Применение математики в строительстве жилых зданий
Математика царица наук. Это общепризнанное мнение.
Давайте рассмотрим применение математики в строительстве.
При помощи математических формул можно рассчитать объёмы применяемых материалов, площади окрашиваемых поверхностей или даже количество тепла для отопления дома.
Вот несколько простых примеров применения математики в строительстве, без которых просто не обойтись.
Квадрат гипотенузы равен сумме квадратов катетов.
Эту теорему изучают в школе. Мы знаем, что это утверждение верно для прямоугольного треугольника.
Вычисление прямого угла в строительстве считается основой основ. Без прямого угла невозможно построить дом правильной геометрии.
Можно применить инструменты. Строительный угольник, например. Его удобно применять при укладке кирпича или замере других небольших углов. Но как быть при замере больших углов. Разметке участка или разбивке фундамента.
Вот здесь нам и пригодится теорема Пифагора.
Строители-практики очень хорошо знают последовательность
3 – 4 – 5. Где 3 и 4 – это катеты, 5 – это гипотенуза. Значит, отмерив от исходной точки, катеты 3 и 4 метра и отмерив гипотенузу 5 метров, мы, точно, получим прямой угол между катетами.
Это самый старый способ замера прямого угла. Говорят, этот способ применяли даже в Древнем Египте, но делали это без измерительных приборов.
С помощью этого способа можно отмерить прямой угол не применяя линейки, метры, рулетки.
Нужно сложить верёвку на двенадцать равных частей, Из равных частей верёвки выложить треугольник со сторонами 3-4-5 и получить прямой угол.
Формула объёма: длина умноженная на ширину и на высоту.
При помощи этой формулы можно вычислять любые объёмы в строительстве.
Нам нужно рассчитать объём бетона для монолитной плиты пола.
Для монолитного пола достаточно плиты толщиной 15 сантиметров.
Допустим размеры дома 10 на 10 метров. Применяя формулу, мы получим объём требуемого бетона.
10 * 10 * 0,15 = 15 м3. Теперь мы знаем, что для заливки нам понадобится 15 кубических метров бетона.
Рассчитать количество обоев.
В этом нам поможет формула расчёта площади прямоугольника.
Чтобы высчитать нужное количество обоев, нам нужно измерить высоту и ширину стен под оклейку обоями.
Нам нужно оклеить комнату с высотой потолков 3 метра и общей длиной стен 20 метров.
Теперь мы знаем количество квадратных метров под оклейку обоями. Если мы знаем, что обои продаются по 10 м2 в рулоне нам остаётся общую площадь разделить на площадь в рулоне.
60 м2 / 10м2 = 6 рулонов. Нам остаётся пойти в магазин и купить 6 рулонов обоев.
На этих простых примерах мы убедились в том, что при помощи математики можно сделать любой расчёт в строительстве зданий.
А ещё есть более сложные формулы, которые применяют при проектировании зданий. С их помощью можно рассчитать требуемую плотность материалов или количество потребляемой энергии для отопления зданий.
Это работа студентки первого курса.
Применение математики в строительстве примеры
Математика в архитектуре
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Здания и сооружения всегда возводились для удобства жизни и деятельности человека. Возводимые сооружения должны быть прочными, безопасными и долго служить людям. Но человеку свойственно еще и стремление к красоте, поэтому все, что он делает, он старается сделать красивым. Тесная связь строительства и математики известна давно. В Древней Греции – геометрия считалась одним из разделов архитектуры. Чаще всего мы встречаем здания параллелограммы и кубы, но кроме них в строительстве используются и другие геометрические фигуры: цилиндры, параллелепипеды, пирамиды. Архитектурные здания люди привыкли украшать геометрическими фигурами: круг, шар, ромб, различными орнаметрами. Без точных расчетов невозможно построить прочное сооружение.
Цель проекта: Установить значение математики в строительстве.
Найти и изучить имеющийся материал о применении математических знаний при строительстве в Древнем мире.
Изучить значение математики в современном строительстве.
Найти использование математики в грандиозных стройках современной России.
Узнать какие формулы используются для расчетов в строительстве.
Найти подтверждения использования геометрических фигур в архитектуре города Вологда.
Составить буклет по применению геометрических фигур в архитектуре города Вологда.
1. МАТЕМАТИКА В ДРЕВНОСТИ
Самой древней математической деятельностью был счет. Счет был необходим, чтобы следить за поголовьем скота и вести торговлю. Некоторые первобытные племена подсчитывали количество предметов, сопоставляя им различные части тела, главным образом пальцы рук и ног.
Первыми существенными успехами в арифметике стали применение обозначений числа и изобретение четырех основных действий: сложения, вычитания, умножения и деления. Первые достижения геометрии связаны с такими простыми понятиями, как прямая и окружность. Деление окружности на 360, а градуса и минуты на 60 частей берут начало в вавилонской астрономии.
Очень важной задачей математики был расчет календаря, поскольку календарь использовался для определения сроков сельскохозяйственных работ.
