มหัศจรรย์แห่งโครงสร้างเปลือกบาง

ท่านอาจคิดว่าเปลือกไข่เป็นสิ่งเปราะบาง แต่ในทางปฏิบัติแล้ว เป็นเรื่องน่าอัศจรรย์ที่มันสามารถรับแรงที่แผ่กระจายอย่างสม่ำเสมอ หากเรากดไข่ด้วยแรงจากทุกทิศทางอย่างสม่ำเสมอ มันสามารถรับแรงได้มหาศาล เฉกเช่นเดียวกับหลังคาโค้งเปลืองบางที่สามารถรับน้ำหนักกระจายได้มากเช่นกัน

Chapel Lomas de Cuernavaca, by Félix Candela

โค้งคอนกรีตรูปพาราโบลิค ด้านหน้าของโบสถ์โลมาส เดอ กูเอร์นาวา เม็กซิโก ซึ่งออกแบบโดย เฟลิกซ์ คานดีลา ซึ่งมีช่วงกว้าง  100 ฟุต สูง 70 ฟุต มีความหนาเพียง 1.5 นิ้ว เป็นโครงสร้างเปลือกบางซึ่งมีความสามารถทั้งทางด้านความแข็งแรง (Strength-ความสามารถของวัสดุในการตานทานหรือรับแรง) และมีความแข็งตึง-มั่นคง (Stiffness-ความตานทานของวัสดุตอการเสียรูปภายใตแรงกระทํา.) จากความโค้ง

โครงสร้างเปลือกบางสามารถทำจากวัสดุต่าง ๆ เช่นไม้ ปูน เหล็ก และพลาสติก แต่นับตั้งแต่ปี ค.ศ. 1920 เป็นต้นมาวัสดุที่เหมาะสมที่สุดก็คือวัสดุอเนกประสงค์ที่เราคุ้นเคยกันดี นั่นก็คือ คอนกรีต

ในศตวรรษที่ 19 คาร์ลเกาส์ (Karl Gauss) นักคณิตศาสตร์ได้พิสูจน์ให้เห็นว่าพื้นผิวโค้งใด ๆ สามารถที่จะมีลักษณะเป็นได้เพียง 1 จาก 3 รูปทรงที่เป็นไปได้: รูปทรงกระบอก (cylinder-like)  รูปยอดกลมแบบโดม (domelike) หรือลักษณะเหมือนอานม้า  (saddle-like) รูปทรงเรขาคณิตเหล่านี้สามารถใช้เป็นพื้นฐาน สำหรับโครงสร้างบางเปลือก รูปทรงกระบอกจะมีความโค้งในทิศทางเดียวเท่านั้น รูปทรงโดมจะมีความโค้งทั้งในทิศทาง x และ y และความโค้งทั้งสองจะมุ่งเน้นในลักษณะทิศทางเดียวกัน โค้งอานม้าจะมีความโค้งทั้งในทิศทาง x และ y แต่ด้านหนึ่งจะเว้าขึ้นและอีกด้านจะเว้าลง รูปทรงโดมและรูปทรงกระบอก จะมีความหนาค่อนข้างมาก แต่โค้งรูปอานม้าจะมีข้อได้เปรียบที่ช่วยให้โครงสร้างบางลง