پوسته ها

پوسته ها :

سازه های پوسته ای یکی از فرم های زیبائی است که انواع مختلف آن در طبیعت به وفور یافت می شود وبه جرات مییتوان گفت پوسته یکی از عالی ترین انواع سازه درعلم مهندسی بهشمار میروند وبسیاری از عناصر موجود درطبیعت دارای سازه پوسته ای است مانندجمجمه وتخم مرغ و اسکلت حیوانات سیلو ها و بدنه هواپیماها و کشتی ها وقایق ها از انواغ دیکر پوسته ها بشمار میروند

پوسته از نظر هندسی بدو دسته تقسیم می شوند:

1- پوسته های گسترش پذیر : به پوسته ها یی اطلاق میشود که بدون ایجاد برید گیبتوانیم انرا بصورت صفحه در آ وریم مانند پوسته استوانه .. مخروط این پوسته ها در یک جهت دارای انحنا ودر جهت دیگر داری خطوط مستقیم هستند

2- پوسته گسترش نا پذیر که مانند حالت اول نیستنند این نوع پوسته دارای تاب زیادی هستنند بنابراین در مقابل بارهای وارده بسیار مقاوم هستند پوسته های کروی از این پوسته ها بشمار میروند

تنش درپوسته ها : درموقع محاسبات باید نیروهای برشی و لنگر خمشی و نیروی پیچشی را منظور نمود علاوه بر آن باید نیروی غشائی را درنظر گرفت نکته قابل توجه این است که در تیرها و قوس ها نیروهای برشی ولنگر خمشی تا فاصله دوری درتیر نفوذ می کند در صورتی که درسقف های پوسته ای نیروی برشی ولنگر خمشی کاملا موضعی است وهر چه قدر از تکیه گا وناحیه زیر بار دور شویم اثر این نیرو ها بیشتر خواهد شد

تنش برش باد درپوسته ها: فرض میکنیم بادی با سرعت 160 کیلو متر درساعت بر سطع گنبدی که قطر آن 30 متر با ضخامت 7.5 ساتیمتر وارد شود تنش برشی ایجاد شده معادل یک کیلو کرم بر سانتیمتر مربع است و باتوجه باینکه تنش برشی مجاز 5.4 کیلو گرم بر سانتیمتر مربع است باین نتیجه میرسیم گنبدها با وجود ضخامت کم درمقابل نیروهای باد بسیار مقاومند.

سقف های پوسته ای سقف های هستنند منحی وممکن است در یک و یا دو جهتانحناداشته باشند با ترکیب این سقف ها میتوان حجم زیبای را خلق نمودوازطرفی این سقف ها قادر به تحمل بارهای سنگین هستنند بنابراین امکان پوشش دهنه های بزرگ وجود داردبا توجه به خمیری بودن آنها میتوان فرم دلخوا را طراحی واجرا نمود امروزه با پیشرفت تکنولوژی در تمام علوم وبوجودآمدن نرم افزارهای کامپیوتری قادریم طراحی ومحاسبات این سقف ها را بدقت انجام دهیم از طرفی امکان شبیه سازی این سقف ها قبل از ساخت وجود داردفرودگاه بین المللی جان اف کندی که بین سالهای 1956و1962 ساخته شد یکیاز کارهای موفق ارو سارینن است این سقف پوسته ای یکی از شاهکارهایمعماری است که درنوع خود بی نظیر است حجم تندیس گونه این فرودگاه نتنها مورد استقبال بازدید کنندگان قرار گرفت بلکه موردتحسین صاحبنظران واقع گردید یکی دیگرازشاهکارهای سقف های پوسته ای ساختمان اپراسیدنی است که نماد استرالیا بشمار میرود پوشش های قطاعی سقف اپراقطعاتیازیک کره هستند.

