بنية القطع الزائد

الهياكل الزائدة هي هياكل معمارية مصممة باستخدام قطع زائد في ورقة واحدة. غالبًا ما تكون هذه هياكل طويلة، مثل الأبراج، حيث تُستخدم القوة الهيكلية لهندسة القطع الزائد لدعم جسم مرتفع عن الأرض. غالبًا ما تُستخدم هندسة القطع الزائد للتأثير الزخرفي بالإضافة إلى الاقتصاد الهيكلي. تم بناء الهياكل الزائدة الأولى من قبل المهندس الروسي فلاديمير شوخوف (1853-1939)، ^[1] بما في ذلك برج شوخوف في بوليبينو، مقاطعة دانكوفسكي، منطقة ليبيتسك ، روسيا.

تتمتع الهياكل الزائدية بانحناء جاوسي سلبي ، مما يعني أنها تنحني إلى الداخل بدلاً من الانحناء إلى الخارج أو أن تكون مستقيمة. وباعتبارها أسطحًا ذات خطين ، يمكن صنعها باستخدام شبكة من العوارض المستقيمة، وبالتالي فهي أسهل في البناء من الأسطح المنحنية التي لا تحتوي على خط ويجب بدلاً من ذلك بناؤها باستخدام عوارض منحنية. ^[2]

تتمتع الهياكل الزائدة الشكل بثبات أفضل ضد القوى الخارجية مقارنة بالمباني "المستقيمة"، ولكنها غالبًا ما تكون ذات أشكال تخلق كميات كبيرة من الحجم غير القابل للاستخدام (كفاءة مساحة منخفضة). وبالتالي، فهي تستخدم بشكل أكثر شيوعًا في الهياكل ذات الأغراض المحددة، مثل أبراج المياه (لدعم كتلة كبيرة)، وأبراج التبريد، والميزات الجمالية. ^[3]

إن البنية الزائدة مفيدة لأبراج التبريد . ففي الأسفل، يوفر توسيع البرج مساحة كبيرة لتركيب الحشو لتعزيز التبريد التبخيري الرقيق للمياه المتداولة. ومع تبخر المياه أولاً وارتفاعها، يساعد تأثير التضييق في تسريع التدفق الرقائقي ، ثم مع اتساعه، يدعم الاتصال بين الهواء الساخن والهواء الجوي الاختلاط المضطرب . ^{[ بحاجة لمصدر ]}

This section does not cite any sources. Please help improve this section by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed. (April 2021) (Learn how and when to remove this message)

في ثمانينيات القرن التاسع عشر، بدأ شوخوف العمل على مشكلة تصميم أنظمة الأسقف لاستخدام الحد الأدنى من المواد والوقت والعمالة. ومن المرجح أن تكون حساباته مستمدة من عمل عالم الرياضيات بافنوتي تشيبيشيف حول نظرية أفضل التقريبات للوظائف. أدت استكشافات شوخوف الرياضية للهياكل السقفية الفعالة إلى اختراعه لنظام جديد كان مبتكرًا من الناحيتين البنيوية والمكانية. من خلال تطبيق مهاراته التحليلية على الأسطح المنحنية المزدوجة التي أطلق عليها نيكولاي لوباتشيفسكي اسم "القطع الزائدي"، استنتج شوخوف مجموعة من المعادلات التي أدت إلى أنظمة بنيوية وإنشائية جديدة، تُعرف باسم القطع الزائد الدوراني والمكافئ الزائدي .

كانت هياكل الصلب الشبكية في أجنحة المعرض الصناعي والحرفي الروسي لعام 1896 في نيجني نوفغورود أول الأمثلة البارزة علنًا لنظام شوخوف الجديد. تم بناء جناحين من هذا النوع لمعرض نيجني نوفغورود، أحدهما بيضاوي في المخطط والآخر دائري. كانت أسطح هذه الأجنحة عبارة عن هياكل شبكية منحنية مزدوجة مكونة بالكامل من شبكة من الحديد بزاوية مستقيمة وقضبان حديدية مسطحة. أطلق شوخوف نفسه عليها اسم azhurnaia bashnia ("برج الدانتيل"، أي برج شبكي ). تم منح براءة اختراع هذا النظام، الذي تقدم به شوخوف في عام 1895، في عام 1899.

