XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Практические возможности тенсегрети – моделей в дизайне интерьера

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Резниченко А.В. 1

---

1МАОУ "Лицей № 97" г. Челябинска

Нестерова И.В. 1

---

1МАОУ "Лицей № 97" г. Челябинска

Работа в формате PDF

2.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя I степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

В будущем мнехотелось бы стать архитектором. Я люблю заниматься конструированием и созданием объемных необычных конструкций. Этим летом мне подарили сборную головоломку - тенсегрети, в состав которой входило 6 палочек из бука и 6 резинок. Собранные модели выглядели интересно и необычно. Благодаря натяжению эластичных элементов и твердости других, собранные модели сохраняли свою форму и были достаточно упругими. В интернете я нашел статью о тенсегрети, оказалось, что это принцип построения конструкций из стержней и тросов, в которых стержни работают на сжатие, а тросы — на растяжение. В статье описывалось, как такие конструкции применяют в архитектурном строительстве, а также при создании креативной «парящей» мебели. На первый взгляд все эти конструкции выглядели визуально очень привлекательными и иногда даже фантастическими.

Мне захотелось попробовать создать свои модели тенсегрети - конструкций и украсить ими интерьер. А также выяснить возможности их практической эксплуатации и прочности в быту.

Цель проекта: через разработку предметов интерьеравыявить практические возможности тенсегрети - моделей

Практическая значимость: тенсегрети – модели помогут украсить интерьер и стать креативным подарком другу, а также помогут понять принцип их постророения.

Задачи:

1. Изучить теоретические основы тенсегрети – моделей, опыт работы других людей по созданию тенсегрети – структур.

2. Разработать тенсегрети – модели из доступных материалов в двух разных вариантах.

3. Оценить практические возможности и выбрать оптимальный вариант тенсегрети – моделей в виде предметов интерьера.

Методы исследования:

• Изучение литературы, интернет-источников

• Моделирование, конструирование

• Анализ полученных результатов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

   1. Принцип тенсегрети.

Тенсегрити   (англ. tensegrity от англ. tensional integrity — соединение путём натяжения) — принцип построения конструкций из стержней и тросов, в которых стержни работают на сжатие, а тросы — на растяжение, при этом стержни не соприкасаются друг с другом, но висят в пространстве, а их относительное положение фиксируется растянутыми тросами, в результате чего ни один из стержней не работает на изгиб. Такие конструкции еще называются напряженносвязанными. Определение было придумано американским архитектором, дизайнером и инженером Ричардом Бакминстером Фуллером, который считал, что современная архитектура должна быть ближе к живой природе. Фуллер видел преимуществом жёсткость и лёгкость таких конструкций. Вес можно сэкономить с помощью замены некоторых металлических балок натянутыми тросами.

1.2. Сфера применения и особенности тенсегрети - конструкций.

Тенсегрети – структуры применяются в архитектурном строительстве основном в таких конструкциях, как мосты, башни, купольные сооружения, крыши стадионов. Купольные сооружения представляют собой оболочки сетчатой структуры, несущая способность которых обеспечивается за счет грамотного распределения нагрузки на множественные элементы структуры. Мосты и башни, выполненные на основе принципа тенсегрети, имеет ряд преимуществ:

- большая несущая способность (увеличивающаяся вместе с увеличением элементов и, как следствие, размера конструкции);

- удобная сборка (без крана);

- уникальная аэродинамическая форма, позволяющая использовать строения в ветреных районах.

Но возведение таких сооружений усложнено отсутствием алгоритма для расчета и отсутствием разработанной технологии возведения подобных конструкций, вследствие чего были причислены к декоративным и пока не получили широкого распространения.

В аэрокосмической инженерии принцип тенсегрети используется при конструировании телескопических мачт, антенн, панелей солнечных батарей. Одним из основных критериев выбора именно такого рода конструкций была возможность быстрого развертывания в особенных условиях и ограниченном пространстве. В этом случае наиболее полно проявляется такие свойства тенсегрити как необходимая жесткость, структурная эффективность и размерная точность.

Биотенсегрити – термин, введенный доктором Стивеном Левином, означает применение принципов «тенсегрити» для биологических структур, таких как мышцы, кости, фасции, связки и сухожилия, а также жестких и эластичных мембран клеток. Мышечно-скелетная система представляет собой синергию мышц и костей. Мышцы и соединительные ткани обеспечивают непрерывное растяжение, а кости – сжатие.

