Физика и архитектура: Научно-исследовательская работа «Физика в архитектуре» – Физика в архитектуре | Социальная сеть работников образования

Научно-исследовательская работа "Физика в архитектуре"

министерство образования и науки Амурской области

учредитель

государственное профессиональное образовательное автономное учреждение

Амурской области

«Амурский колледж строительства и жилищно-коммунального хозяйства»

наименование образовательного учреждения

Научно-исследовательская работа

по теме

«Физика в архитектуре»

Выполнил: студент 1курса группы А11

Балашов Данил

Специальность: архитектура

Научный руководитель: Дутова О. А.

Цели работы:

  1. Показать значение законов физики в архитектуре

  1. Рассмотреть роль понятий «устойчивость», «прочность» и «жесткость конструкций» при создании сложных конструкций

  2. Применить знания, полученные при изучении данной темы, в объяснении окружающих явлений

а

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

стр.4

Теоретическая часть

стр.4

1. История создания памятника Петру I как задача о равновесии

стр.4

2. Рассмотрение проблемы в общем виде: как обеспечить равновесие предмета

стр.5

3. Загадка Пизанской башни

стр.5

4. Падающие башни мира

стр.8

5. Эйфелева башня

стр.10

6. Останкинская башня

стр.12

7. Самое высокое здание мира

стр.15

8. Требования к конструктивным элементам зданий и сооружений

стр.16

Результаты исследования

стр.17

Заключение

стр.18

Используемая литература

стр.19

Приложения

стр.20

Введение

С древних времен человечество занималось строительством. А для того, чтобы построить высотные здания необходимо произвести математические расчеты и посмотреть с точки зрения физики, достаточно ли построенное здание будет прочным и устойчивым. На примере некоторых памятников и башен рассмотрим как действуют законы физики в жизнедеятельности человечества.

Теоретическая часть

1.История создания памятника Петру I как задача о равновесии

200 лет скачет он над Невою, 200 лет им не перестают восхищаться, воспевают в стихах и прозе, запечатлевают на гравюрах и картинах. Во дворе мастерской строители возвели помост, имитирующий пьедестал. Лучшие берейторы на лучших скакунах взлетали на этот помост. Сотни раз они повторяли эти взлеты, пока, наконец, скульптор не понял, что удержать вздыбленную лошадь на двух опорах ему не удастся. Решение очевидно: для усиления устойчивости фигуры необходимо увеличить площадь ее основания, то есть создать еще одну точку опоры. Таково мнение наших учеников.

А вот решение скульптора: под задними копытами коня появляется третья точка опоры – змея, символизирующая поверженных врагов России.

3.Рассмотрение проблемы в общем виде: как обеспечить равновесие предмета

Давайте построим вертикальные конструкции со смещенными относительно друг друга коробками на максимально возможную высоту, и так, чтобы они не падали. Какое условие надо выполнить при строительстве, чтобы конструкция была высокой и не падала? Давайте ответим на этот вопрос.

1.Тело (конструкция, сооружение) находится в положении устойчивого равновесия, если линия действия силы тяжести никогда не выходит за пределы площади опоры – значит, следует увеличить площадь опоры.

2. Вероятность выхода вертикальной линии за границы площади опоры снижается, если центр тяжести расположен низко над площадью опоры, т. е. соблюдается принцип минимума потенциальной энергии

( принцип неваляшки )- значит, следует понизить центр тяжести

Решение очевидно: для усиления устойчивости фигуры необходимо увеличить площадь ее основания, то есть создать еще одну точку опоры.

3. Загадка Пизанской башни

Самой знаменитой достопримечательностью города Пиза является его Башня. Известна она в первую очередь тем, что стоит не строго вертикально, а под наклоном от основной оси. Ведь если бы не этот изъян, то вряд ли бы многотысячные толпы туристов приезжали ежегодно, чтобы взглянуть на эту, ставшую мировой, «падающую» достопримечательность. Далеко не все знают, что «падающая» башня не отдельное сооружение, а часть архитектурного ансамбля. Кроме самой башни, являющейся на самом деле колокольней или же кампанеллой (от итальянского слова campanella, что значит колокольчик), в него входят Пизанский собор (Duomo di Santa Maria Assunta), Баптистерий (Battistero di San Giovanni), кладбище Кампо-Санто (Campo Santo) и площадь чудес (Piazza dei Miracoli) на которой это все расположено. Колокольня расположена недалеко от северо-восточного угла собора. А весь ансамбль считается мировым шедевром итальянской архитектуры средних веков, оказавшим большое влияние на развитие культуры в Италии. Падает Пизанская Башня уже на протяжении восьми столетий. Из-за этого сами итальянцы и называют ее «затянувшимся чудом». Отклонение увеличивается с каждым годом на один миллиметр. А всего здание отклонилось от оси более чем на пять метров, что не так уж и мало. Но, ни смотря ни на что, кампанелла пережила даже землетрясение и сегодня открыта для посещения. С момента постройки Пизанская Башня стала практически символом города. Ее строительство было начато в августе 1173 года, посреди зеленого луга на окраине Пизы вместе с городским собором и крестильней. Вместе с перерывами продолжительность работ составила около двух столетий. Окончательно колокольня была готова в 1370 году. Кто был автором первоначального проекта достоверно неизвестно. Однако исторические хроники предполагают, что это мог быть Бонанно Пизано (Bonanno Pisano). Сегодня определить была ли кривизна постройки задумана изначально или образовалась в результате проседания почвы впоследствии уже невозможно. Хотя второй вариант выглядит более правдоподобным. Скорее всего, изначальный проект уже был в чем том ошибочен. А башня изначально планировалась как вертикальная. Однако практически сразу после постройки первого этажа с колоннадой высотой 11 метров, строение начало кренится в южную сторону. И сначала это были всего лишь четыре сантиметра. После этого строительные работы были приостановлены и возобновились лишь спустя 100 лет. В 1275 году, когда крен Пизанской башни составлял уже 50 сантиметров, ситуацию попытались исправить. Для этого при возведении последующих этажей закладывалось превышение высоты на 10 сантиметров со стороны крена. К сожалению это не сильно помогло, и возведение колокольни пришлось прекратить досрочно, сократив ее на четыре этажа от первоначального проекта. Архитектурные особенности Романо-пизанский стиль Пизанской башни. поражает всех своим изяществом и красотой. Высота ее восьми ярусов после окончания строительства составила 58 метров 36 сантиметров. В самой высокой части высота равна 56 метров 70 сантиметров, а в самой низкой – 55 метров 90 сантиметров. Диаметр основания колокольни, имеющей цилиндрическую форму, составляет 15 метров 54 сантиметра. Толщина внешних стен у основания составляет 4 метра 90 сантиметров, а у вершины – 2 метра 48 сантиметров. Ее отклонение от вертикальной оси на уровне основания составляет 4 метра, а на уровне вершины – 5 метров 30 сантиметров. На верхний уровень кампанеллы возносят 294 ступени. А уж оттуда туристам, одолевшим восхождение, открывается красивый вид на Поле Чудес и ближайшие окрестности. Вся башня выполнена из камня и декорирована цветным мрамором (светло-серого и белого цветов). У ее входа расположены барельефы, на которых изображены мифические фигуры животных. Верх люнета украшен статуей Мадонны с младенцем, выполненной Андреа Гварди (Andrea Guardi). Первый ярус окаймлен глухими арками с пятнадцатью полуколоннами и украшен кессонами, внутри которых можно увидеть розетки идентичные украшениям на баптистерии и соборе. Шесть последующих этажей окружены декоративными романскими аркадами. Их изящество напоминает византийскую архитектуру. Венчает здание звонница, прорезанная арками для семи колоколов. Их вес колеблется от 300 килограмм до 3,5 тонн. Кроме того у каждого из них свое имя и тон. Последующие присоединились к нему уже в 16-17 веках. Кстати все они находятся в рабочем состоянии и до сих пор радуют туристов своим звоном. Колокола Самый первый был отлит в середине 13 века. Его нота соль-бемоль, а имя Паскверечча (Pasquereccia). Второй Терца (Terza) с нотой си-диез появился в 1473 году. Маленький Веспруччо (Vespruccio) с нотой ми выплавили в 1501 году. Крочифиссо (Crocifisso) с нотой до-диез сделал мастер Винченцо Посенти (Vincenzo Posenti), а в 1818 году он был переплавлен Гуаланди да Прато. Даль Поцо (Dal Pozzo) – нота соль изготовили в 1606 году. Во время бомбардировки Второй Мировой войны он был разрушен. После войны его отреставрировали и отправили в музей. А на его месте в 2004 году появилась точная копия. Ассунта (Assunta) с нотой си — самый большой из семи колоколов, появился благодаря Джованни Пьетро Орланди. Последним звонницу пополнил Сан Раньери (нота ре-диез). Причем его неоднократно подвергали переплавке. В последний раз это было в 1735 году. Так как собор, к которому относится Пизанская колокольня, является действующим, то перед каждой мессой, а также в полдень все желающие могут услышать перезвон этих колоколов. Интересно, что в средние века колокола звонили не одновременно, а каждый в свой специально установленный литургический час.

4. Падающие башни мира

Во всем мире около 300 падающих башен. Из них башня церкви в г.Зуурхузен (Германия) занимает первое место по углу наклона, далее- Пизанскаябашня, Болонская Гаризенда, Косая башня Невьянска на Урале. Правда, некоторые «призовики» были выпрямлены реставраторами, например минареты Улугбека В Самарканде.

«Падающие» башни есть в Пизе, Болонье, в Афганистане и др. местах.

В Болонье рядом высятся две знаменитые «падающие» башни из простого кирпича. Более высокая башня (высота 97 м, вершина отклонена на 1,23 м от вертикали), продолжает наклоняться и ныне. Вторая -достигает половины высоты своей соседки и наклонена ещё сильнее (её высота 49 м, отклонение от вертикали 2,4 м)

Падающие башни Болоньи не так широко известны, как Пизанская, но точно так же являются символом города, в котором находятся. Наиболее высокая, Азинелли, наклонена не так сильно, как её соседка, Гаризенда, зато она гораздо выше: высота башни Азинелли превышает 97 м. Это делает её наиболее высокой исторической постройкой Старой Болоньи и самой высокой «падающей» башней мира.

Угол наклона башни Азинелли от вертикальной оси составляет 1,3°. Казалось бы, не так много, но при высоте конструкции это приводит к отклонению верхней части башни на 2 с лишним метра. Тем не менее Азинелли способна выстоять и в таком положении, а вот её соседке, Гаризенде, повезло меньше: отклонение той превышало изначально 3 м, и это серьёзно угрожало и самой постройке, и окружающим. Гаризенду укорачивали трижды, и теперь её высота составляет только 48 м. Зато именно она, а не более высокая «сестрица», упомянута в «Божественной комедии» Данте. Строить башни в принципе было модным среди итальянской знати в Средние века. Башни служили жилыми помещениями и укреплёнными цитаделями, а также демонстрировали величие и утверждали власть своего хозяина. В одной только Болонье сегодня можно увидеть около 20 башен, при том что изначально, в 13 веке, их насчитывалось порядка полутора сотен.

Конструкция башен была более-менее одинакова. В каждой был фундамент, усиленный вколоченными в землю столбами, присыпанными камнем. Основание делали из больших каменных блоков, а стены становились чем выше, тем тоньше. Обычно стен было две: более толстая внутренняя и тонкая внешняя, а промежуток между ними засыпали щебнем.В 18 веке Джованни Гульельмо изучал гравитацию, бросая предметы именно с башни Азинелли.

