Архитектурно-строительная физика как прикладная область физики. Теория теплообменных и массообменных процессов. Теплопередача в ограждающих конструкциях, стационарные условия. Коэффициент теплопроводности капиллярно-пористых материалов, его изменение.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 22.05.2014 |
| Размер файла | 49,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Архитектурно-строительная физика — научная дисциплина, изучающая физич. процессы в ограждающих и др. конструкциях, зданиях и сооружениях в зависимости от климатич. условий и режима эксплуатации. Строительная физика включает следующие осн. разделы: строительную климатологию (см. Климатология строительная), теплофизику (см. Теплофизика строительная), строительную аэродинамику, теорию долговечности, строительную и архитектурную акустику (см. Акустика строительная), звукоизоляцию, светотехнику.
Три закона Ньютона
Данные строительной физики служат основой для рационального проектирования строит, объектов и позволяют обеспечить соблюдение требуемых технич. условий в течение заданного срока службы. Кроме того, разрабатываемые в строительной физике методы расчета и испытаний позволяют дать оценку качеству стр-ва, как в стадии проектирования, так и после возведения зданий и сооружений. Внутр. микроклимат при этих исследованиях задается гигиенич. или технологич. требованиями.
Особое развитие строительная физика получила в последние годы, когда широко развернулось индустриальное стр-во с применением многочисленных новых строит, материалов и облегченных конструкций, требующих предварительной оценки их свойств.
Для решения поставленных задач строительной физики использует: 1) теоретич. расчеты на основе установленных общих физич. закономерностей; 2) различные модели, на к-рых исследуемые процессы воспроизводятся или с измененными масштабами или на базе установленных аналогий; 3) лабораторные испытания элементов конструкций в разнообразных климатич. камерах (по возможности с соблюдением реальных условий их эксплуатации) ; 4) натурные наблюдения и измерения в сооруженных объектах. Помимо обычных теплофизич. и аку- стич. приборов и методов, в последнее время большое значение приобрели адеструк- тивные методы исследования теплофизич. и физико-технич. характеристик материалов и конструкций с использованием изотопов, ультразвука, радиоэлектрич. и др» явлений.
При проектировании городов и пром. комплексов учитываются климатич. и гео- физич. особенности тех мест, где производится стр-во; определяются наименее выгодные темп-ры воздуха и расчетные амплитуды колебаний его темп-ры (суточные, годовые и др.) « скорости ветра, относит, и абсолютная влажность воздуха, солнечная радиация, количество и характер осадков и др. данные. На основании указанных климатич. данных должны быть определены условия движения воздуха вблизи зданий и сооружений в зависимости от рельефа местности, ориентации зданий и их формы. Аналогично решается задача о перемещении воздуха внутри помещений и об интенсивности возникающей при этом естественной конвекции тепла, чем и определяется (при наличии заданных источников тепла и воздуха) общий характер внутр. микроклимата.
ФИЗИКА ЗА 5 МИНУТ — МЕХАНИКА
Для оценки состояния любого элемента здания или сооружения необходимо знать распределение в нем температур, а также воздуха и влаги с учетом ее фазового состава. Наличие взаимного влияния указанных факторов осложняет решение поставленных задач. Поэтому часто допускается, что влажностный режим уже известен и изменяется очень медленно.
Тогда задача сводится к исследованию полей темп-ры в зависимости от геометрич. формы конструкций и теплопроводности материалов. Эта задача решается с помощью уравнения Фурье, чисто аналитич. путем или с помощью различных электро- и гидроинтеграторов. При наличии крупных капилляров, а также трещин и щелей в конструкции учитывается фильтрация воздуха и вызываемое ею изменение полей температур.
Если количество влаги в материале небольшое (меньше макс, гигроскопического), то влага перемещается только в газообразной среде. В противном случае возможно движение жидкой влаги под влиянием разности ее давлений (равных давлению в газовой фазе за вычетом перепада давления, вызванного действием поверхностного натяжения воды). Это давление и заставляет жидкую влагу независимо от направления потока пара перемещаться в зону с меньшим ее давлением, т. е. туда, где меньше влажность материала или меньше диаметр капилляров, либо в зону более низких температур (см. Влагоизо- ляция).
При понижении темп-ры ниже 0°С жидкая влага частично или полностью переходит в лед. При этом прекращается ее перемещение в конденсированной фазе и снова остается лишь перемещение, вызванное градиентом парциального давления пара и приводящее к выпадению инея в полостях конструкции. Необходимо отметить, что кристаллы льда имеют коэфф. температурного расширения значительно более высокий, чем у скелета строит, материалов, вследствие чего при повышении темп-ры внутри зоны промерзания происходит расширение кристаллов льда, вызывающее частичное разрушение стенок капилляров, поэтому для строит, материалов в ограждающих конструкциях требуется обязательная проверка их морозостойкости.
Наличие жидкой влаги в конструкции имеет еще одно существенное значение, а именно: оно содействует перекристаллизации скелета материала, так как в капиллярах одновременно происходит растворение кальциевых и щелочных соединений и выделение их из раствора в др. более благоприятных для этого местах. Одновременно в силу растворимости в воде углекислого газа происходит карбонизация этих соединений, в результате чего могут совершаться местные изменения объема материала, его усадка или пучение, вызывающие дополнит, напряжения в конструкции.