یکی از بنیان گذاران سقف های پوسته ای هاینس ایسلراست این مهندس که در سوئیس متولد شده اولین فرم پوسته رابوجودآورد این مهندس مبتکر پارچه ها را به شکل منحنی خم میکرد وسپس این پارچه های خم شده را مرطوب نموده و آنرا درفصل زمستان آویزان میکرد تا کاملا یخ بزنند وبا وارونه کردن آنها توانست مطالعاتی در مورد سقف های پوسته ای انجام دهدوی باین نتیجه رسیداشکالی که از هندسه ساده تشکیل شده باشند نسبت به اشکال غیر هندسیمقاوم ترند

نمونه کار هاینس ایسلر

برای مطالعه سقف های پوسته ایشکل زیر را در نظر میگریم اگر از نقاط Aخطی بر صفحه مربع عمود کنیمبه نقطه E میرسیم بهمین ترتیب میتوانیم نقطه F را بدست آوریم ودرشکل 2-1وضعیت بارگذ اری ونیروی رانشیآنها نشان داده شده بنا براین پوسته قوس BD تحت فشار وقوس EF تحت کششقرار میگیرند و بار وارده بین قوسها وکابل ها تقسیم میشوداگر قوس BD را مورد مطالعه قراردهیم نقطه B درقسمت فوقانی ونقطه D درقسمت تحتانی قرار دارد بنابراین سطع پوسته ای در سطح خارجی BD تحت فشارودر امتداد EF تحت کشش قرار میگیرد و بار بین منحنی وکابل معلق تقسیم میشود

از آنجائیکه شکل پوسته بگونه ای است که بار زیادی را تحمل میکند بنابراینضخامت پوسته بسیا ر کم است واین ضخامت بین 8 تا10سانتیمتر متغیر استولی بهر صورت دهنه ومیزان بار وارده در ضخامت پوسته موثر است بطورمثال یک غرفه ای که در دانشگاه مکزیک ساخته شده ضخامت آن 16 سانتیمیراست

شکل 1-1

شکل 2-1

شکل 4-1

سقف های پوسته ای ممکن است از ترکیب هیپربولیک پارابولیک باشنددر شکل زیر یک سقف پوسته ای معمولی و یک سقف پوسته ای که وزنسقف را به چهار قوس منتقل میشود ویک سقف زین اسبی نشان داده شدهاست.

پوسته زین اسبی

پوسته استوانه

انواع پوسته ها :

1- پوسته سین کلاسیتیک این پوسته ها داری دو منحنی هستند وخطوط انحنا در دوجهت مشابه است مانند گنبد ها

2-اشکال قابل توسعه این پوسته ها در یک جهت دارای انحتا و در جهت دیگر دارای خطوط مستقیم هستند شامل مخروط استوانه

3- اشکال آنتی کلاسیک شامل مخروطی سهموی شبه هذلولی این پوسته در دوجهت انحنا دارند

مقاومت رانشی درگنبدها:

همانطوریکه قوس ها دارای نیروی رانشی بیرونی هستند گنبدها نیز همین خاصیت را دارند نکته قابل توجه این است که هر چه قدر ارتفاع گنبد بیشتر باشد میزان نیروی رانشی آن کمتر خواهد بود ودر گنبدهای مرتفع مقاومت حلقی ای کششی پوسته کافی است در صورتی که در گنبدهای کم ارتفاع معمولا یک حلقه کششی بوسیله افزایش ضخامت گنبد در آن ایجاد می شود واین حلقه از نیروی برشی جلوگیری می کند

در شکل سمت راست تکیه گاه روی جهار ستون است وشکل سمت چب تکیه گاه ها ممتد است

پوسته از متریال چوب

سقف پوسته ای باپایه بتنی

مدرسه در لندن(فرم شکسته)School at southwark londo

سقف پوسته ای که از قایق الهام گرفته

سقف پوسته ای چوبی

اپرای سیدنی

پو سته یک سازه منحنی نازکی است که بارهای کششی وفشاری را تحمل میکنددراین سازه ها بار از سقف به سپس به پی ها منتقل میشوداز آنجائیکه سطوح منحنی نسبت به سطوع صاف بار زیادی را تحمل میکنند بنابراین پوشش دهنه های بزرگ با سقف های پوسته ای امکان پذیر استمصالح که در پوسته بکار میرود عبارتند از بتن فولاد ولی بهترینمصالح برای سقف های پوسته ای بتن مسلح است زیرا بتن نسبت به سایرمصالح قابلیت فرم پذیری بهتری را دارد وهمچنین در مقابل فشار مقاوم تر است