В настоящее время идея «тенсегрети» активно внедряется в производство мебели (столы, стулья, декоративные подставки) и элементов декора. Мебель тенсегрети имеет прочную конструкцию и интересный дизайн, который может быть использован в различных интерьерах. Это особый тип мебели, который использует принципы тенсегрети, то есть сочетание сжимаемых и напряженных элементов, для создания прочной конструкции без использования традиционных соединений.

1. 3. Известные тенсегрети - сооружения.

«Игольчатая башня» Кеннета Снельсона в Вашингтоне (США)

Музей и сад скульптур Хиршхорна в Вашингтоне может похвастаться удивительной структурой, получившей название «Башня Игла» высотой 18 метров. Стоя в центре башни (у её основания), посетители могут увидеть шестиконечную звезду Давида (Приложение №1). А вот при взгляде издалека стальные тросы становятся практически незаметными, поэтому создаётся впечатление, что вся башня балансирует над землей, стараясь противостоять законам гравитации. (Приложение № 1).

«Пешеходный мост Курилпа» через реку Брисбен (Австралия).

Один из самых длинных пешеходных мостов мира, соединивший два берега реки Брисбен в австралийском штате Квинсленд (Приложение № 2).

«Биосфера» в Монреале от Бакминстера Фуллера (Канада).

Монреальская биосфера – Экологический музей Эстетически привлекательное архитектурное сооружение, расположено в парке Жан-Драпо на острове Святой Елены (Приложение №3).

«Олимпийский парк в Мюнхене» (Германия)

Олимпийский парк в Мюнхене, спроектированный Фреем Отто – архитектором и инженером-строителем является свидетельством того, как знание принципов устройства растяжимых конструкций помогает построить огромный комплекс. (Приложение № 4).

1. 3. Тенсегрети в архитектуре Челябинска.

Торговый центр.

Построен в 1975 году и был первым подобным сооружением в мире. Большепролетный купол, монолитная, правильной кривизны сферическая железобетонная оболочка. Ее размер - больше гектара, вес - свыше 5000 тонн. Она собрана из 1500 плит и стянута 36 канатами, забетонированными в мощные блоки. Когда делали купол, по периметру прокладывали канаты. Потом тросы натягивали и отпускали. Плиты сжимались между собой в единую оболочку.

Внутри здания нет колонн, поддерживающих оболочку, а углы, на которые опирается купол, размещены на специальных катках и могут двигаться. Здание размером 102 х 102 метра. Конструкция является сборной и может «дышать», опускаясь или поднимаясь в зависимости от перепадов температуры (Приложение № 5 А, Б).

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Модель № 1 (тестовая).

На первом этапе работы решено было изготовить самый простой тестовый вариант тенсегрети - модели, который позволит на практике понять, как конструировать данные модели. Четких расчетов для построения конструкции нет. Для работы были подготовлены все необходимые материалы (деревянные бруски 20 х 20 х 400 мм, линейка, шнур, клей для древесины, пила, тиски). Чертим схему будущей модели. Отмеряем и отпиливаем детали нужной длины согласно чертежу. Склеиваем элементы конструкции. Получилось два симметричных элемента. На концах ножек и в углах модели просверливаем отверстия. Соединением и опорой для двух симметричных элементов служит один натянутый шнур посередине и два дополнительных шнура по углам основания. Сначала натягиваем шнуры одинаковой длины по углам, а затем шнур посередине конструкции. Модель № 1 готова.

Решено было проверить прочность конструкции, нагружая ее контейнерами с гелевыми шариками весом около 600 грамм. Конструкция устойчиво выдержала вес 2 контейнеров – 1200 гр. При этом верхняя часть модели держалась в воздухе и не переворачивалась. (Приложение №6). После нагрузки в процессе осмотра модели обнаружился дефект одной из деталей модели – расслоение дерева, так как предельно допустимая нагрузка на данный элемент была превышена. Недельный опыт использования модели показал, что материал шнура выбран не очень удачно – шнур обладает эластичностью и склонен к растяжению в процессе эксплуатации модели. При растяжении одного или нескольких шнуров, конструкция теряет свою прочность. Для возможности регулирования натяжения тросов нужны дополнительные крепления. (Приложение № 6). В целом модель обладает устойчивостью даже при увеличении напряжений в элементах конструкции при нагрузке, но только под относительно невысокими нагрузками.

Вывод: в процессе конструирования тестовой модели – тенсегрети выявлены несколько важных моментов: 1) это самоуравновешенная конструкция. Вся нагрузка в ней вертикальная направлена вниз за счёт силы тяжести и уравновешена за счет силы натяжения шнуров; 2) при натягивании шнура посередине он должен проходить под геометрическим центром конструкции, для того, чтобы центр тяжести конструкции не сместился и модель получилась устойчивой.

