Title
Испитивање конструктивних карактеристика и могућности примене композитних плоча од дрвета у архитектури егзоскелета
Creator
Sokolović, Neda, 1991-
CONOR:
88246025
Copyright date
2022
Object Links
Select license
Autorstvo-Nekomercijalno-Bez prerade 3.0 Srbija (CC BY-NC-ND 3.0)
License description
Dozvoljavate samo preuzimanje i distribuciju dela, ako/dok se pravilno naznačava ime autora, bez ikakvih promena dela i bez prava komercijalnog korišćenja dela. Ova licenca je najstroža CC licenca. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/deed.sr_LATN. Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 15.06.2023.
Other responsibilities
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Arhitektonski fakultet
Alternative title
Examination of mechanical properties of wood-based composite panels and analyzing possibilities of its application in exoskeleton
Publisher
[Н. М. Соколовић]
Format
336 стр.
description
Архитектура и урбанизам / Architecture and Urbanism
Abstract (sr)
Технолошки напредак одувек је био подстицај иновативног дизајна у архитектури.
Развој нових материјала и технологија један је од највећих покретача архитектонске мисли, а
развој процеса пројектовања комплексних архитектонских структура и развитак нових
архитектонских форми условљен је напретком у овој области. Задатак тезе је да се провере и
унапреде могућности формирања конструктивних материјала насталих комбиновањем
традиционалних и савремених материјала који имају примену у градитељству. Добијени
резултати представљаће основ за даље истраживање у области пројектовања структура
архитектонских објеката.
Основни грађевински материјали су материјали добијени из природе – камен, дрво и
земља. Напретком технологије у ХХ веку доминантни материјали у градњи постају челик и
армирани бетон. Технолошки напредак у XX-ом и почетком XXI-ог века у архитектуру
употребу уводи полимерне материјале, чија све већа тенденција постаје примена у формирању
конструктивних елемената.
Дрво, као природни материјал, задржао се кроз историју као један од најчешће
употребљаваног материјала у грађевинарству, првенствено због лаке доступности, али и због
својих одличних физичких и механичких карактеристика. Дугогодишња и континуирана
примена, као и развој других производа који се добијају од дрвета као основне сировине,
подстакнути су технолошким развојем и новим тржишним захтевима. Данас се из дрвета, као
основног материјала, добија велики број производа на бази дрвета, чије су основне предности
рационалнија примена дрвне сировине и унапређене физичке и механичке особине у односу
на монолитно дрво. Посебно су значајни производи на бази дрвета добијени од слојева
фурнира, фурнирске плоче (plywood) и ламелирана фурнирска грађа (laminated veneer lumber
- LVL). Ови производи се додатно издвајају од други плочастих материјала на бази дрвета због
својих механичких и естетских особина.
Фурнирске плоче и LVL грађа су производи на бази дрвета добијени међусобним
лепљењем слојева фурнира. Предност ових производа огледа се у побољшању одређених
конструктивних карактеристика у односу на плоче од пуног дрвета, а првенствено у смањењу
ограничења материјала условљених његовом анизотропношћу. Предност ових плоча огледа се
у умањењу основних недостатака које се уочавају у монолитној грађи: грешке дрвета су
распоређене кроз плочу или елиминисанe у производњи, смањена је варијабилност у
карактеристикама и уједначеније су механичке карактеристике производа у подужном и
попречном правцу. Примена плоча на бази фурнира у архитектури може бити: конструктивна
(примарна) и неконструктивна (секундарна). Конструктивна примена за израду гредних
елемената или елемента испуне I-гредних носача, хоризонталних и вертикалних дијафрагми
за укрућење, док је неконструктивна у виду подне, зидне и кровне, облоге. Плочасти
материјали на бази дрвета најчешће су секундарни елементи конструкције, који служе за
прихватање и пренос оптерећења на носеће конструктивне елементе, или за повећање
стабилности дрвених структура.
