اقرأ في هذا المقال
ما هي الهياكل الخرسانية ذات الغلاف الرقيق؟
الهيكل ذو الغلاف الرقيق هو هيكل القشرة في تشييد المباني، عبارة عن هيكل صفيحي رفيع منحني تم تشكيله لنقل القوى المطبّقة عن طريق ضغوط الانضغاط والشد والقص التي تعمل في مستوى السطح. عادة ما يتم بناؤها من الخرسانة المسلحة بشبكة فولاذية. ولقد بدأت بناء الهياكل الخرسانية ذات الغلاف الرقيق في عشرينيات القرن الماضي وظهرت كهيكل خرساني رئيسي طويل المدى بعد الحرب العالمية الثانية. كما تم بناء أقبية ذات قشرة مكافئة رفيعة مقواة بالأضلاع بمسافات تصل إلى حوالي 300 قدم (90 مترًا).
تم صنع أشكال أكثر تعقيدًا من الأصداف الخرسانية، بما في ذلك القطع المكافئ القطعي أو أشكال السرج والأقبية المكافئة المتقاطعة التي يقل سُمكها عن 0.5 بوصة (1.25 سم). ومن بين المصممين الرائدين للهيكل الرفيع فيليكس كانديلا وبيير لويجي نيرفي. تسمّى هياكل القشرة أيضًا هياكل الألواح. إنّها إنشاءات خفيفة الوزن باستخدام عناصر الصدفة، ويتم تجميع هذه العناصر، المنحنية عادةً، لتكوين هياكل كبيرة. بحيث تشمل التطبيقات النموذجية أجسام الطائرات وأجسام القوارب وأسطح المباني الكبيرة.
تُعرَّف القشرة الرقيقة بأنها قشرة بسماكة صغيرة مقارنة بأبعادها الأخرى والتي لا تكون فيها التشوهات كبيرة مقارنة بالسُمك. ويتمثل الاختلاف الأساسي بين هيكل القشرة وهيكل اللوحة في أنه، في حالة عدم الإجهاد، يكون لهيكل الغلاف انحناء بدلاً من هيكل الألواح المسطح. كما يحدث تأثير الغشاء في الغلاف بشكل أساسي بسبب القوى الموجودة في الطائرة (إجهاد الطائرة)، ولكن قد تكون هناك قوى ثانوية ناتجة عن تشوهات الانحناء.
عندما تعمل الصفيحة المسطحة بشكل مشابه للحزمة مع ضغوط الانحناء والقص، تكون الأصداف مماثلة للكابل الذي يقاوم الأحمال من خلال ضغوط الشد. يجب أن تكون القشرة الرقيقة المثالية قادرة على تطوير كل من التوتر والضغط. كما أن هيكل القشرة الرقيقة الخرسانية عبارة عن هيكل مكاني ثلاثي الأبعاد يتم إنشاؤه من لوح أو أكثر من الألواح المنحنية أو الألواح المطوية. سماكة الألواح المنحنية والألواح المطوية صغيرة مقارنة بأبعادها الأخرى.
السمات البارزة للأغلفة الرقيقة الخرسانية هي سلوك حِمل الأحمال ثلاثي الأبعاد الذي يخضع لعدد من العوامل. على سبيل المثال، طبيعة الحِمل المطبق والطريقة التي يتم بها دعم الأصداف الرقيقة وهندسة أشكال الغلاف الرقيق. في هذه المقالة، سيتم تقديم أنواع وأشكال مختلفة من هيكل القشرة الرقيقة الخرسانية. تتكون القشرة الخرسانية، التي تسمّى أيضًا الهيكل الخرساني ذو القشرة الرقيقة.
تتكون الهياكل الخرسانية ذات الغلاف الرقيق من قشرة رقيقة من الخرسانة تكونت بطريقة تجعلها ذاتية الدعم، وغالبًا بدون أعمدة داخلية أو دعامات خارجية، والأصداف عادة عبارة عن ألواح وقباب مسطحة، يمكن أن تأخذ أيضًا شكل إهليلجي أو مقاطع أسطوانية. يعود تاريخ أول قشرة خرسانية إلى عشرينيات القرن الماضي. كما أن هذه الأشكال الخرسانية عادة ما تكون هياكل قوية، ممّا يسمح بامتدادات واضحة دون استخدام دعامات داخلية، ممّا يعطي مساحة داخلية مفتوحة خالية من العوائق.
