Cantilevered یک عنصر ساختاری را توصیف می کند که به طور محکم در یک انتها ثابت شده است در حالی که انتهای دیگر آزادانه بدون پشتیبانی اضافی در فضا گسترش می یابد. این اصطلاح هم به عنوان صفت و هم به عنوان مضارع کار می کند – یک بالکن می تواند کنسول باشد، یا ممکن است بگویید معمار طبقه بالایی را کنسول ساخته است.
نکات کلیدی
- Cantilevered ساختاری را توصیف می کند که به طور محکم در یک انتها لنگر انداخته و در حالی که آزادانه در فضا بدون مهاربندی خارجی یا پشتیبانی اضافی گسترش می یابد.
- کنسول ها با انتقال بارها به انتهای ثابت کار می کنند، جایی که لنگرهای خمشی و نیروهای برشی از طریق مواد با دقت انتخاب شده مانند فولاد، بتن یا الوار مدیریت می شوند.
- این طرح در مهندسی و معماری بریتانیا، از پل فورت و سقف استادیوم در اولدترافورد گرفته تا بالکن‌ها، سایبان‌ها و بال‌های هواپیما دیده می‌شود.
- در مقیاس میکرو، فناوری کنسول زیربنای میکروسکوپ نیروی اتمی و تشخیص‌های پزشکی نوظهور از طریق مبدل‌های دقیق MEMS است.
Cantilevered به چه معناست؟
این تکنیک بر یک نقطه لنگر ایمن و وزن متعادل کننده در پشت انتهای ثابت تکیه دارد تا از واژگونی بخش بیرون زده جلوگیری کند. از نظر تاریخی، ساختمان‌های با اسکلت چوبی از این رویکرد برای بالا‌کشیدن طبقات بالا استفاده می‌کردند که اغلب در ساخت‌وسازهای بریتانیایی قرون وسطی «اسکله» نامیده می‌شدند.
امروزه، طرح‌های کنسولی در همه چیز ظاهر می‌شوند، از پسوندهای چشمگیر خانه گرفته تا سیستم‌های قفسه‌بندی Stackit که در انبارها استفاده می‌شوند. این روش از مهندسی عمران در مقیاس بزرگ سرچشمه گرفت – پل فورث یک نمونه قابل توجه است – قبل از اینکه در معماری مسکونی برای ایجاد آن اثر شناور قابل توجه محبوب شود.
Cantilever به عنوان اسم و فعل
*Cantilever* اصطلاحی است که در ساخت هم به عنوان اسم و هم فعل عمل می کند. به عنوان یک اسم، تیر یا ساختار صلب را توصیف می کند که از یک تکیه گاه ثابت به بیرون بیرون می زند. به عنوان یک فعل، به عمل گسترش یک بار به فراتر از نقطه لنگر آن بدون مهاربندی اضافی در زیر آن اشاره دارد.
در قاب‌بندی چوبی سنتی انگلستان، این تکنیک *جت‌بندی* نامیده می‌شد – عملی که طبقات بالایی را فراتر از طبقه زیرین قرار می‌دهند. امروزه، مهندسان هنگام ساختن پل‌ها بر روی رودخانه‌ها یا دره‌هایی که در آنها کار کاذب زمینی غیرعملی است، بر روی کنسول موقت تکیه می‌کنند. این انعطاف‌پذیری، ساخت و ساز کنسول را برای نماهای بالای سر، پشت بام‌های مدرن و بالکن‌های بیرون زده ایده‌آل می‌کند.
Cantilevers چگونه کار می کنند
کنسول تیری است که در یک انتها ثابت و در انتهای دیگر آزاد است و تمام بارها را به یک نقطه لنگر منتقل می کند. هنگامی که وزن بر روی بخش بیرون زده فشار می آورد، انتهای ثابت دو نیروی اصلی را تجربه می کند: یک نیروی برشی رو به پایین و یک لنگر خمشی که سعی می کند تیر را بچرخاند. لنگر باید در مقابل هر دو مقاومت کند.
مهندسان از یک قانون تقریبی 2:1 پیروی می‌کنند – دهانه پشتی داخلی باید حداقل دو برابر طرح بیرونی باشد. این طول متعادل کننده که اغلب با دال کف یا ساختار اضافی وزن می شود، از چرخش جلوگیری می کند.
انتخاب مواد بر محدودیت های دهانه تأثیر می گذارد. فولاد تنش را به خوبی کنترل می کند و با برجستگی های طولانی تر سازگار است. بتن مسلح سختی را ارائه می دهد اما وزن را اضافه می کند. الوار برای برآمدگی های خانگی متوسط کار می کند. هر گزینه هزینه های متفاوتی دارد. تولید فولاد و نیروی کار متخصص معمولاً نسبت به روش های استاندارد ساخت و ساز برتری دارند.