Ещё в древности, людям, во время строительства часто приходилось прибегать к помощи математики.
Математика в древности не располагала общими методами; весь свод математических знаний представлял собой скопление эмпирических формул и правил.
С другой стороны, можно проследить и влияние архитектуры на развитие математики в целом. Действительно, для осуществления все более сложных и в то же время экономичных построек всегда требовалось предварительное планирование, разработка более тонких математических приемов и моделей, использование более совершенных точных вычислительных методов. Все это, в ответ на запросы архитектурной практики разрабатывала теоретическая и прикладная математика.
2. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИКИ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
В своё время известный философ Иммануил Кант сказал: « В каждой науке ровно столькоистины, сколько в ней математики».
В ряде профессий строительной отрасли специалисты больше работают не с техникой, а со знаковыми системами. Они должны хорошо ориентироваться, разбираться в условных обозначениях, документах, текстах; создавать и перерабатывать чертежи, тексты, документы, таблицы, формулы, перечни, каталоги каких-либо объектов. В современном строительстве роль этой науки непрерывно возрастает. Строительные задачи отличаются по степени сложности расчётов.
Например, расчёты на прочность определяют степень выносливости несущих конструкций иотносятся к сложнейшим вычислениям. Кроме того, неотъемлемой частью математическихзнаний, используемых в строительстве, являются нахождение части от числа, пропорции, проценты, площади фигур, объёмы многогранников. До начала какого-либо строительства составляется смета, в которой просчитываются затраты на строительные материалы, виды работ и количество рабочей силы. Это доказывает, что точек соприкосновения математики со строительством достаточно много.
Применение математических методов в архитектуре в наше время осуществляется по разным направлениям. Прежде всего, использование геометрических форм. Подтверждение этого факта – геометрические формы в архитектуре моего города Вологда.
3. ГРАНДИОЗНЫЕ СТРОЙКИ СОВРЕМЕННОЙ РОССИИ
3.1 МОСТ «РУССКИЙ» ВО ВЛАДИВОСТОКЕ
1 августа 2012 года произошло значимое событие в истории Дальневосточного региона нашей страны. В этот день был введен в эксплуатацию Русский мост (Владивосток), фото которого сразу же украсили страницы ведущих отечественных и зарубежных изданий. И это никого не удивило, так как задолго до церемонии открытия многие мировые СМИ назвали строительство данного сооружения одним из самых грандиозных проектов 21 века.
3.2 ВТОРОЕ КОЛЬЦО МОСКОВСКОГО МЕТРО.
К 2020 году планировалось полностью завершить строительство Второго кольца метро в Москве. Однако позже эти сроки были сокращены до 2018 года.
69 км протяжённость линии, 31 станция, 19 пересадок на радиальные линии метро, 11 пересадок на пригородные электрички, 2 электродепо для обслуживания поездов. 20 транспортно – пересадочных узлов, ожидаемый пассажирский поток – 380 млн. человек в год. Включает в себя 30 станций + один эваковыход, из которых 20 станций — с островной платформой (из них три станции — существующие), 10 станций — с береговыми платформами. Длина участка с двухпутным тоннелем составит 20,9 км, а длина участка с однопутными тоннелями — 34,6 км. Помимо этого будет еще построено 5,5 километров соединительных веток.
3.3 СТАДИОН «ФИШТ» В СОЧИ
Пожалуй, одна из самых масштабных и дорогостоящих строек современности – это возведение знаменитого стадиона «Фишт» стоимостью 51 588 875 000 рублей. Этот амбициозный и сверхсовременный стадион достойно встретил 22-e Зимние Олимпийские игры, Чемпионат Мира по Футболу.
Стадион ассиметричен. Он имеет небольшой выход к морю и сложные по своей конфигурации частично закрытые трибуны, которые наклоняются и расширяются по мере приближения к центральному входу. Главной особенностью «Фишта» является его крыша. Ее центральная раздвигающаяся секция сконструирована из легких экологичных материалов, способных пропускать солнечный свет. В плане стадион имеет овальную форму: двухэтажный подиум с нижним ярусом трибун дополнен многоцветным разноуровневым пространством верхних трибун общей высотой 70 м.
3.4 МОСТ ЧЕРЕЗ КЕРЧЕНСКИЙ ПРОЛИв
Одна из самых крупных строек в истории России – Крымский мост, связавший полуострова Таманский и Крым. Всего за четыре с небольшим года удалось спроектировать и возвести уникальное во многих смыслах сооружение, которому предстоит стать главной транспортной артерией, соединяющей материковую Россию с Крымом. Длина Крымского моста – 19 км. Крымский мост способен пережить любое землетрясение, конструкция Крымского моста рассчитана на то, чтобы противостоять толчкам магнитудой в 9,1 баллов. 596 опор удерживают Крымский мост, при этом одна опора представляет собой конструкцию из металла весом около 400 тонн – а значит, всего в основание моста положены 32 Эйфелевых башни! А ведь есть еще и сваи, число которых – свыше 7000. 227,92 млрд рублей – итоговая стоимость всего проекта. Центральные арки Крымского моста имеют достаточную длину – 227 метров и высоту – 35 метров высоту, что позволяет беспрепятственно пропускать через них даже крупные океанские лайнеры.
