Реферат "Винтовые поверхности в архитектуре зданий и сооружений"

Название:
Винтовые поверхности в архитектуре зданий и сооружений
Тип работы:
реферат
Размер:
2,9 M
22
Скачать
Востребованность различных линейчатых винтовых поверхностей в современной архитектуре и технике. Образование и конструирование сложных криволинейных поверхностей. Моделирование поверхностей сложной геометрической природы линейчатыми поверхностями.

Краткое сожержание материала:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» (ННГАСУ)

Региональная конференция-конкурс индивидуальных исследовательских проектов, выполняемых школьниками при научном консультировании ученых Международной ассоциации строительных вузов (АСВ)

Предметная номинация - Строительство и архитектура.

Возрастная номинация - 11 класс

Тема проекта: ВИНТОВЫЕ ПОВЕРХНОСТИ В АРХИТЕКТУРЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Секция Строительство и архитектура

Омелин Николай Вадимович

nikolayomelin@rambler.ru

школа №1, г. Кулебаки

Руководитель: профессор кафедры ИГ, КГ и АП ННГАСУ, д.п.н.

Лагунова Марина Викторовна

Научный консультант: профессор кафедры ИГ, КГ и АП ННГАСУ, к.т.н.

Дергунов Валерий Иванович

2014

ВВЕДЕНИЕ

Мир поверхностей разнообразен и безграничен. Удивительные по форме и прочности поверхности встречаются в природе. Давайте обратим внимание на крыло и туловище птицы, они имеют отработанные природой формы поверхностей, совокупность которых имеет прекрасные аэродинамические характеристики.

Корпуса самолётов, морских судов, автомобилей, оболочки надземных и подземных сооружений - это всё комплексы поверхностей различных весьма сложных законов образования. Исследуя линейчатые поверхности, можно выявить, что они имеют широкое применение в технике, инженерном деле, в большинстве случаев используются при проектировании зданий, промышленных и государственных архитектурных сооружений, дорожных магистралей.

Актуальность обусловлена востребованностью линейчатых винтовых поверхностей в современной архитектуре и технике, а также поиск новых форм винтовых линейчатых поверхностей, применимых для строительства, сочетающих в себе качества, такие как красота, надежность и технологичность.

Объект исследования - образование и конструирование сложных криволинейных поверхностей.

Предмет исследования - формирование составных линейчатых оболочек в архитектуре зданий и сооружений.

Целью данной работы является исследование линейчатых поверхностей, изучение возможностей их использования в архитектуре зданий и сооружений.

В ходе исследований ставятся задачи:

1. Проанализировать теоретические основы линейчатых поверхностей.

2. Сконструировать составную линейчатую поверхность, применимую в архитектуре зданий и сооружений.

3. Выполнить макет разработанной конструкции.

Методы, применяемые при проведении исследования:

Теоретические:

- Монографический - аналитическое обобщение и систематизация информации по литературным и другим источникам;

- Анализ - разбор информации на каждом этапе выполнения работы;

- Синтез - сбор и обобщение информации.

Праксиологические:

- Графический - геометрическое моделирование и выполнение графической документации;

- Метод макетирования.

Теоретические основы

ЛИНЕЙЧАТЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Линейчатой поверхностью называется поверхность, образованная при перемещении прямой линии в пространстве по какому-либо закону. Характер движения прямолинейной образующей определяет вид линейчатой поверхности. Обычно закон движения образующей задаётся с помощью направляющих линий. В общем случае для задания линейчатой поверхности необходимы три направляющие линии. Характер движения прямолинейной образующей определяет вид линейчатой поверхности.

Линейчатые поверхности разделяются на два вида:

1. развертывающиеся поверхности;

2. не развертывающиеся, или косые поверхности.

НЕ РАЗВЕРТЫВАЮЩИЕСЯ ЛИНЕЙЧАТЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Не развертывающиеся линейчатые поверхности в общем случае образуются движением прямолинейной образующей по трем направляющим линиям, которые однозначно задают закон ее перемещения. Разновидностями косых поверхностей являются линейчатые поверхности с направляющей плоскостью и частные их виды - линейчатые поверхности с плоскостью параллелизма (поверхности Каталана). Поверхности с направляющей плоскостью называются косыми цилиндроидами, если обе направляющие являются кривыми линиями; косыми коноидами - если одна из направляющих - прямая линия; дважды косой плоскостью, если направляющие - скрещивающиеся прямые (см Приложение А, рис 1). Поверхности с плоскостью параллелизма соответственно называются прямыми цилиндроидами, прямыми коноидами и косой плоскостью.

