طراحی سازه پوسته ای

عمران مدرن دارای تیمی ماهر و مجرب از طراحان است که طراحی سازه پوسته ای مورد نظر شما را به صورت حرفه ای انجام می دهند. در طراحی سازه های پوسته ای زیبایی و پایداری به صورت همزمان اهمیت دارند و کار طراحی پوسته باید توسط متخصصان انجام گیرد. شما می توانید با طراحان به صورت مستقیم تماس بگیرید یا برای معرفی و مشاوره، با عمران مدرن تماس حاصل کنید. عمران مدرن با توجه به شرایط پروژه شما، بهترین طراح با مناسب ترین قیمت طراحی را به شما معرفی می کند.

سازه پوسته ای

پوسته ها سازه هایی با ضخامت کم هستند که سطحی منحنی دارند و بخشی از فضا را از سایر بخش های آن جدا می سازند. سازه های پوسته ای در صنعت و فرم های معماری کارایی شگفت انگیزی دارند. طراحی سازه پوسته ای پیچیدگی های فراوانی دارد. شکل سازه های پوسته ای الهام گرفته از طبیعت است. ویژگی منحصر به فرد سازه های پوسته ای این است که می توانند همزمان به عنوان سازه برای تحمل بارهای وارده و به عنوان نما برای جذابیت بصری مورد استفاده قرار گیرند. مصالحی که در ساخت پوسته ها استفاده می شوند چه در طبیعت و چه در سازه های پوسته ای ساخته دست انسان، همواره موادی سخت و انعطاف ناپذیر هستند. سازه های پوسته ای باربر با آجر، انواع فلز، بتن، شیشه و غیره ساخته می شوند. سازه های پوسته ای فلزی و بتنی هر دو باعث استفاده کمتر از مصالح و در نتیجه وزن سبک سازه می شوند.

ضوابط خاص طراحی سازه پوسته ای

سازه پوسته ای کشش، فشار و برش را تحمل می کند. یک ورق کاغذ را در نظر بگیرید. این ورق در حالت عادی به آسانی خم می شود و تحمل هیچ گونه باری را ندارد. اما اگر فرم خاصی به کاغذ بدهیم به این صورت که وسط کاغذ را به پایین فشار دهیم و دو لبه آن به سمت بالا خم شوند، در این شکل کاغذ توانایی حمل بار پیدا می کند. بنابراین هندسه ساخت پوسته اهمیت زیادی در تعیین باربری آن دارد.

در جایی که بار به صورت گسترده و یکنواخت و به صورت درون صفحه ای وارد می شود، می توان از اشکال منحنی پوسته استفاده کرد. در مورد بارهای متمرکز استفاده از پوسته ها توجیه ندارد چون پوسته ها در برابر خمش موضعی که توسط بارهای متمرکز ایجاد می شود، مقاومت ندارند. به طور کلی اثرات خمشی در پوسته ها ناچیز است. به همین دلیل ضخامت سازه های پوسته ای خیلی کم است و در حدود ۷۵ تا ۱۵۰ میلی متر است. در طراحی سازه پوسته ای بخش تکیه گاه اهمیت ویژه ای دارد. بار در تکیه گاه سازه پوسته ای افزایش می یابد و نیاز است نیروها به طور مناسبی کنترل شوند.

تحلیل سازه های پوسته ای

در طراحی سازه پوسته ای برای تحلیل سازه از دو تئوری غشایی و تیر استفاده می شود. در تئوری غشایی فرض بر این است که پوسته ابعاد نامحدودی دارد و فقط نیروهای مستقیم درون صفحه اش را منتقل می کند. در تئوری تیر، پوسته به عنوان یک تیر تحلیل می شود. فرض پوسته به عنوان یک تیر یعنی فرض می شود که پوسته دارای سطح مقطع منحنی است و دهانه بین قاب ها یا تیرهای عرضی انتهایی را پوشش می دهد.

انواع سازه پوسته ای 

سازه های پوسته ای را به طور کلی می توان بر حسب نوع انحنا آن ها تقسیم بندی کرد. پوسته ها دارای انحنای یک طرفه یا دو طرفه هستند. دسته بندی زیر، تقسیم پوسته ها بر اساس شکل هندسی آن هاست. بعضی از این اشکال جز پوسته های با انحنای یک طرفه هستند (استوانه ای) و برخی دیگر جز پوسته های دارای انحنای دو طرفه هستند(گنبدی و زین اسبی).

• پوسته های کلاسیک یا گنبدی شکل: این اشکال از دوران یک منحنی به دور محور ایجاد می شوند.
• پوسته های استوانه ای: این اشکال مانند استوانه در یک جهت خط صاف دارند و در جهت دیگر دارای خطوط منحنی هستند.
• پوسته های غیرکلاسیک یا زین اسبی: این اشکال دارای خطوط منحنی غیر هم جهت هستند. این اشکال دارای انحنای مضاعف اند.
• پوسته های آزاد (بدون شکل مشخص): این اشکال با محاسبات و طراحی ساخته نمی شوند. در هر جهتی ممکن است انحنا داشته باشند.