پوسته های گنبدی: گنبدهای بتنی علاوه بر زیبائی میتواند دهنه های بزرگ را پوشش دهندبطور کلی از دوران منحنی حول یک محور گنبد بوجود می اید و در اثر چرخش دایره حول محور عمودی کره تشکیل میگردد گنبد از دو قسمت اصلی تشکیل شده بخش های عمودی که از یکسری قوس تشکیل شده که بنام نصف النها ر معروف است وقوس های افقی اینقوس ها حلقوی هستند وبصورت موازی قرار گرفتن

موزه هنر وعلوم در اسپانیا

پلان موزه

انواع پوسته

1-پوسته سن کلاسیک :این پوسته ها از دومنحنی تشکیل شده اند سقف ها زین اسبی وگنبد های بتنی

2-پوسته قابل توسعه اشکال مخروط واستوانه قابل توسعه میباشند واین احجام دارای دو جهت هستنند دریک جهت دارای انحنا ودرجهت دیگر دارای خطوط مستقیم هستنند .

3-اشکالی که خطوط انحنا در دوجهت مخالف دارند( اشکال زین اسبی وهذلولی از این قبیل) محسوب میشوند) بطور مثال سطوح زین اسبی در دو جهت انحنا دارند

موزه هنر وعلوم در اسپانیا

نیروی رانشی- در تکیه گا ها گنبدها نیروی رانشی زیادی ایجاد میشود معمو لا گنبد های کروی دارای خطوط نصف النهارات ومدارات هستنند وبار باین حلقه ها وارد میشود اگر ارتفاع گنبد باندازه کافی باشد درنتیجه حلقه های کششی میتواند این نیروی رانش را خنثی کنند ولی در صورتی که ارتفاع گنبد کافی نباشد برای جلوگیری از نیروی رانش باید از پشت بتد استفاده نمودو.یا میتوان یا میتوان با ایجاد حلقه اضافی از رانش جلوگیری نمود

بطور کلی گنبدها تحت نیروهای فشاری وکششی وبرشی قرار میگیرند

نمونه اولیه سقف های پوسته ای

نمونه یک گنبد با پلان دایره

ساخت پوسته با استفا ده از مربع

ساخت گنبد بصورت ممتد

نمونه گنبد ژئودزیک

Kaiser Aliminium company

نمونه یک سقف پوسته ای با شبکه منحنی

سقف های زین اسبی:

این سقف ها همانطوری که از نامش پیدا است شبیه به زین اسب است باین سقف ها آنتی کلاسیک نیز گفته میشود این سقف های پوسته ای علاوه بر زیبا بودن میتوانند بارزیادی را تحمل نماید. این سقف ها ممکن است یکی از اشکال مخروطی .سهموی.هذلولی باشند

نمونه یک سقف زین اسبی

سقف زین اسبی کلگری

نمونه اولیه گنبد پوسته ای

نمونه یک سقف پوسته ای شکسته

نمونه یک سقف پوسته ای که بار آن به قوس ها وارد میشود

Kresage Auditoriumسا لن سخنرانی کرسک

این سالن زیبای سخنرانی بتنی توسط آرشیتکت معرو ف آرئ سارتین طراحی و در شهر ماساچوست درسال 1955 بنا گردیده ومحاسبات آن توسط امان ویتینی انجام شده استاین بنا عظیم دارای گنبد بزرگی است که شعاع آن 34متر است این گنبد با بتن مسلح ساخته شده که ضخامت آن بین 30 تا 50 سانتی متر متغیر است گنبد از یک هشتم کره تشکیلگردیده و تکیه گاه آن سه نقطه است گنبد با یک لایحه 5 ساتیمتری فابیرگلاس عایق شده ارتفاع این گنبد 18.6متر است برای این سالن عایق مناسب صوتی پیش بینی نشده