С возведением «падающих» башен, конечно, связано множество легенд, в том числе и та, что обещает влюблённому юноше руку красавицы только после постройки самой высокой башни в городе. Однако историческая правда скорее в том, что технологии строительства в те времена оставляли желать лучшего. Для того, чтобы возвести башню типичной конструкции высотой около 60 м, требовалось от 3 до 10 лет работы. Согласно расплывчатым данным, Азинелли одноимённое семейство начало строить на рубеже 12 и 13 веков. Несколькими столетиями спустя башней завладел город, и здесь была устроена тюрьма. Башни-соседки соединили своеобразным мостиком из дерева, но он сгорел во время городского пожара. Во время Второй мировой войны башня Азинелли использовалась как наблюдательный пост, а впоследствии и как телевышка. Сегодня на башню Азинелли можно подняться по винтовой лестнице, которая насчитывает почти 500 ступеней. Гаризенда для осмотра изнутри закрыта.Другие башни Болоньи, на которые стоит обратить внимание, — это Аззогильди, она же Альтабелла (61 м), Прендипарте, она же Короната (60 м), Скаппи (39 м), Угуццони (32 м), Гильдозаньи и Галуцци.

5.Эйфелева башня

Э́йфелева ба́шня  — металлическая башня в центре Парижа, самая узнаваемая его архитектурная достопримечательность. Названа в честь главного конструктора Гюстава Эйфеля; сам Эйфель называл её просто «300-метровой башней» (tour de 300 mètres).

Башня, впоследствии ставшая символом Парижа, была построена в 1889 году и первоначально задумывалась как временное сооружение, служившее входной аркой парижской Всемирной выставки 1889 года.

Эйфелеву башню называют самой посещаемой платной достопримечательностью мира и самой фотографируемой. Например, в 2006 году на башне побывало 6 719 200 человек, а за всю её историю по 31 декабря 2007 — 236 445 812 человек. Изначальный проект Нугье и Кёшлена был слишком «сухим» в эстетическом плане и не отвечал требованиям, выдвигаемым к сооружениям Всемирной Парижской выставки, архитектура которых должна была быть более изысканной. Чтобы башня более отвечала вкусам требовательной парижской публики, архитектору Стефа́ну Сове́стру (фр.)  было поручено поработать над её художественным обликом. Он предложил обшить цокольные опоры башни камнем, связать её опоры и площадку первого этажа с помощью величественных арок, которые стали бы одновременно главным входом на выставку, разместить на этажах башни просторные застеклённые залы, придать верхушке башни округлую форму и использовать разнообразные декоративные элементы для её украшения.

В январе 1887 г. Эйфель, государство и муниципалитет Парижа подписали договор, согласно которому Эйфелю предоставлялась в личное пользование эксплуатационная аренда башни сроком на 25 лет, а также предусматривалась выплата денежной субсидии в размере 1,5 млн золотых франков, составившую 25 % всех расходов на строительство башни. 31 декабря 1888 года с целью привлечения недостающих средств, создается акционерное общество с уставным фондом 5 млн франков. Половина этой суммы — средства, внесенные тремя банками, вторая половина — личные средства самого Эйфеля.

Итоговый бюджет строительства составил 7,8 млн франков. Башня окупилась за период работы выставки, а её последующая эксплуатация оказалась весьма доходным бизнесом. Строительные работы в течение двух лет, двух месяцев и пяти дней (с 28 января1887 года по 31 марта 1889 года) выполняли 300 рабочих[3]. Рекордным срокам возведения способствовали чертежи чрезвычайно высокого качества с указанием точных размеров 18 038 металлических деталей, для сборки которых использовали 2,5 млн заклёпок.

Чтобы закончить башню в назначенный срок, Эйфель применял, большей частью, заранее изготовленные части. Отверстия для заклёпок были просверлены в намеченных местах уже заранее, и две трети от 2,5 млн заклёпок были заранее установлены. Ни одна из заготовленных балок не весила больше 3 тонн, что очень облегчало поднятие металлических частей на предусмотренные места. Вначале применялись высокие краны, а когда конструкция переросла их по высоте, работу подхватили специально сконструированные Эйфелем мобильные краны. Они двигались по рельсам, проложенным для будущих лифтов. Сложность состояла и в том, что подъемное устройство должно было двигаться вдоль мачт башни по изогнутой траектории с меняющимся радиусом кривизны. Первые лифты на башне приводились в действие гидравлическими насосами. Вплоть до нашего времени используются два исторических лифта фирмы «Fives-Lill», установленные в 1899 г. в восточной и западной опорах башни. С 1983 г. их функционирование обеспечивается электродвигателем, а гидравлические насосы сохранены и доступны для осмотра.

Второй и третий этаж башни связывал вертикальный лифт, созданный инженером Леоном Эду (фр. Léon Édoux; однокурсник Эйфеля по Центральной высшей технической школе). Этот лифт состоял из двух взаимоуравнивающихся кабин.

6.Останкинская башня

Останкинская телебашня — телевизионная и радиовещательная башня, расположенная в Останкинском районе Москвы. Высота — 540,1 м, на момент постройки высочайшая в мире, а по состоянию на декабрь 2017 года — 10-е по высоте свободно стоящее сооружение после:

  1. небоскрёба Бурдж-Халифа (Дубай),

  2. Небесного дерева Токио,

  3. Шанхайской башни (Шанхай),

  4. Абрадж аль-Бейт (Мекка),

  5. Международного финансового центра Пинань (Шэньчжэнь),

  6. Lotte World Tower (Сеул),

  7. телебашни Гуанчжоу,

  8. телебашни Си-Эн Тауэр (Торонто)

  9. Башни Свободы (Нью-Йорк).

Первое название — «Общесоюзная радиотелевизионная передающая станция им. 50-летия Октября». Останкинская телебашня является высочайшим сооружением в Европе и России, а также полноправным членом Всемирной федерации высотных башен.
На момент окончания строительства в зоне действия передатчиков проживало около 10 000 000 человек, башня охватывает территорию с населением свыше 15 000 000 человек. Телебашня принадлежит филиалу ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» — «Московскому региональному центру».

Московский телевизионный центр на улице Шаболовка был построен в 1936—1938 годах возле Шуховской башни, на которой была установлена передающая телевизионная антенна. 9 марта 1938 года в эфир вышла первая пробная передача, а в 1939 году телецентр начал регулярную работу. Сигнал с Шуховской башни обеспечивал уверенный приём телепрограмм почти на всей площади Москвы и Московской области, но в масштабах страны его мощность была недостаточной. В 1953 году Сергей Новаковский, Ф. Большаков и Н. Скачков обратились к председателю Всесоюзного радиокомитета Алексею Пузину с предложением построить в Москве «фабрику телевизионных программ» — многопрограммный телецентр с 15—20 студиями, передающей станцией и башней-антенной высотой 500 метров, которая обеспечила бы уверенный приём за пределами московского региона. Пузин дал проекту одобрение и представил его Никите Хрущёву, и 15 июля 1955 года Совет министров СССР издал постановление «О строительстве нового телепередающего центра». В январе 1956 года для строительства был выделен участок в районе Черёмушек, но изыскания показали непригодность почв для строительства массивного сооружения. После Черёмушек рассматривались участки около Берсеневской набережной, в районе Крапоткинской улицы и Калужской заставы, а подходящий был найден на территории Останкинского питомника Управления благоустройства города Москвы.

Был проведён всесоюзный конкурс на лучший проект телебашни, который выиграл киевский проектный институт, специализировавшийся на стальных конструкциях и предложивший ажурную металлическую башню наподобие башни Эйфеля в Париже. Заявка не вызвала энтузиазма у архитекторов, которым предстояло претворять проект в жизнь, а член конкурсной комиссии, специалист по железобетонным и металлическим конструкциям Николай Никитин выступил с неожиданным альтернативным предложением — выполнить башню из бетона. Подобный проект бетонной телебашни был успешно выполнен 2 годами ранее в Штутгарте, поэтому ко мнению Никитина прислушались, и инженеру дали возможность подготовить собственную заявку. Предложенная им конструкция была основана на наработках Юрия Кондратюка, автора нереализованного проекта Крымской ветряной электростанции на горе Ай-Петри, помощником которого Никитин работал в 1930-х годах. Кондратюк задумал бетонную конструкцию ветроэлектростанции тонкой и полой, а её прочность должны были обеспечивать стальные канаты под напряжением. В проекте Никитина предотвращение деформации и разрушения бетонного каркаса из отдельных круглых блоков также обеспечивали 149 натянутых тросов. Никитин утверждал, что разработал проект за 1 ночь, а прообразом конусообразного основания башни стала привидевшаяся инженеру во сне перевёрнутая лилия — цветка с крепкими лепестками и толстым стеблем. Впрочем, Никитин стал не первым, кто предложил подобное решение: в 1932 году популярный в Советском Союзе итальянский инженер Пьер Луиджи Нерви представил на один из конкурсов 300-метровую стройную башню, выраставшую из конусообразного основания и увенчанную металлической мачтой. Башня Никитина отличалась от проекта Нерви более длинным стволом и более широким основанием. Секрет Останкинской башни прост: она построена по принципу неваляшки: его вертикальное положение является положением устойчивого равновесия. В этом случае центр тяжести находится на самом низком уровне, потенциальная энергия принимает наименьшее значение 3/4 всей массы башни на 1/9 её высоты

7. Самое высокое место в мире

Тайбэй . — небоскрёб, расположенный в столице Тайваня — Тайбэе. Этажность небоскрёба составляет 101 этаж, высота — 509,2 м, вместе со шпилем. На нижних этажах находятся торговые центры, на верхних расположены офисы. Является восьмым по высоте в мире и пятым по высоте в Азии (самое высокое здание континента с 2003 по 2007 год).

Строительство небоскрёба началось в 1999 году. Официальное открытие состоялось 17 ноября 2003 года, в эксплуатацию здание было введено 31 декабря 2003 года. Стоимость небоскрёба составила 1,7 млрд долларов.

В этом небоскрёбе находятся самые быстрые лифты в мире, поднимающиеся со скоростью 60,6 км/ч. С пятого этажа до обзорной площадки на 89-м можно доехать за 39 секунд. Здание из стекла, стали и алюминия поддерживают 380 бетонных опор, каждая из которых уходит в землю на 80 м. Опасность обрушения при урагане или землетрясении снижает огромный 660-тонный шар-маятник, помещённый между 87 и 91 этажами. По словам разработчиков, башня сможет выдержать землетрясение такой силы, какое бывает в этой местности раз в 2500 лет. Владельцем здания является Тайбэйская финансовая корпорация, оно управляется международным подразделением американской корпорации городских продаж со штаб-квартирой в Чикаго. Название, которое первоначально предполагалось для здания — Тайбэйский мировой финансовый центр — происходит от названия владельца.

Здание является одним из главных символов современного Тайбэя и всего Тайваня. Имеет 101 надземный и 5 подземных этажей. Его архитектурный стиль в духе постмодернизма сочетает современные традиции и древнюю китайскую архитектуру. Многоэтажный торговый комплекс в башне содержит сотни магазинов, ресторанов и клубов.

8. Требования к конструктивным элементам зданий и сооружений

Архитектурные сооружения должны возводиться на века.

Конструктивные элементы (деревянные, каменные, стальные, бетонные и т.п.), воспринимающие основные нагрузки зданий и сооружений должны надёжно обеспечивать прочность, жёсткость и устойчивость зданий и сооружений. Прочность - способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок. Прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др. Повышение прочности материалов достигается термической и механической обработкой, введением легирующих добавок в сплавы, радиоактивным облучением, применением армированных и композиционных материалов. Чем выше архитектурное сооружение, тем строже требования к его устойчивости.

