Nova studija sprovedena od strane istraživača sa Skoltecha i Univerziteta u Granadi donosi revolucionarna saznanja o načinu pojačanja kupola i svodova u arhitekturi, inspirisana jedinstvenom strukturom krila vilinog konjica. Ovi naučnici su analizirali tradicionalne i moderne metode rasporeda rebara koja služe kao ojačanja za ove strukture, upoređujući njihovu efikasnost u nošenju ravnomerno raspoređenih i asimetričnih opterećenja.
Ilustracija (Foto: Pexels)
Istraživanje je objavljeno u časopisu Thin-Walled Structures, a rezultati su pokazali da novi, biomimetički obrazac, nadmašuje sve prethodne dizajne, uključujući one korišćene još od vremena starih Rimljana.
Od rimskog doba, rebra su korišćena za ojačanje svodova i kupola, omogućavajući tanje strukture i veće estetske mogućnosti, kao što su detaljniji dizajni i veći prozori. Takva rebra često su vidljiva u velikim katedralama gotičkog stila.
Oglas
Osim u estetskoj svrsi, ona imaju i značajnu funkcionalnu ulogu, omogućavajući da krovne konstrukcije nose veće opterećenje. Međutim, prilikom određivanja rasporeda ovih rebara, arhitekte su se uglavnom oslanjale na tradicionalne modele poput svodova sa rešetkastim plafonima i unakrsnih svodova, bez dubinske analize potencijala za unapređenje.
Proučavano je 5 obrazaca ojačanja kupola (Foto: Nicolas Posunko/Skoltech PR Anastasiia Moskaleva)
Studiju je vodila Anastasiia Moskaleva, doktorand sa Skoltecha, koja je izjavila da je sa svojim timom odlučila da ispita nekoliko različitih obrazaca kako bi utvrdili koji najviše odgovara izazovima vertikalnih i asimetričnih opterećenja.
Oni su sproveli numeričke simulacije i eksperimentalne testove na kupolama napravljenim od polimernih kompozita koje su potom ojačane rebrima raspoređenim na pet različitih načina, pri čemu je količina materijala za rebra bila ograničena na polovinu ukupnog materijala kupole.
Kroz ove eksperimente, tim je otkrio da je obrazac inspirisan krilima vilinog konjica, poznat kao Voronojev dijagram, pokazao izuzetnu otpornost na asimetrična opterećenja.
U situacijama kada opterećenje nije ravnomerno raspoređeno - poput nagomilavanja snega na jednoj strani krova ili kretanja velike grupe ljudi u jednom delu zgrade - ovaj biomimetički obrazac se pokazao daleko boljim od tradicionalnih rešenja.
Struktura krila vilinog konjica inspirisala je autore studije (Foto: Anastasiia Moskaleva)
Tim je kombinovao Voronojev obrazac sa topološki optimizovanim rasporedom, čime je dobijen hibridni obrazac rebara koji je bio najefikasniji u oba scenarija.
Inspiracija za ovaj novi obrazac došla je iz strukture krila vilinog konjica, gde postoje dve vrste rebara: deblja, koja pomažu u sprečavanju uvijanja, i tanja, koja obezbeđuju celokupnu strukturnu stabilnost.
Naučnici su primenili ovaj koncept u arhitektonskoj konstrukciji svodova, raspodeljujući 70% materijala na primarna rebra i preostalih 30% na tanja rebra prema Voronojevom obrascu. Ovaj inovativni pristup omogućio je značajna poboljšanja u izdržljivosti i efikasnosti arhitektonskih struktura.
Istraživači veruju da bi primena topološke optimizacije mogla značajno da unapredi dizajn građevinskih struktura, iako se trenutno najčešće koristi samo u mašinskom inženjeringu, na primer, za automobile i avionske delove.
Moskaleva je izjavila da, iako su ovakvi optimizovani oblici složeni za izradu, dugoročno će se isplatiti zbog uštede materijala, ali i veće slobode u kreativnom dizajnu zgrada.