Крымский мост фактически состоит из двух мостов – автомобильного и железнодорожного. 38 тысяч машин в сутки – расчетная пропускная способность моста, при этом максимальная разрешенная скорость движения по мосту составит 120 км/ч, то есть его можно будет проехать всего за 10 минут! 24 поезда в каждую сторону в сутки будут проходить по Крымскому мосту.
3.5 ГАЗОПРОВОД «СИЛА СИБИРИ»
Строящийся магистральный газопровод для поставок газа из Якутии в Приморский край и страны Азиатско-Тихоокеанского региона. Совместный проект «Газпрома» и CNPC (Китай). Протяженность: 2158 км. Диаметр трубы: 1420 мм. Рабочее давление: 9,8 Мпа.
Пропускная способность: 38 млрд кубометров газа в год. Стоимость строительства оценивается в 800 млрд руб., но может превысить 1 трлн. Начать поставки газа по нему в Китай планируется в 2019 году.
«Сила Сибири» будет способствовать социально-экономическому развитию Дальнего Востока. Газопровод создаст условия для газоснабжения и газификации российских регионов, развития современных газоперерабатывающих и газохимических производств.
4. ФОРМУЛЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА.
1 метр (м) = 10 дециметрам (дм) = 100 сантиметрам (см) = = 1000 миллиметрам (мм);
1 километр (км) = 1000 метрам (м);
1 дюйм = 2,54 см;
1 фут = 0,30479 м = 30,479 см;
1 ярд = 0,9144 м = 91,44 см = 914,4 мм;
1 морская миля = 1,85318 км = 1,852 км
кв. сантиметр (см²) =100 мм²;
кв. дециметр (дм²) = 100 см²;
кв. километр (км²) = 1 000 000 м²;
гектар (га) = 10 000 м²;
акр = 4046,86 м²= 0,404686 га;
1 куб. дециметр (дм³) = 1 000 см³;
1 куб. метр (м³) = 1 000 дм³ = 1 000 литров;
1 тонна (метрическая) (т) = 10 центнерам (ц) = 1 000 килограммам (кг);
1 центнер (ц) = 100 кг;
1 килограмм (кг) = 1 000 граммов (г);
Расчет площадей важнейших геометрических фигур:
Площадь кругового сектора определяют по формуле: S = ld / 4 = (пи×d 2 /4)×(à°/360°)
Площадь эллипса определяют по формуле: S = Пи×a×b
Расчет поверхностей и объемов важнейших геометрических тел:
1. Объем пирамиды рассчитывают по формуле: V = S 0 h / 3
2. Объем конуса рассчитывают по формуле: V = (пи×d 2 / 4)×(h / 3)
3. Объем конуса рассчитывают по формуле: V = (Пи×d 2 / 4)×(h / 3)
5.ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ФИГУРЫ В АРХИТЕКТУРЕ ГОРОДА ВОЛОГДА.
Изучая вопрос по использованию математики в строительстве, я решила узнать, где в нашем городе применяется в архитектуре математика. Пройдя по городу с фотоаппаратом, я нашла подтверждение использования орнаментов при украшении зданий – памятников архитектуры, предметов быта, украшений частных территорий, оформление элементов зданий.
Геометрическими фигурами украшают фрагменты зданий: ставни, бойницы, окна, декорируют входы. Используют форму геометрических фигур для элементов зданий, широко применяются геометрические фигуры в церквях и храмах.
Многие здания представляю собой геометрические фигуры: пирамида, параллелепипед, призма, цилиндр или их комбинации.
В результате проделанной работы выяснилось, что с математика с архитектурой непосредственно связаны – математика является незаменимой частью архитектуры, одной из ее основ. Геометрические формы определяют эстетические, эксплуатационные и прочностные свойства архитектурных сооружений разных времен и стилей. Причем для каждого архитектурного стиля характерен определенный набор геометрических форм зданий и сооружений в целом и их отдельных элементов. С развитием строительных технологий возможности применения геометрических форм расширяются. Геометрия была рассмотрена как теоретическая база для создания архитектурного искусства.
Я нашла подтверждение в архитектурных сооружениях города Вологда. Результаты оформлены буклетом с примерами геометрических фигур в архитектуре моего города.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
Ван-дер-Варден Б.Л. Пробуждающаяся наука. Математика Древнего Египта, Вавилона и Греции. М., 1959
Даан-Дальмедико А., Пейффер Ж. Пути и лабиринты. Очерки по истории математики. М., 1986
Клейн Ф. Лекции о развитии математики в XIX столетии. М., 1989
Юшкевич А.П. История математики в средние века. М., 1961