Причиной устойчивости Эйфелевой башни в Париже и многих других высотных сооружений является близкое к земле расположение центра масс сооружения. Фундамент – это в полном смысле слова основа здания. Расчёты фундаментов основаны прежде всего на учёте силы давления на грунт: при данной массе сооружения давление уменьшается с ростом площади опор

Результаты исследования

Опыт 1

Поставим один на другой 15 – 20 пустых спичечных коробков так, чтобы получить из них ровную прямую колонну. Она будет очень неустойчива: Малейшего толчка достаточно, чтобы колонна рассыпалась. Поставим один на другой 15 – 20 пустых спичечных коробков так, чтобы получить из них ровную прямую колонну. Она будет очень неустойчива: Малейшего толчка достаточно, чтобы колонна рассыпалась

Опыт 2

Составим колонну из тех же спичечных коробков, устанавливая их так, чтобы каждый верхний коробок был немного сдвинут относительно нижнего, на который он опирается. Создается такое впечатление, что колонна очень неустойчива и вот - вот упадет. Но оказывается, что она может простоять, не падая, столько же , если не больше времени, что и первая, прямая колонна. Во втором случае колонна из спичечных коробков будет расти в высоту до тех пор, пока ее центр тяжести не сместится так, что проведенная из него вертикальная прямая выйдет за пределы опоры.

Опыт 3

Игрушка-неваляшка не падает и устойчиво стоит на одной нижней точке сферы-основании. Поведение игрушки легко объяснимо: его вертикальное положение является положением устойчивого равновесия. В этом случае центр тяжести находится на самом низком уровне, потенциальная энергия принимает наименьшее значение. У неваляшки внутреннее устройство со смещенным вниз центром тяжести.

Вывод:

Заключение

В основе созданных человеком архитектурных композиций лежат результаты многосторонних исследований, в частности полностью выполняются законы физики, а также выполняются свойства равновесия, устойчивости, прочности и жесткости

Литература

1. Абышева Н.А. Авторская программа предпрофильного межпредметного курса «Физика и искусство» Газета «Физика» 1 сентября №2 2006г

2. Я.И. Перельман «Занимательная физика» Москва «Наука» 1982г.

3. И.Л. Юфанова «Занимательные вечера по физике в средней школе» Москва «Просвещение» 1990г.

4. И.Я. Ланина «Внеклассная работа по физике» Москва «Просвещение» 1977г.

5.М.И. Блудов «Беседы по физике» Москва «Просвещение» 1984г.

Рис.1 Памятник Петру1 Рис.2 Пизанская Башня Рис.3 Падающая Пизанская башня Рис.4 Падающая башня в БолоньеРис.5 Эйфелева башняРис.6 Останкинская башняРис.7 Самое высокое здание на Тайване

Рис.8 Падающая башня в Китае

9

Презентация по физике "Физика в архитектуре"

ФИЗИКА В архитектуре Выполнила: Голованова Мария ученица 11 класса МБНОУ лицей №22 г.Белово Учитель:Шутова Т.Г.

ФИЗИКА В

архитектуре

Выполнила: Голованова Мария

ученица 11 класса МБНОУ лицей №22 г.Белово

Учитель:Шутова Т.Г.

Задачи: В своей работе я попытаюсь выяснить, в каких случаях проблемы устойчивости и прочности проявляются в конкретных архитектурных проектах. Цель: Доказать тесную связь архитектуры с физическими законами.

Задачи:

В своей работе я попытаюсь выяснить, в каких случаях проблемы устойчивости и прочности проявляются в конкретных архитектурных проектах.

Цель:

Доказать тесную связь архитектуры с физическими законами.

Предыстория

Предыстория

Архитектурой называют не только систему зданий и сооружений, организующих пространственную среду человека, а самое главное- искусство создавать здания и сооружения по законам красоты. Слово «Архитектор» в переводе с греческого означает «главный строитель». Сама архитектура относится к той области деятельности человека, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. Недаром основная задача архитектуры звучит как ее девиз : польза, прочность, красота Архитектурой называют не только систему зданий и сооружений, организующих пространственную среду человека, а самое главное- искусство создавать здания и сооружения по законам красоты. Слово «Архитектор» в переводе с греческого означает «главный строитель». Сама архитектура относится к той области деятельности человека, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. Недаром основная задача архитектуры звучит как ее девиз : польза, прочность, красота
  • Архитектурой называют не только систему зданий и сооружений, организующих пространственную среду человека, а самое главное- искусство создавать здания и сооружения по законам красоты. Слово «Архитектор» в переводе с греческого означает «главный строитель». Сама архитектура относится к той области деятельности человека, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. Недаром основная задача архитектуры звучит как ее девиз : польза, прочность, красота
  • Архитектурой называют не только систему зданий и сооружений, организующих пространственную среду человека, а самое главное- искусство создавать здания и сооружения по законам красоты. Слово «Архитектор» в переводе с греческого означает «главный строитель». Сама архитектура относится к той области деятельности человека, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. Недаром основная задача архитектуры звучит как ее девиз : польза, прочность, красота
В основе выбора архитектурной композиции лежат данные многих наук : надо учитывать назначение сооружения, его конструкцию, климат местности, особенности природных условий и т.д. Среди всех этих наук физика занимает важное место , которое особенно возросло в современной архитектуре и строительстве.
  • В основе выбора архитектурной композиции лежат данные многих наук : надо учитывать назначение сооружения, его конструкцию, климат местности, особенности природных условий и т.д. Среди всех этих наук физика занимает важное место , которое особенно возросло в современной архитектуре и строительстве.
 Еще в наставлениях древним зодчим указывалось: «на устройство подошвы и поддела ни трудов, ни иждивения жалеть не должно». Это и понятно, ведь фундамент здания – это в полном смысле слова его основа. Расчеты фундаментов основаны прежде всего на учете силы давления на грунт!

Еще в наставлениях древним зодчим указывалось: «на устройство подошвы и поддела ни трудов, ни иждивения жалеть не должно». Это и понятно, ведь фундамент здания – это в полном смысле слова его основа. Расчеты фундаментов основаны прежде всего на учете силы давления на грунт!

Основные элементы физики в архитектуре

Основные элементы физики в архитектуре

Строительная механика. Виды равновесия: Устойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, возвращающая его в равновесие. Свойственна архитектурным постройкам.) Неустойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, удаляющая тело от положения равновесия) Безразличное (при выводе тела из состояния равновесия равнодействующая сила остается равной нулю)

Строительная механика.

Виды равновесия:

Устойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, возвращающая его в равновесие. Свойственна архитектурным постройкам.)

Неустойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, удаляющая тело от положения равновесия)

Безразличное (при выводе тела из состояния равновесия равнодействующая сила остается равной нулю)

Устойчивость  — способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. Определение понятия устойчивости положения равновесия было дано в конце XIX века в работах русского ученого А. М. Ляпунова. Для повышения устойчивости сооружения необходимо: Увеличить площадь опоры Понизить центр тяжести

Устойчивость  — способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. Определение понятия устойчивости положения равновесия было дано в конце XIX века в работах русского ученого А. М. Ляпунова.

Для повышения устойчивости сооружения необходимо:

  • Увеличить площадь опоры
  • Понизить центр тяжести
 Достаточные условия устойчивости положений равновесия для систем  определяются  теоремой Лагранжа - Дирихле :  положение равновесия консервативной механической системы устойчиво, если в положении равновесия потенциальная энергия системы имеет изолированный минимум .

Достаточные условия устойчивости положений равновесия для систем  определяются  теоремой Лагранжа - Дирихлеположение равновесия консервативной механической системы устойчиво, если в положении равновесия потенциальная энергия системы имеет изолированный минимум .

Прочность. Виды прочности. Прочность   — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. Свойство конструкции выполнять назначение, не разрушаясь в течение заданного времени.

Прочность. Виды прочности.

Прочность   — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. Свойство конструкции выполнять назначение, не разрушаясь в течение заданного времени.

Прочность подразделяют на статическую, под действием постоянных нагрузок, динамическую и усталостную ( выносливость ), имеющую место при действии циклических переменных нагрузок. Для конструкций различают общую прочность — способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения, и местную — та же способность отдельных узлов, деталей, соединений.

Прочность подразделяют на статическую, под действием постоянных нагрузок, динамическую и усталостную ( выносливость ), имеющую место при действии циклических переменных нагрузок. Для конструкций различают общую прочность — способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения, и местную — та же способность отдельных узлов, деталей, соединений.

Снеговая нагрузка. Снеговая нагрузка на крышу - единица необходимая для расчёта сечения стропильных ног. Полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:     S=Sg×μ;    где: Sg - расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности   земли, принимаемое по таблице, μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Снеговая нагрузка.

Снеговая нагрузка на крышу - единица необходимая для расчёта сечения стропильных ног.

Полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

    S=Sg×μ;   

где:

Sg - расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности   земли, принимаемое по таблице,

μ - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Самые красивые здания и их особенности

Самые красивые здания и их особенности

 1. ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ОТ ВЕСА ТЕЛА И ПЛОЩАДИ ЕГО ОПОРЫ

1. ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ОТ ВЕСА ТЕЛА И ПЛОЩАДИ ЕГО ОПОРЫ

Одно из самых красивых и величественных зданий Санкт-Петербурга – Исаакиевский собор – каждый год оседает на 1 мм. В 70-х гг. знаменитый музей был надолго закрыт на реставрацию : проводилась работа по предупреждению оседания здания. Для уплотнения фундамента в него заложили раствор смеси бетона с жидким стеклом. В таких смесях особую роль играет трение и вязкость материалов.
  • Одно из самых красивых и величественных зданий Санкт-Петербурга – Исаакиевский собор – каждый год оседает на 1 мм. В 70-х гг. знаменитый музей был надолго закрыт на реставрацию : проводилась работа по предупреждению оседания здания. Для уплотнения фундамента в него заложили раствор смеси бетона с жидким стеклом. В таких смесях особую роль играет трение и вязкость материалов.
2. Зависимость силы трения от качества трущихся поверхностей.

2. Зависимость силы трения от качества трущихся поверхностей.

