Her Stadyumun Günlük Nefes Vermesinin Arkasında Gizli Fizik

Oyun gününde, dikkat eyleme odaklanır - kalabalık enerjisi, sporcular, gösteri. Ama yüzeyin altında görünmez bir süreç sürekli çalışır, asla bir gün kapalı değildir. Her stadyum nefesler ve aşırı sıcaklıklar değişir. Çelik kirişler orta gün güneş ve soğuk çöl geceleri boyunca uzun sürer.

Sayılar bir sobering hikayesi anlatıyor. Yapısal çelik, her derece ° C derece artış için uzunluğunın yaklaşık 12 milyonunu genişletiyor. 45 derece sıcaklık hızıyla dolu bir sıcaklık hızla 80 milimetreye doğru hareket eder.Bu hareket beklenmedik bir direnişle karşılaştığında - sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık

Bu makale, termal hareket eden fizikleri inceler, sert dersler öğretilen tarihi başarısızlıklar ve modern stadyumların on yıllar boyunca güvenle nefes almasına izin veren tasarım stratejileri.

Sıcaklık Değişimleri Nasıl Yapısal Harekete Geçiyor

Her bina materyali, ısı geçişinin başına ne kadar yayıldığını açıklayan bir değer taşır. Serbest genişleme, beton çerçeveleri birleştirdiğinde ortaya çıkar. - her bina materyali, çelik perdeleri, alüminyum perde duvarlarının tek bir birbirine bağlı bir sisteme nasıl yayıldığını açıklayan bir değer.

Gerçek dünya koşulları ders denklemlerinin ötesinde karmaşıklık sağlar. Bir stadyum nadiren hava sıcaklığındaki üniforma sıcaklığında üniformalı sıcaklık 345L = α αT basit görünüyor, ancak doğru şekilde etkili sıcaklıklar yaratmak, gölgeleme kalıpları, ve termal inertia.Retractable çatılar yavaşça ve soğuk yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş

US $ 1.Bölüm (İngilizce) The American Institute of Steel Construction Design Guide 10) Çelik yapılar için referans değerleri sağlarken, Amerikan Beton Enstitüsü beton davranışı için kılavuzları yayınlar.

Çelik Cevap: Hızlı Isıtma, Hızlı Stres

Yapısal çelik, 11.7 × 10 -6'yı derece ° CTE'ye taşır, 50 derece aralığındaki birincil konduit haline getirir ve çatı sistemlerindeki ısı hareketi için en kısa sürede ısı taşır. Çelik, ısıyı verimli bir şekilde gerçekleştirir, yani bireysel üyeler hızla çevre sıcaklığına ulaşır.Bir canlı yük uygulanmadan önce 200 metre uzunluğundaki bir taşlarır.

Modern stadyum tasarımları, bu güçleri serbest bırakmak için şampuan yüzeyleriyle kayaç yapılara sahiptir. Yaşlı mekânlar genellikle zaman içinde korrode olan kayaç meclislere dayanır, kilitleme ve istenmeyen anları beton alt yapılara aktarmalıdır.Sui[Döneticileri değiştirmişken, termal bisiklet dinamik occupancy ile birleştirir.) Geri dönüşümlü weld toes her ikiyüzlülükle birlikte, yüksek frekanslı yorgunluklar ile birlikte, tüm gün boyunca elektriksel bağlantıların taşınması gerekir.

Beton Davranışı: Mass, Lag ve İç Stres

Beton çelike yakın bir CTE vardır - temelin serin kaldığı sürece, çatlakları genellikle 30 ila 60 metrede tutmak niyetindedir, ancak, beton diffüzleri yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yavaşlar, iç stres gradyanları yaratır.

Creep kısmen zaman içinde sert ısıtıcı stres rahatlatır, ancak soğutma sözleşmesinin kurup tükenme ile bir araya getirildiğinde gerginlik sorunları kötüleştirebilir. Yüksek su seviyesi oranları ile pompalanan beton, büyük oturma katmanında yaygın olarak, termal sözleşmeye ekleyen yüksek azaltıcı sunar, gerçekçi eklem hareket aralıklarının ötesinde çatlakları tahmin etmek için baskı yapar.

Dissimilar Malzemeler: Stres Altında Arablar

Farklı malzemeler bağlanırken - beton plakalarda yer alan çelik borular, alüminyum borular sadece çelik tellere bağlı değil, alüminyum çerçevelerde tutulan cam paneller - farklı CTE değerleri, yüzeyde hear stresleri yaratır.Feral beton çelik zemin sistemleri için kullanılan, çelik teller için sadece yarım saat boyunca değil, aynı zamanda sıcaklık değişikliklerinden yatay geçiş için de gereklidir.