Вообще всякое неравномерное поле температур вызывает соответствующие темп-рные напряжения, к-рые при охлаждении наружного сдоя конструкции с уменьшением его объема могут вызвать поверхностные трещины. Аналогичный результат дает и усадка этого слоя. Если же поверхностный слой нагревается или увеличивается в объеме, то напряжения меняют знак и вместо растрескивания может произойти его отслаивание.
Всякое частичное разрушение материала усиливает в нем фильтрацию воздуха и влаги, а следовательно, и коррозию как самого материала, так и арматуры и металлич. деталей, находящихся иод его защитой.
Строит, материалы обладают также свойством передавать механич. колебания, вибрации, шумы и звуковые колебания. Поэтому необходима проверка проектируемых конструкций на звукоизоляцию. Одновременно конструкции реагируют и на внутр. акустич. источники, в особенности при частотах, близких к частотам собственных колебаний конструкций, частично поглощая поступающие к их поверхности звуковые волны, а частично их отражая. Поэтому в помещении возникает сложная система вторичных звуковых колебаний, зависящая от размеров и формы помещения и особенностей конструкции ограждений. В случае невозможности получить требуемое качество звучания с помощью архитектурно-планировочных средств и улучшения конструкций приходится прибегать к методам спец. звукоусиления.
Большое значение имеют также свето- прозрачные ограждения, обеспечивающие использование естественного солнечного освещения. В нек-рых случаях, когда солнечный свет приносит с собой большое количество тепла, вызывающее дискомфортность помещений, необходимо применение спец. мер для защиты от солнечной радиации (см. Светотехника, Солнцезащитные устройства).
Особую проблему составляет правильное сочетание естеств. и искусств, освещения. Кроме того, большое значение имеет и окраска как внутр., так и наружных поверхностей. Первая существенно влияет на световой режим помещений и на условия труда, а вторая — на общий вид городов и др. населенных мест, как своеобразный архитектурный элемент (см. Цвет).
Результаты, получаемые С. ф., позволяют уточнить эксплуатац. характеристики зданий и сооружений, более точно учесть необходимые затраты на теплопо- тери, вентиляцию или кондиционирование воздуха, на дополнит, звукоизоляцию или звукоусиление, освещение и т. д. Учет напряжений, вызываемых объемными деформациями, влияния морозостойкости и влагостойкости конструкций позволяет оценить вероятный срок службы данной конструкции. Зная же величину последнего и затраты на ремонт и эксплуатацию, можно значительно правильнее назначать размеры конструкции, в особенности величины тепло- и пароизоляцион- ных слоев, а также определять необходимый дополнительный запас прочности несущих конструкций и тем самым повышать экономич. эффективность сооружений.
Архитектурно-строительная физика — прикладная область физики, рассматривающая физические явления и процессы в конструкциях многофункционального общественного центра, связанные с переносом тепла, звука и света, а также явления и процессы в помещениях Центра, связанные с распространением звука и света.
Основной задачейархитектурно-строительнои? физики является обоснование применения при проектировании, а в дальнейшем и строительствемногофункционального общественного центра материалов и конструкции?, выбора размеров и формы помещении?, которые обеспечили бы оптимальные температурно-влажностные, акустические и светотехнические условия в помещениях соответственно их функциональному назначению. То есть предметом изучения архитектурно — строительнои? физики являются вопросы теплопередачи, воздухопроницаемости и влажностного состояния конструкции?, вопросы звукоизоляции, акустики и светотехники.
Строительная теплотехника
архитектурная строительная физика
Оптимальное состояние воздушной среды помещений проектируемого объекта по параметрам температуры, влажности и чистоты обеспечивается комплексом мер: расположением зданий в застройке, соответствием объемно-планировочного решения природно-климатическим условиям, системами отопления, вентиляции и кондиционирования и выбором конструкции наружных ограждений, обеспечивающих необходимую теплозащиту помещений. Последнее выполняется методами строительной теплотехники.
Базой данного вопроса являетс теория теплообменных и массообменных процессов. Наружные ограждающие конструкции рассматриваются в этих процессах как открытые системы, обменивающиеся с внешней средой тепловой энергией (теплообмен) и веществом (влаго- и воздухообмен).
При проектировании многофункционального общественного центра решаются следующие теплотехнические задачи:
обеспечение необходимого уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций зимой;
обеспечение на внутренней поверхности ограждения зданий уровня температур, не позволяющего образовываться конденсату;
обеспечение теплоустойчивости ограждения в летние месяцы;
cоздание осушающего влажностного режима наружных ограждений;
ограничение воздухопроницаемости ограждающих конструкций.
Теплопередача в ограждающих конструкциях
Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Так как большинство строительных материалов являются капиллярно-пористыми телами, в них возможны все виды теплопередачи. Однако в практических расчетах обычно считают, что теплопередача внутри строительных материалов происходит по законам теплопроводности. Теплопередача конвекцией и излучением происходит в воздушных прослойках и у поверхностей конструкций на границах с наружным и внутренним воздухом.