До изобретения связующего раствора приходилось очень простыми инструментами обтесывать и шлифовать, а потом с удивительной точностью подгонять друг к другу огромные каменные глыбы. Недаром архитектуру древнего мира называют монументальной каменной архитектурой. Пирамиды и храмы Египта, дворцы Персии и Индии поражают не только своим величием и грандиозностью. В них много неразгаданных тайн. Вот одна из них. В Малой Азии, недалеко от Сирийской пустыни, высоко в горах Антиливана, вокруг храма солнца находится Баальбекская веранда. Она сложена из цельных плит объемом 400! Какова же масса этих плит? Могли ли древние с помощью своих несовершенных орудий труда поднять эти глыбы на такую высоту? Не один современный кран не справится с этой задачей. Загадка веранды еще не разгадана. В наше время на помощь строителям приходит авиация. Чем выше архитектурное сооружение , тем строже требования к его устойчивости.
  • До изобретения связующего раствора приходилось очень простыми инструментами обтесывать и шлифовать, а потом с удивительной точностью подгонять друг к другу огромные каменные глыбы. Недаром архитектуру древнего мира называют монументальной каменной архитектурой. Пирамиды и храмы Египта, дворцы Персии и Индии поражают не только своим величием и грандиозностью. В них много неразгаданных тайн. Вот одна из них. В Малой Азии, недалеко от Сирийской пустыни, высоко в горах Антиливана, вокруг храма солнца находится Баальбекская веранда. Она сложена из цельных плит объемом 400! Какова же масса этих плит? Могли ли древние с помощью своих несовершенных орудий труда поднять эти глыбы на такую высоту? Не один современный кран не справится с этой задачей. Загадка веранды еще не разгадана. В наше время на помощь строителям приходит авиация. Чем выше архитектурное сооружение , тем строже требования к его устойчивости.
 3.Условия устойчивости тела, имеющего площадь опоры

3.Условия устойчивости тела, имеющего площадь опоры

Инженерные расчеты авторов Останкинской телебашни утверждали, что она очень устойчива. Огромная полукилометровая башня была построена по принципу неваляшки : три четверти всего веса башни приходится на одну девятую ее высоты. Вся основная тяжесть сосредоточена внизу у основания. Требуются колоссальные силы, чтобы заставить упасть такую башню.
  • Инженерные расчеты авторов Останкинской телебашни утверждали, что она очень устойчива. Огромная полукилометровая башня была построена по принципу неваляшки : три четверти всего веса башни приходится на одну девятую ее высоты. Вся основная тяжесть сосредоточена внизу у основания. Требуются колоссальные силы, чтобы заставить упасть такую башню.
Среди исторических памятников в некоторых городах Европы и Азии сохранились до наших дней так называемые «падающие» башни. Такие башни в городах Пизе, Болонье, есть они в Афганистане и других местах. В течение нескольких веков на площади в Болонье стоят две башни. Они наклонны и кажутся весьма неустойчивыми. Меньшая из башен, построенная в 1112 году имеет 49м высоты и вершину, отклоненную от вертикали на 2,4м. Высота другой башни 49 м, а вершина ее отклонена на 1,23 м от вертикали. Нет данных, по которым возможно было установить, почему башни имеют наклонное положение. Может быть в таком виде они были выстроены с самого начала, осуществляя затейливую идею средневекового архитектора , рассчитывающего наклон башен так, что за многие годы падения «падающих» башен не произошло. Не исключена возможность, что башни вначале были прямыми, затем уже наклонились при одностороннем оседании почвы, как это произошло с одной из колоколен в Архангельске.
  • Среди исторических памятников в некоторых городах Европы и Азии сохранились до наших дней так называемые «падающие» башни. Такие башни в городах Пизе, Болонье, есть они в Афганистане и других местах. В течение нескольких веков на площади в Болонье стоят две башни. Они наклонны и кажутся весьма неустойчивыми. Меньшая из башен, построенная в 1112 году имеет 49м высоты и вершину, отклоненную от вертикали на 2,4м. Высота другой башни 49 м, а вершина ее отклонена на 1,23 м от вертикали. Нет данных, по которым возможно было установить, почему башни имеют наклонное положение. Может быть в таком виде они были выстроены с самого начала, осуществляя затейливую идею средневекового архитектора , рассчитывающего наклон башен так, что за многие годы падения «падающих» башен не произошло. Не исключена возможность, что башни вначале были прямыми, затем уже наклонились при одностороннем оседании почвы, как это произошло с одной из колоколен в Архангельске.
Пизанская башня Наклон 3°54’

Пизанская башня

Прочность конструкции во многом зависит от ее формы. Принцип «сопротивляемости конструкции по форме» архитекторы заимствовали у природы. Интересное инженерное решение нашли строители в простом курином яйце. В Дакаре, столице Сенегала, проектировали здание театра, внутри которого должно не должно было быть ни одной колонны, ни одной, даже декоративной, опоры, - все здание должно было представлять собой огромную, пустую, тонкую железобетонную скорлупу, покоящуюся на специальном фундаменте. Когда все расчеты были закончены, оказалось, что запроектированной конструкции явно не хватало прочности. Между тем яичная скорлупа стояла спокойно. В чем же дело? Пришлось обычное куриное яйцо подвергнуть тщательному изучению. Установили, что его прочность достигается тонкой и эластичной пленкой-мембраной. Этим решили воспользоваться строители. Только мембрана была изготовлена не из куриного материала, а из армоцемента..
  • Прочность конструкции во многом зависит от ее формы. Принцип «сопротивляемости конструкции по форме» архитекторы заимствовали у природы. Интересное инженерное решение нашли строители в простом курином яйце. В Дакаре, столице Сенегала, проектировали здание театра, внутри которого должно не должно было быть ни одной колонны, ни одной, даже декоративной, опоры, - все здание должно было представлять собой огромную, пустую, тонкую железобетонную скорлупу, покоящуюся на специальном фундаменте. Когда все расчеты были закончены, оказалось, что запроектированной конструкции явно не хватало прочности. Между тем яичная скорлупа стояла спокойно. В чем же дело? Пришлось обычное куриное яйцо подвергнуть тщательному изучению. Установили, что его прочность достигается тонкой и эластичной пленкой-мембраной. Этим решили воспользоваться строители. Только мембрана была изготовлена не из куриного материала, а из армоцемента..
Развитие форм архитектуры. Дом Бальо (арх.Антонио Гауди) Испания(1877-1907)

Развитие форм архитектуры.

Дом Бальо (арх.Антонио Гауди) Испания(1877-1907)

Пирамиды Гизы Зиккурат в Уре

Пирамиды Гизы Зиккурат в Уре

Милуокский художественный музей(арх.Сантьяго Калатрава) США 1957год

Милуокский художественный музей(арх.Сантьяго Калатрава) США 1957год

Вывод Вывод. Архитектура тесно связана с физикой и не может существовать без нее. Строгое соблюдение законов физики необходимо как при проектировании, так и при строительстве архитектурных сооружений. Чем сложнее проект, тем больше внимания требуется уделять физическим законам

Вывод

Вывод.

  • Архитектура тесно связана с физикой и не может существовать без нее.
  • Строгое соблюдение законов физики необходимо как при проектировании, так и при строительстве архитектурных сооружений.
  • Чем сложнее проект, тем больше внимания требуется уделять физическим законам
Спасибо за внимание!

Спасибо за внимание!

Научно-исследовательская работа "Физика в архитектуре"

министерство образования и науки Амурской области

учредитель

государственное профессиональное образовательное автономное учреждение

Амурской области

«Амурский колледж строительства и жилищно-коммунального хозяйства»

наименование образовательного учреждения

Научно-исследовательская работа

по теме

«Физика в архитектуре»

Выполнил: студент 1курса группы А11

Балашов Данил

Специальность: архитектура

Научный руководитель: Дутова О. А.

Цели работы:

  1. Показать значение законов физики в архитектуре

  1. Рассмотреть роль понятий «устойчивость», «прочность» и «жесткость конструкций» при создании сложных конструкций

  2. Применить знания, полученные при изучении данной темы, в объяснении окружающих явлений

а

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

стр.4

Теоретическая часть

стр.4

1. История создания памятника Петру I как задача о равновесии

стр.4

2. Рассмотрение проблемы в общем виде: как обеспечить равновесие предмета

стр.5

3. Загадка Пизанской башни

стр.5

4. Падающие башни мира

стр.8

5. Эйфелева башня

стр.10

6. Останкинская башня

стр.12

7. Самое высокое здание мира

стр.15

8. Требования к конструктивным элементам зданий и сооружений

стр.16

Результаты исследования

стр.17

Заключение

стр.18

Используемая литература

стр.19

Приложения

стр.20

Введение

С древних времен человечество занималось строительством. А для того, чтобы построить высотные здания необходимо произвести математические расчеты и посмотреть с точки зрения физики, достаточно ли построенное здание будет прочным и устойчивым. На примере некоторых памятников и башен рассмотрим как действуют законы физики в жизнедеятельности человечества.

Теоретическая часть

1.История создания памятника Петру I как задача о равновесии

200 лет скачет он над Невою, 200 лет им не перестают восхищаться, воспевают в стихах и прозе, запечатлевают на гравюрах и картинах. Во дворе мастерской строители возвели помост, имитирующий пьедестал. Лучшие берейторы на лучших скакунах взлетали на этот помост. Сотни раз они повторяли эти взлеты, пока, наконец, скульптор не понял, что удержать вздыбленную лошадь на двух опорах ему не удастся. Решение очевидно: для усиления устойчивости фигуры необходимо увеличить площадь ее основания, то есть создать еще одну точку опоры. Таково мнение наших учеников.

А вот решение скульптора: под задними копытами коня появляется третья точка опоры – змея, символизирующая поверженных врагов России.

3.Рассмотрение проблемы в общем виде: как обеспечить равновесие предмета

Давайте построим вертикальные конструкции со смещенными относительно друг друга коробками на максимально возможную высоту, и так, чтобы они не падали. Какое условие надо выполнить при строительстве, чтобы конструкция была высокой и не падала? Давайте ответим на этот вопрос.

1.Тело (конструкция, сооружение) находится в положении устойчивого равновесия, если линия действия силы тяжести никогда не выходит за пределы площади опоры – значит, следует увеличить площадь опоры.

2. Вероятность выхода вертикальной линии за границы площади опоры снижается, если центр тяжести расположен низко над площадью опоры, т. е. соблюдается принцип минимума потенциальной энергии

( принцип неваляшки )- значит, следует понизить центр тяжести

Решение очевидно: для усиления устойчивости фигуры необходимо увеличить площадь ее основания, то есть создать еще одну точку опоры.

