سازه پوسته‌ای shell structure ورقه‌ای است نازک که در ساخت و ساز به کار می‌رود و جنس‌های متنوعی دارد. در آن ساختار منحنی بسیار مهم است و برای اینکه به عنوان چارچوبی مطمئن محسوب شود باید بر اساس اصول خاص ساخته شود. این سازه ساختار سه بعدی دارد و به عنوان ورقه‌ای نازک در ضخامت‌های مختلف تولید می‌شود. از نظر ظاهری همانند طاق سنتی ایرانی است که مقاومت آن در مقابل نیروی کششی، برش و فشار بسیار بالا خواهد بود. کاربرد آن نیز در نماهای ساختمان، ساخت مخازن، هواپیما، کشتی و غیره است. با گروه رویش همراه باشید تا با صفر تا صد سازه پوسته‌ای shell structure آشنا شوید.
برای ارتباط با کارشناسان و مهندسان گروه رویش با شماره 09122527317 تماس بگیرید.
انواع سازه پوسته ای
سازه‌های پوسته‌ای در اشکال مختلفی تولید می‌شوند که در اینجا هر یک را معرفی خواهیم کرد.
سازه گنبدی یا کلاسیک
از نوع گنبدها یا پوسته‌های شکل ناپذیر است که از گردش یک خط گرد حول محور یک گنبد ایجاد می‌شود. لذا به دو شکل عمیق و نازک موجود است که هر یک دارای مزایا و معایبی هستند.
سازه استوانه‌ای یا قابل توسعه
از یک سمت خط‌های صاف و مستقیم و از سمت دیگر خط‌های منحنی شکل دارد.
سازه غیر کلاسیک یا زین اسبی
در این مدل خطوط منحنی در جهت‌هایی بر ضد هم قرار گرفته اند. سازه‌ها در حالت‌های هزلونی، شبه هزلونی و سهمی ایجاد شده‌اند و انحنای مضاعف در آن‌ها وجود دارد. یک قوس کابلی یا سهموی می‌تواند با استفاده از کشش محوری یا فشار محوری، یک بار عمودی را تحمل کند. در این سازه نیرویی که بر یک نقطه وارد می‌شود در تمامی سطح توزیع می‌شود، در نتیجه در یک قسمت فشار کمتری وارد خواهد شد.
سازه‌های آزاد از انواع سازه پوسته ای
طراحی و ساخت آن بر طبق محاسبات ریاضی نیست. فرم آزادی دارد و امکان دارد در هر سمتی از آن خطوط منحنی را ببینید.
سازه‌های پوسته‌ای از جنس فلز
سازه‌های پوسته‌ای فلزی در دو گروه پیوسته و مشبک تولید می‌شوند. نوع پیوسته در دو مدل اندودها یا صفحات و منحنی‌ها دسته‌بندی می‌شود. در این سازه‌ها باید به بارهایی که به آن‌ها وارد می‌شود توجه کرد. تمامی بارهای وارده به در زمان طراحی باید مورد بررسی قرار گیرند. امکان دارد این بررسی‌ها بر روی سازه پوسته‌ای فلزی نقش بسزایی داشته باشند. طراحی پوسته باید به روشی باشد که باعث بالا رفتن مقاومت ساختمان شود و به ساختمان زیبایی منحصر به فردی ببخشد. به علاوه در طراحی آن‌ها باید بر حسب خمش و فشار، به ایجاد تعادل میان نقاط حساس و نیروها دقت شود. همچنین در بخش‌های مختلف آن می‌بایست از خواص و مواد یکنواخت بکار رود که به این روش ایزوتروپیک گفته می‌شود.
کاربرد سازه فلزی پوسته‌ای در کجاست؟
سازه فلزی پوسته‌ای وزن سبکی دارد و برای کارکردهای مختلف مانند کارکرد صنعتی بهترین گزینه است. استفاده از آن در دو گروه کلی فرم‌های معماری و مصارف صنعتی قرار دارد. کاربرد این سازه در حوزه صنایع در ساخت سیلوها، راکتورها، برج‌های خنک‌کننده، انبارها و غیره است. به علت مقاومت بالایی که دارد، بیشترین کاربرد آن در صنایع است. در نتیجه استفاده از سازه پوسته‌ای در ساختمان‌های صنعتی باعث بالا رفتن مقاومت آن‌ها در برابر خوردگی، خمش و فشار می‌شود. در نتیجه جنس این سازه از فولاد ضد زنگ است.
چرا طراحی سازه پوسته‌ای دشوار است؟
نحوه محاسبات سازه پوسته‌ای بسیار سخت است و این سازه برای تجزیه و تحلیل بسیار دشوار است. درنتیجه رفتار آن بسیار پیچیدگی دارد. لذا در خصوص طراحی آن‌ها برای مسائل ساده باید از نرم افزارهای خاص و رایانه استفاده کرد. از این سازه در بسیاری از پروژه‌های منحصر به فرد مانند مرکز خورشیدی مانهایم استفاده شده و در کلیسای بشارت یونان و دادگاه عالی موزه انگلستان و غیره نیز بکار رفته است.