Başarısızlıklardan ve Yakın-Misses'den dersler

Tamam stadyum termal genişlemeden çökmüş olsa da, tasarım varsayımlarının kırıldığı yıkıcı potansiyeli ortaya çıkarır.

Kısmen çatı, beklenmedik termal kuvvetlerin truss bağlantısına kadar kilitlediği, tespit edilmemiş bir gusset plakasına sahip olduğu için Amsterdam'da yer alan bir kesintiye uğramak için izlendi.

2010 yılında, tamamen silinen bir eklemin toz ve oxidasyon olarak adlandırılan orijinal spesifikasyona tamamen yeniden değerlendirilmesine izin verdi.

Belki de en öğretici vaka, mast ve Kevlar membran çatı sistemi ile karşı karşıya kalan problemler ile karşı karşıya kalır. Kablo netleri ile eşsiz gerilim dağıtımları ve membran aşırı sağlayıcı sistemlerde , mast'in sıcaklık değişiklikleriyle özgürce hareket etmesine izin veren hidrolik hareket tazminat sistemleri, dünya çapında geri dönüşümlü mast ve Kevlar membran çatı tasarımlarını etkileyen bir çözüm.

Yakın zamanda, tümianz Riviera [DÜT:1] Nice, Fransa'da, bir ısı sırasında deneyimli ETFE yastık hataları, tasarım baskı sınırlarının ötesine genişletildi, neden geri kalan yataklarda hata kontrol sistemi oldu, olay, iç hava hacminin termal genişlemesinin aktif yönetim gerektirdiğini vurguladı.

Termal Stres Nerede

Termal kuvvetler rastgele saldırıya uğramaz - hareketin kısıtlanmış veya malzeme değiştiği öngörülebilir yerlere odaklanırlar. Bu bölgeleri tanımlamak hedef tasarım ve denetim sağlar.

Genişleme Ortakları: Savunmanın İlk Hattı

Genişleme eklemleri, birincil savunmayı termal hasara karşı temsil eder, ancak aynı zamanda çoğu zaman başarısız olurlar. Ortaklar hava geçirmezlüğü yaparken döngüsel hareketlere katılmalıdır.Bir ortak yüksek çözünürlükte tamamen soğuk havalarda, su girişi veya yapısal silikon sistemleri, su kirliliğine neden olur ve sismik bölgelerden kaynaklanan hasarlar çift bir meydan okuma ile karşı karşıya kalabilirler: termal hareket için yeterince yaygın eklemler, yüksek çözünürlükte birden fazla eklem kullanır.

Her ortak aynı zamanda yangın bariyerlerinde zayıflığı temsil eder, akustik yalıtım ve kovalama yüzeyleri çalışır. Termal hareket, bu rakip talepleri durdurabilecek sporcular veya kanal sigaralarını ateş sırasında açabilecek boşluklar açar.

Çatıklıklar: Özgürlük Harekete Geçmek

Taşlar -pot, disk veya küresel türler - vulcanizes'in çelik plakalarına aktarıldığı bir elastic taşımaya izin vermez.Bir elektrücu desteği, potansiyel olarak bir anlık bağlantıya dönüştürür, yeniden şekillendirir.Bir pinli çatı truss bilinen sıcaklık değişiklikleri üzerinde desteklenen bir elastic taşımayı destekler.

Roketli sferik yüzeyler hareket ettirilirken 0.05 radyaşlı asırdaklı çeviriyi geri alır.InurFLT:0)Wembley Stadyumu), arka plandaki eğimler boyunca 200 milimetreye kadar taşımaya izin verir, çünkü bakım rejimleri, genellikle V-groove çelik yüzeyleri sorunsuz kalır ve bu matbaaları temiz bir şekilde tutar. Dust birikim, tasarım değerlerinin ötesindeki katlar ve hızlanır.

Facade Systems: Extreme Sıcaklıklar, Büyük Hareketler

Bina zarfı, genellikle çelik altlarından +60°C'den + °C'ye kadar uzanan en aşırı sıcaklık hızlarını deneyimliyor.Uygun iklimlerdeki karanlık metalik panellere. alüminyum cladding, DÜ'ye kadar, çelikler içindeki kaydırakları düzelten panel ortak izin verilen nezaretle, yapısal bozulmalara büyük ölçüde bağlı olarak.

