سازه‌های پوسته‌ای

[ll]

سازه پوسته ای

پوسته،سازه ای نازک با سطح منحنی می باشد که بارها را بصورت کشش، فشار و برش به تکیه گاه ها منتقل می نماید.سازه های پوسته ای مشابه طاقهای سنتی
می باشد با این تفاوت که سازه ی پوسته ای در برابر نیروهای کششی مقاوم می باشد.اغلب پوسته ها ی معماری از بتن مسلح ساخته شده اند همچنین از تخته ی چند لایی ،فلز پلاستیک های شیشه ای مسلح هم استفاده می شود.پوسته ها به علت شکل منحنی خود مقاومت خوبی در برابر بارهای گسترده ی یکنواخت در سازه هایی مانند سقف دارند اما مقاومت این نوع سازه به علت نازک بودن،در برابر خمش های ناحیه ای که ازطریق بارهای متمرکزتولید شده قابل توجه نمی باشد.

انواع پوسته

پوسته ها با توجه به شکلشان به چهار دسته (سین کلاستیک،آنتی کلاستیک،قابل توسعه،شکل آزاد)تقسیم می شوند.

1.اشکال سین کلاستیک(گنبد ها):دارای دو منحنی هستند که خطوط انحنای آن در جهت مشابه می باشد.

2.اشکال قابل توسعه(مخروط ،استوانه،استوانه ای):آنها در یک جهت دارای خطوط مستقیم و درجهت دیگر بصورت منحنی می باشند که از خمش در صفحه ی مسطح حاصل شده اند.

3.اشکال آنتی کلاستیک(اشکال زین اسبی شامل :مخروطی،سهموی_هذلولی شبه هذلولی)دارای انحنای مضاعف بوده که خطوط انحنا در جهت مخالف هم می باشند.

4.اشکال آزاد:دارای فرمهای آزادی هستند که از محاسبات ریاضی بدست نمی آیند.

[ll]

افلاک نمای مک دانل

این ساختمان (1963:سنت لوئیز،مونتانا،مهندس معمار : هلموت ،اوباتا و کاسابوم ،مهندس سازه : آ الپر )بوسیله یک پوسته شبه هذلولی از بتن مسلح به قطر 160 فوت (49 متر ) محصور شده است و یک فرم زین اسبی معمولی برای برج های خنک کننده دستگاه های اتمی به کار رفته است که به شکل نیم کره با قطری برابر60 فوت (18.3 متر ) می باشد و هدف از طراحی آن فقط محصور کردن افلاک نما نبوده است .

یک راهرو فضا ی اطراف گنبد را احاطه کرده که برای نمایشگاه و سیر کولاسیون به کار می رود .پلکان حلزونی شکلی از اطراف گنبد تا بخش سکوی مشاهده ستارگان در جایی که تلسکوپ ها برای استفاده در شب نصب شده اند ، بالا رفته است .لبه بالایی پوسته تا تراز چشم امتداد یافته است . فضای دیگر نمایشگاه ها و همچنین دفاتر اداری و خدمات پشتیبانی در زیرزمین قرار گرفته اند .

ضخامت متوسط پوسته 3 اینچ ( 75 میلیمتر )است که در بالا وپایین حلقه های کششی برای ایجاد مقاومت در برابر نیروی رانشی بیرونی در این 2 نقطه ضخامت آن افزایش می یابد .حلقه پایینی با 36 عدد زبانه (وتر) پس کشیده تقویت شده است و به عنوان یک تیر حلقوی که دهانه های بین 12 ستون را می پوشاند ، به کار میرود .سطح بیرونی کل پوسته پیرامونی از ترکیب پلاستیک ضد آب است و داخل آن عایق بندی شده و با اندود گچ پوشانده شده است .

[ll]

مهمانخانه چشمه آبگرم معدنی

این مهمانخانه کوچک (1958: ونیز ، فلورانس ، مهندس معمار :وی لاندی ،مهندس سازه :دی ساویر ) انبوهی از پوسته های چتری هایپار را برای سازه سقف به کار برده است .
75پوسته کوچک در یک الگومانند صفحه شطرنج قرار گرفته اند به حدی که ارتفاع پوسته های مجاور برای تامین یک پنجره بام پیرامونی به 2 فوت می رسد .در نتیجه چترها با شکلی بدون ستون و آزاد شناور به نظر می رسند.

