Часть 2: практика - Сборка модели «высотного здания».

Название урока

Урок 3. Высотное здание.

Планируемые результаты

1. Установки

Поиск нестандартных решений в создании конструкций

высотных зданий и сооружений.

2. Умения

Освоение навыков конструирования частей своей модели по

схемам и фотографиям.

3. Знания

Понятия «Башня», «Небоскрёб», «Фундамент и подземные части высотного здания», «Несущие конструкции высотного здания».

Материалы для занятия

1.

Конструктор

2.

Схема сборки «Высотного здания» на каждого участника.

3.

Отпечатанные схемы и рисунки зданий и небоскрёбов

разной конструкции – 1 комплект на двух участников.

4.

Листы бумаги в клетку, цветные фломастеры, линейка, циркуль,

простые карандаши, транспортир, трафареты с отверстиями

разной формы – для учебного и самостоятельного

проектирования.

Один комплект для каждого ученика.

Структура урока

Урок состоит из четырёх частей:

1.Теория - интерактивное групповое общение с детьми,

краткое обсуждение темы урока.

Знакомство с понятиями «Башня», «Фундамент», «Фахверк»,

«Каркасная конструкция здания».

2.Практика - Сборка модели «Высотного здания».

Индивидуальное конструирование по инструкции.

3.Самостоятельное проектирование - «Небоскрёб Будущего».

4.Заключение – проверка знаний и приобретённых навыков.

Рефлексия

1. Как мы проверяем усвоение понятий?

Ответы детей на вопросы во время и в конце занятия

2. Как мы контролируем правильность выполнения практических заданий?

Обсуждение приёмов конструирования по схемам и рисункам,

анализ ошибок и творческих находок в готовых моделях

Часть 1: ТЕОРИЯ.

================

Ведущий: Сегодня мы поговорим о Башнях и Небоскрёбах!

             Кто нам подскажет что такое «Башня»?

Участники: Башня в Замке, Телевизионная башня.

В: Но вы не дали определение! Чем Башня от дома отличается?

У: Башня очень высокая! У неё бывает много этажей!

В: Бывают дома тоже очень высокие и этажей в них много.

Главное отличие в том, что размеры этажей в башне маленькие!

БАШНЯ - инженерное сооружение, отличающееся значительным преобладанием высоты над стороной или диаметром основания.

Основными отличиями башен от других высоких строений - крайне небольшой внутренний объём, ограниченные размеры каждого этажа.

Иногда весь объём башни ( кроме помещений в основании и на верхней площадке ) бывает занят одной только лестницей!

-

Рис. 1: Макет сторожевой башни в укреплении на границе Римской империи.

-

В Средние века в Замках и Крепостях научились строить очень прочные башни с большими помещениями на ярусах-этажах( Рис. 2 ).

При огромной толщине стен высота Башен оставалась не очень большой и редко достигала 15-20 метров от их основания.

-

Рис.2: Башня-Донжон Замка в разрезе.

-

Донжо́н (фр. donjon — господская башня, от ср.лат. dominionus[1]) — главная башня в европейских феодальных замках.

В отличие от башен на стенах замка, донжон находится внутри крепостных стен (обычно в самом недоступном и защищённом месте) и обычно не связан с ними — это как бы крепость внутри крепости. В донжоне часто располагались различные важные помещения замка – жилые помещения владельца Замка и его семьи, оружейные, главный колодец, склады продовольствия.

Совершенствование технологий привело к тому что донжоны стали строить как огромные каменные колонны и даже как колодцы-трубы, нередко объединяющие в себе несколько стоящих по углам башен в которых устраивали винтовые лестницы и механизмы для подъёма воды и продуктов из подвалов, подъёма-опускания мощных щитов и решёток в проёмах проходов, мостов для перехода из одного «блока помещений» в другой.

А сами такие сооружения всё больше стали походить на наши современные высотные здания и небоскрёбы ( Рис 3 )!