3. Загадка Пизанской башни

Самой знаменитой достопримечательностью города Пиза является его Башня. Известна она в первую очередь тем, что стоит не строго вертикально, а под наклоном от основной оси. Ведь если бы не этот изъян, то вряд ли бы многотысячные толпы туристов приезжали ежегодно, чтобы взглянуть на эту, ставшую мировой, «падающую» достопримечательность. Далеко не все знают, что «падающая» башня не отдельное сооружение, а часть архитектурного ансамбля. Кроме самой башни, являющейся на самом деле колокольней или же кампанеллой (от итальянского слова campanella, что значит колокольчик), в него входят Пизанский собор (Duomo di Santa Maria Assunta), Баптистерий (Battistero di San Giovanni), кладбище Кампо-Санто (Campo Santo) и площадь чудес (Piazza dei Miracoli) на которой это все расположено. Колокольня расположена недалеко от северо-восточного угла собора. А весь ансамбль считается мировым шедевром итальянской архитектуры средних веков, оказавшим большое влияние на развитие культуры в Италии. Падает Пизанская Башня уже на протяжении восьми столетий. Из-за этого сами итальянцы и называют ее «затянувшимся чудом». Отклонение увеличивается с каждым годом на один миллиметр. А всего здание отклонилось от оси более чем на пять метров, что не так уж и мало. Но, ни смотря ни на что, кампанелла пережила даже землетрясение и сегодня открыта для посещения. С момента постройки Пизанская Башня стала практически символом города. Ее строительство было начато в августе 1173 года, посреди зеленого луга на окраине Пизы вместе с городским собором и крестильней. Вместе с перерывами продолжительность работ составила около двух столетий. Окончательно колокольня была готова в 1370 году. Кто был автором первоначального проекта достоверно неизвестно. Однако исторические хроники предполагают, что это мог быть Бонанно Пизано (Bonanno Pisano). Сегодня определить была ли кривизна постройки задумана изначально или образовалась в результате проседания почвы впоследствии уже невозможно. Хотя второй вариант выглядит более правдоподобным. Скорее всего, изначальный проект уже был в чем том ошибочен. А башня изначально планировалась как вертикальная. Однако практически сразу после постройки первого этажа с колоннадой высотой 11 метров, строение начало кренится в южную сторону. И сначала это были всего лишь четыре сантиметра. После этого строительные работы были приостановлены и возобновились лишь спустя 100 лет. В 1275 году, когда крен Пизанской башни составлял уже 50 сантиметров, ситуацию попытались исправить. Для этого при возведении последующих этажей закладывалось превышение высоты на 10 сантиметров со стороны крена. К сожалению это не сильно помогло, и возведение колокольни пришлось прекратить досрочно, сократив ее на четыре этажа от первоначального проекта. Архитектурные особенности Романо-пизанский стиль Пизанской башни. поражает всех своим изяществом и красотой. Высота ее восьми ярусов после окончания строительства составила 58 метров 36 сантиметров. В самой высокой части высота равна 56 метров 70 сантиметров, а в самой низкой – 55 метров 90 сантиметров. Диаметр основания колокольни, имеющей цилиндрическую форму, составляет 15 метров 54 сантиметра. Толщина внешних стен у основания составляет 4 метра 90 сантиметров, а у вершины – 2 метра 48 сантиметров. Ее отклонение от вертикальной оси на уровне основания составляет 4 метра, а на уровне вершины – 5 метров 30 сантиметров. На верхний уровень кампанеллы возносят 294 ступени. А уж оттуда туристам, одолевшим восхождение, открывается красивый вид на Поле Чудес и ближайшие окрестности. Вся башня выполнена из камня и декорирована цветным мрамором (светло-серого и белого цветов). У ее входа расположены барельефы, на которых изображены мифические фигуры животных. Верх люнета украшен статуей Мадонны с младенцем, выполненной Андреа Гварди (Andrea Guardi). Первый ярус окаймлен глухими арками с пятнадцатью полуколоннами и украшен кессонами, внутри которых можно увидеть розетки идентичные украшениям на баптистерии и соборе. Шесть последующих этажей окружены декоративными романскими аркадами. Их изящество напоминает византийскую архитектуру. Венчает здание звонница, прорезанная арками для семи колоколов. Их вес колеблется от 300 килограмм до 3,5 тонн. Кроме того у каждого из них свое имя и тон. Последующие присоединились к нему уже в 16-17 веках. Кстати все они находятся в рабочем состоянии и до сих пор радуют туристов своим звоном. Колокола Самый первый был отлит в середине 13 века. Его нота соль-бемоль, а имя Паскверечча (Pasquereccia). Второй Терца (Terza) с нотой си-диез появился в 1473 году. Маленький Веспруччо (Vespruccio) с нотой ми выплавили в 1501 году. Крочифиссо (Crocifisso) с нотой до-диез сделал мастер Винченцо Посенти (Vincenzo Posenti), а в 1818 году он был переплавлен Гуаланди да Прато. Даль Поцо (Dal Pozzo) – нота соль изготовили в 1606 году. Во время бомбардировки Второй Мировой войны он был разрушен. После войны его отреставрировали и отправили в музей. А на его месте в 2004 году появилась точная копия. Ассунта (Assunta) с нотой си — самый большой из семи колоколов, появился благодаря Джованни Пьетро Орланди. Последним звонницу пополнил Сан Раньери (нота ре-диез). Причем его неоднократно подвергали переплавке. В последний раз это было в 1735 году. Так как собор, к которому относится Пизанская колокольня, является действующим, то перед каждой мессой, а также в полдень все желающие могут услышать перезвон этих колоколов. Интересно, что в средние века колокола звонили не одновременно, а каждый в свой специально установленный литургический час.

4. Падающие башни мира

Во всем мире около 300 падающих башен. Из них башня церкви в г.Зуурхузен (Германия) занимает первое место по углу наклона, далее- Пизанскаябашня, Болонская Гаризенда, Косая башня Невьянска на Урале. Правда, некоторые «призовики» были выпрямлены реставраторами, например минареты Улугбека В Самарканде.

«Падающие» башни есть в Пизе, Болонье, в Афганистане и др. местах.

В Болонье рядом высятся две знаменитые «падающие» башни из простого кирпича. Более высокая башня (высота 97 м, вершина отклонена на 1,23 м от вертикали), продолжает наклоняться и ныне. Вторая -достигает половины высоты своей соседки и наклонена ещё сильнее (её высота 49 м, отклонение от вертикали 2,4 м)

Падающие башни Болоньи не так широко известны, как Пизанская, но точно так же являются символом города, в котором находятся. Наиболее высокая, Азинелли, наклонена не так сильно, как её соседка, Гаризенда, зато она гораздо выше: высота башни Азинелли превышает 97 м. Это делает её наиболее высокой исторической постройкой Старой Болоньи и самой высокой «падающей» башней мира.

Угол наклона башни Азинелли от вертикальной оси составляет 1,3°. Казалось бы, не так много, но при высоте конструкции это приводит к отклонению верхней части башни на 2 с лишним метра. Тем не менее Азинелли способна выстоять и в таком положении, а вот её соседке, Гаризенде, повезло меньше: отклонение той превышало изначально 3 м, и это серьёзно угрожало и самой постройке, и окружающим. Гаризенду укорачивали трижды, и теперь её высота составляет только 48 м. Зато именно она, а не более высокая «сестрица», упомянута в «Божественной комедии» Данте. Строить башни в принципе было модным среди итальянской знати в Средние века. Башни служили жилыми помещениями и укреплёнными цитаделями, а также демонстрировали величие и утверждали власть своего хозяина. В одной только Болонье сегодня можно увидеть около 20 башен, при том что изначально, в 13 веке, их насчитывалось порядка полутора сотен.

Конструкция башен была более-менее одинакова. В каждой был фундамент, усиленный вколоченными в землю столбами, присыпанными камнем. Основание делали из больших каменных блоков, а стены становились чем выше, тем тоньше. Обычно стен было две: более толстая внутренняя и тонкая внешняя, а промежуток между ними засыпали щебнем.В 18 веке Джованни Гульельмо изучал гравитацию, бросая предметы именно с башни Азинелли.

С возведением «падающих» башен, конечно, связано множество легенд, в том числе и та, что обещает влюблённому юноше руку красавицы только после постройки самой высокой башни в городе. Однако историческая правда скорее в том, что технологии строительства в те времена оставляли желать лучшего. Для того, чтобы возвести башню типичной конструкции высотой около 60 м, требовалось от 3 до 10 лет работы. Согласно расплывчатым данным, Азинелли одноимённое семейство начало строить на рубеже 12 и 13 веков. Несколькими столетиями спустя башней завладел город, и здесь была устроена тюрьма. Башни-соседки соединили своеобразным мостиком из дерева, но он сгорел во время городского пожара. Во время Второй мировой войны башня Азинелли использовалась как наблюдательный пост, а впоследствии и как телевышка. Сегодня на башню Азинелли можно подняться по винтовой лестнице, которая насчитывает почти 500 ступеней. Гаризенда для осмотра изнутри закрыта.Другие башни Болоньи, на которые стоит обратить внимание, — это Аззогильди, она же Альтабелла (61 м), Прендипарте, она же Короната (60 м), Скаппи (39 м), Угуццони (32 м), Гильдозаньи и Галуцци.

5.Эйфелева башня

Э́йфелева ба́шня  — металлическая башня в центре Парижа, самая узнаваемая его архитектурная достопримечательность. Названа в честь главного конструктора Гюстава Эйфеля; сам Эйфель называл её просто «300-метровой башней» (tour de 300 mètres).

Башня, впоследствии ставшая символом Парижа, была построена в 1889 году и первоначально задумывалась как временное сооружение, служившее входной аркой парижской Всемирной выставки 1889 года.

Эйфелеву башню называют самой посещаемой платной достопримечательностью мира и самой фотографируемой. Например, в 2006 году на башне побывало 6 719 200 человек, а за всю её историю по 31 декабря 2007 — 236 445 812 человек. Изначальный проект Нугье и Кёшлена был слишком «сухим» в эстетическом плане и не отвечал требованиям, выдвигаемым к сооружениям Всемирной Парижской выставки, архитектура которых должна была быть более изысканной. Чтобы башня более отвечала вкусам требовательной парижской публики, архитектору Стефа́ну Сове́стру (фр.)  было поручено поработать над её художественным обликом. Он предложил обшить цокольные опоры башни камнем, связать её опоры и площадку первого этажа с помощью величественных арок, которые стали бы одновременно главным входом на выставку, разместить на этажах башни просторные застеклённые залы, придать верхушке башни округлую форму и использовать разнообразные декоративные элементы для её украшения.

В январе 1887 г. Эйфель, государство и муниципалитет Парижа подписали договор, согласно которому Эйфелю предоставлялась в личное пользование эксплуатационная аренда башни сроком на 25 лет, а также предусматривалась выплата денежной субсидии в размере 1,5 млн золотых франков, составившую 25 % всех расходов на строительство башни. 31 декабря 1888 года с целью привлечения недостающих средств, создается акционерное общество с уставным фондом 5 млн франков. Половина этой суммы — средства, внесенные тремя банками, вторая половина — личные средства самого Эйфеля.

Итоговый бюджет строительства составил 7,8 млн франков. Башня окупилась за период работы выставки, а её последующая эксплуатация оказалась весьма доходным бизнесом. Строительные работы в течение двух лет, двух месяцев и пяти дней (с 28 января1887 года по 31 марта 1889 года) выполняли 300 рабочих[3]. Рекордным срокам возведения способствовали чертежи чрезвычайно высокого качества с указанием точных размеров 18 038 металлических деталей, для сборки которых использовали 2,5 млн заклёпок.

Чтобы закончить башню в назначенный срок, Эйфель применял, большей частью, заранее изготовленные части. Отверстия для заклёпок были просверлены в намеченных местах уже заранее, и две трети от 2,5 млн заклёпок были заранее установлены. Ни одна из заготовленных балок не весила больше 3 тонн, что очень облегчало поднятие металлических частей на предусмотренные места. Вначале применялись высокие краны, а когда конструкция переросла их по высоте, работу подхватили специально сконструированные Эйфелем мобильные краны. Они двигались по рельсам, проложенным для будущих лифтов. Сложность состояла и в том, что подъемное устройство должно было двигаться вдоль мачт башни по изогнутой траектории с меняющимся радиусом кривизны. Первые лифты на башне приводились в действие гидравлическими насосами. Вплоть до нашего времени используются два исторических лифта фирмы «Fives-Lill», установленные в 1899 г. в восточной и западной опорах башни. С 1983 г. их функционирование обеспечивается электродвигателем, а гидравлические насосы сохранены и доступны для осмотра.

Второй и третий этаж башни связывал вертикальный лифт, созданный инженером Леоном Эду (фр. Léon Édoux; однокурсник Эйфеля по Центральной высшей технической школе). Этот лифт состоял из двух взаимоуравнивающихся кабин.

6.Останкинская башня

Останкинская телебашня — телевизионная и радиовещательная башня, расположенная в Останкинском районе Москвы. Высота — 540,1 м, на момент постройки высочайшая в мире, а по состоянию на декабрь 2017 года — 10-е по высоте свободно стоящее сооружение после:

  1. небоскрёба Бурдж-Халифа (Дубай),

  2. Небесного дерева Токио,

  3. Шанхайской башни (Шанхай),

  4. Абрадж аль-Бейт (Мекка),

  5. Международного финансового центра Пинань (Шэньчжэнь),

  6. Lotte World Tower (Сеул),

  7. телебашни Гуанчжоу,

  8. телебашни Си-Эн Тауэр (Торонто)

  9. Башни Свободы (Нью-Йорк).

Первое название — «Общесоюзная радиотелевизионная передающая станция им. 50-летия Октября». Останкинская телебашня является высочайшим сооружением в Европе и России, а также полноправным членом Всемирной федерации высотных башен.
На момент окончания строительства в зоне действия передатчиков проживало около 10 000 000 человек, башня охватывает территорию с населением свыше 15 000 000 человек. Телебашня принадлежит филиалу ФГУП «Российская телевизионная и радиовещательная сеть» — «Московскому региональному центру».