2. 2. Модель № 2. Полка – подставка.

Принято решение улучшить модель № 1, заменив шнур на металлическую цепочку и установив дополнительные крючки для возможности регулирования натяжения цепей Модель № 1 также была дополнена небольшой прямоугольной по форме столешницей. Получилась полочка (Приложение № 7).

Эксперименты и выводы:

Экономический расчет:

Вывод: данная модель №2 имеет достаточную жесткость конструкции - ее можно перемещать, взяв за любые часть конструкции, при этом её форма не меняется. Модель легкая и сборная, удобна для транспортировки. При практическом тестировании модели она использовалась как подставка для мобильных устройств, планшета, ночника. Благодаря своим небольшим размерам данная подставка может вписаться в любой интерьер и стать одним из элементов декора. Относительно невысокая цена и простота сборки модели также является ее преимуществом. Недостатком данной модели является ограничение весовой нагрузки до 1,5 кг. При нагрузке модели выше допустимого веса – гибкие опоры конструкции изгибаются и она теряет свою прочность.

2. 2. Модель № 3. Столик.

Приступая к работе над третьей моделью, рисуем на бумаге круг и расчерчиваем его на шестигранник для нахождения центра круга. Грань шестигранника и будет равна радиусу круга. Берем деревянный круг и по окружности отмечаем три точки на равных расстояниях друг от друга. Просверливаем отверстия и вкручиваем мебельные гайки. Берём деревянный брусок размером 40 х 40 х 400 мм. Отмеряем деталь нужной длины, из которых далее сделаем центральную «лапу». На следующем этапе отмечаем на круге и на лапе центр, просверливаем в этих точках небольшие отверстия. В получившиеся отверстия обеих деталей (круга и лапы) вставляем мебельный штепсель для усиления прочности конструкции и склеиваем круг и лапу между собой. Делаем вторую конструкцию аналогичным образом. Берем болт - кольца и закрепляем к ним троссики - цепи. Вкручиваем болт – кольца в мебельные гайки деревянного круга. В центральные «лапы» также вкручиваем болт – кольца в мебельные гайки и вставляем металлические кольца для создания центральной оси. Выкручивая болт – кольца, регулируем натяжение троссиков и центральной оси. Когда все детали были соединены, декорируем получившуюся модель морилкой и покрываем лаком. (Приложение № 8)

Эксперименты и выводы:

Экономический расчет:

Вывод: данная модель готова к длительной эксплуатации. Она прочная и устойчивая, эргономичная, имеет невысокую цену. Уникальный и креативный дизайн модели позволяет украсить любой интерьер и стать ее «изюминкой». Модель № 3 можно использовать в качестве журнального столика, подставки под книги, настольные игры, вазы с цветами, прикроватной лампы. Минусом данной модели можно считать трудоемкий поиск деталей, соединяющих конструкцию и увеличивающих стоимость модели, а также отсутствие расчетной базы.

Общие выводы по результатам работы приведены в таблице:

2. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В ходе работы над проектом мною были изготовлены две тенсегрети - модели. Мне стал понятным принцип построения конструкции и расширение представления о пространственном расположении фигур и их элементов. Изготовленные «парящие» модели стали функциональными элементами декора в нашем доме, они выглядят необычно, креативно и визуально привлекательно. Тенсегрети – структуры позволяют создавать сложные формы, которые могут быть легкими и прочными.

Цель проектной деятельности достигнута.

Полученный опыт поможет мне в дальнейшем создавать свои макеты современных и инновационных архитектурных конструкций.

2. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Описание статьи из журнала Прасолов М. «Тенсегрети»// Квант. -2014. - №2. – С.32-33.

2. Описание статьи из журнала Прасолов М. «Тенсегрети»// Квантик. -2014.- №5. – С.18-20.

3. Описание электронного источника https://ru.wikipedia.org/wiki/Тенсегрити

4. Описание электронного источника

Интернет журнал «Транспортные сооружения» 2017, том 4, № 2.

5. Описание электронного источника Интернет журнал «Транспортные сооружения» 2015, том 2, №3

Приложение № 1

Приложение № 2.

«Пешеходный мост Курилпа» через реку Брисбен (Австралия).

Приложение № 3.

«Биосфера» в Монреале от Бакминстера Фуллера (Канада).

Приложение № 4.

«Олимпийский парк» в Мюнхене (Германия).

Приложение № 5.

5А Торговый центр 5Б

Приложение № 6.

Приложение № 7.

Приложение № 8.