-

Рис. 3

-

Но строительство жилых домов долгое время оставалось малоэтажным.

Всё дело было в несущих стенах небольшой толщины сложенных из кирпичей и некрупных камней.

Такие стены не могли выдержать слишком большие нагрузки без применения известных нам сегодня бетонных блоков и каркаса из металлических столбов и балок.

Все полы-перекрытия, каркасные конструкции крыш оставались деревянными.

Перегородки между отдельными помещениями для прочности приходилось выкладывать из кирпича. Эти тонкие кирпичные перегородки как и внешние стены поднимались на всю высоту дома и являлись частью общей несущей конструкции сильно утяжеляя коробки этажей и само здание.

Поэтому каменные дома такой конструкции не могли строить высотой более 3-5 этажей.

Важным этапом развития в технологии каркасного строительства явилось изобретение «фахверка».

«ФАХВЕРК» - Фа́хверк (нем. Fachwerk — каркасная конструкция, фахверковая конструкция) — тип строительной конструкции, при котором несущей основой служит жёсткий несущий каркас из стоек (вертикальных элементов), балок (горизонтальных элементов) и раскосов (диагональных элементов), которые и являются основной отличительной особенностью конструкции фахверка. Раскосы придают жёсткость и прочность каркасам фахверковых домов. Пространство между элементами каркаса заполнялось глинобитным материалом (смешанными с глиной камышом, ветками, соломой ), кирпичом, иногда также деревом. Полученные панели штукатурились, при этом сам каркас оставлялся на виду.

  Элементы каркаса визуально расчленяли белые стены и придавали облику зданий особую выразительность, которая стала главной архитектурной особенностью фахверка.

Теперь все перегородки между помещениями на этажах тоже стали делать из унифицированных ( т.е. из типовых ) сборных деревянных панелей.

Фахверк появился в XV веке в Германии и стал очень популярным в Европе, особенно в северной части (от Британии до Польши) ( Рис. 4).

Рис. 4

-

Принципы фахверкового строительства окончательно выделили в конструкции многоэтажного дома три основных части - фундамент ( как специальная несущая-опорная конструкция для всех других частей сооружения ), стилобат ( цокольный этаж – часто отдельная тяжёлая каменная «коробка» под вышестоящими конструкциями ) и облегчённый несущий стоечно-балочный каркас этажей и крыши здания.

Рассмотрим теперь подробнее что такое «Высотное здание».

«ВЫСОТНЫМИ ЗДАНИЯМИ» в России считают здания высотой более 75 м или более 25 этажей.

Здания выше 100 м (в США и Европе — выше 150 м) считаются «НЕБОСКРЁБАМИ».

Высотные здания могут иметь разное назначение: быть гостиницами, офисами, жилыми домами, учебными зданиями. Чаще всего под основной «башней» в «стилобате» размещаются автостоянки, магазины, офисы, кинотеатры и т. д.

-

«ОСНОВАНИЕ СТРОЕНИЯ» - ограниченная по глубине и площади часть массива грунта на котором возводят здание или сооружение.

«ФУНДАМЕНТ» - строительная несущая конструкция, часть здания, сооружения, которая воспринимает все нагрузки от вышележащих конструкций и распределяет их по основанию.

По виду конструкции фундаменты бывают:

1. Ленточный – такой фундамент располагается под всеми конструкциями сооружения в виде сплошной ленты. Применяется в строительстве домов, стены которых делают из кирпича и блоков. В зависимости от уровня промерзания почвы бывает малозаглубленный и заглубленный.

-

Рис.5 Ленточный тип фундамента

-

2.    Плитный (сплошной) – этот вид фундамента располагается под всеми конструкциями в виде плиты. Используется фундаментная плита для перераспределения нагрузки на фундамент, понижая нагрузки на слабых участках грунта и увеличивая сильные участки.

