Физика в строительстве и архитектуре

метки: Искусство, Процесс, Познание, Живопись, Материал, Прочность, Архитектура, Конструкция

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.

Армянская архитектура

... хачкаров — памятников малой архитектуры. В 885 году, после восстановления армянской государственности, архитектура Армении переживает новое возрождение. В главных городах строятся новые значительные архитектурные здания, развивающие ... 888 гг.), а также тенденция включения этих приделов в общую композицию сооружений (монастыри Котаванк, Макеняц). Купольная композиция VII века с четырьмя отдельно ...

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

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

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

R_t тр. – 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/м 3	Толщина слоя δ,м	Расчет коэффициента Теплопроводности λ,Вт/ м 2 ˚С	Расчет коэффициента усвоения ρ,Вт/ м 2 ˚С
КЭУ	1600	0,12	0,78	8,48
ПЛ	800	0,14	0,10	1,56
КРЭУ	1600	0,38	0,79	8,48
НПШ	1600	0,02	0,81	9,76

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 R_t > R_t тр.

Требуемое сопротивление теплоотдаче ограждений определяем по форме

R_t тр=(h∙(t_B ∙t_n ))/∆ t_B α_B (1),где t_B – расчетная температура, ˚С внутреннего воздуха, принимаемая по таблице t_B =18˚С .

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

Д по формуле :

Д=Є

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 t_n – 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.

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

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

Определяем R_t тр:

R_t тр= (1∙(18+29))/6∙8,7=0,9 м² ˚С/Вт

Так как R_t =2= R_t норм. > R_t тр=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