Московский телевизионный центр на улице Шаболовка был построен в 1936—1938 годах возле Шуховской башни, на которой была установлена передающая телевизионная антенна. 9 марта 1938 года в эфир вышла первая пробная передача, а в 1939 году телецентр начал регулярную работу. Сигнал с Шуховской башни обеспечивал уверенный приём телепрограмм почти на всей площади Москвы и Московской области, но в масштабах страны его мощность была недостаточной. В 1953 году Сергей Новаковский, Ф. Большаков и Н. Скачков обратились к председателю Всесоюзного радиокомитета Алексею Пузину с предложением построить в Москве «фабрику телевизионных программ» — многопрограммный телецентр с 15—20 студиями, передающей станцией и башней-антенной высотой 500 метров, которая обеспечила бы уверенный приём за пределами московского региона. Пузин дал проекту одобрение и представил его Никите Хрущёву, и 15 июля 1955 года Совет министров СССР издал постановление «О строительстве нового телепередающего центра». В январе 1956 года для строительства был выделен участок в районе Черёмушек, но изыскания показали непригодность почв для строительства массивного сооружения. После Черёмушек рассматривались участки около Берсеневской набережной, в районе Крапоткинской улицы и Калужской заставы, а подходящий был найден на территории Останкинского питомника Управления благоустройства города Москвы.

Был проведён всесоюзный конкурс на лучший проект телебашни, который выиграл киевский проектный институт, специализировавшийся на стальных конструкциях и предложивший ажурную металлическую башню наподобие башни Эйфеля в Париже. Заявка не вызвала энтузиазма у архитекторов, которым предстояло претворять проект в жизнь, а член конкурсной комиссии, специалист по железобетонным и металлическим конструкциям Николай Никитин выступил с неожиданным альтернативным предложением — выполнить башню из бетона. Подобный проект бетонной телебашни был успешно выполнен 2 годами ранее в Штутгарте, поэтому ко мнению Никитина прислушались, и инженеру дали возможность подготовить собственную заявку. Предложенная им конструкция была основана на наработках Юрия Кондратюка, автора нереализованного проекта Крымской ветряной электростанции на горе Ай-Петри, помощником которого Никитин работал в 1930-х годах. Кондратюк задумал бетонную конструкцию ветроэлектростанции тонкой и полой, а её прочность должны были обеспечивать стальные канаты под напряжением. В проекте Никитина предотвращение деформации и разрушения бетонного каркаса из отдельных круглых блоков также обеспечивали 149 натянутых тросов. Никитин утверждал, что разработал проект за 1 ночь, а прообразом конусообразного основания башни стала привидевшаяся инженеру во сне перевёрнутая лилия — цветка с крепкими лепестками и толстым стеблем. Впрочем, Никитин стал не первым, кто предложил подобное решение: в 1932 году популярный в Советском Союзе итальянский инженер Пьер Луиджи Нерви представил на один из конкурсов 300-метровую стройную башню, выраставшую из конусообразного основания и увенчанную металлической мачтой. Башня Никитина отличалась от проекта Нерви более длинным стволом и более широким основанием. Секрет Останкинской башни прост: она построена по принципу неваляшки: его вертикальное положение является положением устойчивого равновесия. В этом случае центр тяжести находится на самом низком уровне, потенциальная энергия принимает наименьшее значение 3/4 всей массы башни на 1/9 её высоты

7. Самое высокое место в мире

Тайбэй . — небоскрёб, расположенный в столице Тайваня — Тайбэе. Этажность небоскрёба составляет 101 этаж, высота — 509,2 м, вместе со шпилем. На нижних этажах находятся торговые центры, на верхних расположены офисы. Является восьмым по высоте в мире и пятым по высоте в Азии (самое высокое здание континента с 2003 по 2007 год).

Строительство небоскрёба началось в 1999 году. Официальное открытие состоялось 17 ноября 2003 года, в эксплуатацию здание было введено 31 декабря 2003 года. Стоимость небоскрёба составила 1,7 млрд долларов.

В этом небоскрёбе находятся самые быстрые лифты в мире, поднимающиеся со скоростью 60,6 км/ч. С пятого этажа до обзорной площадки на 89-м можно доехать за 39 секунд. Здание из стекла, стали и алюминия поддерживают 380 бетонных опор, каждая из которых уходит в землю на 80 м. Опасность обрушения при урагане или землетрясении снижает огромный 660-тонный шар-маятник, помещённый между 87 и 91 этажами. По словам разработчиков, башня сможет выдержать землетрясение такой силы, какое бывает в этой местности раз в 2500 лет. Владельцем здания является Тайбэйская финансовая корпорация, оно управляется международным подразделением американской корпорации городских продаж со штаб-квартирой в Чикаго. Название, которое первоначально предполагалось для здания — Тайбэйский мировой финансовый центр — происходит от названия владельца.

Здание является одним из главных символов современного Тайбэя и всего Тайваня. Имеет 101 надземный и 5 подземных этажей. Его архитектурный стиль в духе постмодернизма сочетает современные традиции и древнюю китайскую архитектуру. Многоэтажный торговый комплекс в башне содержит сотни магазинов, ресторанов и клубов.

8. Требования к конструктивным элементам зданий и сооружений

Архитектурные сооружения должны возводиться на века.

Конструктивные элементы (деревянные, каменные, стальные, бетонные и т.п.), воспринимающие основные нагрузки зданий и сооружений должны надёжно обеспечивать прочность, жёсткость и устойчивость зданий и сооружений. Прочность - способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок. Прочность зависит не только от самого материала, но и от вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др. Повышение прочности материалов достигается термической и механической обработкой, введением легирующих добавок в сплавы, радиоактивным облучением, применением армированных и композиционных материалов. Чем выше архитектурное сооружение, тем строже требования к его устойчивости.

Причиной устойчивости Эйфелевой башни в Париже и многих других высотных сооружений является близкое к земле расположение центра масс сооружения. Фундамент – это в полном смысле слова основа здания. Расчёты фундаментов основаны прежде всего на учёте силы давления на грунт: при данной массе сооружения давление уменьшается с ростом площади опор

Результаты исследования

Опыт 1

Поставим один на другой 15 – 20 пустых спичечных коробков так, чтобы получить из них ровную прямую колонну. Она будет очень неустойчива: Малейшего толчка достаточно, чтобы колонна рассыпалась. Поставим один на другой 15 – 20 пустых спичечных коробков так, чтобы получить из них ровную прямую колонну. Она будет очень неустойчива: Малейшего толчка достаточно, чтобы колонна рассыпалась

Опыт 2

Составим колонну из тех же спичечных коробков, устанавливая их так, чтобы каждый верхний коробок был немного сдвинут относительно нижнего, на который он опирается. Создается такое впечатление, что колонна очень неустойчива и вот - вот упадет. Но оказывается, что она может простоять, не падая, столько же , если не больше времени, что и первая, прямая колонна. Во втором случае колонна из спичечных коробков будет расти в высоту до тех пор, пока ее центр тяжести не сместится так, что проведенная из него вертикальная прямая выйдет за пределы опоры.

Опыт 3

Игрушка-неваляшка не падает и устойчиво стоит на одной нижней точке сферы-основании. Поведение игрушки легко объяснимо: его вертикальное положение является положением устойчивого равновесия. В этом случае центр тяжести находится на самом низком уровне, потенциальная энергия принимает наименьшее значение. У неваляшки внутреннее устройство со смещенным вниз центром тяжести.

Вывод:

Заключение

В основе созданных человеком архитектурных композиций лежат результаты многосторонних исследований, в частности полностью выполняются законы физики, а также выполняются свойства равновесия, устойчивости, прочности и жесткости

Литература

1. Абышева Н.А. Авторская программа предпрофильного межпредметного курса «Физика и искусство» Газета «Физика» 1 сентября №2 2006г

2. Я.И. Перельман «Занимательная физика» Москва «Наука» 1982г.

3. И.Л. Юфанова «Занимательные вечера по физике в средней школе» Москва «Просвещение» 1990г.

4. И.Я. Ланина «Внеклассная работа по физике» Москва «Просвещение» 1977г.

5.М.И. Блудов «Беседы по физике» Москва «Просвещение» 1984г.

Рис.1 Памятник Петру1 Рис.2 Пизанская Башня Рис.3 Падающая Пизанская башня Рис.4 Падающая башня в БолоньеРис.5 Эйфелева башняРис.6 Останкинская башняРис.7 Самое высокое здание на Тайване

Рис.8 Падающая башня в Китае

9

Физика в строительстве и архитектуре

Муниципальное бюджетное 

Общеобразовательное учреждение

«Средняя  общеобразовательная школа № 75 » 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Физика в строительстве и архитектуре  
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила: Стрелкова Ирина

ученица 11 Б класса  

Руководители: учитель физики

II-ой категории

Левина  Марина Александровна

Инженер строительной компании

Стрелков  Александр Павлович 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск

2009

Содержание.

I.Введение…………………………………………………………………….…..3

II.Основная часть

  1. Основные понятия…………………………………………………….…..4
  2. Теплотехнический расчет наружных стен………………………………6
  3. Теплотехнический расчёт чердачного перекрытия………………..…....8
  4. Выписка из СНиП 23-02-2003…………………………………………..10

III.Заключение…………………………………………………………..………12

IV.Список используемой литературы…………………………..……………..13 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тема  моей исследовательской работы «Физика  и архитектура». Я выбрала эту  тему, потому что она мне очень интересна. После окончания школы я буду поступать в Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет. Мне интересно, как строятся дома, какие технологии строительства использовались и как физика связана с архитектурой. 

Слово «архитектура» происходит от греческого «аркитектон», что в переводе  означает «искусный строитель». Сама архитектура относится к той области человеческой деятельности, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. В архитектуре взаимосвязаны функциональное, техническое и художественное начала (польза, прочность, красота).

В современном  понимании архитектура - это искусство  проектировать и строить здания, сооружения и их комплексы. Она организует все жизненные процессы. По своему эмоциональному воздействию архитектура - одно из самых значительных и древних  искусств. Сила ее художественных образов  постоянно влияет на человека, ведь вся его жизнь проходит в окружении  архитектуры. Вместе с тем, создание производственной архитектуры требует  значительных затрат общественного  труда и времени. Поэтому в  круг требований, предъявляемых к  архитектуре наряду с функциональной целесообразностью, удобством и  красотой входят требования технической  целесообразности и экономичности. Кроме рациональной планировки помещений, соответствующим тем или иным функциональным процессам удобство всех зданий обеспечивается правильным распределением лестниц, лифтов, размещением  оборудования и инженерных устройств (санитарные приборы, отопление, вентиляция). Таким образом, форма здания во многом определяется функциональной закономерностью, но вместе с тем она строится по законам красоты. 

В архитектуре, как в никаком другом искусстве, тесно переплелись, постоянно взаимодействуя между собой, красота и полезность функционального назначения построек. Неделимое целое в архитектуре  создается средствами эстетической выразительности, главным из которых  является тектоника – сочетание  конструкции архитектурной формы  и работы материала. Воплощая свой замысел, архитектор должен знать многие физические свойства строительных материалов: плотность  и упругость, прочность и теплопроводность, звукоизоляционные и гидроизоляционные  параметры, функциональные характеристики света и цвета.

 

 В  основе выбора архитектурной  композиции лежат данные многих  наук: надо учитывать назначение  сооружения, его конструкцию, климат  местности, особенности природных  условий. Среди всех наук физика  занимает важное место, которое  особенно возросло в современной  архитектуре и строительстве.

В своей  работе я бы хотела рассмотреть физические свойства строительных материалов. 
 