Lüks süitlerdeki cam perde duvarları özel dikkat talep ediyor. Cam, düşük CTE (yaklaşık 9 × 10 -6 derece C derece) ama şu anda çift termal analizleri cam panes ve alüminyum mulliyonlar üzerinde dikte ediyor. Bazı stadyumlar ısı transferlerini azaltır, ancak yapısal analizleri azaltır, çünkü kırılmayı azaltır.

Termal Hareketlerle Çalışmak için Tasarım Yaklaşımları

Başarılı stadyum mühendisliği, savaşmak için bir düşman olarak değil, kılavuzluk için bir hareket olarak davranır. Amaç düşük riskli yollar sağlar, böylece termal susajlar stres olmadan kesintiye uğrar.

Yapısal Zoning ve Yayın

Büyük stadyumlar, çatı yapıları ile köprüyü genişletebilecek dört temel ekleme sahip olabilir; ayrı çatı segmentleri, çatıları kapatarak, dört temel ekleme sahip olabilir, dört kattan oluşan kaseyi, zeminlerine bölmek gibi, çatıyı özgürce genişletebilecek dört temel ekleme sahip olabilir; çatı segmentleri, çatıyı kapatılmayan temel anlarla uyumlu ama çatıları kapatamaz.

Esnek Bağlantılar

Taşıntıların ötesinde, sayısız bağlantı izin verme hareketi gerekir. Koltuklama ve yükseltici eklem hatları genellikle Opene peds üzerinde oturmakta ve sadece bir sonda hayran kalınır. Concession, kapta zeminler inşa edilmişse, hem sismik hem de termal bir yerinden ayrılırlar.

Kandilli çatı tasarımları, geri yaylar, kaseden geçen gerilim çubuklarla bağlanır.Bu çubukların ısıtılması önemli olabilir, bu yüzden genellikle sıcak gerilim ayarlamalarını sağlar.Bu olmadan, ısınıcı basıncı azaltımı etkili bir yük azaltır.

Malzeme Eşleme ve Uyum

Tüm bir yapıya karşı CTE değerleri eşleştirme nadiren kullanılabilir. yerine, hibrit sistemler yerleşik yerleşik bir çelik çatı ile betonarme değerleri sunan, çelik yüzeylere ve dekoratiflere karşı ayrımcı bir hareketle ilişkilendirilebilir.

Betonda ısı molaları - reçine zengin mortarları veya tabakaları taklit etmek - daha düşük maliyetli bir elementler arasındaki bağlantı, ortaya çıkan çelik sütun ve beton temel arasındaki bağlantı, sütunu daha sonra temele doğru genişletmek yerine katı bir köpük ped içerebilir, köprüden alınan bir teknik, daha düşük hacimli destek sütunlarında ortaktır.

Modern Tasarımlar için C ⁇ Modeling

Finite element analizi, termal tasarıma dönüştürüldü. Modeller şimdi, güneş yükü haritalama, enfeksiyona dayanan, yıl zaman ve bitişik yerden yerel gölgeler duruyor. stadyum farklı termal özelliklerle elementlere kırıldı ve sıcaklık yükleri, standart değişiklikler yerine alan değişkenleri olarak uygulanır.

Özelleştirilmiş yazılım paketleri, ısıtılmış çatı mekanizmaları için ısıtılabilir ısı modüllerini birbirine bağlama sıcaklıklarını içerir.Resped software packagelar, soğutma eklemleri sopalıyken tahmin eder.TheurFLT:0) İnşaat ve yüzey sıcaklığı) özellikle sıcak iklimlerdeki sürtünme katlarını alır.

İnşaat ve Sıcaklık Etkileri

İnşaat sırasında ısı hareketi kalıcı hataları tanıtabilir. Sıcak bir öğleden sonra üzerine inşa edilen Çelik, şafakta yapılan aynı parçadan daha uzundur.İki büyük çatı segmentleri farklı mevsimlerde inşa edildiğinde, ortak referans sıcaklığındaki denge pozisyonları sadece erken saatlerde güneş bozulmasından kaçınılabilir.

Post-tanışlı beton bileşenleri başka bir komplikasyonu sunar: soğuk bir günde tendonları daha yüksek prekompresyon üretirler, kısmen beton sıcaklar ve genişliyorlar. Stresli çatılar şimdi sıcaklık düzeltmeleri içerir ve bazı özellikler, bir sonraki segmentin ısıtılması için takip edilmelidir.