مزایای استفاده از سازه پوسته‌ای
استفاده از سازه پوسته‌ای مزایای زیادی دارد که در این خصوص به موارد زیر اشاره خواهیم کرد.
- استفاده از یک نظم مهندسی معمولی در همه قسمت‌های آن
- عدم ترک خوردگی بعد از ساخت، و طراحی درست پوسته و ساختار مستحکم
- به دلیل پایین بودن وزن سازه بار اضافی بر ساختمان وارد نخواهد کرد.
- وقتی که در نما استفاده شود، باعث زیبایی در فرم ساختمان می‌شود و سبب دوام و استحکام ساختمان خواهد شد.
ویژگی سازه پوسته‌ای
سازه پوسته‌ای مانند دیگر سازه‌ها، در پوسته سه محور اصلی دارد، یکی از محورهای این سازه، بر پوسته عمود است و دو محور دیگر بر منحنی‌های فضایی که به امتدادهای اصلی انحنا مربوط هستند حالت مماس می‌دهند. در نوع پوسته‌ای علاوه بر لنگرهای پیچشی، برشی و نیروهای خمشی، میدان نیروی غشایی نیز کاربردی هستند.
یکی از رویدادهایی که در سازهایی مانند قوس‌ها و تیرها دیده می‌شوند این است که در سیستم‌های غیر پوسته‌ای عموما هر نوع لنگر خمشی و بار برشی که در قسمتی از جسم تاثیر می‌گذارد، در داخل جسم تا فاصله دوری نفوذ پیدا می‌کند. ولی در داخل سیستم پوسته‌ای هر نوع لنگر خمشی و بار برشی تماما حالت موضعی دارند. وقتی که کم‌کم از قسمت زیر بار متمرکز و تکیه گاه و یا ناحیه با ناپیوستگی هندسی دور می‌شویم، تاثیر میدان خمشی کم می‌شود.
در سازه پوسته‌ای حمل بار عموما توسط نیروی غشایی و مکانیسم صورت می‌گیرد و مکانیسم خمشی تنها در قسمت خاصی مانند نواحی اتصال و یا ناپیوستگی وارد کار شده و قسمتی از بار بیرونی را انتقال خواهد داد. این انتقال‌ها سازه پوسته‌ای را از نظر مکانیکی و اقتصادی و از نظر تکامل فرمی در درجات بالایی قرار می‌دهند.
ضخامت سازه پوسته‌ای
پوسته این سازه در انواع نازک و ضخیم است که اگر نسبت شعاع و قطر پوسته بیشتر از ۲۰ باشد به آن پوسته نازک گفته می‌شود. ولی اگر این نسبت بالاتر از ۲۰ باشد به عنوان پوسته ضخیم شناخته می‌شود. پوسته نازک به سه دسته بلند و کوتاه دسته‌بندی می‌شود.
اجزای سازه پوسته‌ای
سازه پوسته‌ای اجزای مختلفی دارد مانند:
- دهانه پوسته: فاصله میان دو تیر عرضی کناری انتهایی و یا دو قاب به عنوان دهانه پوسته شناخته می‌شود.
- عرض وتر قوس: همان تصویر افقی قوس پوسته است.
- خیز: به فاصله میان پا طاق با راس منحنی گفته می‌شود.
- تیرهای عرضی یا قاب ها: به انتهای قاب‌هایی گفته می‌شود که در دو انتهای پوسته جهت حفظ حالت هندسی آن مورد توجه قرار می‌گیرند.
- تیر لبه: بر روی ستون‌ها تیرهای افقی قرار دارند که وظیفه نگهداری لبه‌های پوسته را بر عهده دارند.
برای ارتباط با کارشناسان و مهندسان گروه رویش با شماره 09122527317 تماس بگیرید.
خلاصه
سازه پوسته‌ای مانند طاق‌های سنتی، شکل هندسی مانندی داشته که مقاومت زیادی در مقابل برش، کشش و فشار دارد. ساختمان‌های پوسته‌ای یکی از نمونه سازه هایی هستند که با فرم پوسته‌ای ساخته شده اند. از این سیستم در ساخت مخازن گاز و آب، سدهای قوسی، سیلوها، بدنه کشتی، خودرو و هواپیما استفاده می‌شود. آن‌ها به دلیل داشتن فرم منحنی در مقابل بارهای زیاد یکنواخت، استحکام زیادی در سازه‌هایی مانند سقف دارند. ولی این سازه به دلیل نازک بودن چنان دوامی در برابر بارهای متمرکز ندارد. همچنین از وزن کم، نصب راحت، سرعت نصب بالا و زیبایی منحصر به فردی برخوردار است.