Прочность 

Прочность - способность материала сопротивляться разрушению, а также необратимому изменению формы (пластической деформации) при действии внешних нагрузок, в  узком смысле — только сопротивление  разрушению. Прочность твёрдых тел  обусловлена в конечном счете  силами взаимодействия между атомами  и ионами, составляющими тело. Прочность  зависит не только от самого материала, но и от вида напряжённого состояния (растяжение, сжатие, изгиб и др.), от условий эксплуатации (температура, скорость нагружения, длительность и  число циклов нагружения, воздействие  окружающей среды и т. д.). В зависимости  от всех этих факторов в технике  приняты различные меры прочности: предел прочности, предел текучести, предел усталости и др. Повышение прочности  материалов достигается термической  и механической обработкой, введением  легирующих добавок в сплавы, радиоактивным  облучением, применением армированных и композиционных материалов. 
 
 

Устойчивость 

Устойчивость  равновесия - способность механической системы, находящейся под действием  сил в равновесии, почти не отклоняться  при каких-либо незначительных случайных  воздействиях (лёгких толчках, порывах  ветра и т.п.) и после незначительного  отклонения возвращаться в положение  равновесия. 
 
 

Жёсткость конструкции 

Жёсткость - способность тела или конструкции  сопротивляться образованию деформации; физико-геометрическая характеристика поперечного сечения элемента конструкции. Понятие жёсткости широко используется при решении задач сопротивления  материалов.  
 

Звукоизоляция 

Звукоизоляция – это ослабление звука при его проникновении через ограждения зданий; в более широком смысле — совокупность мероприятий по снижению уровня шума, проникающего в помещения извне. Количественная мера звукоизоляции ограждающих конструкций, выражаемая в децибелах (дб), называется звукоизолирующей способностью. Различают звукоизоляцию от воздушного и ударного звуков. Звукоизоляция от воздушного звука характеризуется снижением уровня этого звука (речи, пения, радиопередачи) при прохождении его через ограждение и оценивается частотной характеристикой звукоизоляции в диапазоне частот 100—3200 гц с учётом влияния звукопоглощения изолируемого помещения. Звукоизоляция от ударного звука (шагов людей, передвигания мебели и т.п.) зависит от уровня звука, возникающего под перекрытием, и оценивается частотной характеристикой приведённого уровня звукового давления в том же диапазоне частот при работе на перекрытии стандартной ударной машины, также с учётом звукопоглощения изолируемого помещения. 
 
 

Теплопроводность 

Теплопроводность - это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Общепризнанная  концепция теплосбережения состоит из трех основных положений:

- Сведение к минимуму трансмиссионных потерь тепла.

- Наружная оболочка дома должна быть плотной.

- Отсутствие (сведение к минимуму) мостиков холода. 
 
 
 
 

Одна  из главных функций дома — сохранение тепла, что особенно важно в нашем  неприветливом климате. Поэтому  конструкция наружных ограждающих  поверхностей носит принципиальный характер. Необходимым является безусловное  выполнение требований СНиП «Тепловая защита зданий», которые содержат высокие требования к тепловой защите. 
 
 

Теплотехнический расчет наружных стен 

  Теплотехнический  расчет выполняется из условия 

           ,где Rtэм – экологически целесообразное сопротивление теплопередаче, м2˚С/Вт 2Тэл не определяем с в силу неопределённости цен на тепловую энергию и строительные материалы.

 Rtнорм. – нормальное сопротивление теплопередаче, м2˚С/Вт согласно СНиП [2] для наружных стен применяется Rtнорм.=2∙( м2˚С/Вт) по таблице 5.1 [2]

 Rtтр. – требуемое сопротивление теплопередаче м2˚С/Вт.

 Приняты условные обозначения:

 КЭУ – кирпич керамический ; лицевой эффект.

 ПЛ – полистирольные плиты.

 КРЭУ –  кирпич керамический рядовой эффект утолщенный ГОСТ 530-80

 ПН – пароизоляционный слой из полиэтиленовой пленки толщенной 0,2-0,3 мм ГОСТ 10354-82.

 НПШ – известково-песчаная штукатурка.

 Утеплитель  из плит полистирол бетона. Теплотехнические характеристики наружных стен предусмотрены в таблице 1.1  
 

 Таблица 1.1. 

Наименование

слоя

Плотность

Кг/м3

Толщина слоя

δ,м

Расчет  коэффициента

Теплопроводности

λ,Вт/ м2˚С

Расчет  коэффициента

усвоения

ρ,Вт/ м2˚С

КЭУ16000,120,788,48
ПЛ8000,140,101,56
КРЭУ16000,380,798,48
НПШ16000,020,819,76
 
 

 По  таблице 4.2 СНиП [2], определяем, что для  теплотехнических расчетов  

отражающий  контактирующий тепло-физические характеристики материалов необходимо принимать по графе "Б" приложение А1[2].

 Принятая  конструкция стены имеет сопротивление  теплоотдаче 2,379 м2˚С/Вт, что отвечает требуемым нормам.

 Проверяем соответствие Rt> Rtтр.

 Требуемое сопротивление теплоотдаче ограждений определяем по форме 

 Rtтр=(h∙(tB∙tn))/∆ tBαB   (1),где tB – расчетная температура, ˚С внутреннего воздуха, принимаемая по таблице tB=18˚С.

 tn – расчетная зимняя температура, наружного воздуха принимаемая по таблице с учетом тепловой энергии ограждения Д (за исключением заполнителей проёмов).

 Д по формуле :

 Д=Є RiSi=Σ( jii)∙Si (1) 

 Д=(0.12/0.72)∙8.48+(0.14/0.1)∙1.56+(0.38/0.79)∙8.48+(0.02/0.81)∙9.76=7.9

 Тогда tn – принимаем равной минус 29˚С. n – коэффициент, учитывающий положение наружной поверхности ограждающей конструкцию по отношению к наружному воздуху, принимаемой по таблице 5,5[2] n=1.

 ∆ tB –расширенный перепад, ˚С м/с температурой внутренней поверхности ограждаемой конструкции принимаемый по таблице 5,5[2], tB=6˚С

 αB – коэффициент теплопередачи Вт/ м2˚С внутренней поверхности ограждающей поверхности ограждающей конструкции принимаемый по таблице  5,5[2],               αB=8,7 Вт/ м2˚С

 Определяем  Rtтр:

 Rtтр= (1∙(18+29))/6∙8,7=0,9 м2˚С/Вт

 Так как Rt=2= Rtнорм.  > Rtтр=0,9 м2˚С/Вт, то принятая конструкция стен отвечает техническим требованиям. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 Теплотехнический  расчёт чердачного перекрытия 

 Конструкция чердачного перекрытия и теплотехнические характеристики предоставлены в таблице 2.1 

Исследовательская работа «Физика и архитектура»

Текст этой презентации

Слайд 1

Исследовательская работапо физике на тему
Физика и архитектура

Слайд 2

Цель: рассмотреть общие положения на основе материала, позволяющие понять, как решается проблема создания технических сооружений и вопросы энергосбережения. Научиться определять центр тяжести, разработать свой проект здания необычной формы с элементами «зеленых» технологий и воплотить этот проект в макете. Задачи: 1. Исследовать конструкцию строительства зданий и выявить основные физические свойства строительных материалов 2. Подробно описать и исследовать основные проблемы и свойства строительства архитектурных сооружений, найти проблемы неустойчивости зданий, сооружений 3. Изучить энергосберегающие технологии в архитектуре и воплотить свои идеи в макете

Слайд 3

Гипотеза: Если подробно разобрать конструкцию строительства и выявить все признаки строительства с учетом физических законов, то архитектурные сооружения будут возводиться на века. Человек будет полностью обеспечен не только пространственной средой для его жизни и деятельности, но и дополнительным источником энергий.

Слайд 4

Научная новизна

Слайд 5

Слайд 6

Слайд 7

Слайд 8

«зеленые» дома

Слайд 9

Слайд 10

История возникновения
Ряд вопросов, связанных с равновесием, очень важных для строительной техники, решил Архимед. Он, в частности, доказал, что любая плоская фигура имеет одну замечательную точку: если фигура находится на весу, опираясь на острие только этой точкой, то такая фигура сохранят равновесие в любом положении. Эту точку Архимед и назвал центром тяжести. Открытие центра тяжести тела имело очень большое значение для строительства. За тысячи лет до Архимеда египтяне устанавливали гигантские колонны – обелиски, но не сумели открыть обязательное условие, при котором обелиск не падает. Конечно, они понимали, что нужно устанавливать его вертикально. Но ведь и слегка наклонившийся обелиск еще сохраняет равновесие. Насколько же можно наклонить обелиск, чтобы он не упал? На этот вопрос ученые нашли ответ после исследований Архимеда. Строители узнали, что пока отвес, мысленно опущенный из центра тяжести сооружения, не выходит за пределы площади опоры, оно сохранит равновесие.

Слайд 11

Правило Архимеда

Слайд 12

Слайд 13

Слайд 14

Требования к конструктивным элементам зданий: Архитектурные сооружения должны возводиться на века. Конструктивные элементы (деревянные, каменные…), воспринимающие основные нагрузки зданий и сооружений должны надежно обеспечивать прочность, устойчивость зданий и сооружений.

Слайд 15

Немаловажным фактором является учет таких физических свойств зданий как сопротивление теплопередаче паро- и воздухопроницание

Слайд 16

Примерные годовые потери тепла в обычном доме

Слайд 17

Теплофизическая характеристика строительных материалов и конструкций.
Сравнение теплопроводности различных стеновых материалов: Сравнение теплопроводности различных стеновых материалов: Сравнение теплопроводности различных стеновых материалов:
Материал Коэффициент теплопроводности, Вт/м °С Толщина стен, см при температуре до - 30°С
Кладка из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе 0,56 62
Блоки из ячеистого бетона при различной плотности 0,11-0,14 13-16
Древесина сосны (поперек волокон) 0.09 10

Слайд 18

Использование древесины

Слайд 19

Слайд 20

Витражи

Слайд 21

Слайд 22

Слайд 23

Фундамент зданий

Слайд 24

Зависимость давления здания от площади основания

Слайд 25

Слайд 26

Останкинская башня

Слайд 27

Последствия неправильной закладки фундамента

Слайд 28

«Бесоба» в Караганде

Слайд 29

Знаменитая пизанская башня

Слайд 30

Слайд 31

Центр тяжести геометрических фигур

Слайд 32

Энергосберегающее жилье

Слайд 33

Слайд 34

Мой проект «Зеленый Дом»

Слайд 35

Теплоизоляционные материалы в строительстве
№ Материал Скорость изменения температуры, °С/с Коэффициент теплопроводности Вт/м·°С
1 Алюминий 0,343 230
2 Бетон 0,315 1,75
3 Кирпич 0,256 0,810
4 Асбест 0,271 0,350
5 Рубероид 0, 241 0,170
6 Древесина 0,232 0,150
7 Бумага 0,206 0,140
8 Пробка 0,157 0,047
9 Стекловата 0,104 0,045
10 Пенопласт 0,069 0,040
11 Пенополистерол 0,057 0,027
12 Пенополиуретан 0,056 0,025

Слайд 36

Инженерное обеспечение.Строительство

Слайд 37

Размер и Форма

Физика в архитектуре 5 примеров. Физика в строительстве и архитектуре

Слайд 2

План

Архитектура как искусство проектировать и строить объекты, оформляющие среду обитания человека. Каменная архитектура древнего мира и её достижения. Семь чудес света. Здания, сооружения и ансамбли, составляющие всемирное культурное наследие: необходимость бережного отношения к памятникам архитектуры. Требования к конструктивным элементам зданий и сооружений и их учёт в архитектурной практике и строительстве. Проблемы современного градостроительства. Какими будут города будущего: некоторые архитектурные идеи.

