رفتار سازه ای گنبدها

رفتار غشایی در گنبد (از کتاب بازسازی و استحکام بخشی بناهای تاریخی تالیف دکتر سید ضیا حسینی و پرفسور محمود گلابچی)

رفتار سازه ای گنبد تحت بار وزن که در تمام مرز خود دارای تکیه گاه است، متاثر از خصوصیات هندسی گنبد است[1]در این نوع پوسته ها که نسبت به محورشان قرینه هستند، مقاطع نصف النهاری و مقاطع مداری آن در واقع مقاطع اصلی برای تنش های اصلی می باشند، تنش ها در این مقاطع تنش های ساده کششی یا فشاری هستند که در ضخامت نسبتا کم پوسته به طور یکنواخت توزیع می شوند.

📷تنش هایی که در مسیر نصف النهارها هستند تنش فشاری هستند و قوس ها به صورت طنابی برای یک سری از بارها عمل می کنند و نصف النهارهای گنبد توسط مدارها نگه داشته می شوند و با ایجاد تنش حلقه ای از جابه جایی آنها جلوگیری می کند. در یک گنبد با خیز کم تنش های فشاری هم در نصف النهارها و هم در جهت مدارها ایجاد می شوند بنابراین این قبیل سازه ها را می توان از مواردی که قابلیت تحمل تنش های کششی را ندارند مثل آجر و یا مصالح بنایی دیگر ساخت. وقتی گنبد خیز زیادی دارد مدارهای قسمت بالایی گنبد کوتاه می شوند در حالی که مدارها در قسمت پایینی گنبد طویل تر شده تنش های کششی در آنها ایجاد می شود مدارهایی که در بالا قرار دارند تنش فشاری ایجاد می شود و مدارهایی که در پایین قرار دارند تنش کششی هستند[2].

تنش های خمشی در گنبدها

📷بخش اعظم تنش هایی که در پوسته ها به وجود می آیند، غشایی (تنش های غشایی ممکن است فشاری، کششی یا برشی باشند است و خمش تنها در نزدیکی لبه ها آزاد، تکیه گاه ها و در مجاورت محل اعمال بارهای منفرد پدید می آید، علاوه بر این مقداری خمش ثانویه به دلیل خیز در سازه و تغییر مکان تکیه گاه ها به وجود می آید که این خمش گسترش بیشتری دارد[3].سه شرط اساسی برای عملکرد واقعی یک گنبد در مقابل تنش های فشاری، کششی و برشی موارد زیر می باشد:

-1 گنبد باید دارای ضخامتی مناسب باشد به طوری که قادر به ایجاد رفتار خمشی قابل توجهی نخواهد بود؛

-2 انحناء گنبد باید به طرز صحیحی طراحی شود، در این حالت گنبد به علت فرم مقاومش سخت و مستحکم خواهد بود؛

-3 گنبد باید به شکلی دارای تکیه گاه های لازم باشد، در این حالت صرفا مقدار ناچیزی خمش بر سطح محدودی از پوسته ایجاد خواهد شد.

این سه شرط اساسی برای ایجاد عملکرد گنبد با هرشکل و تحت هر نوع بارگذاری لازم و ضروری است، هر گاه این سه شرط رعایت نشوند، بازده سازه ای گنبد کاهش می یابد.

ایستایی در گنبد

📷مسائل ایستایی گنبد را می توان به دو دسته تقسیم نمود:

الف) مسائلی که در تمامی پوشش ها مشترک می باشند، طراحی گنبد باید به نحوی باشد که بتوان از خمش موجود در سازه و همچنین رانش بر روی پایه ها کاست.

ب)مسائل ایستایی خاص گنبد: اساسا در جستجوی وسایلی برای حل مسائل به خصوصی که در ترکیبات سازه در حین طراحی آن وجود دارد[4].

جهت بررسی و مطالعه بناهای تاریخی و فرهنگی محدودیتهای زیادی وجود دارد مانند:

حفظ اصالت بنا، عدم استفاده از روشها و آزمایشهای مخرب، هزینه بر بودن ساخت مدل میز لرزان و دقیق نبودن نتایج این گونه آزمایشات به علت وجود جزئیات و ظرافتهای زیاد این گونه بناها به همین دلیل متداولترین روش مطالعه رفتار و استقامت بناهای تاریخی، تحلیل سازه با به کارگیری رایانه و استفاده از روشهای اجزاء محدود میباشد.

[1] سعادت، داوود، احتشام فر، ثنا، بررسی سازه های پوسته ای در گنبدهای کروی از منظر زیباشناختی فرمی اولین همایش ملی نقش معماری و شهرسازی بر گردشگری شهرهای مرزی 1402

[2] زمانی فرد، علی، نگاهی به مرمت گنبد، در ایران مجله علمی پژوهشی اثر بهار و تابستان 1381 شماره 33 و 34

[3] همان

[4] اکرم شمسی پور دهکردی مریم جعفری فارسانی زهرا نقدی دورباطی مقاله ایستایی گنبد و قوس با مصالح پایدار در معماری سنتی ایران اولین همایش ملی جغرافیا، شهرسازی و توسعه پایدار 1392