ANALIZA KONSTRUKCJI ULTRALEKKIEJ KŁADKI DLA PIESZYCH W TECHNOLOGII TENSEGRITY
I WYRÓŻNIENIE
Grzegorz Kaczmarczyk, Bartosz Gładysz
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
Celem pracy jest analiza skomplikowanych ustrojów cięgnowo-belkowych, których sztywność – a co za tym idzie – stateczność zachowywana jest jedynie dzięki naprężeniom wstępnym wprowadzanym do ustroju.
Lekkie oraz ultralekkie konstrukcje budowlane, choć posiadają wiele zalet są poważnym wyzwaniem dla projektantów. Proste, ostre i cienkie krawędzie inspirują architektów do opracowywania coraz odważniejszych projektów, co stawia przed inżynierami pewne wyzwanie. Niewątpliwie jednym z trendów zyskującym na popularności jest znany pod pojęciem tensegrity. Za twórcę prototypów i autora idei uważa się żyjącego na przełomie XIX oraz XX wieku łotewskiego artystę Karla Iogansona. Sam Iganson swoje „rzeźby” nazywał konstrukcjami samonaprężającymi.
Ze względu na adaptację struktur artystycznych na potrzeby konstrukcji budowlanych brak jest jednolitej i spójnej definicji pojęcia. Wyróżnić można pewne ogólne zasady. Układ zawsze składa się z dwóch podstawowych typów elementów rozlokowanych przestrzennie:
· Cięgna – przenoszące siły rozciągające
· Belki – przenoszące ściskanie.
Elementy łączone są ze sobą w sposób, który pozwala na otrzymanie sztywnych modułów. Jedno z głównych założeń mówi o tym, że we węźle połączyć można jeden koniec belki i dowolna liczbą cięgien. Charakterystyczna cechą większości konstrukcji jest powtarzalność pewnego, założonego przez projektanta schematu modułowego. W konstrukcji dostrzec można przewagę liczby cięgien nad ilością belek. Pierwsza próba inżynierskiego podejścia do zagadnienia podjęta została przez Fullera (1962). W złożonym patencie „Tensile-integrity Structures” opisuje on zależności w dość obrazowy sposób używając stwierdzenia jakoby belki były wyspami ściskania na oceanach rozciągania. Dążąc do czystego ściskania oraz rozciągania – bez wpływu zginania – możliwe jest projektowanie konstrukcji niezwykle lekkich. Sama nazwa tensegrity pojawiła się dopiero pod koniec XX wieku. Nazwa nie posiada swojego odpowiednika w języku polskim. Stabilność i sztywność konstrukcji zapewniona jest poprzez samostabilizujące się układy cięgien i belek. Cały układ utrzymuje swój kształt dzięki wstępnemu naciągowi wiotkich cięgien (elementów linowych). Odpowiedni naciąg wstępny pozwala na wykonanie obiektów mogących przenosić obciążenia zewnętrzne. Siła potrzebna do zapewniani odpowiedniej sztywności zależy nie tylko od oddziaływań zewnętrznych, ale także od przyjętego układu geometrycznego. Rozwój tego typu idei spowodowany jest naturalnym postępem cywilizacyjnym. Komputeryzacja skomplikowanych obliczeń – często spowodowanych nieliniowością geometryczną i zachowaniami z zakresu dynamiki pozwala na uchwycenie w sposób fizyczny zachodzących procesów. Lekkie układy, w których skład wchodzą cięgna i belki niestosowane na szeroką skale w mostownictwie znane są projektantom przygotowującym wysokie maszty, wieże czy lekkie przekrycia dachów hal widowiskowo-sportowych.
Niezwykle mała masa konstrukcji oraz atrakcyjny wygląd, a także chęć podołaniu inżynierskiemu wyzwaniu przyciąga do układów tensegrity coraz więcej konstruktorów. Inżynierowie wspomagani nowoczesnymi programami obliczeniowymi coraz chętniej podejmują próbę zaprojektowania ustroju belkowo – cięgnowego. Ze względu na funkcję, jaką spełniać ma obiekt mostowy niełatwe jest wykorzystanie czystego układu tensegrity. Celem autorów jest zbadanie zachowania „czystych” struktur tensegrity, opracowanie konceptu kładki dla pieszych publicznego dostępu oraz wypracowanie drogi obliczania złożonych struktur cięgnowych z użyciem najnowocześniejszych programów komputerowych.
O autorach
Grzegorz Kaczmarczyk, student V roku budownictwa o specjalności konstrukcje budowlane i inżynierskie na Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. Członek KN Budownictwa i Geomechaniki oraz KN Mechaniki Konstrukcji Aksjator. Autor licznych referatów i wystąpień konferencyjnych, laureat 8 konkursów naukowych. Koordynator ds. ogólnych IV Studenckiej Konferecji Mosty i Tunele. W swoim dalszym rozwoju zamierza skupić się na analizach i odwzorowaniu numerycznym zachowań nowoczesnych betonów.
Bartosz Gładysz, student V roku budownictwa o specjalności renowacja i modernizacja obiektów budowlanych. Członek Koła Naukowego Budownictwa działającego przy Wydziale Górnictwa i Geoinżynierii AGH. Autor wielu referatów i materiałów konferencyjnych laureat 6 konkursów. Koordynator ds. finansowych IV Studenckiej Konferencji Mosty i Tunele. W najbliższej przyszłości zamierza badać możliwości wykorzystania ekologicznych materiałów do produkcji ceglanych bloków.