يمكن أن يؤدي استخدام الخرسانة كَشكل وهيكل إلى تقليل تكلفة المواد وتكلفة البناء على الطرق الأخرى للتصميم والبناء، حيث أن الخرسانة غير مكلفة نسبيًا والبلاستيك لتتوافق مع المنحنيات المركّبة. وقد يكون الهيكل الناتج قويًا وآمنًا للغاية. على سبيل المثال، قاومت منازل القبة المتجانسة الحديثة الأعاصير والحرائق، وتعتبر على نطاق واسع قوية بما يكفي لتحمل حتى أعاصير الدرجة الخامسة.
أنواع وأشكال الهياكل الخرسانية ذات الغلاف الرقيق:
- هياكل اللوحات المطوية.
- هياكل الأقبية الأسطوانية.
- هياكل القذائف القصيرة.
- هياكل القباب (سطوح الثورة).
- هياكل القباب المطوية.
- هياكل القذائف المتعدية.
- هياكل ألاسطح الملتوية.
- هياكل المجموعات.
1- هياكل اللوحات المطوية الخرسانية:
إنّه نوع من هياكل القشرة الخرسانية التي تتكون من ألواح مسطحة رقيقة. بحيث يتم توصيل هذه الألواح على طول حوافها لبناء هيكل ثلاثي الأبعاد، ويمتد اللوح المطوي حتى 30 م بسُمك 60 مم فقط. ومع ذلك، يمكن بناء هيكل لوحة مطوية بمسافات أكبر. يضاف إلى ذلك، إنّه ممتع من الناحية الجمالية، ويقلل من تكلفة المواد والبناء. ومع ذلك، فإنّ صعوبة الإغلاق، ومتطلّبات العمل المكثف والإشراف والتكلفة العالية وصعوبة ارتفاع الأسقف هي عيوب هذا النوع من اللوحات.
هناك ثلاثة أنواع من الألواح المطوية والتي تشمل:
أولاً: لوحات مطوية موشورية خرسانية
وهي تتكون من ألواح رقيقة مستوية تلتصق على طول حوافها الطولية لتشكل بنية شبيهة بالحزمة تمتد بين الدعامات.
ثانياً: لوحات مطوية غير موشورية خرسانية
وهي تتكون من ألواح رقيقة مستوية تلتصق على طول حوافها الطولية لتشكل بنية شبيهة بالحزمة تمتد بين الدعامات.
ثالثاً: لوحات مطوية الأوجه خرسانية
وتتكون من ألواح رقيقة مستوية مثلثة أو متعددة الأضلاع تلتصق على طول حوافها لتشكل بنية صفيحة رقيقة.
2- هياكل الأقبية الأسطوانية الخرسانية:
في الأساس، أقبية البرميل عبارة عن عوارض خرسانية عميقة ذات عضو شبكي رفيع إلى حد كبير يمكن تصميمه باستخدام تصميم الخرسانة المسلحة التقليدي. علاوة على ذلك، يتكون هذا النوع من الغلاف الخرساني الرقيق من أسطوانة أو إطار أو روابط في الأطراف بما في ذلك الأعمدة والعناصر الجانبية التي تشتمل على عنصر أسطواني أو عنصر لوحة مطوية وأعمدة أو مزيج منها.
علاوة على ذلك، يُفترض أن تكون الخزائن الأسطوانية فعالة للغاية بسبب استخدام شكل القوس لتقليل الضغوط والسُمك في الاتجاه العرضي. يضاف إلى ذلك، أنه يمتد حتى 45.72 مترًا وهذا هو السبب في أن الخزائن الأسطوانية هي أكثر الهياكل فائدة. أخيرًا، تحمل قذيفة البرميل الحمل طوليًا كحزمة وعرضيًا كقوس. ومع ذلك، فإنّ القوس مدعوم بمقصات داخلية، وبالتالي يمكن حسابه.