Rüzgarla Etkileşim, Kar ve Seismic Yükler

Termal genişleme tek başına hareket etmiyor. Rüzgar yükleri, çelikleri ve stres konsantrasyonlarını desteklemekten daha yavaş bir çatıya itebilir, potansiyel olarak iç içe dönük bağlantıların kapasitesini aşabilir.Sesleik yüzeylerde çatı membranları ASCE 7. Sıcaklık artıları ile ilgili olarak, temelin tasarımını değiştirmek, genellikle temelin tasarımını yapmak, ortak donanım oluşturmak ve genişlemek.

Florida veya Japonya gibi yüksek rüzgar bölgelerindeki yağ yüklemesi, mühendisler ısıtılmış analizler[Döntilmiş bağlantılarda çatlakları hızlandırabilir, özellikle de rüzgar baskılarının zirveye doğru olduğunu ortaya koyarlar.Fort stadiums in high-wind regions such as Florida or Japan, mühendisler performans gösteriyorlar:0) çiftleştirilmiş termomekanik analizler[Dönegen çelikler tamamen genişletilir ve genel sertlikte azaltır.

İzleme, Bakım ve Yaşam döngüsü Yönetimi

En dikkatli ayrıntılı genişleme sistemi bile dikkatsiz sınıflar. Stadyumunlar, önemli eklemlerdeki yer değiştirme transdüserleri, kritik gerilim çubukları üzerinde titreyerek, ve termo çiftleri sürekli olarak bir temel hareketi oluştururlar.

Termal bütünlüğü için denetim listeleri, kayaç yüzeylere doğru doğrulanmış ve temizlenmiş, eklem kontamineleri sağlam ve bağlayıcı değildir ve mevcut katodik korumalar, ortaklar veya yanlış yüzeylerde bulunan yüzeyler için beton dökmek veya yanlış kullanılan boru hatlarının alanları tespit edilebilir.For stadyumlar için, çelik yatak kılavuzlarının korozyonu büyük bir endişedir; sakrifi anodik anodlar veya etkilenen katı koruma garanti edilemez. Düzenli termografik anketler, güneş absorpsiyonları veya mekanik kaymaları tanımlamak için anormal ısıtılabilir.

Komplikeli kaplamalarla boyama çelik işleri, güneş absorpsiyonunu azaltır, ısı aşırılığı aşırı ısıtabilir, 15°C daha soğuktur, sıcak bir termal amplifikasyonda belirtilen azalmalarla ilgili olarak, stadyum sahipleri olarak ısıtılır ve ortak yaşam süresini azaltır.Mevcut karanlık çatılar için, serin renkli kaplamalar, termal amplifikasyon ve ilgili azalmalarla tekrarlanabilir.

İklim Değişikliği ve Yükselen Termal Talepler

Stadyumlar, belirli sıcaklık aralıkları için tasarlandılar şimdi daha sık ve yoğun ısı dalgalarıyla karşı karşıya. 35°C maksimum tasarım sıcaklığının yaz aylarında 0.10C'yi düzenli olarak aşabileceğini bekleyebilirler, tasarım hareket kapasitesinin ötesine geçinir. Orta Doğu iç mekanlarının çatıları, daha büyük bir ısı etkinliği sırasındaki ortak sıkıştırma rezervini tüketmiş durumda, acil durum yeniden aracılık gerektiren bir yer.

Termal stresler ayrıca rüzgar yükleriyle daha yoğun bir şekilde etkileşime girerler, iklim dalgalanmaları fırtına ciddiyetini arttırırlar. Kombinasyon ve rüzgarın birleşik etkisi çatı bağlantıları için bir tasarım sürücüsü haline gelir.S çatı paneli tamamen sıcak, hala gün boyunca yeterince rüzgar direnci eksikliği olabilir; panel sert pozisyonu, şu anda ısıtıcı pozisyondaki ısıtımı azaltır.

Binaların Nefesi için Tasarım

Termal genişleme gizli bir kusur değil, ama saygı duyulan fiziksel bir kesin, sağlam, uzun ömürlü mekanlar üretir.En başarılı stadyumlar, hareketin direndiği yerdekiler, kayaçlarla segmente edilen eklemler ve bakımlar ile birlikte, bu yapıların on yıllar boyunca özgürce nefes almasını sağlayan malzemelerdir.Bu tür yapıların sadece aşırılıkta daha karmaşık hale gelmesinden daha karmaşık hale gelen normal, daha karmaşık bir şekilde, daha karmaşıklaşan çelikte büyümenin daha karmaşık hale getirilmesini sağlar.