كما حوّل شوخوف اهتمامه إلى تطوير نظام هيكلي فعّال وسهل البناء (هيكل شبكي) لبرج يحمل حمولة كبيرة في الأعلى - مشكلة برج المياه. استوحى حله من ملاحظة حركة سلة منسوجة تحمل وزنًا ثقيلًا. مرة أخرى، اتخذ شكل سطح منحني مزدوج مكون من شبكة خفيفة من قضبان الحديد المستقيمة والحديد الزاوي. على مدى السنوات العشرين التالية، صمم وبنى ما يقرب من 200 من هذه الأبراج، ولم يكن هناك برجان متماثلان تمامًا، وكان معظمها بارتفاع يتراوح بين 12 مترًا و68 مترًا.

منذ عام 1911 على الأقل، بدأ شوخوف في تجربة مفهوم تشكيل برج من أقسام مكدسة من القطع الزائد. سمح تكديس الأقسام لشكل البرج بأن يتناقص بشكل أكبر عند القمة، مع "خصر" أقل وضوحًا بين الحلقات التي تحدد الشكل في الأسفل والأعلى. إن زيادة عدد الأقسام من شأنه أن يزيد من تناقص الشكل العام، إلى الحد الذي بدأ يشبه فيه المخروط.

بحلول عام 1918، طور شوخوف هذا المفهوم إلى تصميم برج بث إذاعي مكون من تسعة أقسام في موسكو. صمم شوخوف برجًا يبلغ ارتفاعه 350 مترًا، وكان من الممكن أن يتجاوز برج إيفل في الارتفاع بمقدار 50 مترًا، مع استخدام أقل من ربع كمية المواد. تم الانتهاء من تصميمه، بالإضافة إلى المجموعة الكاملة من الحسابات الداعمة لتحليل الهندسة الزائدية وحجم شبكة الأعضاء، بحلول فبراير 1919. ومع ذلك، لم تكن 2200 طن من الفولاذ المطلوبة لبناء البرج حتى ارتفاع 350 مترًا متاحة. في يوليو 1919، أصدر لينين مرسومًا يقضي ببناء البرج على ارتفاع 150 مترًا، وكان من المقرر توفير الفولاذ اللازم من إمدادات الجيش. بدأ بناء البرج الأصغر بستة قطع زائدية مكدسة في غضون بضعة أشهر، واكتمل برج شوخوف بحلول مارس 1922.

أجرى أنطوني غاودي وشوخوف تجارب على هياكل القطع الزائد في وقت واحد تقريبًا، ولكن بشكل مستقل، في الفترة من 1880 إلى 1895. استخدم أنطوني غاودي هياكل على شكل قطع زائد مكافئ (هايبار) وقطع زائد مكافئ للثورة في ساغرادا فاميليا في عام 1910. ^[4] في ساغرادا فاميليا، توجد أماكن قليلة على واجهة المهد - وهو تصميم لا يعادل تصميم غاودي ذي السطح المحكم، حيث يظهر القطع الزائد. في جميع أنحاء المشهد مع البجع، توجد أمثلة عديدة (بما في ذلك السلة التي يحملها أحد الشخصيات). يوجد قطع زائد يضيف ثباتًا هيكليًا لشجرة السرو (عن طريق توصيلها بالجسر). أبراج "تاج الأسقف" مغطاة بقطع زائد مكافئ. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في قصر جويل ، توجد مجموعة من الأعمدة الداخلية على طول الواجهة الرئيسية ذات تيجان زائدية. تاج القبو المكافئ الشهير عبارة عن قطع زائد. قبو أحد الإسطبلات في كنيسة كولونيا جويل عبارة عن قطع زائد. يوجد عمود فريد من نوعه في حديقة جويل عبارة عن قطع زائد. صمم المهندس المعماري الإسباني الشهير إدواردو توروجا برج مياه رقيق في فيدالا ^[5] وسقف هيبودرومو دي لا زارزويلا ^[6] على شكل قطع زائد دوار. استخدم لو كوربوزييه وفيليكس كانديلا هياكل زائدية ( hypar ). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تم تسجيل براءة اختراع برج تبريد زائدي الشكل بواسطة فريدريك فان إيترسون وجيرارد كويبرز في هولندا في 16 أغسطس 1916. ^[7] تم بناء أول برج تبريد لفان إيترسون ووضعه للاستخدام في منجم الدولة الهولندي ( DSM ) إيما في عام 1918. ستتبع ذلك سلسلة كاملة من نفس التصميمات والتصاميم اللاحقة. ^[8]

