سازه های ورق تاشده و اجزای اصلی تشکیل دهنده آن

سازه های ورق تاشده و اجزای اصلی تشکیل دهنده آن

سازه های ورق تاشده و اجزای اصلی تشکیل دهنده آن

تعریف سازه های ورق تاشده :

سازه های ورق تاشده ، ساده ترین فرم پوسته ها هستند . البته از لحاظ فرمی این سازه ها را میتوان حد واسط دال تخت و پوسته ها دانست . شباهت این سازه ها به سازه های پوسته ای کاملا مشخص است .

هندسه ورق تاشده به دلیل فرم هندسی بسیار جالب توجه ، نگاه های بیننده را جلب و او را شیفته میسازد .

پیشینه تاریخی سازه های ورق تاشده :

در دهه ۱۹۶۰، مطالعه و ساخت پوسته های نازک از جنس بتن مسلح به اوج و کمال خود رسید.

گروهی از این نوع سازه ها، که به دلیل ویژگی های خاص سازه ورق تاشده نامیده می شوند، سطوحی مسطح دارند، بنابراین با پوسته های دارای انحنا که در بخش قبل به خصوصیات آنها اشاره شد، تفاوت دارند و مانند سازه های پاشامی نیز رفتار سازهای خود را کاملا در معرض نمایش قرار نمی دهند.

همان گونه که پروفسور کاسینلو اشاره می کند: “روش طراحی و اجرای سازه های ورق تاشده در ابتدا از تشابه و همانندی آنها با ورقهای موج دار فلزی و پوسته های استوانه ای اقتباس شد. ایده اصلی در این سازه ها سادگی و خلوص کامل و پوشش دهانه های بزرگتر با اندکی افزایش وزن با توسعه بازوی اهرم سازه در اعضای فوقانی و تحتانی در هر دال مسطح مسلح قابل ترکیب است. این در حالی است که تنش های موجود در این سازه توسط سطوح شیبدار خنثی می شوند.”

فلیکس کاندلا سازه های ورق تاشده را گونه ای از سازه ها معرفی می کند که دال های مسطح سازه های پوسته ای هستند و ترکیبی از سازه های پاشامی نیروی خمشی دارند.

میلو کچام مهندس آمریکایی متخصص در طراحی و اجرای این نوع سازه ها، با توجه به مزایای سازه های ورق تاشده، در کتاب خود نوشت:

” تجزیه و تحلیل سازه های ورق تاشده کاملا روشن و واضح و به گونه ای است که اجزای سازه ای برای سازه های بتنی طراحی می شوند . تجزیه و تحلیل سازه های ورق تاشده با دقت و وسواس بیشتر نسبت به پوسته های گهواره ای به خوبی امکان پذیر است . ”

همچنین کچام در نامگذاری این نوع سازه ها مشارکت کرده و اشاره می کند: “همواره از نام ورق های تیزه دار برای این نوع سازه ها ناراضی بودم و هنگامی که به عنوان رییس موسسه ASCE فعالیت می کردم، حداقل کاری که انجام دادم، تغییر نام این نوع سازه ها به سازه ورق تاشده بود.

تاریخچه سازه های ورق تاشده را می توان به شکل کلیدی و خلاصه این گونه بیان کرد:

قوانین اصلی ابتدا در سال ۱۹۲۴ توسط اهلرز نه تنها برای طراحی سقفها، بلکه برای طراحی انبارهای زغال سنگ نیز به کار گرفته شد و وی در سال ۱۹۳۰ مقاله ای در مورد تحلیل های سازهای این نوع سازه ها منتشر کرد.

سپس در سال ۱۹۳۲، گروبر چگونگی آنالیز سازه های ورق تاشده را در آلمان منتشر کرد.

در سال های پس از آن، بسیاری از متخصصان اروپایی مانند گریمر، اوهلیگ، گرکمان و ولاسف در این زمینه مشارکت بسیاری داشتند.

نظریه این افراد برای طراحی و کاربرد سازه های ورق تاشده بسیار پیچیده و سخت بود.

از سال ۱۹۴۵ روش های اصلاح شده ای برای طراحی و اجرای سازه های ورق تاشده در آمریکا توسط وینتراند پی (۱۹۴۷)، گافر (۱۹۵۳)، سیمپسون (۱۹۵۸)، ویتنی (۱۹۵۹) و گوبل (۱۹۶۴) توسعه یافت.

کاندلا با همکاری کازینسکی (۱۹۴۸) به موفقیت های بسیاری در طراحی سازه های ورق تاشده دست یافت.

تعداد بسیار زیادی از فرمهای زیبا و جذاب این گونه از سازه ها در بسیاری از کتاب ها و مجلات نشان داده شده است.

دو مورد از نمونه های واقعی و اجرا شده که از بین فرمهای پیچیده و متنوع سازه های ورق تاشده، ساده ترین فرم را دارند و تاکنون نیز عملکرد خود را حفظ کرده اند عبارتند از:

• کلیسای سنت ژوزف در نیویورک، امریکا (۶۷-۱۹۶۶) و
• کلیسای دانشکده نیروی هوایی آمریکا (۱۹۶۳).

طرح اصلی این دو ساختمان به گونه ای بود که فرم گنبدی را به شکلی مناسب که شایسته نام آن است، ایجاد کند، اگرچه چنین طرحی به طور معمول دارای عناصر منحنی است، نمی توان آنها را سازه های ورق تاشده خالص دانست.