هر پوسته مربعی طول ضلعی برابر 14.4 فوت ( 4.5 متر) وضخامتی برابر 12 اینچ ( 50 میلیمتر ) داشته و در محل ریخته شده است و متشکل از 4 هایپار می باشد . تمامی سقف در مرکز فقط به وسیله یک ستون مربع شکل پیش ساخته ، با اتصالات جوش نگاه داشته می شوند . این ستون بر روی یک سطح فرعی قرار گرفته که از طریق یک دال ایستایی جانبی لازم در آن تامین می گردد چنین هایپار چتری شکلی در ایالات متحد جدید بوده و بسیار سریع به شکل وسیعی توسط فلیکس کاندلا ( مهمترین طرفدار ساختمان با پوسته های نازک ) در مکزیک به کار رفته است . پروژه های کاندلا معمولا ساختمانهای صنعتی بوده که استفاده از این سیستم به سبب نیروی نسبتا ارزان کارگر، انتخابی اقتصادی بوده (نسبت به هزینه نسبتا بالای ساختمانهای فولادی مشابه).کاندلا معمولا آرایشی متفاوت از 4 هایپار برای ایجاد یک مربع گنبد که بر روی چهارگوشه آن تکیه داشته ،به کار میرود. چنین ترکیبی نیاز به یک تیر اتصالی محیطی برای مقاومت رانشی دارد.

- - - به روز رسانی شده - - -

گنبد هایپار نیاز به تیر اتصالی پیرامونی برای مقاومت در برابر رانش ایجاد شده قابل گسترش دارند

شکل گیری یک پوسته از دو هایپار

[ll]

رستوران لس مانانتیالیس

مشابه قوسها ، پوسته ها هم می توانند برای ایجاد شکلهای متقاطع با هم برخورد داشته باشند.این رستوران (1958 :گزوچیمیلکو،مکزیک،مهندس معمار:جی و افاوردونز،مهندس سازه :اف کاندلا)شاید بزرگترین موفقیت کاندلا در طراحی پوسته ها، طاقهای متداخل هشت ضلعی متشکل از چهار هایپار متقاطع می باشند .فرم زیبا ومعمارانه آن بر روی یک سطح با قطر 150 فوت (46 متر)گسترده شده است .
از آنجایی که لبه های نازک و مورب پوسته به سطح زمین می رسند ،منحنی قبل از اینکه دوباره به مسیر رفت وبرگشتی خود باز گردد ،به سرعت تغییر شکل می دهد . ارتفاع در مرکز 19 فوت و در بالای لبه بیرونی به 33 فوت می رسد

سازه این ساختمان عملکرد قوسی داشته و نیروهای فشاری به متابعت از منحنی محدب در محلهای تقاطع (خط القعرها)جمع می شوند ،جایی که با عملکرد قوسی به تکیه گاهها منتقل شده اند .نیروی رانش بیرونی در پایه با عملکرد قوسی که از طریق تیرهای مهار فولادی ایجاد می شوند در پی ها خنثی می گردند. در نتیجه ،پی ها فقط بارهای عمودی را نگاه می دارند.طره ها بوسیله ترکیبی از قوس محدب و آویز مقعر در طول خط الراس نگاه داشته می شوند .پوسته با ضخامت متفاوت از 10.6 اینچ تا 1.2 اینچ به طرز شگفت آوری نازک میباشد و تمامی آن بوسیله شبکه فولادی به قطر 0.3اینچ به اضافه دو میله فولادی اضافی به قطر 0.63اینچ در اطراف پوسته تقویت گردیده است .تیرهای مهاری ،پی متشکل از 5 میله فولادی به قطر 1 اینچ می باشند.

[ll]

پوسته های نامنظم (بی قاعده)

طاقهای سنتی که بارها را فقط به وسیله تنش های فشاری نگاه میدارند. با فرم های منحنی طنابی که مستقیما به شرایط بارگذاری پاسخ می دهند،محصور شده اند . توانایی پوسته ها برای مقاومت کششی امکان ایجاد فرم های آزادتری را فراهم می سازد ،مادامی که اغلب پوسته ها در محاسبات عددی سطوح ایجاد شده که در بالا توضیح داده شد متفاوت می باشند ،پوسته های نامنظم (فرم آزاد) می توانند جهت پاسخگویی به حس زیباشناسی و ملاحظات کاربردی وعملکردی طراحی شوند و باز هم از لحاظ سازه ای رضایت بخش باشند .به طور معمول چنین فرمهایی در عباراتی از فرمهای پوسته های غیر منظم (بی قاعده)شکل گرفته اند و تحلیل گردیده اند.

TWAترمینال

این ساختمان در فرودگاه بین المللی کندی قرار گرفته است، ترمینال بین المللی حمل و نقل هوایی (1962:نیویورک ،مهندس معمار : ارو سارنین و همکاران ،مهندس سازه : آمان و ویتنی). طراحی آن را سارنین اینگونه بیان میکند :برای دستیابی به سفری دلچسب فرودگاه کندی اولین فرودگاهی است که دارای ترمینال های جدا از هم که برای تعیین مشخصات محموله های جداگانه ساخته شده بودند ،میباشد .نتیجه آن یک زد و خورد معمارانه میان طرحها و شیوه های رقابت کننده با یکدیگر بوده است .یک ساختمان نسبتا کوچک در قلب مجموعه ای از ساختمان ها ترمینال (تی دبلیو ای) به طور ساده جذاب ترین ساختمان از لحاظ بصری می باشد .
ساختمان اصلی شبیه پرنده ای بزرگ است که آماده پرواز می باشد ،متشکل از 4 پوسته بتنی است که روی 4 ستون (وای انگلیسی ) شکل قرار گرفته اند.هر پوسته از پوسته دیگر به وسیله یک ردیف از پنجره ها جدا شده است . دو پوسته طاقی بزرگتر از روی اعضای تکیه گاهی بلند شده اند .پوسته های مجاور و کوچکتر برای امکان حرکت رفت وبرگشت پوسته های بزرگتر ،پایین تر قرار گرفته اند.