كانت قبة جورجيا (1992) أول قبة هايبار- تينسيجريتي يتم بناؤها. ^[9]

• 
  القطع المكافئ الزائدي هو سطح مزدوج الخطوط، لذا يمكن استخدامه لبناء سقف سرجي من عوارض مستقيمة.
• 
  تتميز محطة وارسو أوتشوتا للسكك الحديدية بسقفها السرجي المكافئ القطعي الزائدي. وارسو ، بولندا، 1962.
• 
  حلبة Scotiabank Saddledome لها سقف سرج مكافئ مكافئ، كالجاري ، كندا، 1983.
• 
  رقائق برينجلز القابلة للتكديس هي عبارة عن قطع مكافئ زائدة.
• 
  حامل أقلام/فرشاة أسنان مزدوج الاستخدام مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد . مطبوع على Ultimaker 2 ، 2015
• 
  أول برج تبريد فان إيترسون عام 1918، عام 1984
• 
  خمسة أبراج تبريد متتالية في محطة DSM Emma ، حوالي عام 1930
• 
  جسر كوربوريشن ستريت هو عبارة عن هيكل زائدي مزدوج الخطوط أفقي، مانشستر ، إنجلترا، 1999.

• القبة الجيوديسية
• صاري شبكي
• قائمة الهياكل القشرية الرقيقة
• سام سكورير
• هيكل الشد
• أول هيكل زائدي في العالم

• "معرض نيجني نوفغورود: برج المياه، غرفة قيد الإنشاء، ينبع بامتداد 91 قدمًا"، "المهندس" ، العدد 19.3.1897، ص 292-294، لندن، 1897.
• ويليام كرافت برومفيلد ، "أصول الحداثة في العمارة الروسية"، مطبعة جامعة كاليفورنيا، 1991، ISBN 0-520-06929-3 . 
• إليزابيث كوبر: "Arkhitektura i mnimosti": أصول العمارة السوفييتية الطليعية العقلانية في التقليد الفكري الروسي الصوفي الفلسفي والرياضي، أطروحة في الهندسة المعمارية، 264 صفحة، جامعة بنسلفانيا، 2000.
• "فلاديمير جي سوشوف 1853–1939. Die Kunst der sparsamen Konstruktion."، راينر جريف، جوس توملو وآخرون، 192 صفحة، Deutsche Verlags-Anstalt، شتوتغارت، 1990، ISBN 3-421-02984-9 . 

• بحث عن أول بنية زائدية في العالم لشوخوف، البروفيسور دكتور أرمين جرون
• حملة دولية لإنقاذ برج شوخوف
• قذائف زائدية مضادة للكسر
• الأصداف: قطع مكافئ زائدي (hypar)
• المكافئات الزائدية والأصداف الخرسانية
• الهياكل الخاصة
• راينر جرايف: “فلاديمير ج. شوشوف 1853–1939 – Die Kunst der sparsamen Konstruktion.”، [1]