کنسول ها در پل ها، برج ها و ساختمان ها
کنسول یک عنصر ساختاری است که در یک انتها ثابت شده و از طرف دیگر آزادانه در فضا گسترش می یابد. این اصل در سراسر پل ها، برج ها و ساختمان ها ظاهر می شود و هر کدام از این مفهوم برای حل مسائل مهندسی مجزا استفاده می کنند.
در ساخت پل، روش کانسیلور متعادل از هر دو طرف پایه به طور همزمان به سمت بیرون ساخته می شود و سازه را در طول مونتاژ پایدار نگه می دارد. پل فورث در اسکاتلند، که در سال 1890 تکمیل شد، یک نمونه مشهور از این رویکرد باقی مانده است. طرح‌های دهانه معلق دو بازوی کنسول را با یک تیر مرکزی به هم متصل می‌کنند و امکان انبساط حرارتی را فراهم می‌کنند.
سازه‌های عمودی مانند دودکش‌ها و دکل‌های رادیویی به‌عنوان کنسول‌هایی عمل می‌کنند که در پایه خود لنگر انداخته‌اند و در برابر بارهای باد در تمام ارتفاع خود مقاومت می‌کنند. در معماری، همین اصل، بالکن‌ها، اسکله‌ها و سایبان‌هایی را ایجاد می‌کند که فراتر از دیوارهای نگهدارنده بیرون می‌آیند.
سقف ورزشگاه‌ها در مکان‌هایی مانند اولدترافورد از فولاد متوازن استفاده می‌کنند تا فواصل زیادی را بدون ستون‌هایی که خطوط دید را مسدود کنند، طی کنند. شرکت‌هایی مانند BHP Architects با چالش‌های خاصی که ساخت و ساز کنسول ایجاد می‌کند، از جمله الزامات پشتیبانی موقت و مدیریت تنش‌های پیچشی در طول مونتاژ کار می‌کنند.
کنسول در هواپیما
بال کنسولی بالی است که خود را بدون سیم مهاربندی یا پایه های خارجی نگه می دارد. این طراحی عملکرد هواپیما را با مبادله ساختار داخلی سنگین‌تر برای کاهش شدید کشش تغییر داد.
در سال 1915، هوگو یونکرز پیشگام تک هواپیمای تمام فلزی کنسولی در آلمان بود. یک سال بعد، راینهولد پلاتز نشان داد که چوب می تواند به همان اندازه خوب کار کند، با استفاده از برش های ضخیم در هواپیماهای فوکر. هر دو رویکرد تمام بارهای ساختاری را به داخل بال منتقل کردند، جایی که اسپارهای داخلی نیروهای برشی و پیچشی را که پرواز ایجاد می‌کند مدیریت می‌کردند.
مصالحه مهندسی ساده بود: وزن بال های کنسولی بیشتر از طرح های مهاربندی شده سیمی بود، اما شکل تمیزتر سرعت بسیار بالاتری را ممکن می کرد. در دهه 1930، این مزیت تعیین کننده بود. پیروزی De Havilland DH.88 Comet در مسابقه هوایی MacRobertson از انگلستان به استرالیا در سال 1934 نشان داد که ساخت کنسول می تواند در فواصل طولانی با سرعت پایدار به چه چیزی برسد و آن را به عنوان استاندارد برای هواپیماهای مدرن تثبیت کند.
میکروکنتیلهورها
Microcantilever ها مبدل های مینیاتوری پرتویی هستند که معمولاً از نیترید سیلیکون ساخته می شوند و در پاسخ به نیروهای کوچک یا تغییرات جرم خم می شوند یا می لرزند. آنها قلب حسگر میکروسکوپ نیروی اتمی را تشکیل می دهند، جایی که یک نوک تیز سطوح را اسکن می کند تا ویژگی ها را در مقیاس اتمی ترسیم کند.
این دستگاه ها در دو حالت اصلی کار می کنند. در حالت استاتیک، مولکول هایی که به یک سطح پوشش داده شده متصل می شوند، تنشی ایجاد می کنند که پرتو را خم می کند. لیزر انحرافات کوچکتر از یک نانومتر را اندازه گیری می کند. در حالت پویا، جرم اضافه شده فرکانس ارتعاش پرتو را تغییر می‌دهد – به اندازه کافی حساس است تا ویروس‌های فردی را شناسایی کند.
تشخیص پزشکی نشان دهنده یک کاربرد امیدوارکننده است. با این حال، حرکت از خلاء آزمایشگاهی به مایعات بدن مانند خون یا بزاق باعث میرایی می شود که حساسیت را کاهش می دهد. محققان به اصلاح طرح‌ها برای غلبه بر این چالش ادامه می‌دهند و آزمایش‌های مبتنی بر microcantilever را به تنظیمات نقطه مراقبت می‌آورند.
