. Bazı uzay çerçeveleri, cıvatalı pim bağlantılarla birleştirilen çıkarılabilir bölümlerle tasarlanmıştır. Böyle bir yapı Lotus Mark III'ün motorunun çevresinde zaten kullanılmıştı . Biraz uygunsuz olmasına rağmen, uzay çerçevenin bir avantajı, borularda pim bağlantılı bir yapı olarak modellenmesine izin veren aynı eğilme kuvvetlerinin olmamasının aynı zamanda bu tür çıkarılabilir bir bölümün monte edilmiş çerçevenin gücünü azaltması gerekmediği anlamına gelmesidir .

Moulton Bisiklet at Modern Sanat Müzesi .
2006 Ducati Canavarı S2R 1000.

Motosikletler ve Bisikletler

İtalyan motosiklet üreticisi Ducati , modellerinde tüp çerçeveli şasi kullanıyor.

Alex Moulton tarafından tasarlananlar gibi , bisikletlerde uzay çerçeveleri de kullanılmıştır .

Ayrıca bakınız

Referanslar