Мала сопствена тежина и добре механичке карактеристике подстакле су истраживање
примене плочастих производа на бази дрвета као носећег елемента конструкције у структури
љуски и набора. Формирање оваквих структура од плоча на бази дрвета доприноси уштеди
материјала и рационалном конструктивном решењу. У циљу истраживања у свету је
формирано свега неколико просторних структура код којих фурнирске и/или LVL плочe
представљају једини конструктивни елемент који чине једновремено конструкцију и омотач
објекта. Због димензионалних ограничења плоча, објекти реализовани као просторне
структуре, у конструктивном систему љуске или набора, формирани су од међусобно
повезаних мањих равних сегмената плоча од фурнира. Ови објекти обликовани су тако да
конструктивни елементи нису оптерећени искључиво аксијалним силама, већ се као
доминантна оптерећења јављају моменти савијања, што је могуће управо избором дрвета као
конструктивног материјала. Сви реализовани објекти су у домену истраживања и на њима се
могу приметити ограничења у распонима и носивости читавих структура, што је последица
веза између плоча, као и конструктивних карактеристика плоча на бази дрвета.
Истраживање у овој области инспирисано је развојем нових материјала и технологија
и њиховом применом на неконвенционалне начине као носећи конструктивни елемент
архитектонских објеката. Опсервацијом начина примене плоча на бази фурнира у
архитектури, али и њиховом применом у другим областима, наилази се на одсуство њихове
примене као примарног конструктивног елемента. Разлог томе су њихове перформансе, које
су иако добре за ширу примену као секундарни елементи конструкције који немају носећу
улогу, недовољно су добре за употребу као примарни елементи конструкције. Управо то је
иницирало идеју за побољшањем механичких својстава плоча на бази фурнира интеграцијом
са материјалима на бази полимера и формирањем новог композитног производа побољшаних
механичких карактеристика, првенствено модула еластичности, као и чврстоће на савијање и
чврстоће на смицање, чиме би се створио нови производ са могућношћу његове апликације за
остварење различитих архитектонских форми. Развој овог материјала допринео би
унапређењу архитектонских и грађевинских решења, прошириле би се могућности избора
материјала и подстакао процес пројектовања архитектонских просторних форми...
Abstract (en)
INVESTIGATION OF STRUCTURAL CHARACTERISTICS AND
POSSIBILITIES OF USING WOOD-BASED COMPOSITE PANELS
IN EXOSKELETON ARCHITECTURE
Abstract
Technological development has always encouraged innovation processes in architecture.
Development of new materials and technologies applied is one of decisive initiators of architectural
thought. Moreover, expansion of complex architectural structures and forms is conditioned by
development in the field of new materials and technologies. Therefore, the main objective of this
doctoral thesis is investigation and promotion of new structural composites that combine both
traditional and contemporary materials, followed by their application in the area of building
constructions. Results obtained will define the basis for further investigation in the field of
architectural structures’ design.
Long-lasting architecture in human history was based on the use of naturally occurring
materials- stone, wood and earth. Technological development of 20 th century resulted in the
predominant use of steel and reinforced concrete in building industry. Furthermore, with the
beginning of the new 21 st century, materials based on polymers were developed, rapidly finding their
implementation in the area of structural materials.
Wood, as naturally occurring material, had a continuity of use through history as one of the
most used building materials, as a result of its availability, as well as superior physical and mechanical
characteristics. Long lasting and continuous use of wood and wood-based products was influenced
by both technological development and market demands. Nowadays, there is variety of wood-based
products, whose main advantages lie in rational use of raw materials and improved physical and
mechanical characteristics when compared to solid timber. Veneer-based products, namely plywood
and laminated veneer lumber (LVL) are particularly significant in the area of timber constructions,
due to their superb mechanical and aesthetical characteristics when compared to the other wood-based
panels.
