سازه های پوسته ای پیش ساخته

سازه های پوسته ای پیش ساخته سازه‌هایی هستند که از پیش در محل تولید شده و سپس به محل نصب منتقل می‌شوند. این نوع سازه‌ها به دلیل سرعت بالا در اجرا، صرفه‌جویی در هزینه و کیفیت بالای ساختار محبوبیت دارند. در زیر به برخی از ویژگی‌ها و انواع این سازه‌ها اشاره خواهیم کرد:

معرفی سیستم‌های سازه‌های پوسته‌ای پیش‌ساخته

پوسته‌ها در یک تقسیم‌بندی کلی در گروه سازه‌های سه بعدی قرار می‌گیرند. این سازه‌ها، که از رفتار غالب سه بعدی برخوردارند، از سازه‌های صفحه‌ای متمایز می‌شوند که به صورت دو بعدی طراحی می‌شوند، مانند خرپاهای صفحه‌ای.

سازه‌های سه بعدی انواع گوناگونی از سازه‌ها را شامل می‌شوند که با استفاده از مواد و مصالح مختلفی ساخته می‌شوند. این مواد شامل فولاد، آلومینیوم، چوب، بتن، کامپوزیت‌های مسلح فیبری و یا ترکیبی از این مواد است. هر یک از این مواد خود امکانات و ویژگی‌های منحصر به فردی را به سازه‌ها اضافه می‌کنند.

این تقسیم‌بندی نه‌تنها به نوع مواد استفاده‌شده در سازه می‌پردازد بلکه به رفتار و ابعاد سازه نیز توجه دارد. از این جهت، پوسته‌ها به‌عنوان یک زیرمجموعه از سازه‌های سه بعدی، نقش مهمی در تنوع و انعطاف‌پذیری طراحی و اجرای سازه‌ها دارند.

تقسیم‌بندی سازه‌های سه بعدی با تأکید بر سازه‌های پوسته‌ای

سازه‌های سه بعدی به سه گروه زیر تقسیم می‌شوند:

سازه‌های سه بعدی پیوسته

این گروه شامل اجزایی مانند دال‌ها و پوسته‌ها است که در طول و عرض به یکدیگر متصل هستند. این سازه‌ها اغلب دارای یکپارچگی بالا بوده و به صورت پیوسته و هماهنگ عمل می‌کنند.

سازه‌های سه بعدی مشبک

در این گروه، عناصر طولی جدا از یکدیگر قرار گرفته‌اند و به صورت مشبک به نظر می‌آیند. این سازه‌ها از اجزای جداگانه به نام عناصر طولی تشکیل شده‌اند که با هم به صورت مشبک ارتباط دارند.

سازه‌های سه بعدی دوگانه

این گروه شامل ترکیبی از اجزای جدا و پیوسته است. در این نوع سازه، بخش‌هایی از سازه به صورت پیوسته و ادامه‌پذیر به‌نظر می‌آیند، درحالی‌که بخش‌های دیگر از سازه از اجزای جداگانه تشکیل شده‌اند.

این تقسیم‌بندی به طور کلی نشان‌دهنده تنوع در سازه‌های سه بعدی با تأکید بر ویژگی‌های پوسته‌ای است که در هر یک از این گروه‌ها به شکل متفاوتی بیان می‌شوند.

تکامل قوس و گنبد در معماری تاریخی و معاصر

قوس‌ها به عنوان انواعی از سازه‌ها شناخته می‌شوند که توانایی حمل بارهای قائم را با تنش‌های فشاری خالص دارند. مؤلفه افقی واکنش تکیه‌گاه‌ها برای مقابله با نیروی رانش قوس به طرف وسط دهانه قوس عمل می‌کند.

تاریخ معماری پر از نمونه‌های برجسته از قوس‌ها و گنبدها است که نمادهای تلاش برای دست‌یابی به نیروهای فشاری بدون خروج از مرکزیت می‌باشند. ساختمان‌های بزرگ و عظیم نظیر عبادتگاه‌ها، مساجد، کلیساها و فضاهای بزرگ، نتیجه‌ای از این تلاش برای ایجاد سازه‌هایی با قابلیت تحمل فشار بوده‌اند و در معماری ایران و جهان به چشم می‌خورند.

در دوره‌های گذشته، شکل پوشش دهانه‌های وسیع با استفاده از قوس و گنبد سنگی رایج بوده و پوشش دهانه‌های بزرگ با گنبدهای آجری یا سنگی انجام می‌شده است. این گنبدها عملکرد خود را از نظر مقاومت مصالح و رفتارشناسی ساختمان از طریق انتقال نیروها با ایجاد تنش‌های فشاری در مصالح تشکیل دهنده گنبد نشان می‌دهند.