سالن سخنرانی کرسکKresage Auditorium

کلیسای ارتدوکس یوناناین کلیسای زیبا درسال1956 توسط فرانک لوید رایت که شهرت جهانی دارد ساخته شده این گلیساگنجایش 670 نفر را دارد در طبقه اول ورودی و پیلوت قرار دارد ودرطبقه دوم یک سالن زیبای درنظر گرفته شده درقسمت غربی این سالنیک تراس طراحی شده سقف سالن با گنبد زیبایی ازجنس بتن مسلح پوسته ای پوشیده شده این گنبد داری قطر 28.6متر است در زیرگنبد پنجره های قوسی قرار دارد که نور سالن را تامین میکنند طراحی بصورتی انجام شده که انسان تصور میکند که گنبد معلق استوزن سقف گنبد به دیوارهای قوسی بالای پنچره واز آنجا به سقف زیرینوسپس به دیوارها باربر(که دارای ضخامت زیاری هستند و ستون ها وارد میشودطبقه زیرزمین شامل کلاسهاو تاسیسات میباشد

کلیسای ارتدوکس یونان

ترمینال TWA :

یکی از بناهای زیبا ی وبی نظیر فرودگاه بین المللی اف کندی در نیو یورک است این بنای تاریخی بین سالهای 1956و1962

ساخته شده این ساختمان باشکوه که پرنده ایدر حال پروازرا نشان میدهد یکی از کارهای موفق ارو سارینن بشمار میرور و

شکل دیوارهای مقعر تماشا چیان را بطرف ورودی راهنمائی میکند حجم تندیس گونه این فرودگاه رویائی یاد آ ور پرنده ای

پرگشوده برای پرواز است ئ به جرات میتوان گفت طراحی ساختمان بر اساس عملکرد های آن انجام شده

هر ساله ملیون ها توریست از این بنای زیبا بازدید بعمل می آورند سقف های پوسته ای زیبای آننظر هر بینده ای را بخود جلب میکند

ترمینال جان اف کندی

ایستگاه ت-ژ -و

ترمینال جان اف کندی

ایستگاه قطار T G V در فرانسه : یکی از کارهای زیبا وتماشاهی کالا تراوا طرح ایستگاه TGV

در شهر لیون فرانسه است این هنرمند برجسته با طراحی این ایستگاه توانست اعتبار جهانی

برای خود کسب نماید طرح این ایستگاه عظیم یاد آور ماهی یا نوعی پرند ه در حال پرواز است

تالار اصلی ایستگاه دارای ابعاد 120*100 وارتفاع 40 متر ودهنه 53 متر است

ساختمان شامل شش خط راه آهن ودو محوطه بتنی مخصوص قطارهای سریع السیر وبدون

توقف است برای این ساختمان پارکینیک های متعدد در نظر گفته شده

ایستگاه قطار T G V در فرانسه

مشخصات ساختمان: ترمینال جان اف کندی

این ساختمان از چهار پوسته بتنی تشکیل شده و این پوسته ها بوسیله پنجره ها از هم جدا میگردنند ضخامت بام بین 22.5تا 28سانتی متر متغیر است

با توجه باین که شکل سازه بسیار پیچیده است بطور کلی یک فرم خمیری است بنابراین قبل ازاجرا یک ماکت کامل از آن ساخته شده بود

گنبد پیش ساخته :

قطعات بتنی گنبد قبلا در کارخانه ساخته می شود و سپس در محل بهم متصل می گرددگنبد های پیش ساخته کاربرد فراوان دارند از این گنبد ها معمولا برای ساختمان های مسکونی استفاده میشود پلان این خانه ها معمولا دارای سالن و نهارخوری و آشپزخان و یک ودو اتاق خوابه میباشند گنبد های پیش ساخته از یک سو قیمت آن ارزان تمام میشوداز طرف دیگر سرعت ساخت

را افزایش میدهددرسال 1954 گنبدهایی بقطر9.1متر و ارتفاع 4.1 مترساخته شد این گنبدهای پیش ساخته

مورد توجه قراد گرفت برای هماهنگی فرم گنبد با نمای ساختمان از پنجره های قوسی استفاده شده

خانه گنبدی

پلان خانه گنبدی

نمونه خانه گنبدی پیش ساختهاین خانه ها بصورت انبوه پیش ساخته بنا میشوندو مساحت این خانه ها بین 70 تا 100 متر مربع است

سقف پوسته ای با استفاده از یک شبکه کابل

نمونه جدید سقف پوسته ای

اسکلت یک استادیوم ورزشی با سقف پوسته ای

نمونه سقف پوسته ای تخم مرغی

نمونه یک برج پوسته ای Kobe part tower

این برج درژاپن ساخته شده وارتفاع آن 108متر است زمین بازی هاکی دانشگاه بیل:

