سازه های پوسته ای ، شناخت و بررسی ساختار سازه ای و الزامات کلی
مقدمه :
از دهه ۱۹۲۰ تاکنون، بتن مسلح با میلگردهایی فولادی به عنوان ماده ساختمانی مناسب در اجرای انواع ساختمان به کار می رود. هرچند بتن مسلح در مقایسه با مصالحی مانند فولاد وزن زیادی دارد، اما برای عناصری از ساختمان مانند تیرها، دال ها، دیوارها، قابها، پوسته ها و حتی خرپاها، همواره یکی از بهترین مصالح محسوب می شود. بتن مسلح را می توان به هر شکلی اجرا کرد، البته مهارت سازندگان و میزان دقت طراحان و اجراکنندگان، مقدار این قابلیت را تعیین
می کند.
شکل 1-1 امکان ایجاد فرم های جذاب و بدیع با استفاده از سازه های پوسته ای
از دست ندهید :
به طور معمول، بتن مسلح و بتن پیش تنیده، مهم ترین مصالح ساختمانی در جهان به شمار می روند، اما روش های دیگری نیز برای ساخت سازه های مرکب یا کامپوزیت به صورت روزافزون در حال گسترش است.
دو ماده ساختمانی مختلف یا دو شکل مختلف از یک ماده ساختمانی را به گونه ای می توان ترکیب کرد که عناصر مرکب (کامپوزیت) ایجاد کند.
یک ورق فولادی را می توان با تیرهای چوبی ترکیب کرد تا یک تیر مرکب چوبی آهنی ایجاد شود.
تیر چوبی I شکل یا تیر با مقطع مربع را می توان با استفاده از قطعات معمولی چوب یا ورقه های چوب چندلایه ترکیب کرد.
تعریف سازه های پوسته ای :
یکی از جذاب ترین انواع سازه ها، پوسته ها هستند که در بیشتر موارد با استفاده از بتن مسلح ساخته می شوند.
ضمن آنکه پوسته ها در طبیعت از متنوع ترین فرم هایی هستند که در دنیای فیزیکی اطراف ما یافت می شوند.
واژه “پوسته” تداعی کننده اشکال موجود در طبیعت مانند تخم پرندگان، پوسته نرم تنان، پوسته یا رویه بذر یا تخم ایک حشره است. این لغت یا عبارت، یک نمود ذهنی با دو ویژگی ویژه را مجسم می سازد: اول آنکه پوسته ها محکم و منحنی شکل اند و دوم آنکه سطوح صاف و مسطح هرگز در بهترین حالت (یک سلول یا جعبه)، نمی توانند یک پوسته را تشکیل دهند.
شکل ۱-۲- استفاده از فرم های طبیعی در سازه های پوستهای
طبیعت از مواد نرم به شکل ها و صورتهای گوناگون و متنوعی استفاده می کند، اما نه برای ایجاد پوسته ها. از مواد نرم دارای فیبر مانند برگها یا از مواد انعطاف پذیر مانند چرم، برای ساخت پوسته ها استفاده نمی شود.
تنها مواد سخت و محکم، مواد مناسب و رضایت بخشی برای اجرای پوسته ها هستند.
یک سطح منحنی، ساخته شده از ماده ای محکم و سخت، دو ویژگی اساسی یک پوسته را از نظر شکل طبیعی و ماده سازنده آن نشان میدهد.
شکل هندسی پوسته ها :
پوسته ها از لحاظ هندسی، سطوحی اند که حجمی از فضا را از بقیه آن جدا می کنند.
با این عمل، علاوه بر آنکه شرایط حجم داخل پوسته با شرایط خارج آن متفاوت خواهد شد، نیازهای مکانیکی مانند شرایط حرارتی، صوتی و … نیز برآورده خواهد شد.
سازه های پوسته ای از نظر مهندسی از پربازده ترین انواع سازه ها به شمار می روند.
بسیاری از فرمهای موجود در طبیعت مانند جمجمه سر موجودات زنده، پوسته های سخت بسیاری از جانوران و عناصر حافظ اندامهای گیاهی و جانوری، به شکل پوسته ای هستند.
پوشش های پوسته ای سقف ها، مخازن آب و گاز، سیلوها، بدنه هواپیماها و کشتی ها و خودروها، از چنین فرمهایی در طبیعت الهام گرفته شده اند.
پوسته، سازهای نازک با سطحی منحنی است که بارها را فقط از طریق کشش، فشار و برش به تکیه گاهها منتقل می کند.
پوسته و تاقهای سنتی با توجه به قابلیت مقاومت کششی شان متمایز می شوند.
بنابراین با وجود اینکه اشکال منحنی پوسته ها به فرم تاقهای سنتی شباهت دارد، ولی رفتار سازه ای و مسیر بارگذاری آنها اغلب به سبب قابلیت مقاومت پوسته در برابر کشش متفاوت است.
پوسته ها اغلب از بتن مسلح ساخته می شوند.
در جایی که بار به صورت گسترده یکنواخت وارد می شود، استفاده از اشکال منحنی پوسته مناسب است به علت اینکه پوسته ها بسیار نازک اند، قابلیت مقاومت در برابر خمش ناحیهای تولیدشده از طریق بارهای متمرکز در آنها قابل توجیه نیست.
ممکن است این سوال مطرح شود که چرا پوسته ها در مهندسی ساختمان مهم اند؟
یک پوسته در برابر گشتاورهای خمشی موضعی که به وسیله ترکیب بارها در ساختمان ایجاد می شود، با وجود توانایی در مقاومت کششی، قادر به مقاومت نیست.
اغلب پوسته ها از بتن مسلح ساخته میشوند، هرچند از دیگر مواد همچون چوب چندلایه، پلیمرها و پلاستیک ها هم برای ساختن پوسته ها استفاده می شود.
شکل ۱-۳- استفاده از چوب چندلایه در ساخت سازه های پوسته ای
پروژه پیشنهادی :
پایان نامه ساخت آزمایشی یک بنای پوسته ای با شکل آزاد در بنایی
ملاحظات کلی در سازه های پوسته ای :
- اگر ارزش یک تصویر صد برابر کلمات باشد، در نتیجه یک نمونه ساده ۱۰۰۰ برابر محاسبات ارزش دارد.
- تنها چند سیستم اصلی و پایه در سازه های متشکل از تیر و ستون وجود دارد، ولی برای سازه های پوستهای هزاران نمونه وجود دارد که هر یک به رویکرد خاصی برای طراحی نیاز دارند.
- تکیه گاهها در پوسته ها مهم تر از خود پوسته اند.
- سازه های پوسته ای را می توان به عنوان مجموعه ای از تیرها، قوسها و زنجیرواره ها درنظر گرفت و با چنین رویکردی می توان این سازه ها را تجزیه و تحلیل کرد.
- برای هر نوع سازه پوسته ای، ایده ای برای تجزیه و تحلیل وجود دارد که بدون محاسبات پیچیده می توان آن را انجام داد.
- به منظور درک سازه های پوسته ای باید با کوتاه ترین مسیر نیرو آشنا شد.
- کیه گاه پوسته ها دیوارهای مصالح بنایی با دیوارهای نازک است.
- هنگام طراحی سازه های پوستهای، احساسات سازهای خود را دور نیندازید.
- در سازه های معمول، طراحی اولیه باید ۱۰ درصد کل کار باشد، اما در سازه های پوسته ای، حدود ۵ درصد در نظر گرفته می شود، زیرا تنها عامل ناشناخته در این سازه ها میلگردهای فولادی است.
- سازه های پوستهای قابلیت تحمل بارهای متمرکز به نسبت زیادی را دارند.
- اگر بدون مطالعه کافی در مورد قابلیت های سازه ای پوسته ها از محاسبات رایانه ای کمک گرفته شود، نمی توان انتظار بهترین سازه را داشت.
- مقاومت سازه های پوستهای ناشی از شکل آنهاست و مربوط به مقاومت مصالح نیست. بیش از حد به آنها نیرو وارد نکنید.
- در صورت شک و تردید، آن را مسلح کنید. سازه های پوستهای بسیار پیچیده اند و نیروها را از مسیرهای مختلفی انتقال می دهند.
منبع : گروه تحقیقات مهندسی دانلود