در مجموع آنها مجموعه ای زیبا از 700 تن فولاد و 3058 متر مکعب از بتن سبک میباشند . ضخامت بام از 7 اینچ در کنارتیرهای کناری تا 11 اینچ در طول تاج تا 40 اینچ در محل اتصال چهار بال ساختمان متغیر می باشد .

در محل پشتبندها ضخامت سقف به حدود 3فوت میرسد .در 4 منطقه انتقالی ،جایی که تقویت های فولادی برای انتقال بار مرده 6000 تنی سقف به پشت بندها کافی میباشند ،میله های فولادی به قدری به هم نزدیک بودند که باید یک نظم و ترتیب مشخص برای برای تقاطع میلگردها پیروی می شد تا گروه میلگردها بتوانند در مقطعی به عرض 135اینچ قرار گیرند .این نکته باید مورد توجه قرار گیرند .این نکته باید مورد توجه قرار گیرد که در این طرح در ابتدا زیباشناسی نسبت به ملاحظات سازه ای ارجحیت داشته است .به همین علت ضخامت پوسته ها وارتفاع تیرهای کناری در مقایسه با این نوع سازه ها نسبتا زیاد
می باشد.
این فرم مجسمه گونه زیبا و ساده ،پیچیدگی بی نظیر قالب بندی مورد نیاز برای خلق چنین اثری را به خوبی نشان میدهد.در طراحی اولیه به شکل نمونه ،نقشه های اجرایی معماری منتج از نمونه های ساخته شده بوده است . پس از آن پیمانکار ، این نقشه ها را به نقشه های لازم برای اجرای قالب بندی تبدیل کرد . یک سیستم داربست خاص برای ایجاد سظوح منحنی مرکب برای شکل دادن با اختلافی کمتر از 0.25 اینچ به نقشه های معماری مورد استفاده قرار گرفت .
اگر مشابه این پروژه امروزه ساخته شود ،نقشه های ساخت به طور مستقیم از مدلهای سه بعدی کامپیوتری به دست می آیند ، ولی پیچیدگی قالب بندی و تعداد کارگران نصب آن باقی می مانند . تمامی اینها عواملی هستند که طراحی و ساخت چنین ساختمانهایی را مشکل می سازند و دلیلی بر اینکه پوسته ها .با وجود زیبایی که در ساختمان ترمینال ( تی دبلیو ای ) دارند هنوز ناشناخته باقی مانده اند.

ترمینال خطوط هوایی twa
،نمای خارجی

[ll]

هاینس ایسلر

یکی از پیشگامان استفاده از پوسته ها ،مهندس سوئیسی (هاینس ایسلر)می باشد .شیوه وی در طراحی استفاده از نمونه فرم منحنی طنابی ،متشکل از یک پوسته معلق که سپس سخت شده و معکوس گردیده برای تعیین شکل بهینه یک گنبد پوسته ای نازک بوده است. تجربه اولیه ایسلر استفاده از پارچه های مرطوب آویزان فرمهای زنجیرواره بیرونی که در زمستان امکان یخزدگی را فراهم می نمود ، سپس وارونه کردن آن ومطالعه شکل بدست آمده است . مطالعات اخیر استفاده از پوسته های همگرا ( با طول و خصوصیات سختی برابر در تمام جهات ) و سخت کردن آنها با رزین ( صمغ ) می باشد .
با وجود آنکه این قانون به خوبی فهمیده شده است (و در شروع قرن جدید به وسیله آنتونیو گائودی برای تعیین شکل نمازخانه کولونیا گوگل به کار رفته )، تکنیکهای جدید ایسلر، وی را به فهم وسیعتر از شرایط لبه ها و فرم های ایده آل برای حل آنها راهنمایی کرده اند. بنابراین ، مادامی که لبه های پوسته ها در طرح های ایسلر از یک هندسه ساده نشات می گیرند ، آنها به طور کامل سازگار با تنشهای موجود در لبه های پوسته می باشند.پوسته های بسیار نازک تحت شرایط بارگذاری بیشتر ، فقط تحت فشار باقی می مانند و هیچگونه ترکهای کششی در اکثر پوسته ها دیده نمی شود.در نتیجه، این پوسته های زیبای سقف از آسیب دیدگی مصون باقی می مانند.

منبع:http://www.noandishaan.com/forums/thread82599-3.html

[ll]

در اين فايل با انواع مختلف سازه هاي پوسته اي همراه با اشكال زيبا و توضيحات كامل آشنا خواهيد شد.

منبع:http://www.noandishaan.com/forums/thread82599-3.html