سازه های پوسته ای

پوسته،سازه ای نازک مشابه طاق های سنتی به صورت منحنی میباشد که در برابر کشش،فشار و برش مقاومت میکند و تنها تفاوت آن با طاق در تحمل نیروهای کششی میباشد.
ساختمان های پوسته ای یکی از عالی ترین انواع سازه ها به شمار میروند . بسیاری از فرم های ساختمان های طبیعی مانند جمجمه ، تخم ها و بسیاری از محافظان اندام های جانوری دارای اشکال پوسته ای هستند . مخازن آب و گاز ، سیلو ها ، سد های قوسی ، بدنه هواپیما و کشتی و خودرو از جمله موارد استعمال متعدد ساختمان های پوسته ای هستند .

اغلب پوسته ها 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.

04

انواع سازه های پوسته ای

۱- اشکال سین کلاستیک(گنبد ها یا همان پوسته های شکل ناپذیر) :

از دوران یک خط منحنی حول یک محور گنبد بوجود می آید که شناخته ترین آن گنبدهایی به شکل کره می باشد که از دوران یک دایره حاصل شده است.
از لحاظ باربری و قابلیت مکانیکی پوسته های گسترش ناپذیر دارای تاب زیادی هستند زیرا هرگونه نیرویی که به این نوع پوسته ها وارد آیند با مخالفت پوسته در مقابل گسترش و تغییر شکل مواجه میشوند .
گنبد های پوسته ای نازک: در قسمت تحتانی (زیر زاویه ۴۵ درجه از مرکز)تحت تاثیر فشار حلقوی هستند.
گنبد های پوسته ای عمیق: در قسمت تحتانی (زیر زاویه ۴۵ درجه از مرکز)تحت تاثیر کشش های حلقوی و در قسمت فوقانی(بالای زاویه ی ۴۵درجه از مرکز)تحت تاثیرکشش های حلقوی می باشند.

 

۲- اشکال قابل توسعه(مخروط ،استوانه،استوانه ای)

آنها در یک جهت دارای خطوط مستقیم و درجهت دیگر بصورت منحنی میباشند که از خمش در صفحه ی مسطح حاصل شده اند. گسترش پذیرها پوسته هایی هستند که سطح هندسی آنها را بدون اینکه در آن بریدگی بوجود بیاوریم بتوانیم به شکل صفحه ای مستور درآوریم.

۳- 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.
به طور معمول تنش در پوسته های زین اسبی متناسب با جهت انحنا میباشند . برای سقفهای پوسته ای تنش های فشاری ناشی از منحنی محدب میباشند .(عملکرد قوسی)،در حالی که تنشهای کششی منتج از منحنی مقعر میباشند(عملکرد آویز)

۴- اشکال آزاد:

دارای فرمهای آزادی هستند که از محاسبات ریاضی بدست نمی آیند.

از لحاظ باربری و قابلیت مکانیکی پوسته های گسترش ناپذیر دارای تاب زیادی هستند زیرا هرگونه نیرویی که به این نوع پوسته ها وارد آیند با مخالفت پوسته در مقابل گسترش و تغییر شکل مواجه میشوند .

  • همانند سایر المان های سازه ای در پوسته ها نیز سه محور اصلی وجود دارد ، یکی از محورهای این سیستم عمود بر پوسته و دو محور دیگر مماس به منحنی هایی فضایی مربوط به امتداد های اصلی انحنا میباشد . علاوه بر نیروهای برشی ، لنگرهای خمشی و پیچشی ، میدان نیروهای غشایی هم در سیستم های پوسته ای کارآمد هستند .
  • یکی از اتفاقاتی که در سازه هایی مثل تیر ها و قوسها میافتد این است که در فرم های ساختمانی غیر پوسته ای معمولاً هرگونه نیروی برشی و یا لنگر خمشی که در نقطه ای از جسم اثر میکند ، تا فاصله دوری در درون جسم نفوذ میکند در حالیکه در درون فرم های پوسته ای رویهم رفته تاثیر هرگونه نیروی برشی و یا لنگر خمشی کاملاً موضعی میباشد . اثر میدان خمشی بتدریج که از تکیه گاه و یا ناحیه زیر بار متمرکز و یا ناحیه با ناپیوستگی هندسی دور میشویم شدیداً کاهش میابد .
  • انتقال بار در سازه های پوسته ای عمدتاً بوسیله مکانیسم و نیروهای غشایی انجام میگیرد و فقط در نواحی خاصی مانند حوالی اتصال و یا ناپیوستگی ، زیر بارهای متمرکز و شرایط کناری مخصوص مکانیسم خمشی وارد عمل شده و بخشی از نیروی خارجی را منتقل میکند . این انتقال ها ، فرم پوسته ای را از نظر اقتصادی و مکانیکی در درجات بالایی از تکامل فرمی قرار میدهد .

تصاویر بیشتر