این ساختمان بشگل کشتی به گل نشسسته است این بنا بوسیله اروسانین طراحی شده دارای پلان تخم مرع شکل است وگنجایش 2900 تماچی رادارد بعلت داشتن شکل منحنی محدب از انعکاس صوت جلوگیری می کند در وحله اول قوس سهمی آن به چشم میخورد که دهنه آن 73 متر است این قوس منحنی دارای یک طره 12.2 متر می باشد برای پوشش سقف از یک سری کابل استفاده شده که این کابل ها بفاصله 1.83 متر قرار گرفته برای استحکام بیشتر سه کابل اضافی در سقف قرار گرفته است دیوارهای اطراف به صورت مورب ساخته شده وبرای جلوگیری از نیروی افقی در روی این دیوار یک قوس افقی بعرض 46 ساتیمر قرار گرفته

زمین بازی هاکی

میدان ورزشی رالی:( این بنا در سال 1958 ساخته شده)

این بنا برای نمایشگاه در نطر گرفته شده و گنجایش 5500 نفر را دارد ودر کارولینای شمالی ساخته شده وتوسط دیتریک طراحی شده

وقسمت جایگاه از حداکتر نور استقاده می کند دهنه این بنا 90.1 متر است این دهنه با کابل پوشیده شده فواصل کابل ها 1.8 متر وقطر

کابل ها بین18 تا 32 میلیمتر است عمود بر کابل ها از کابل های تثبیت شده استفاده شده که قطر آنها 12 تا 18 میلیمتر است و بواصل 1.8

قرار دارد

زمین ورزشی راکی

نمونه سقف پوسته ای استوانه ای

Kimbell museum موزه کیمبال

این ساختمان توسط آ رشیتکت معروف لویی کان در سال 1972 ساخته شده ومهندس سازهاین بنای زیبا کامدانت استاین ساختمان از چهارده پوسته استوانه ای بابعاد 30.5*7 متر تشکیل گردیده پوسته ها دارای مقطع دایره هستنند ضخامت این پوسته استوانه ای حدود 12 سانتیمتر بوده و بار از سقف به ستون ها منتقل می گردد برای روشنائی این بنا نورگیری هائی دربالای سقف پیش بینی شده استبین دو سقف پوسته ای یک سقف افقی ایجاد گردیده برای عایق کردن سقف از پوشش مسیاستفاده شده برای اینکه نور مستقیم وارد سالن نشود در زیر پنجرها منعکس کننده فازیقرار داده شدهبرای جلوگیری از نیروی افقی درتکیه گا ها ضخامت پوسته در قسمت تکیه ها زیاد گردیدهبرای مقاومت بیشتر پوسته ها علاوه بر میله گردهای اصلی سه کابل پیش تنیده درقسمت تحتانی قرار داده اند

موزه کیمبال

پلان موزه کیمبال

مقطع موزه کیمبال

قسمت موزه کیمبال

میدان اسب دوانی(Zarzuela HIPPODROME )

رستوران لس مانانتیالیس Los Manantiales

با ترکیب چند قوس پوسته ای متقاطع میتوان یک فرم زیبائی را خلق نمود این رسوران دارای پلان هشت ضلعی است وازچهار قوس متقاطع تشکیل شده قوسها یک حالت رفتوبرگشتی دارد ارتفاع این سازه در مرکز 5.8 است وبلند ترین ارتفاع آن حدود10متراست ضخامت پوسته بین 17 تا 34 میلیمتر متغیر است

رستوران لس مانانتیالیس Los Manantiales

گنبد خورشید sundome:

این استادیم ورزشی دارای قطر 82.2 متر می باشد و مهندس معمار این استادیمشرکت معماری لوف بارو می باشد وشکل کلی سقف چتری دندانه ای است ارتفاع ان از12.2 شروع شده ودر بالا به 48.8 میرسد سقف به 24 قوس تقسیم شده که بار آن به حلقه فشاری منتقل می شود این حلقه بر روی 24 ستون بتنی مسلح قرار دارد ضخامت پوسته در پائین 11 سانتیمتر ودر بالا 7.5 سانتیمتر است