تا نیمه قرن نوزدهم میلادی با اختراع سیمان و بتن، و امکان مسلح نمودن بتن با میلگردهای فولادی، معماران و مهندسان قادر به استفاده از این مصالح نوین شدند. این پیشرفت‌ها به آنها این امکان را می‌داد که با بهره‌گیری از این فناوری جدید، بناهایی با طراحی و ساخت پیچیده‌تر و مقاوم‌تر ایجاد نمایند.

بتن مسلح به دلیل توانایی تحمل گشتاور خمشی و شکل‌پذیری، به عنوان یک راه‌حل مناسب برای دستیابی به فرم‌های گنبدی جدید در معماری مورد استفاده قرار گرفت. این مصالح به مهندسان و معماران این امکان را می‌دهد که سازه‌های گنبدی با طراحی‌های فراوان و خلاقانه را به واقعیت بپیوندانند.

پوسته‌های بتنی به عنوان یکی از انواع سیستم‌های ساختمانی، زیرساختی را فراهم کردند که در شرایط مختلف، اجرای ساختمان‌های متنوع و بدیع با طراحی‌های نوآورانه در دهانه‌های مختلف را ممکن ساختند.

در این راستا، تلاش‌های فراوانی به منظور طراحی و اجرای پوسته‌های بتنی پیش‌ساخته نیز صورت گرفت. در بخش‌های آینده، به برخی از نمونه‌های برجسته از این تکنولوژی پرداخته خواهد شد که در کاربری‌های مختلف معمولاً مورد توجه قرار گرفته‌اند.

ویژگی‌های معماری سازه‌های پوسته‌ای

سازه‌های پوسته‌ای، با توجه به مزایای فراوان از نظر ویژگی‌های معماری و رفتار سازه‌ای، امروزه به یک جایگاه بسیار مهم در اجرای طرح‌های نوآورانه و مقاوم دست یافته‌اند.

با بهره‌گیری از تکنولوژی‌های نوین و پیشرفته در طراحی و اجرای سازه‌های پوسته‌ای پیش‌ساخته، این امکان پدید می‌آید که فضاهای ساخته شده همچنان از جنبه‌های ساده و زیبا برخوردار باشند و در عین حال برای کاربری‌های مختلف قابل استفاده باشند.

پیشرفت‌های چشمگیری که به‌خصوص با بهره‌گیری از برنامه‌های گرافیکی سه بعدی در زمینه طراحی حاصل شده است، این امکان را به معماران می‌دهد تا ارتباط بین طراحی حجمی بیرونی و طراحی داخلی را به شکل‌های جدید و خلاقانه ارائه دهند.

انواع کاربری‌های معماری می‌توانند با استفاده از سقف‌های پوسته‌ای پیش‌ساخته با طراحی و اجرا بهتری دست یابند. به عنوان مثال، در کاربری مسکونی، می‌توان انواع پلان‌های معماری را با سرعت و سهولت اجرای پوسته‌های بتنی پیش‌ساخته طراحی نمود.

در صورت نیاز به بهره‌وری بیشتر از فضای زیرساخت، می‌توان با استفاده از سازه‌های پوسته‌ای پیش‌ساخته ساختمان‌های دو طبقه نیز اجرا کرد.

با بهره‌گیری از این سازه‌ها، دهانه‌های 10 تا 15 متر را با پوسته بتنی به ضخامت 20 تا 30 سانتیمتر می‌توان پوشاند.

در طرح‌هایی که ابعاد بزرگتری مورد نیاز است، مانند مدارس، نمایشگاه‌ها، درمانگاه‌ها، رستوران‌ها و … می‌توان از ترکیب دو یا چند سازه پوسته‌ای پیش‌ساخته برای پوشش فضاهای گسترده استفاده کرد. تصاویر نشانگر این تنوع و کاربردهای گسترده در معماری هستند.

یکی از جنبه‌های حیاتی در طراحی نمایشگاه‌ها، موزه‌ها، مراکز تجاری و سایر فضاها، جلب توجه و جذابیت طراحی است. سازه‌های پوسته‌ای، به علت فرم منحنی، شکل زیبا و جذاب، این نیاز را به خوبی برآورده می‌کنند.

این سازه‌های پوسته‌ای، علاوه بر تمامی مزایای ذکر شده، با ابعاد مناسب، می‌توانند در طراحی فضاهای مذهبی نظیر مساجد و حسینیه‌ها، همچنین در فضاهای ورزشی و فرهنگی نیز به کار گرفته شوند.

استفاده از پوسته‌های بتنی نیز در طراحی مکان‌های مربوط به مراکز مذهبی، مساجد، فضاهای ورزشی و فرهنگی، به شکلی مناسب و زیبا، امکان‌پذیر است.

