بخشی از مقاله
چکیده
پیشرفت های اخیر تکنولوژی باعث ساخت سازه های پوسته ای، با استفاده از اجزای پوسته ای پیش ساخته شده است. سازه های پوسته ای طوری طراحی شده اند تا به سهولت در برابر تغییر در دوره زندگی خود پاسخ دهند. مزایای چنین رویکردی در طراحی قابل ملاحظه است، چنین طرحی قابلیت استفاده برای مدت زمان بیشتری را داراست. در این مقاله به بررسی کلی پوسته ها و رفتار آن ها و همچنین کلیات یک نمونه موردی - پوسته های استوانه ای - می پردازیم .
مهمترین اهداف این مقاله عبارت انه از: تبیین اهمیت ساختار و اجزای سیستم های ساختمان سازی، روش ها و مزایای سازگاری پوسته ها می باشد. روش تحقیق در مقاله حاضر تحلیلی-توصیفی بر اساس مطالعات اسنادی یاکتابخانه ای می باشد. در نتیجه مشخص می شود از آنجا که پوسته ها می تواننه فضاهای وسیعی را بشوشانند و به علاوه در آن ها به گونه ای اقتصادی از مصالح ساختمانی استفاده می شود لذا پوسته ها یا بام های فضایی پوسته ای، نسبت به بام های مسطح برتری دارند.
- 1 مقدمه
از دهه 1920 تاکنون، بتن مسلح با میلگردهای فولادی به عنوان ماده ساختمانی مناسب در اجرای انواع ساختمان به کار می رود. هرچند بتن مسلح در مقایسه با مصالحی ماننه فولاد وزن زیادی دارد، اما برای عناصری از ساختمان مانند تیرها، دال ها ، دیوارها، پوسته ها و حتی خرپاها همواره یکی از بهترین مصالح محسوب می شود. سازه های پوسته ای یکی از جذاب ترین انواع سازه ها هستند که در بیشتر موارد با استفاده از بتن مسلح ساخته می شوند.
ضمن آن که پوسته ها در طبیعت از متنوع ترین فرم هایی هستند که در اطراف ما یافت می شوند. واژه پوسته تداعی کننده اشکال موجود در طبیعت مانند تخم پرندگان، پوسته نرم تنان و ... است. این لغت دو ویژگی را منسجم می کنه اول آن که پوسته ها محکم و منحنی شکل اند و دوم آن که سطوح صاف و مسطح هرگز در بهتری حالت - یک سلول یا جعبه - ، نمی توانند یک پوسته را تشکیل دهند. پوسته ها از لحاظ هندسی، سطوحی اند که حجمی از فضا را از بقیه آن جدا می کنند.
سازه های پوسته ای از نظر مهندسی از پر بازده ترین انواع سازه ها به شمار می روند. پوسته سازه ای نازک با سطح منحنی است که بارها را از طریق کشش، فشار و برش به تکیه گاها منتقل می کند. با وجود اینکه اشکال منحنی پوسته ها به فرم تاق های سنتی شباهت دارد، ولی رفتار سازه ای و مسیر بارگذاری آن ها اغلب به سبب قابلیت مقاومت پوسته در برابر کشش متفاوت است. پوسته ها اغلب از بتن مسلح ساخته می شوند. به علت این که پوسته ها بسیار نازک اند ، قابلیت مقاومت در برابر خمش ناحیه ای تولید شده از طریق بارهای متمرکز در آن ها قابل توجیه نیست، به کار گرفتن بام های فضای قوسی باعث 25 تا40 درصد کاهش در مصرف مصالح نسبت به اجزای مسطح می شود.
برتری سازه ای بام های پوسته ای نیز به این دلیل است که تمامی سطح مقطع، تحت تنش یکنواخت ناشی از نیروهای مستقیم قرار گرفته و اثرات خمشی در آن ها نا چیز است. به این دلیل ضخامت پوسته ها معمولا خیلی کم و در محدوده 200 تا300 میلیمتر قرار دارند و می توان دهانه های 10 تا 15 متر را با پوسته بتنی پوشاند. از بام های پوسته ای عموما در آشیانه های هواپیماها و تالارهای اجتماعات و سالن های ورزشی و انواع متنوعی از سازه های با دهانه زیاد که در آن ها به فضاهای وسیع یکسره نیاز است استفاده می شود.