تاریخچه کلمه
تاریخچه کلمه مطالعه چگونگی تغییر معنی و املای یک اصطلاح در طول زمان است. “Cantilever” اولین بار در قرن هفدهم به زبان انگلیسی ظاهر شد، با این حال محققان هنوز در مورد ریشه آن بحث می کنند. برخی آن را به یک ریشه اسپانیایی یا ایتالیایی ردیابی می کنند، برخی دیگر به یک ترکیب لاتین. قبل از اینکه این کلمه مورد قبول واقع شود، سازندگان از «اسکله» برای توصیف یک طبقه فوقانی بیرون زده در خانه‌های با قاب چوبی استفاده می‌کردند. همانطور که ساخت و ساز از روش های ساده پس از داخل زمین به نازک کاری دقیق تر پس از روی طاقچه تغییر می کند، واژگان فنی تر رشد می کنند و “کانتیلهور” به تدریج جایگزین اصطلاحات بومی قدیمی در نوشتار مهندسی شد.
- ریشه‌های ریشه‌شناسی و تحلیل مؤلفه‌ها
- اولین استفاده ثبت شده در انگلیسی
- نظریه های علمی در مورد منشاء کلمه
- تکامل در اصطلاحات معماری
- گذار زبانی قرن هفدهم از «اسکله» به «کنتیلور»
- ریشه های بومی: بورس تحصیلی ‘quandanglo’ و ‘cantilever’
- تأثیر ادبیات قرن 18/19 بر اصطلاحات معماری
- تکامل از توصیفگرهای غیررسمی قاب چوبی تا استانداردهای مهندسی سازه
نمونه هایی از Cantilevered در یک جمله
مثال‌های جملات نشان می‌دهند که چگونه «کنستیلور» در نوشتار روزمره کار می‌کند. در زیر عباراتی وجود دارد که ممکن است در توضیحات معماری، گزارش های مهندسی و فهرست املاک بیابید.
- بالکن کنسولی دو متری بالای باغ و بدون پایه‌های زیر آن قرار دارد.
- طراحان اغلب از وزنه های تعادلی بتن مسلح برای تثبیت تیرهای بیرون زده استفاده می کنند.
- “یک گوشه صبحانه کنسولی فراتر از فونداسیون گسترش می یابد و فضای کف را در یک زمین تنگ اضافه می کند.”
- “سقف کنسولی استادیوم هر صندلی را خشک نگه می‌دارد و در عین حال به هواداران چشم‌انداز واضحی به زمین می‌دهد.”
- معمار با استفاده از یک پایه کنسولی، فرسایش خاک در دامنه تپه را کاهش داد.
سوالات متداول
تفاوت بین یک کنسول و یک سازه کنسولی چیست؟
یک کنسول به خود عنصر ساختاری سفت و سخت مانند تیر یا براکت اشاره دارد که در یک انتها لنگر انداخته است. یک سازه کنسولی هر ساختمان، پلت فرم یا ویژگی را توصیف می کند که با استفاده از این اصل طراحی شده است و بدون پشتیبانی قابل مشاهده در انتهای آزاد خود به بیرون بیرون می زند.
چرا ساخت طرح های کنسولی گران تر است؟
سازه های کنسولی معمولاً هزینه بالایی دارند زیرا به محاسبات مهندسی دقیق، مواد قوی تر در نقطه لنگر و پایه های مستحکم تر برای مقابله با افزایش نیروهای خمشی نیاز دارند. هر چه زمان پیش بینی طولانی تر باشد، تقاضاهای ساختاری و هزینه های مرتبط بیشتر می شود.
معمولا در ساخت و سازهای کنسول از چه مصالحی استفاده می شود؟
سازه های کنسولی مدرن بسته به کاربرد، اغلب از بتن مسلح، فولاد سازه ای و الوار مهندسی شده استفاده می کنند. در فناوری microcantilever، مواد مبتنی بر سیلیکون به دلیل دقت و مناسب بودن برای ساخت در مقیاس میکروسکوپی استاندارد هستند.
آیا می توان سازه های کنسولی را به ساختمان های موجود اضافه کرد؟
بله، الحاقات و بالکن های کنسولی اغلب می توانند به سازه های موجود اضافه شوند، اگرچه این امر مستلزم ارزیابی دقیق ساختاری است تا اطمینان حاصل شود که ساختمان اصلی می تواند بارهای اضافی را تحمل کند. یک مهندس سازه واجد شرایط باید امکان سنجی را قبل از ادامه چنین کاری ارزیابی کند.
یک کنسول بدون پشتیبانی چقدر می تواند به طور ایمن گسترش یابد؟
فاصله امتداد ایمن به ماده مورد استفاده، باری که باید تحمل کند و استحکام نقطه لنگر بستگی دارد. کنسول‌های چوبی مسکونی ممکن است یک تا دو متر گسترش داشته باشند، در حالی که کنسول‌های فولادی یا بتنی در مقیاس بزرگ در پروژه‌های تجاری می‌توانند با مهندسی مناسب به میزان قابل توجهی گسترش پیدا کنند.