طراحی سازه های پوسته ای فلزی

استفاده از فلز در ساخت سازه های پوسته ای در بخش صنعتی کاربرد زیادی دارد. طراحی و ساخت سیلوها، منابع آب، راکتورها و غیره با استفاده از طراحی سازه پوسته ای فلزی انجام می شود. در طراحی سازه های پوسته ای فلزی باید تعادل بین نیروها را برقرار کرد و در طراحی نقاط حساس در فشار و خمش دقت ویژه ای به خرج داد. سازه های پوسته ای فلزی علاوه بر صنعت، در ساخت فرم های معماری هم کاربرد دارند. در این موارد طراحی سازه پوسته ای فلزی باید به نحوی باشد که علاوه بر تحمل نیروهای محدود وارد شده به سازه، زیبایی بصری هم داشته باشد.

طراحی سازه پوسته ای بتنی

از سازه های پوسته ای بتنی در طراحی آشیانه هواپیماها، تالارهای اجتماعات، سالن های ورزشی، فروشگاه های بزرگ، برج های خنک کننده بتنی و بسیاری موارد صنعتی دیگر استفاده می شود. در طراحی سازه پوسته ای بتنی ضخامت پوسته با توجه به ملاحظات اجرایی باید بین ۸۰ تا ۱۲۰ میلی متر باشد. برای هر یک از ضخامت های انتخاب شده برای سازه پوسته ای بتنی، حداکثر قطر آرماتور مطابق آیین نامه مشخص شده است. برای مثال برای پوسته های با ضخامت بیش از ۶۵ میلی متر حداکثر قطر آرماتور مورد استفاده باید ۱۶ میلی متر باشد. در طراحی سازه پوسته ای بتنی اگر طول پوسته بیش از ۴۰ متر باشد، باید حتما درز انبساط در طراحی لحاظ شود. این درزها باید در امتداد طول خمیده سازه و در جایی که نیروی برشی به حداقل می رسد، لحاظ شوند.

نکات اجرایی سازه های پوسته ای

بعد از طراحی سازه پوسته ای نوبت به پیاده سازی و اجرای طرح می رسد. در قدم اول باید از مصالح مرغوب در اجرای سازه استفاده کرد. برای مثال در پیاده سازی منبع آب یا راکتور باید از فلز مناسب ضد زنگ و خوردگی استفاده کرد یا از مواد ضد زنگ و خوردگی مناسب برای پوشش سطح داخلی پوسته استفاده کرد. اجرای مناسب جوش در درزها در سازه های فلزی و بتن ریزی و آرماتوربندی صحیح در سازه های بتنی، از نکات اجرایی مهم سازه های پوسته ای هستند.

نرم افزارهای طراحی سازه پوسته ای

در طراحی سازه پوسته ای از نرم افزارهای SAP2000 و تکلا استراکچرز استفاده می شود. در تنظیمات نرم افزار SAP ، تنظیمات مورد نیاز برای طراحی انواع سازه های پوسته ای با دو تئوری غشایی و تئوری تیر وجود دارد. که با انتخاب هر کدام از این تنظیمات، پیش فرض های مورد نیاز برای طراحی سازه پوسته ای با کمک این تئوری ها در اختیار طراح قرار می گیرد. برای مثال می توان با تعیین ضخامت پوسته بتنی، مقدار آرماتور مورد نیاز را توسط نرم افزار SAP2000 تعیین کرد. برای طراحی برخی سازه های پوسته ای فلزی مانند منبع آب یا راکتورها هم تنظیمات پیش فرض در نرم افزار SAP2000 وجود دارد. نرم افزار با توجه به بارهای وارده بر پوسته فلزی، تحلیل جامع و کاملی از آن ارائه می دهد تا طراح بتواند شکل و ضخامت بهینه سازه پوسته ای را تعیین کند.

هزینه طراحی سازه پوسته ای

هزینه طراحی سازه پوسته ای با توجه به نوع سازه(بتنی یا فلزی)، کاربرد سازه(باربر بودن یا نبودن) و شکل هندسی سازه پوسته ای تعیین می شود. طراحی برخی سازه های خاص که نیازمند ایده پردازی طراحان است، قطعا هزینه های بیشتری برای کارفرما دارد. برخی از سازه های پوسته ای که صرفا فرم های معماری هستند توسط معماران طراحی می شوند اما سازه های پوسته ای صنعتی و سازه های پوسته ای باربر مانند سقف ها، باید توسط مهندسان سازه با استفاده از نرم افزار های تخصصی طراحی شوند. هزینه هر نوع طراحی با توجه به پیچیدگی های سازه متفاوت است.