@phdthesis{
author = "Соколовић, Неда М.",
year = "2022",
abstract = "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.
Досадашња истраживања примене полимерних материјала за ојачање конструктивних елемената спроведена су првенствено за армирано-бетонске и зидане конструкције, у нешто мањој мери за дрвене конструкције, а врло ограничене информације доступне су за испитивања у области композитних плоча на бази дрвета, фурнирских плоча и LVL-а. Претходна истраживања у овом пољу подразумевају неколико експерименталних истраживања, публикованих и приказаних у литератури, којима се тежило проналажењу оптималног начина формирања композитне плоче на бази фурнира, а као резултат добијен је производ са побољшаним одређеним механичким карактеристикама. Поред успешних експерименталних истраживања производ није примењен у даљим истраживањима у архитектури, нити су испитивани начини његове имплементације као носећег конструктивног елемента. Ово истраживање би допунило ту неистражену област и на тај начин допринело проширењу могућности формирања архитектонских објеката где би носећи конструктивни елемент био танкослојни омотач формиран од композитних плоча на бази дрвета.
Циљ истраживања је да се испитају и анализирају механичке особине композитног плочастог материјала формираног ламелирањем фурнира са полимерима армираним карбонским или стакленим влакнима, његове предности и ограничења, а првенствено да се укаже на могућности његове примене у архитектури као носеће опне - егзоскелета.
У оквиру ове тезе, користећи експериментални метод истраживања вршиће се провера могућности побољшања одређених механичких својстава која су неопходна за конструктивну примену, дефинисана на основу претходно извршене анализе могућности неконвенционалне примене плоча на бази фурнира у архитектури. Механичке карактеристике материјала добијенe експерименталним путем даље ће се тестирати нумерички, кроз симулационе моделе и примере примене као елемената конструкције архитектонских објеката, како би се доказале могућности и оправданост примене тестираног материјала. Истовремено ће се кроз поменуте симулационе моделе испитати њихова носивост и просторна стабилност када су формирани од неојачаних плоча на бази фурнира (фурнирских плоча и LVL-а) како би се извршила међусобна анализа и поређење резултата, а у циљу препознавања потенцијала примене ојачаног композитног материјала. Добијени резултати унапређења представљаће главни допринос рада. Овим истраживањем истаћи ће се механичке особине композитних плоча на бази дрвета и препознаће се потенцијали њихове примене у архитектури. Истраживање ће представљати темељ за будућа истраживања у области примене композитних плоча на бази фурнира унапређених конструктивних карактеристика за формирање просторних структура., 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 20th century resulted in the
predominant use of steel and reinforced concrete in building industry. Furthermore, with the
beginning of the new 21st 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...",
publisher = "Универзитет у Београду, Архитектонски факултет",
journal = "Универзитет у Београду",
title = "Испитивање конструктивних карактеристика и могућности примене композитних плоча од дрвета у архитектури егзоскелета, Investigation of structural characteristics and possibilities of using wood-based composite panels in exoskeleton architecture",
url = "https://hdl.handle.net/21.15107/rcub_raf_2063"
}