Слайд 3

Архитектура (латинское architectura, от греческого architekton - строитель) - искусство проектировать и строить объекты, оформляющие пространственную среду для жизни и деятельности человека. Произведения архитектуры - здания, ансамбли, а также сооружения, организующие открытые пространства (монументы, террасы, набережныеит.п.). Сама архитектура относится к той области человеческой деятельности, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. В архитектуре взаимосвязаны функциональное, техническое и художественное начала (польза, прочность, красота).

Слайд 4

Австралия. Гавань в Сиднее. Вид на оперный театр - один из символов города.

Слайд 5

Оперный театр Сиднея- один из символов города. Его архитектурная доминанта. В 1954 году городские власти объявили конкурс на лучший проект. Победил датский архитектор Йорн Утсон, но его проект оказался слишком дорогостоящим, Утсон вынужден был отказаться от него. Однако в 1973 году (почти через двадцать лет) здание все же достроили. Сейчас Сиднейский оперный театр - огромный комплекс, включающий шесть зрительных залов и два ресторана.

Слайд 6

Ландшафтная архитектура

Ландшафтная архитектура - искусство создавать гармоничное сочетание естественного ландшафта с освоенными человеком территориями, населенными пунктами, архитектурными комплексами и сооружениями. В цели ландшафтной архитектуры входит охрана естественных ландшафтов и создание новых, планомерное развитие системы естественного и искусственного ландшафта.

Слайд 7

Люксембург.Висячиесады.

Слайд 8

Функции архитектурного сооружения определяют его план и пространственную структуру. Выставочный центрконцерна «Филипс».

Слайд 9

Образно-эстетическое начало в архитектуре связано с её социальной функцией и проявляется в формировании объемно-пространственной и конструктивной системы сооружения. Дефанс,деловойиторговыйрайонвсеверо-западнойчастиПарижа.

Слайд 10

Выразительными средствами архитектуры являются композиция, ритм, архитектоника, масштаб, пластика, синтез искусств и др. В основе выбора архитектурной композиции лежат данные многих наук: нужно учитывать не только назначение сооружения и его конструктивные особенности, органичность здания или сооружения в окружающей застройке, но и климат местности, особенности природных условий и т. д. Среди всех этих наук физика занимает важное место, которое особенно возросло в современной архитектуре и строительстве.

Слайд 11

Архитектуру древнего мира называют монументальной каменной архитектурой, т. к. с помощью простых инструментов приходилось обтёсывать и шлифовать, а потом с удивительной точностью подгонять друг к другу огромные каменные глыбы. Старинная кладка из природного камня (Сардиния).

Слайд 12

Семь чудессвета - так назывались в древности семь произведений зодчества и ваяния, превосходившие все другие своею колоссальностью и роскошью, а именно: 1) пирамиды египетских фараонов, 2) висячие сады вавилонской царицы Семирамиды, 3) эфесский храм Артемиды, 4) статуя Олимпийского Зевса, 5) надгробный памятник царя Мавзола, в Галикарнассе, 6) колосс Родосский, 7) маячная башня, воздвигнутая в Александрии при Птолемее Филадельфе (в конце III в. до Р. Хр.) и имевшая около 180 м высоты.

Слайд 13

Из семи чудес света сохранившимися до нас дошли пирамиды египетских фараонов. В Гизе стоят три самых больших пирамиды, принадлежащих фараонам Хеопсу, Хефрену и Менкара, несколько меньших, великий сфинкс, между лапами которого помещается небольшой храм, и другой гранитный храм к юго-востоку от первого. В одной из зал храма, в колодце, Mapиетт нашёл статуи Хефрена, разбитые, кроме одной. Кроме того здесь много гробниц частных лиц и надписей. Пирамиды описывали Давинсон (1763), Нибур (1761), французская экспедиция (1799), Гамильтон (1801) и мн. др.

Слайд 14

Египет. ВеликиепирамидывГизе.

Слайд 15

У пирамиды фараона Хефрена (Хафра) в Эль-Гизе находится высеченный из скалы «Большой сфинкс» - фантастическое существо с туловищем льва и портретной головой фараона Хефрена. Высота гигантской фигуры - 20 м, длина 73 м. Арабы называют его Абу эль-Хол - «отец безмолвия». Между лапами сфинкса стоит стела фараона Тутмоса IV. По преданию, принц однажды задремал здесь и увидел во сне, как его будут венчать короной Верхнего и Нижнего Египта, если он очистит сфинкса от песка. Тутмос так и поступил, и сон его стал явью - Тутмос стал фараоном. Нос сфинксу отстрелили в Средние века мамлюкские солдаты.

Слайд 16

Сфинкс и пирамида Хеопса. Пирамида Хеопса в Гизе - крупнейшая (высота 146,6 м) в Египте. Датируется III тысячелетием до н. э.

Слайд 17

Загадки пирамид

В пирамидах и храмах, поражающих своим величием и грандиозностью, много неразгаданных тайн. Вот одна из них. Пирамиды сложены из огромных плит. Как могли древние с помощью своих несовершенных орудий труда поднять эти глыбы на такую высоту? Ни один современный кран не справится с задачей подъёма цельных плит объёмом до 400 куб. метров!

Слайд 18

Может, дело обстояло так?

Слайд 19

В 1972 году ЮНЕСКО приняла Конвенцию об охране всемирного культурного и природного наследия (вступила в силу в 1975). Ратифицировали Конвенцию (начало1992) 123 страны-участницы, в том числе Россия. В списке Всемирного наследия 358 объектов из 80 стран (на начало 1992): отдельные архитектурные сооружения и ансамбли, города, археологические заповедники, национальные парки. Государства, на территории которых расположены объекты Всемирного наследия, берут на себя обязательства по их сохранению.

Слайд 20

В список Всемирного наследия включены Московский Кремль и Красная площадь.

Московский Кремль – историческое ядро Москвы. Расположен на Боровицком холме, на левом берегу реки Москва, при впадении в неё реки Неглинная (в начале 19 в. заключена в трубу). Современные стены и башни из кирпича возведены в 1485-95 гг. Башни в 17 в. получили существующие ныне ярусные и шатровые завершения. Московский Кремль - один из красивейших архитектурных ансамблей мира. Памятники древнерусской архитектуры: соборы - Успенский (1475-79), Благовещенский (1484-1489) и Архангельский (1505-08), колокольня «ИванВеликий» (1505-1508, надстроена в 1600), Грановитая палата (1487-91), Теремной дворец (1635-36) и другие. В 1776-87 построено здание Сената, в 1839-49 - Большой Кремлевский дворец, в 1844-51 - Оружейная палата. В 1959-61 сооружен Дворец съездов (ныне государственный Кремлевский дворец). Среди 20 башен Московского Кремля наиболее значимы Спасская, Никольская, Троицкая, Боровицкая. На территории - замечательные памятники русского литейного дела «Царь-пушка» (16в.) и «Царь-колокол» (18 в.).

Слайд 21

Москва. Кремль ночью.

Слайд 22

Красная площадь - центральная площадь Москвы, примыкающая с востока к Кремлю. Образовалась в конце 15 в., называется Красной (красивой) со 2-й половины 17 в. Первоначально торговая площадь, с 16 в. место торжественных церемоний. С запада ограничена кремлёвской стеной с башнями, в 1508-16 отделенной рвом. В 1534 сооружено Лобное место. В 1535-38 в границах Китай-города. В 1555-60 воздвигнут Покровский собор (храм Василия Блаженного). После пожара 1812 ров засыпан, перестроены торговые ряды. В 1818 открыт памятник К. Минину и Д. Пожарскому. В конце 19 в. сооружены Исторический музей, новые Верхние торговые ряды (ГУМ). В 1924-30 построен мавзолей В. И. Ленина. В 1930-31 площадь замощена брусчаткой. В 1992-94 воссоздан Казанский собор (около 1636; разобран в 1936). От Красной площади ведется отсчёт расстояния по всем идущим от Москвы шоссе.

Слайд 23

Красная площадь

Слайд 24

К сожалению, в 1928-33 гг. по распоряжению советского правительства на территории Московского Кремля снесены многие памятники архитектуры, в том числе собор Спаса на Бору (1330), ансамбль Чудова монастыря с собором (1503) и Вознесенского монастыря с Екатерининской церковью (1808-17), Малый Николаевский дворец (с1775) и другие. В 1992г. Россия ратифи

Физика в архитектуре нирс | Образовательный портал EduContest.Net — библиотека учебно-методических материалов

ОБЛАСТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Иркутский техникум архитектуры и строительства»

Научно-исследовательская работа на тему:
«Физика в моей профессии»

Выполнили:
Студенты 1-го курса
группы АТ-12-435
Головко Надежда
Подшивалов Владислав
Руководители:
Змеева Наталья Григорьевна
Боева Галина Перфильевна.

Иркутск 2013
Оглавление
13 TOC \o "1-3" \h \z \u 1413 LINK \l "_Toc350890374" 14Введение 13 PAGEREF _Toc350890374 \h 1431515
13 LINK \l "_Toc350890375" 14Глава 1. Теоретическая часть 13 PAGEREF _Toc350890375 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc350890376" 141.1 Равновесие абсолютно твердых тел и его условия 13 PAGEREF _Toc350890376 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc350890377" 141.1.1 Условия равновесия 13 PAGEREF _Toc350890377 \h 1451515
13 LINK \l "_Toc350890378" 141.1.2 Виды равновесий 13 PAGEREF _Toc350890378 \h 1471515
13 LINK \l "_Toc350890379" 141.2 Прочность, устойчивость, жесткость конструкций 13 PAGEREF _Toc350890379 \h 1491515
13 LINK \l "_Toc350890380" 14Глава 2. Исследовательская часть 13 PAGEREF _Toc350890380 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc350890381" 142.1 Как повысить устойчивость равновесия? 13 PAGEREF _Toc350890381 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc350890382" 142.2 Анализ архитектурных сооружений 13 PAGEREF _Toc350890382 \h 14101515
13 LINK \l "_Toc350890383" 142.2.1 Манхэттенский мост. 13 PAGEREF _Toc350890383 \h 14111515
13 LINK \l "_Toc350890384" 142.2.2 Останкинская телебашня 13 PAGEREF _Toc350890384 \h 14121515
13 LINK \l "_Toc350890385" 142.2.3 Памятник Петру I «Медный всадник» 13 PAGEREF _Toc350890385 \h 14131515
13 LINK \l "_Toc350890386" 142.2.4 Глазковский мост 13 PAGEREF _Toc350890386 \h 14141515
13 LINK \l "_Toc350890387" 142.2.5 Московские Триумфальные ворота 13 PAGEREF _Toc350890387 \h 14151515
13 LINK \l "_Toc350890388" 14Заключение 13 PAGEREF _Toc350890388 \h 14161515
13 LINK \l "_Toc350890389" 14Понятийный словарь 13 PAGEREF _Toc350890389 \h 14171515
13 LINK \l "_Toc350890390" 14Список литературы 13 PAGEREF _Toc350890390 \h 14181515
15

Введение
Актуальность. Что же такое «Архитектура» и что она изучает? В современном понятии архитектура – это искусство проектировать и строить здания, сооружения и их комплексы. Назначением архитектуры является создание искусственной среды, в которой протекают жизненные процессы общества и отдельных людей. Как материальная среда архитектура отражает социальные условия жизни общества, как искусство – способ оказывать глубокое эмоциональное воздействие, как сфера материального производства – опирается на строительную технику.
Архитектура, предс

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *