Recenzent

prof. zw. dr h.c. inż. Zbigniew Kowal

Wydawca

Magdalena Ścibor

Koordynator produkcji

Mariola Iwona Keppel

Projekt okładki i stron tytułowych

Przemysław Spiechowski

Grafiki z okładki opracowane na podstawie dokumentacji historycznej z lat 1900, 1927, 1943 przerysowanie przez Autorkę.

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN

Michał Latusek / konwersja.virtualo.pl

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA, Warszawa 2017.

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2017 r., (wyd. I)

Warszawa 2017

ISBN: 978-83-01-19265-5

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

tel. 22 69 54 321; faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; www.pwn.pl

SPIS TREŚCI

Przedmowa

1. Wprowadzenie

2. Wybrane elementy historii budowy kopuł

3. Kopuły wielopowłokowe

3.1. Wprowadzenie

3.2. Drewniane rusztowania do budowy konstrukcji murowanych z kamienia lub cegły

3.3. Drewniane kopuły osłonowe wykształcone z drewnianych rusztowań kopuł murowanych

3.3.1. Wielowarstwowe kopuły wybudowane na Bliskim Wschodzie

3.3.2. Wielowarstwowe kopuły budowane w Europie

3.4. Wielopowłokowe kopuły o zewnętrznej i wewnętrznej kopule drewnianej

3.5. Kopuły żebrowe z krążyn

3.6. Wnioski

4. Kopuły grubościenne

4.1. Wprowadzenie

4.2. Sposoby kształtowania połączeń bali

4.3. Kopułopodobne przekrycia z bali

4.4. Zestawienie form kopułopodobnych

4.5. Kopuły o masywnej powłoce

4.6. Przykłady kopuł o masywnej powłoce

4.7. Wnioski

5. Kopuły żebrowe

5.1. Wprowadzenie

5.2. Kopuły żebrowe budowane w Szwajcarii i w Niemczech

5.3. Kopuły żebrowe budowane w Rosji

5.4. Wnioski

6. Kopuły powłokowe

6.1. Wprowadzenie

6.2. Kopuły powłokowe, gładkie

6.3. Kopuły powłokowe sprężane ściągami stalowymi

6.4. Kopuły powłokowo żebrowe

6.5. Kopuły żebrowo-powłokowe

6.6. Wnioski

7. Kopuły siatkowe, żebrowo-powłokowe

7.1. Wprowadzenie

7.2. Kopuły wycinkowe, żebrowo siatkowe

7.3. Kopuły siatkowe z krążyn

7.4. Kopuły siatkowe sprężane stalą

7.5. Kopuły powłokowe na siatce z krążyn wzmocnionych w węźle płaską deską

7.6. Kopuły powłokowe na rombowej siatce z desek

7.7. Badania modeli kopuł siatkowych z krążyn

7.8. Znaczenie żeber-krzyżulców w rozwoju drewnianych kopuł siatkowych

7.9. Wnioski

8. Wybrane przykłady kopuł z drewna klejonego

8.1. Wprowadzenie klejenia drewna do konstrukcji

8.2. Przykłady prestiżowych kopuł z drewna klejonego budowanych w USA

8.3. Przykłady kopuł z drewna klejonego budowanych w Europie o średnicy większej od 100,0 m

8.4. Przykłady prestiżowych kopuł z drewna klejonego wybudowanych w Japonii

8.5. Wnioski

9. Zagadnienia nośności i stateczności ściskanych prętów z drewna

9.1. Wprowadzenie

9.2. Ścieżki równowagi statycznej prętów drewnianych w funkcji obciążenia osiowego

9.3. Analogia utraty stateczności prętów drewnianych do utraty stateczności kompozytów zbrojonych podłużnie włóknem

9.4. Wpływ sił poprzecznych na nośność krytyczną prętów drewnianych

9.5. Wpływ sił ściskających na zniszczenie końców prętów drewnianych w węzłach – rozszczepienie końców prętów ściskanych

9.6. Wpływ wklejania stalowych blach węzłowych na nośność prętów z drewna

9.6.1. Zjawiska towarzyszące wklejaniu blach stalowych w skrajne przekroje prętów ściskanych

9.6.2. Przykłady zniszczenia końców prętów drewnianych umocowanych w węzłach stalowych

9.7. Wpływ redukcji sztywności podłużnej prętów ściskanych na przeskok węzłów kopuły

9.7.1. Wpływ siły ściskającej pręt na jego sztywność podłużną

9.7.2. Zjawisko przeskoku węzłów w kopułach jako przyczyna katastrof

9.8. Koncentracja naprężeń stycznych na powierzchni włókien w belkach drewnianych obciążonych poprzecznie i osiowo

9.9. Właściwości ostrzegawcze drewna towarzyszące wyczerpaniu nośności prętów ściskanych

9.10. Wzmacnianie ściskanych prętów drewnianych pod obciążeniem

9.11. Wpływ technologii zabezpieczania drewna na jego nośność

10. Wpływ czasu na właściwości mechaniczne drewna

11. Badania elementów z drewna do budowy kopuł

11.1. Wprowadzenie

11.2. Badania dynamiczne ukierunkowane na dobór i selekcję drewna do budowy kopuł

11.3. Badania dynamiczne ukierunkowane na wyznaczenie modułu sprężystości podłużnej E drewna

11.4. Wnioski

12. Oszacowanie właściwości fizycznych materiałów drewnopochodnych na podstawie pomiaru parametrów drgań swobodnych

12.1. Wprowadzenie

12.2. Badania dynamiczne modeli z materiałów drewnopochodnych

12.3. Porównanie okresu drgań badanych modeli

12.4. Porównanie tłumienia drgań modeli suchych i mokrych w celu ujawnienia materiałów zawilgoconych

12.5. Porównanie ugięć resztkowych i trwałych badanych modeli z materiałów drewnopochodnych

12.6. Badania dynamiczne ukierunkowane na wyznaczenie modułu sprężystości podłużnej E materiałów drewnopochodnych

12.7. Wnioski

13. Zakończenie

14. Podsumowanie

Summary

Literatura

Przypisy

PRZEDMOWA

Istniejące masowe wędrówki ludności spowodowane wojnami, prognozowane migracje spowodowane zmianami klimatycznymi powodują konieczność projektowania architektury dającej schronienie w trudnych warunkach przetrwania. W architekturze pojawiły się nurty projektowania opisywane w literaturze jako „humanitarna rewolucja w architekturze” [99] (2016). Nazwą tą określa się poszukiwanie rozwiązań budowlanych dających szansę przeżycia w kataklizmach, a także możliwości rozwoju społeczeństwa po kataklizmach. Architektura humanitarna kreuje proces zrównoważonego rozwoju miejsca i ludzi w nim zamieszkujących. Do oferty zrównoważonego rozwoju warto dodać najbardziej zaawansowane technologicznie i ekonomicznie rodzaje konstrukcji drewnianych, takich jak przekrycia powłokowe. Szczególną odmianą takich przekryć, są osiowo symetryczne kopuły z drewna litego omówione w pracy. Zebrane kopuły historyczne są korzystną alternatywą dla budownictwa z innych materiałów.

Wiele wieków trwał proces dochodzenia od układów słupowo belkowych do łuków i form kopułowych w tym kopuł drewnianych. Ewolucyjnie wypracowano systemy o bardzo korzystnej relacji nośności do masy konstrukcji. Pomimo wielu zalet w literaturze mało jest zapisów na ich temat. Istniejące informacje są fragmentaryczne. Wiele rozwiązań konstrukcji kopuł zniknęło wraz z ludźmi, którzy je budowali. Intencją autorki jest rozpowszechnienie wiedzy o ekonomicznych i ekologicznych konstrukcjach kopuł drewnianych. W celu dalszego rozwoju konstrukcji drewnianych w tym kopuł, autorka zestawiła najpilniejsze tematy badań i analiz teoretycznych.

Forma kopuły ma minimalną powierzchnię zewnętrzną w stosunku do przekrywanej powierzchni. Powoduje to mniejszy opór przepływu powietrza, dzięki czemu kopuły są bardziej odporne na działanie wiatru i wpływy klimatyczne. Minimalna powierzchnia zewnętrzna ogranicza straty ciepła, zwiększa oszczędności energii, zmniejszając koszty ogrzewania. Dość nisko położony środek ciężkości kopuły powoduje, że są bardziej stabilne w sytuacji trzęsienia ziemi. W pracy zebrano przykłady historyczne i omówiono takie kształtowanie kopuł, które umożliwia budowanie obiektów tanich i przystosowanych do występujących ostatnio gwałtownych zjawisk klimatycznych.

W monografii omówiono trzydzieści sześć rozwiązań konstrukcji kopuł historycznych i porównano je z dziewięcioma przykładami najwybitniejszych realizacji kopuł z drewna klejonego. Konstrukcję niektórych zapomnianych kopuł odtworzono na podstawie resztek dostępnych informacji. Na modelach z drewna lub wizualizacjach komputerowych uzupełniono brakujące dane, aby zaprezentować najbardziej zawansowane technologicznie i ekonomicznie rodzaje historycznych konstrukcji z drewna. Odtworzony zbiór jest tym cenniejszy, że przedstawia systemy znamienne tylko dla konstrukcji drewnianych, dopracowywane przez wieki dzięki utalentowanym budowniczym. Ich cechą charakterystyczną jest to, że są niezmienne geometryczne, przez co bezpieczne w użytkowaniu. Dostosowanie konstrukcji do kształtu kopuły, z wykorzystaniem właściwości drewna odbywało się poprzez wieki, co spowodowało wypracowanie systemów niezawodnych. Rozwiązania konstrukcyjne polegające na wielokrotnym sprzężeniu elementów nośnych spowodowało opracowanie systemów o wysokiej nośności przy niewielkiej masie zastosowanego drewna, do tego pospolitej jakości.

Porównanie realizacji współczesnych kopuł wielkokubaturowych z drewna klejonego i kopuł z drewna nieklejonego pozwala zauważyć mniejsze zużycie materiałów w przeliczeniu na jednostkę powierzchni rzutu w przypadku kopuł historycznych.

W pracy pokazano, że wiele z historycznych rozwiązań konstrukcji kopuł z drewna nieklejonego ma do dzisiaj ekonomiczne, ekologiczne i techniczne uzasadnienie. Powinny być nadal rozwijane w oparciu o udoskonalanie systemów konstrukcyjnych znamiennych dla drewna.

W obecnym wydaniu monografii uzupełniono część historyczną nowymi przykładami konstrukcji kopuł obiektów, budowanych do połowy XX w. Porównano je z największymi kopułami z drewna klejonego wybudowanymi w latach 1977–2004. Opis badań poszerzono o wyniki badań właściwości drewna.

* * *

Dziękuję Panu prof. zw. dr hab. inż. Zbigniewowi Kowalowi z Politechniki Świętokrzyskiej za zgodę na cytowanie obszernych fragmentów swoich prac.

Na ręce Dyrektora Wydziału Budownictwa z Drewna, Miyazaki Prefectural Wood Utilization Research Center, dr Yutaka Iimura, składam podziękowanie Zarządowi Firmy za udostępnienie rysunków konstrukcyjnych wielko-kubaturowych kopuł z drewna klejonego wybudowanych w Japonii. Całemu Zespołowi dziękuję za życzliwe przyjęcie w siedzibie Firmy.

Czytelnikom, którzy zapoznali się z moją książką p.t. Kształtowanie kopuł z drewna jednolitego dziękuję serdecznie za życzliwe opinie. Zmotywowały mnie one do pracy nad wydaniem drugim, uzupełnionym i poszerzonym p.t. Kopuły drewniane.

Wszystkim, którzy przyczynili się do wydania tej książki składam pełne szacunku podziękowania.

Barbara Misztal