چکیده

پیشرفت های اخیر تکنولوژی باعث ساخت سازه های پوسته ای، با استفاده از اجزای پوسته ای پیش سـاخته شـده اسـت. سازه های پوسته ای طوری طراحی شده اند تا به سهولت در برابر تغییر در دوره زندگی خود پاسخ دهنـد. مزایـای چنـین رویکردی در طراحی قابل ملاحظه است، چنین طرحی قابلیت استفاده برای مدت زمان بیشتری را داراست. در این مقاله بـه بررسی کلی پوسته ها و رفتار آن ها و همچنین کلیات یک نمونه موردی(پوسته های اسـتوانه ای) مـی پـردازیم. مهمتـرین اهداف این مقاله عبارت اند از: تبیین اهمیت ساختار و اجزای سیستم های ساختمان سازی، روش هـا و مزایـای سـازگاری پوسته ها می باشد. روش تحقیق در مقاله حاضر تحلیلی-توصیفی بر اساس مطالعات اسنادی یـا کتابخانـه ای مـی باشـد. در نتیجه مشخص می شود از آنجا که پوسته ها می توانند فضـاهای وسـیعی را بپوشـانند و بـه عـلاوه در آن هـا بـه گونـه ای اقتصادی از مصالح ساختمانی استفاده می شود لذا پوسته ها یا بام های فضایی پوسته ای، نسبت به بام های مسـطح برتـری دارند.
کلمات کلیدی: سازه پوسته ای، پوسته استوانه ای، صنعت، ساختمان.

.۱ مقدمه

از دهه ۱۹۲۰ تاکنون، بتن مسلح با میلگردهای فولادی به عنوان ماده ساختمانی مناسب در اجرای انواع ساختمان به کار می رود. هر چند بتن مسلح در مقایسسه با مصالحی مانند فولاد وزن زیادی دارد، اما برای عناصری از ساختمان مانند تیرهـا، دال ها، دیوارها، پوسته ها و حتی خرپاها همواره یکی از بهترین مصالح محسوب می شود. سازه های پوسـته ای؛ یکـی از جـذاب ترین انواع سازه ها هستند که در بیشتر موارد با استفاده از بتن مسلح ساخته می شوند. ضمن آن که پوسته هـا در طبیعـت از متنوع ترین فرم هایی هستند که در اطراف ما یافت می شوند. واژه پوسته تداعی کننده اشکال موجود در طبیعت ماننـد تخـم پرندگان، پوسته نرم تنان و … است. این لغت دو ویژگی را منسجم می کند اول آن که؛ پوسته ها محکم و منحنی شکل اند و دوم آن که؛ سطوح صاف و مسطح هرگز در بهترین حالت (یک سلول یا جعبه)، نمی توانند یک پوسته را تشکیل دهند، شکل ۱، .[۷]

۱

شکل :۱ تصویر نمونه پوسته در طبیعت{۶}

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، فشـار و برش به تکیه گاها منتقل می کند. با وجود اینکه اشکال منحنی پوسته ها به فرم تاق های سنتی شباهت دارد، ولـی رفتـار سازه ای و مسیر بارگذاری آن ها اغلب به سبب قابلیت مقاومت پوسته در برابر کشش متفاوت است. پوسته ها اغلـب از بـتن مسلح ساخته می شوند. به علت این که پوسته ها بسیار نازک اند، قابلیت مقاومت در برابـر خمـش ناحیـه ای تولیـد شـده از طریق بارهای متمرکز در آن ها قابل توجیه نیست، شکل ۲، .[۷]

×شکل:۲ تصویر نمونه پوسته اجرا شده .{۶}

به کار گرفتن بام های فضای قوسی باعث ۲۵ تا۴۰درصد 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 ناچیز است. به این دلیل ضخامت پوسته ها معمولا خیلی کم و در محدوده ۲۰۰ تا۳۰۰ میلیمتر قرار دارند و می توان دهانه های ۱۰تا ۱۵ 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

۲

ایجاد دهانه ای حدود ۱۲۰ متر ممکن می گردد. در این پوسته ها، بارهای وارده به وسیله پوسته از طریق قوس های میانی به تکیه گاه های زمینی منتقل می شوند.[۲]

سوال تحقیق این است که چرا پوسته ها در مهندسی و صنعت ساختمان مهم اند؟

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 ها پی برده شده است.

.۲پیشینه پژوهش

ابداع بتن مسلح امکان ساخت ساختمان هایی متشکل از پوسته های نازک را به وجود آورد. در سال ۱۹۳۰ ادوارد تروجا، مهندس اسپانیایی، یک تاق بتنی با ارتفاع کم و ضخامت تقریبی ۹ سانتیمتر و دهانه ۴۶ 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 ۳۰ توسط شرکت روبرتزاند شیفر در شهر شیکاگو به آمریکا وارد شدند.[۷]

-۱-۲پیشگامان طراحی پوسته ها در دوران معاصر

-۱آنتونی گائودی با کارهای اجرا شده ای مانند؛ کلیسای جامع ساگرادا فامیلیا، ساختمان کاساباتلو، بنای کاسامیلا، -۲آنتون تدسکو با کارهای اجرا شده ای مانند؛ سالن ورزشی هرشی در پنسیلوانیا، آمریکاو آشیانه هواپیمای دریایی، -۳ادوارد تروجا، -۴فلیکس کاندلا -۵پیرلوییجی نروی و… از پیشگامان طراحی پوسته ها در دوران معاصر می باشند.[۷]

.۳رفتار 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 باید 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 باید توجه داشته باشد که کل سازه در مقابل هر نیرو چگونه عمل می کند، شکل ۳، .[۷]