3.    Столбчатый – располагается лишь под колоннами каркаса здания. Используется в строительстве домов с несущим каркасом.

Построенные в специальном котловане на забитых сваях Плитный и Ленточный фундаменты вместе образуют Коробчатый фундамент на котором и возводится высотное здание или небоскрёб ( Рис. 5 ).

-

Рис. 5: Схема конструкции «Коробчатого фундамента» высотного здания в виде башни.

Нижняя и верхняя плиты разделены стенами и перегородками ленточного фундамента.

Как показано на Рис. 6 высотное здание имеет в середине специальную бетонную трубу-столб для лифтов, лестниц и других коммуникаций.

На этот «столб» с помощью несущего стоечно-балочного каркаса подвешиваются плиты перекрытий этажей.

-

Рис. 6.

-

«ЦОКОЛЬ» (итал. zoccolo, букв. башмак на деревянной подошве) — подножие здания, сооружения, памятника, колонны и тому подобных сооружений, лежащее на фундаменте, зачастую выступающее по отношению к верхним частям сооружения.

В ленточных фундаментах цоколем может являться верхняя часть самого фундамента, в столбчатых цоколь — стена между столбами.

«СТИЛОБАТ» (др.-греч. στυλοβάτης) — верхняя поверхность ступенчатого цоколя древнегреческого храма, на которой сооружалась колоннада.

В современной архитектуре «Стилобат» - верхняя часть ступенчатого цоколя здания, или общий цокольный этаж, объединяющий несколько зданий ( Рис. 6 ).

-

Рис. 6. Применение «Стилобата» в современном строительстве.

-

Рис. 7. Схемы «несущего стоечно-балочного каркаса» с примерами установки перегородок.

==========================================================

В: Давайте сейчас соберём из деталей Конструктора модель «Высотного здания».

 Цвет вы можете определять сами.

( раздаёт каждому ребёнку инструкцию для сборки )

Предлагаю объединиться в группы по 2 человека.

В результате мы получили конструкцию показанную на Рис. 8:

-

Рис. 8.

-

Убираем со столов все неиспользованные детали конструктора, оставляем только собранные модели.

Часть 3: САМОСТОЯТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ –

 «НЕБОСКРЁБ БУДУЩЕГО».

В: Раздаёт ученикам комплект фотографий и рисунков с изображением разных высотных зданий, башен и  проектов небоскрёбов ( 1 комплект на 2-х учеников ).

В: Посмотрите внимательно на фотографии и на листах бумаги в клетку нарисуйте каждый свой «Небоскрёб Будущего».

Ученики проектируют свои варианты «Небоскрёба или Высотного здания».

Коротко обсуждаем полученные результаты.

Часть 4: ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Вспоминаем вопросы теории.

В: Давайте вспомним, что означает слово «Башня»?

У: «Башня» - узкое сооружение или здание размеры основания которого в несколько раз меньше его высоты.

В: Что мы называем «Фахверк»?

У: «Фа́хверк» - тип строительной конструкции, при котором несущей основой служит жёсткий каркас из стоек (вертикальных элементов), балок (горизонтальных элементов) и

раскосов (диагональных элементов).

Пространство между элементами каркаса заполняли глиной с соломой, кирпичом и

деревянными панелями.

В: Какие типы «фундамента» вы знаете?

У: «Ленточный» - рама-забор в грунте из камня и бетона.

«Коробчатый» - фундамент из бетонных плит и стен в виде лабиринта.

«Свайный» или «Столбчатый» - фундамент из забитых глубоко в землю бетонных свай-столбов. На них потом устанавливают колонны несущего каркаса.

В: Спасибо за успехи!

 ( раздаём домой рисунки проектов моделей, хвалим за успехи и идеи!)

Познавательные статьи:



Алгоритмические операторы Matlab

Конструирование и порядок расчёта дорожной одежды

Исследования учёных: почему помогают молитвы?

Почему терпят неудачу многие предприниматели?