فرمهای چندوجهی را می توان به طور طبیعی سازه ورق تاشده در نظر گرفت که متشکل از نماهای چندوجهی هستند.

یکی از مزایای این نوع سازه ها در مقایسه با پوسته های نازک، سهولت قالب بندی آنهاست.

با این وجود، باید توجه داشت که چنین قالب بندهای ساده ای خطر کمانش سازه های بدون انحنا را افزایش می دهند.

به همین دلیل، این سازه ها نسبت به فرم های منحنی از نظر تنوع شکل و باربری محدودیت دارند.

مزایا و جذابیت های بصری این نوع سازه ها در کشورهای متعددی از جمله هلند رواج یافت؛ هنگامی که این کشور در سال ۱۹۶۱ میزبان سومین کنفرانس بین المللی سازه های پوسته ای در دانشکده پلی تکنیک دانشگاه دلف بود و با حمایت موسسه هایی مانند

• RILEM
•  IAAS

برگزار شد.

با توجه گزارش ارائه شده در مجله آلمانی سیمان، تا سال برگزاری همایش مذکور، ۱۳۱ سازه پوسته ای و ورق تاشده در کشور هلند شامل ۱۴ گنبد، ۳۵ پوسته استوانه ای، ۴۱ سرپناه، یک پوسته طره ای دولایه، ۲ پوسته مخروطی، ۳ پوسته سهموی، ۳ پوسته مخروطی، ۱۴ هایپار و ۱۸ سازه ورق تاشده ساخته شده بود.

یکی از ساختمان های طراحی شده با سازه ورق تاشده، یک سقف تیزه دار شش وجهی بود که دو وجه آن مشابه سقفهای شیروانی چهار ترک و بقیه مشابه سقفهای معمول شیبدار بودند.

در این فهرست طراحی مهندسی آلمانی آمریکایی الاصل، مارسل برویر که یک ساختمان اداری سازه ورق تاشده سه وجهی بود و در سال ۱۹۵۹ ساخته شد، به چشم نمی خورد.

مهم ترین ساختمانی که پس از کنفرانس بین المللی سازه های پوسته ای در هلند ساخته شد، سقف دانشکده پلی تکنیک دلف، طراحی معماران آلمانی باکماو فون بروک بود که سقفی با سازه ای نمادین داشت.

اجزای اصلی تشکیل دهنده سازه ورق تاشده :

اجزای اصلی سازه ورق تاشده عبارتند از:

۱) صفحات شیبدار؛

۲) صفحات مرزی که برای سخت کنندگی صفحات پهن به کار میروند

۳)سخت کننده ها که به دو منظور استفاده میشوند ، انتقال بارها به تکیه گاه ها و نگاهداری صفحات در راستای مستقیم ( به عبارتی مهاربندی صفحات تا آن ها فرم اصلی خود را حفظ کنند )

۴) ستونها که به نگهداری سازه در فضا کمک می کنند.

در سرتاسر صفحات تاشده نواری وجود دارد که دال نامیده می شود (به واسطه آنکه یک صفحه از طراحی و شکل گیری آن قطعه در مسیر مشخصی به وجود می آید). دهانه ی سازه در شکل زیر از فاصله بین ستونها بیشتر است و این درحالی است که عرض دهانه به اندازه بخش های سازهای مشابه است.

در صورتی که تعدادی از صفحات تاشده کنار یکدیگر قرار گیرند، بهتر است صفحات مرزی سخت کننده برای تمام صفحات به استثنای صفحات اول و آخر حذف شوند و اگر صفحات مرزی سخت شونده در مرزهای داخلی حذف نشوند ، در این صورت شکل ورق تاشده دو قطعه ای با صفحه مرزی معمولی نامیده میشود .

سازه بالا ممکن است یک دهانه ساده را پوشش دهد (همان طور که نشان داده شده است)، یا دهانه های مضاعف با طول های متفاوت را بپوشاند و حتی ورق تاشده ممکن است از روی تکیه گاههایده سخت کننده ای در انتها طره شود .

روند شکل گیری سازه های ورق تاشده :

سازه ورق تاشده، مثالی از سازه فضایی سه بعدی است.

برای درک تأثیر ورقهای تاشده، می توان روند زیر را بررسی کرد:

– زمانی که ورقه نازک کاغذی بین دو تکیه گاه قرار می گیرد، به دلیل آنکه توانایی تحمل وزن خود را ندارد، دچار خمش میشود.

– یک تکه کاغذ تاشده، ۱۰۰۰ برابر وزن خود بار تحمل می کند.

اگر به همین منوال افزایش بار ادامه یابد، ساختار فرو ریخته و بخشهای تا (چینها) باز می شوند.

• با استفاده از سخت کننده های جانبی این مشکل رفع می شود و ورق تاشده مانند یک تیر عمل می کند و قابلیت تحمل بارهای بیشتر را دارد.

سازه ورق تاشده شامل ورق های صافی است که با زاویه های تند به هم متصل شده اند.

این سازه ها نمی توانند به اندازه پوسته ها نازک باشند، زیرا ورق تاشده باید تحمل خمش را نیز داشته باشد.

سازه های ورق تاشده را می توان نوعی قاب فضایی صلب تلقی کرد که بیشتر با بتن مسلح ساخته میشوند، زیرا بتن مسلح به راحتی قالب بندی می شود.

ورق های تاشده همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، می توانند به آسانی فرم قاب یا گنبد را بگیرند.