В теплотехнических расчетах принято различать однородные (однослойные) и слоистые (многослойные) ограждающие конструкции, состоящие соответственно из одного или нескольких однородных плоских слоев, расположенных перпендикулярно направлению теплового потока (обычно параллельно наружной и внутренней поверхностям конструкции), а также неоднородные конструкции, которые имеют различные характеристики теплопроводности по площади ограждения.
Стационарные условия теплопередачи (одномерный тепловой поток)
Теплопроводность материалов
Через плоскую и достаточно протяженную конструкцию (чтобы можно было пренебречь краевыми эффектами) тепловой поток проходит перпендикулярно к ее поверхности в направлении от более высокой температуры к более низкой.
Источник: revolution.allbest.ru
Презентация по физике «Физика в архитектуре»
В своей работе я попытаюсь выяснить, в каких случаях проблемы устойчивости и прочности проявляются в конкретных архитектурных проектах.
Цель:
Доказать тесную связь архитектуры с физическими законами.
Архитектурой называют не только систему зданий и сооружений, организующих пространственную среду человека, а самое главное- искусство создавать здания и сооружения по законам красоты.
Слово «Архитектор» в переводе с греческого означает «главный строитель». Сама архитектура относится к той области деятельности человека, где особенно прочен союз науки, техники и искусства. Недаром основная задача архитектуры звучит как ее девиз: польза, прочность, красота.
В основе выбора архитектурной композиции лежат данные многих наук: надо учитывать назначение сооружения, его конструкцию, климат местности, особенности природных условий и т.д. Среди всех этих наук физика занимает важное место, которое особенно возросло в современной архитектуре и строительстве.
Еще в наставлениях древним зодчим указывалось: «на устройство подошвы и поддела ни трудов, ни иждивения жалеть не должно». Это и понятно, ведь фундамент здания – это в полном смысле слова его основа. Расчеты фундаментов основаны прежде всего на учете силы давления на грунт!
Основные элементы физики в архитектуре.
Содержимое разработки
архитектуре
Выполнила: Голованова Мария
ученица 11 класса МБНОУ лицей №22 г.Белово
Учитель:Шутова Т.Г.
В своей работе я попытаюсь выяснить, в каких случаях проблемы устойчивости и прочности проявляются в конкретных архитектурных проектах.
Доказать тесную связь архитектуры с физическими законами.
Предыстория
Еще в наставлениях древним зодчим указывалось: «на устройство подошвы и поддела ни трудов, ни иждивения жалеть не должно». Это и понятно, ведь фундамент здания – это в полном смысле слова его основа. Расчеты фундаментов основаны прежде всего на учете силы давления на грунт!
Основные элементы физики в архитектуре
Устойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, возвращающая его в равновесие. Свойственна архитектурным постройкам.)
Неустойчивое (при выводе тела из состояния равновесия возникает равнодействующая, удаляющая тело от положения равновесия)
Безразличное (при выводе тела из состояния равновесия равнодействующая сила остается равной нулю)
Устойчивость — способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий. Определение понятия устойчивости положения равновесия было дано в конце XIX века в работах русского ученого А. М. Ляпунова.
Для повышения устойчивости сооружения необходимо:
Достаточные условия устойчивости положений равновесия для систем определяются теоремой Лагранжа — Дирихле : положение равновесия консервативной механической системы устойчиво, если в положении равновесия потенциальная энергия системы имеет изолированный минимум .
Прочность. Виды прочности.
Прочность — свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под воздействием внешних сил. Свойство конструкции выполнять назначение, не разрушаясь в течение заданного времени.
Прочность подразделяют на статическую, под действием постоянных нагрузок, динамическую и усталостную ( выносливость ), имеющую место при действии циклических переменных нагрузок. Для конструкций различают общую прочность — способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения, и местную — та же способность отдельных узлов, деталей, соединений.
Снеговая нагрузка.
Снеговая нагрузка на крышу — единица необходимая для расчёта сечения стропильных ног.
Полное расчётное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:
Sg — расчётное значение веса снегового покрова на 1м2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице,
μ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.
Самые красивые здания и их особенности
1. ЗАВИСИМОСТЬ СИЛЫ ДАВЛЕНИЯ ОТ ВЕСА ТЕЛА И ПЛОЩАДИ ЕГО ОПОРЫ
2. Зависимость силы трения от качества трущихся поверхностей.
3.Условия устойчивости тела, имеющего площадь опоры
Развитие форм архитектуры.
Дом Бальо (арх.Антонио Гауди) Испания(1877-1907)
Пирамиды Гизы Зиккурат в Уре
Милуокский художественный музей(арх.Сантьяго Калатрава) США 1957год
- Архитектура тесно связана с физикой и не может существовать без нее.
- Строгое соблюдение законов физики необходимо как при проектировании, так и при строительстве архитектурных сооружений.
- Чем сложнее проект, тем больше внимания требуется уделять физическим законам
Спасибо за внимание!
-80%
Источник: videouroki.net