سیستم سازه در سازه های پوسته ای پیش ساخته

سیستم سازه به مجموعه‌ای از عناصر سازه و ارتباطات آنها تحت یک نظام مشخص گفته می‌شود. سازه در مهندسی عمران به هر نوع سیستم یا ترکیبی از اجزاء است که به هم وصل شده‌اند تا یک واحد کلی را تشکیل دهند و برای انتقال بارها و نیروها، مقاومت در برابر نیروهای خارجی، و اجتناب از نقصانات و آسیب‌ها در سازه‌ها به کار می‌روند.

سیستم سازه در سازه‌های پوسته‌ای نقش بسیار مهمی دارد. سازه‌های پوسته‌ای از یک سطح منحنی یا شبکه سه‌بعدی به عنوان پوسته برای پوشاندن و محافظت از فضاها استفاده می‌کنند. این نوع سازه‌ها اغلب با استفاده از مواد مانند بتن، فلزات، یا مواد مرکب ساخته می‌شوند.

سیستم سازه در سازه‌های پوسته‌ای به ترکیبی از عناصر مختلف مانند تیرها، ستون‌ها، لوله‌ها، یا پیچشگان، که با هم ترکیب شده‌اند تا یک ساختار سه‌بعدی و منحنی را شکل دهند، اشاره دارد. این سیستم‌ها معمولاً به دلیل فرم هندسی منحنی و پوسته‌ای سازه، خصوصیات استحکام بالا و توزیع بار بهینه‌تر، در طراحی و ساخت استفاده می‌شوند.

مزایای سازه‌های پوسته‌ای در سیستم سازه شامل کاهش وزن، افزایش استحکام، کاهش مصرف مواد، افزایش زیبایی و جذابیت، و ایجاد فضاهای باز و منحنی می‌شود. همچنین، سازه‌های پوسته‌ای به دلیل شکل هندسی خود می‌توانند به عنوان یک عنصر تزیینی نیز عمل کنند.

روش اجرا در سازه های پوسته ای پیش ساخته

برای اجرای سازه‌های پوسته‌ای، از روش‌های متعددی استفاده می‌شود که از جمله آنها می‌توان به اجرای قالب‌بندی با استفاده از چوب یا فولاد و بتن‌ریزی به صورت سازه‌ای یکپارچه به شکل پوسته‌ای اشاره کرد.

در فرآیند قالب‌بندی، از روش‌های مختلفی مانند قالب‌های متداول یا قالب‌های هوای فشرده (روش گانایت) استفاده می‌شود.

استفاده از قطعات بتنی پیش‌ساخته نیز یک روش سریع‌تر و آسان‌تر برای تشکیل سازه پوسته‌ای است. در این روش، قطعات پوسته بتنی در کارخانه ساخته شده و سپس در محل اجرای ساختمان نصب شده و اتصالات بین قطعات تکمیل می‌شود.

فضای درون پوسته بتنی بر اساس نیازهای معماری طراحی می‌شود و با سازه‌ای مستقل به روش دیوار باربر اجرا می‌شود. به دلیل محدودیت در طبقات درون فضای پوسته‌ها (حداکثر 2 یا 3 طبقه)، اجرای سازه دیوار باربر با رعایت ضوابط و مقررات مربوطه امکان‌پذیر است.

در صورت نیاز، ترکیب چند پوسته می‌تواند فضای بسیار وسیع‌تری را برای عملکردهای معماری گسترده‌تر فراهم نماید. ترکیب پوسته‌ها با یکدیگر با تغییر طراحی تعدادی از قطعات پوسته به سهولت انجام می‌شود.

جمع بندی نهایی

سازه‌های پوسته‌ای، یک دسته منحصر به فرد از سازه‌های مهندسی عمران هستند که به وسیله روش‌های متعددی اجرا می‌شوند. از جمله این روش‌ها می‌توان به قالب‌بندی با چوب یا فولاد و بتن‌ریزی به صورت سازه‌ای یکپارچه اشاره کرد. قالب‌بندی این سازه‌ها با استفاده از قالب‌های متداول یا قالب‌های هوای فشرده انجام می‌شود، و یا از قطعات بتنی پیش‌ساخته به عنوان روشی سریع‌تر و آسان‌تر برای تشکیل سازه پوسته‌ای استفاده می‌شود.

این سازه‌ها، علاوه بر طراحی جذاب و منحنی، فضای داخلی خود را بر اساس نیازهای معماری شکل می‌دهند و به عنوان یک الگوی هنری و مهندسی در مراکز مذهبی، فضاهای ورزشی، فرهنگی و دیگر فضاها به کار می‌روند. این سازه‌ها با ویژگی‌هایی چون کاهش وزن، افزایش استحکام، و زیبایی همراه هستند. با این حال، محدودیت در تعداد طبقات درون پوسته‌ها و نیاز به رعایت مقررات مربوط به اجرا و ساختار از جمله چالش‌های این نوع سازه‌ها است. به طور کلی، سازه‌های پوسته‌ای به عنوان یک ابتکار جذاب و هوشمندانه در زمینه مهندسی سازه و معماری جلب توجه می‌کنند.