РАЗВЕРТЫВАЮЩИЕСЯ ЛИНЕЙЧАТЫЕ ПОВЕРХНОСТИ

Поверхность называется развертывающейся, если она путем изгибания может быть совмещена с плоскостью без образования складок и разрывов. Очевидно, что все многогранные поверхности являются развертывающимися. Из кривых поверхностей этим свойством обладают только те линейчатые поверхности, которые имеют ребро возврата. К развёртывающимся поверхностям относятся: цилиндрические поверхности, конические поверхности, поверхности с ребром возврата (торсы), призматические поверхности, пирамидальные поверхности.

Существует только три вида линейчатых поверхностей, имеющих ребро возврата: торсы, конические и цилиндрические (см. Приложение А, рис. 2) .

ТОРСЫ

Торс представляет собой поверхность, которая образуется непрерывным движением прямолинейной образующей, касающейся во всех своих положениях некоторой пространственной кривой линии. Направляющая пространственная кривая m служит границей между двумя полостями поверхности торса и называется ребром возврата (см. Приложение А, рис. 3). Если ребром возврата является цилиндрическая винтовая линия, то такая поверхность называется развертывающимся геликоидом.

Геометрическая часть определителя торса состоит из ребра возврата. Алгоритмическая часть определителя торса состоит из указания о том, что образующая прямая при своем движении остается касательной к ребру возврата. Цилиндрическая и коническая поверхности являются частными случаями поверхности торса. Однако, чтобы задать коническую или цилиндрическую поверхности, недостаточно иметь только ребро возврата - положение образующей прямой не определяется одной точкой. Необходимо задать еще направляющую линию.

ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Цилиндрическая поверхность общего вида - образующая пересекает направляющую и остаётся параллельной заданному направлению. Через каждую точку поверхности проходит одна прямолинейная образующая.

Геометрическая часть определителя цилиндрической поверхности состоит из направляющей линии m и исходного положения образующей l (см. Приложение А, рис. 4). Алгоритмическая часть определителя состоит из указания о том, что любая образующая поверхности может быть построена как прямая, пересекающая кривую m и параллельная прямой l. Цилиндрическая поверхность является бесконечной в направлении своих образующих. Часть замкнутой цилиндрической поверхности, заключенная между двумя плоскими параллельными сечениями, называется цилиндром, а фигуры сечения - его основаниями. Если за основание цилиндра принимается его нормальное сечение, цилиндр называют прямым. Если за основание цилиндра принимается одно из косых сечений, цилиндр называют наклонным.

КОНИЧЕСКАЯ ПОВЕРХНОСТЬ

Коническая поверхность общего вида - образующая пересекает направляющую и проходит через фиксированную точку пространства, называемую вершиной конической поверхности (см. Приложение А, рис. 5). Неподвижная точка S, делящая поверхность на две бесконечные полы, называется вершиной. Через каждую точку поверхности проходит одна прямолинейная образующая (исключением является только вершина S, которая называется "особой точкой поверхности"). Геометрическая часть определителя конической поверхности состоит из направляющей кривой m и вершины S.

Алгоритмическая часть определителя состоит из указания о том, что любая образующая поверхности может быть построена как прямая, проходящая через вершину S и пересекающая кривую m. Часть замкнутой конической поверхности, ограниченная вершиной и какой-либо плоскостью, пересекающей все ее образующие, называется конусом. Не все конические поверхности имеют ось, а только те, которые имеют не меньше двух плоскостей симметрии. Если за основание конуса принимается фигура его нормального сечения, конус называют прямым, если иное сечение - наклонным.

ПОВЕРХНОСТИ ВРАЩЕНИЯ

Поверхностью вращения общего вида называется поверхность, которая образуется произвольной кривой (плоской или пространственной) при её вращении вокруг неподвижной оси. В частном случае, при вращении прямой вокруг оси, если прямая a пересекает ось в несобственной точке, получается цилиндрическая поверхность, а если в собственной точке - коническая поверхность.

Каждая точка образующей описывает окружность, называемую параллелью. Наибольшая и наименьшая параллели называются соответственно экватором и горлом.

Плоскости, проходящие через ось вращения, называются меридиональными, они пересекают поверхность вращения по линиям, называемым меридианами. Меридиональная плоскость, параллельная плоскости V, называется главн...