3- هياكل القذائف القصيرة الخرسانية:
إنّها قشرة أسطوانية لها نصف قُطر كبير مقارنة بِطولها، وَتتكون الصدفة القصيرة من عنصر صدفة يمتد بين الأقواس والهيكل القوسي وعوارض الحافة المتوفرة في أدنى نقطة من الصدفة. في الهيكل الصغير، يجوز حذف عوارض الحواف في الهيكل الصغير. علاوة على ذلك، تحمل القشرة القصيرة الحمولة بطريقتين، كقوس يحمل حمولة إلى العناصر السفلية. وكعارضة منحنية على الأقواس. أخيرًا، يمكن أن يكون سُمك الغلاف رقيقًا جدًا بسبب هذه الخصائص.
4- هياكل القباب الخرسانية (سطوح الثورة):
إنّها هياكل تغطي مساحة مربعة أو دائرية إلى حد ما. كما أن القباب نصف كروية الشكل وتستخدم كهيكل سقف، وتشمل العناصر الداعمة للقباب أعمدة وجدران دائرية أو منتظمة الشكل على شكل مضلع. علاوة على ذلك، فهي هياكل غشاء. الضغوط الداخلية هي التوتر والضغط ويتم تحديدها بشكل ثابت إذا تم استيفاء شروط الحافة المناسبة. علاوة على ذلك، في قبة ذات سُمك موحد، وتحت وزنها، تضغط الحلقة حتى تصبح الزاوية إلى العمودية حوالي 57 درجة. أخيرًا، إذا كانت القبة أقل من نصف كروي ممتلئ، يلزم وجود حلقة في قاعدة القبة لاحتواء القوى.
5- هياكل القباب المطوية الخرسانية:
إنّه نوع من الهياكل الخرسانية الرقيقة التي تتكون من ألواح وألواح مستوية. يمكن بناء القباب بزوايا صغيرة بين الألواح أو بزوايا كبيرة بين الألواح وقد يكون الإجراء الهيكلي مختلفًا إلى حد كبير لكل نوع. كما أن أسطح القبة المطوية أسهل في البناء لأنها مسطحة. ومع ذلك، بالنسبة للبلاطات التي تزيد مساحتها عن 16 قدمًا، يكون جدار الصدفة أكثر سُمكًا من السطح المنحني لأنه يجب مراعاة الانحناء. لا تتقارب الموجات الصوتية في المناطق المغطاة بقباب صفائح مطوية. لذلك، من المفضل استخدام القبة المنحنية في القاعة. أخيرًا، يتبع التصميم الهيكلي للقبب ذات الألواح المطوية تصميم براميل الألواح المطوية.
6- هياكل القذائف المتعدية الخرسانية:
هياكل القذائف المتعدية هي قبة مقامة على أربعة أقواس. يختلف الشكل عن القبة الكروية ويتكون من دائرة عمودية تتحرك على دائرة أخرى، بحيث جميع الشرائح العمودية لها نفس نصف القُطر، إنّه لمن الأسهل تشكيلها من قبة كروية. إنّ الضغوط في غلاف الترجمة تشبه إلى حد كبير قبة في الأعلى، ولكن على مستوى الأقواس، يتم تعويض قوى التوتر عن طريق الضغط في القوس. ومع ذلك، هناك قوى توتر عالية في الزاوية.
7- هياكل ألاسطح الملتوية الخرسانية:
تتمتع الأسطح الملتوية بميزة كبيرة لهياكل القشرة لأنها قد تتشكل من ألواح مستقيمة على الرغم من أنها أسطح ذات انحناء مزدوج. كما أنه هناك نوعان أكثر فائدة وهما الغلاف المخروطي والقطعي المكافئ.
8- هياكل المجموعات الخرسانية:
هيكل القشرة أعلاه من الأنواع الأساسية. لذلك، من الممكن بناء هيكل غلاف مختلف وأكثر أمانًا من خلال الجمع بين جزء من هيكل الغلاف الأساسي. كما أن قذائف التقاطع وقذيفة البرميل والصفيحة المطوية وقذيفة البرميل والقذيفة القصيرة وأصداف البرميل وقباب الثورة وأصداف البرميل والمخروطات كلها مجموعات قشرة خرسانية. لذلك، يمكن تشكيل مجموعات عديدة للوصول إلى السلامة والقدرة المطلوبة.