Plywood and LVL are products made of wood, created by merging veneer layers. The main
advantage if these products is reflected in their improved structural characteristics when compared to
solid timber panels, which is a result of their decreased anisotropy. Furthermore, the main defects of
solid timer panels are improved in veneer-based ones: timber faults are arranged through the panel or
eliminated completely, variability of structural characteristics in longitudinal and transversal
direction is reduced leading to more uniform behavior of elements. Application of veneer-based
products in architecture can be structural (primary) or non-structural (secondary). Regarding their
structural role, they can be used as beams, as an infill of I-beams, diaphragms and shear walls. On the
other hand, their non-structural role is as floor, wall or roof covering material. Wood-based panels
are mainly used as non-structural elements, whose role is to transfer load to structural elements and
increase overall stability of timber structures.
Low self-weight as well as good mechanical characteristics encouraged research in the field
of structural use of wood-based panels applied in the architecture of both shell and shed structures.
Design of these structures, made of wood-based panels contributes to minimizing material usage and
more rational use of structure. Aiming to contribute to the field, only a few spatial structures were
formed whose all structural elements were made of plywood and/or LVL. Withal, these materials
represent covering material as well. Due to dimensional limitations of panels, above-mentioned
structures created were formed of small length planar elements. Structural elements do not have
predominantly axial stresses, but bending moments, which was possible by careful selection of timber
as structural material used. All these structures were built for the sake of scientific research.
Therefore, what could be observed are limitations of span and carrying capacity of structures, as a
result of panel joints, as well as structural characteristics of material applied.
Research in this field is encouraged by development of new materials and technologies, and
their non-conventional application as a structural element of architectural object. Literature review of
veneer-based panels use in architecture, as well as their application in other fields, indicated lack of
their use as a structural element. The main reason is that these products do have very good
characteristics when applied as non-structural elements, whilst insufficiently good for structural use.
This observation initiated the idea for improving mechanical characteristics of veneer-based panels
by integrating them with polymer-based materials. Establishing new composite with improved
mechanical characteristics, mainly modulus of elasticity, flexural and shear strength, would lead to
expansion of use of veneer-based products and possibilities of more complex structures design.
Development of this composite would broaden possibilities of materials’ selection used for structural
elements and initiate more diverse architectural forms.
Polymer-based materials are used mainly for strengthening reinforced concrete elements, less
for strengthening timber structures, and only with fewer information regarding their use for wood-
based materials, plywood and LVL. Literature review in the field indicate a few experimental
campaigns, published and discussed. The main aim of research carried out was finding the optimal
method of veneer-based panel formation in order to improve their mechanical characteristics.
Nevertheless, in spite of successful experimental research, this material was not applied in further
research in architecture, nor possible ways of its implementation as structural element were
investigated. This research aims to fill the gap identified and contribute to the possibilities of
application of composite wood-based panels as structural element of architectural objects...
Authors Key words
плоче на бази фурнира, LVL плоче, карбонска влакна, ојачане LVL плоче,
механичке особине, конструктивни елементи, просторне структуре, симулациони модел
Authors Key words
veneer-based panels, LVL panels, carbon fibers, reinforced LVL panels, mechanical
characteristics, structural elements, spatial structures, 3D simulation model
Classification
72.02:674.817:624.07(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Технолошки напредак одувек је био подстицај иновативног дизајна у архитектури.
Развој нових материјала и технологија један је од највећих покретача архитектонске мисли, а
развој процеса пројектовања комплексних архитектонских структура и развитак нових
архитектонских форми условљен је напретком у овој области. Задатак тезе је да се провере и
унапреде могућности формирања конструктивних материјала насталих комбиновањем
традиционалних и савремених материјала који имају примену у градитељству. Добијени
резултати представљаће основ за даље истраживање у области пројектовања структура
архитектонских објеката.
Основни грађевински материјали су материјали добијени из природе – камен, дрво и
земља. Напретком технологије у ХХ веку доминантни материјали у градњи постају челик и
армирани бетон. Технолошки напредак у XX-ом и почетком XXI-ог века у архитектуру
употребу уводи полимерне материјале, чија све већа тенденција постаје примена у формирању
конструктивних елемената.
Дрво, као природни материјал, задржао се кроз историју као један од најчешће
употребљаваног материјала у грађевинарству, првенствено због лаке доступности, али и због
својих одличних физичких и механичких карактеристика. Дугогодишња и континуирана
примена, као и развој других производа који се добијају од дрвета као основне сировине,
подстакнути су технолошким развојем и новим тржишним захтевима. Данас се из дрвета, као
основног материјала, добија велики број производа на бази дрвета, чије су основне предности
рационалнија примена дрвне сировине и унапређене физичке и механичке особине у односу
на монолитно дрво. Посебно су значајни производи на бази дрвета добијени од слојева
фурнира, фурнирске плоче (plywood) и ламелирана фурнирска грађа (laminated veneer lumber
- LVL). Ови производи се додатно издвајају од други плочастих материјала на бази дрвета због
својих механичких и естетских особина.
Фурнирске плоче и LVL грађа су производи на бази дрвета добијени међусобним
лепљењем слојева фурнира. Предност ових производа огледа се у побољшању одређених
конструктивних карактеристика у односу на плоче од пуног дрвета, а првенствено у смањењу
ограничења материјала условљених његовом анизотропношћу. Предност ових плоча огледа се
у умањењу основних недостатака које се уочавају у монолитној грађи: грешке дрвета су
распоређене кроз плочу или елиминисанe у производњи, смањена је варијабилност у
карактеристикама и уједначеније су механичке карактеристике производа у подужном и
попречном правцу. Примена плоча на бази фурнира у архитектури може бити: конструктивна
(примарна) и неконструктивна (секундарна). Конструктивна примена за израду гредних
елемената или елемента испуне I-гредних носача, хоризонталних и вертикалних дијафрагми
за укрућење, док је неконструктивна у виду подне, зидне и кровне, облоге. Плочасти
материјали на бази дрвета најчешће су секундарни елементи конструкције, који служе за
прихватање и пренос оптерећења на носеће конструктивне елементе, или за повећање
стабилности дрвених структура.
Мала сопствена тежина и добре механичке карактеристике подстакле су истраживање
примене плочастих производа на бази дрвета као носећег елемента конструкције у структури
љуски и набора. Формирање оваквих структура од плоча на бази дрвета доприноси уштеди
материјала и рационалном конструктивном решењу. У циљу истраживања у свету је
формирано свега неколико просторних структура код којих фурнирске и/или LVL плочe
представљају једини конструктивни елемент који чине једновремено конструкцију и омотач
објекта. Због димензионалних ограничења плоча, објекти реализовани као просторне
структуре, у конструктивном систему љуске или набора, формирани су од међусобно
повезаних мањих равних сегмената плоча од фурнира. Ови објекти обликовани су тако да
конструктивни елементи нису оптерећени искључиво аксијалним силама, већ се као
доминантна оптерећења јављају моменти савијања, што је могуће управо избором дрвета као
конструктивног материјала. Сви реализовани објекти су у домену истраживања и на њима се
могу приметити ограничења у распонима и носивости читавих структура, што је последица
веза између плоча, као и конструктивних карактеристика плоча на бази дрвета.
Истраживање у овој области инспирисано је развојем нових материјала и технологија
и њиховом применом на неконвенционалне начине као носећи конструктивни елемент
архитектонских објеката. Опсервацијом начина примене плоча на бази фурнира у
архитектури, али и њиховом применом у другим областима, наилази се на одсуство њихове
примене као примарног конструктивног елемента. Разлог томе су њихове перформансе, које
су иако добре за ширу примену као секундарни елементи конструкције који немају носећу
улогу, недовољно су добре за употребу као примарни елементи конструкције. Управо то је
иницирало идеју за побољшањем механичких својстава плоча на бази фурнира интеграцијом
са материјалима на бази полимера и формирањем новог композитног производа побољшаних
механичких карактеристика, првенствено модула еластичности, као и чврстоће на савијање и
чврстоће на смицање, чиме би се створио нови производ са могућношћу његове апликације за
остварење различитих архитектонских форми. Развој овог материјала допринео би
унапређењу архитектонских и грађевинских решења, прошириле би се могућности избора
материјала и подстакао процес пројектовања архитектонских просторних форми...
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.