Návrhové limity jednovrstvých membránových polí

Abstract

Disertační práce je zaměřena na problematiku návrhu jednovrstvých membránových konstrukcí tvarované na základě mechanického předpětí. Cílem disertační práce je sestavení základních návrhových limitů pro potřeby architektonického návrhu. Membránové konstrukce se tvarují do ploch dvojí křivosti, vnější zatížení se přenáší výhradně deformací plochy a proto se jedná o tvarově aktivní konstrukce. Právě dvojí zakřivení plochy membránové konstrukce je rozhodující pro únosnost konstrukce. Současný stav návrhu jednovrstvých membránových konstrukcí není kodifikován a návrh se opírá o zkušenosti z realizovaných staveb a intuice specialistů. Z pohledu efektivního návrhu jednovrstvých membránových konstrukcí je třeba dosáhnout v prvních fázích architektonického návrhu optimálního zakřivení plochy membrány, které ve výsledku vede k hospodárnému návrhu celé konstrukce. Práce se zaměřuje na nalezení architektonických a technických rozměrových limitů volných membránových polí, pro jednotlivé typologické druhy (bodově podepřená membrána, membrána na obloukových podporách, kónické tvary membrány a lomenice). Návrhové limity jednovrstvých membránových polí slouží jako pomůcka architektům, pomocí které jsou schopni navrhnout proveditelný tvar konstrukce, bez nutné spolupráce se specialisty. Nalezení a zobecnění návrhových limitů je provedeno metodami digitálního modelování pomocí specializovaných softwarových programů pro tvarování a statickou analýzu membránových konstrukcí. Návrhové limity jednovrstvých membránových polí jsou provedeny pomocí parametrizace okrajových konstrukcí jednotlivých typologických druhů. Na základě provedených analýz jsou sestaveny empirické zásady pro koncepční architektonický návrh jednovrstvých membránových konstrukcí. Sestavené návrhové limity nejsou určeny pro posouzení konstrukce a nenahrazují statický výpočet jednotlivých konstrukcí. Návrhové limity jsou určeny pro potřeby architektonického návrhu v koncepční fázi tvarování.

The aim of the dissertation is to prepare basic design limits for the needs of architectural design. The dissertation is focused on tensile membrane structures shaped by mechanical prestress. Tensile membrane structures are formed into double-curvature anticlastic surfaces. External loads are transfered by the deformation of surface, that is, it is a form active structures. In terms of carrying capacity, the degree of curvature of the memrbane surface is decisive. So it is necessary to cooperate with specialist in design memrbane structures in form-finding process. The current state of the design of single-layer membrane structures is not codified and the proposal builds on the experience of the realized constructions and the intuition of the specialists. From the point of view of efficient design of single-layer membrane structures, it is necessary to achieve the optimal curvature of the membrane surface in the first stages of the architectural design. This achieves to economical design of the whole structure. The work focuses on finding architectural and technical dimensional limits of free membrane fields, for individual typological species (point-supported membrane, membrane on arched supports, conical diaphragm shapes and lomenice). The design limits of single layer membrane arrays serve as a tool for architects to design a feasible design without the need for specialist collaboration. The design limits is done by digital modeling methods using special software programs for form-finding and static analysis of membrane structures. The design limits of tensile membrane structures arrays are performed by parameterization of boundary structures for typological forms. On the basis of these analyzes are compiled a empirical principles for conceptual architectural design of tensile membrane structures. Assembled design limits are not intended to assess the structure and do not replace a static calculation of the individual structures. The design limits are determined for the purposes of conceptual architectural design of the conceptcion shaping phase.