برای پوشانیدن فضاهای بسیار بزرگ نظیر انبارهای وسیع، آشیانه های وسیع و مانند آن می توان از پوسته های استوانه ای با قوس های تقویتی میانی استفاده کرد. در این گونه موارد به کمک دیگر تقویت ها ایجاد دهانه ای حدود 120 متر ممکن می گردد. در ای پوسته ها، بارهای وارده به وسیله پوسته از طریق قوس های میانی به تکیه گاه های زمینی منتقل می شوند. سوا ل تحقیق این است که چرا پوسته ها در مهندسی و صنعت ساختمان مهم اند؟
-2 روش تحقیق
روش تحقیق در مقاله حاضر تحلیلی-توصیفی بر اساس مطالعات اسنادی یا کتابخانه ای می باشد. به گونه ای که ابتدا چندین نمونه ساختمان اجرا شده به وسیله سازه های پوسته ای - به ویژه سازه های استوانه ای - مورد بررسی قرار گرفته و سپس به ویژگی های آن پی برده شده است.
-3پیشینه پژوهش
ابداع بتن مسلح امکان ساخت ساختمان هایی متشکل از پوسته های نازک را به وجود آورد. در سال 1930 ادوارد تروجا، مهندس اسپانیایی، یک تاق بتنی با ارتفاع کم و ضخامت تقریبی 9 سانتیمتر و دهانه 46 متر برای بازاری در شهر الجسیراس طراحی کرد. وی برای طراحی این ساختمان از یک حلقه کششی و کابل های فولادی استفاده کرد. تقریبا در همان زمان یک طراح و مهندس ایتالیایی به نام پیر لوئیجی نروی، ساخت آشیانه های هواپیمای معروف خود برای نیروی هوایی ایتالیا را آغاز کرد. سازه های پوسته ای از اوایل دهه 30 توسط شرکت روبرتزاند شیفر در شهر شیکاگو به آمریکا وارد شدند.
-4 رفتار کلی سازه ای پوسته ها
سازه ساختمان ها همواره تحت تاثیر انواع نیرو قرار می گیرند، که این نیروها می توانند در ترکیبات و مسیرهای متفاوتی عمل کنند. این نیروها به طور افقی و عمودی وارد می شوند. سازه بایه مسیر عبور برای تمام این نیروها را از محل وارد شدن بار تا محل تکیه گاه را تامین کند. طراح سازه در هنگام بررسی یک سازه بایه توجه داشته باشد که کل سازه در مقابل هر نیرو چگونه عمل می کند.
-5 سازه های پوسته ای
سازه های پوسته ای، به خالص ترین ترکیب بین سازه و معماری دست یافته اند. سیستم ساختمانی پوسته ای که با نام سازه های صفحه ای نیز شناخته می شوند بارها را درون ضخامت حداقل خود تحمل کرده و انتقال می دهند. پوسته ها، به واسطه دارا بودن عملکرد سازه ای مناسب، بر هندسه منحنی سه بعدی خود، همچنین جهت گیری و مکان یابی صحیح تکیه گاهایشان استوارند.
-6 عملکرد کلی پوسته ها
یک ورق کاغذ، به طور عادی در دست خم می شود و حتی توانایی تحمل وزن خود را هم ندارد، اما اگر به قسمت میانی کاغذ اندکی فشار وارد شود، به طوری که گوشه های آن کمی رو به بالا خم شوند، این فرم علاوه بر وزن خود، مقداری بار اضافی را نیز تحمل می کند. این افزایش ظرفیت تحمل بار توسط سازه، به علت افزایش میزان مصالح مصرفی یا تغیر نوع آن نیست، بلکه به دلیل استفاده از فرم مناسب است، انحنای رو به بالا، سختی و ظرفیت تحمل بار کاغذ را افزایش می دهد، زیرا این فرم باعث می شود مقداری از مصالح دور از مرکز ثقل جسم قرار گیرد، بنابراین با خم کردن کاغذ مقاومت خمشی جسم که مانند تیر طره ای عمل می کند، افزایش می یابد.
یک پوسته برای اجرا و ساخت، باید هندسه قابل کنترلی داشته باشد و از لحاظ اقتصادی هزینه زیادی را برای ساخت تحمیل نکند. پوسته ها به طور معمول بارهای متمرکز و سنگین را تحمل نمی کنند، مگر آن که به شکل خاصی مسلح شوند. بنا به دلایل عملی و اجرایی، بخش های مختلف یک پوسته اغلب در قسمت انتهایی بایه ضخیم باشند. این ضخامت سبب ایجاد آشفتگی و عدم تمرکز در الگوی تنش در پوسته می شود.
