سازه فولادی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از سازه‌های فولادی)
پرش به ناوبری پرش به جستجو
سازه فولادی یک پل
سازه کابلی یک نماد معماری

سازه فولادی نوعی سازه است که مصالح اصلی آن که برای تحمل نیروها و انتقال آن‌ها به کار می‌رود از فولاد است. اتصالات به کار رفته در این نوع سازه‌ها از نوع جوشی، پرچی یا پیچ می‌باشد و بسته به نوع اتصالات قطعات طرح شده و کنترل‌های مربوطه بر روی آن‌ها انجا

در حال حاضر فولاد از مهم‌ترین مصالح برای ساخت ساختمان و پل و سایر سازه‌های ثابت است مقاومت فولاد (تنش تسلیم) مورد استفاده در بازه۲۴۰۰ تا ۷۰۰۰ kgr/cm ۲ است که برای ساختمان‌های معمولی از فولاد با مقاومت ۲۴۰۰ که به آن فولاد نرمه گفته می‌شود استفاده می‌گردد.[۱]

اسکلت فولادی مستطیلی یا «قاب پیرامونی» در ساختمان ویلیس (راست) در کنار ساختمان تبر سنت ماری ۳۰ با اسکلت مورب در لندن.

اسکلت فولادی یا قاب فولادی اصطلاحی است که در ساختمان‌سازی به کار می‌رود. ساختمان‌هایی با اسکلت فولادی، از ستون‌های عمودی و تیرهای I-شکل افقی که به شکل شبکه‌های مستطیلی به هم وصل شده‌اند، تشکیل گردیده‌اند. این شبکهٔ مستطیل-شکل، وظیفهٔ نگه‌داری طبقات، سقف‌ها و دیوارهایی را که به اسکلت ساختمان وصل شده‌اند، برعهده دارد. توسعهٔ این فناوری، امکان ساخت آسمان‌خراش‌ها را فراهم کرده‌است.

تاریخچه اسکلت فولادی[ویرایش]

استفاده از فولاد به‌عنوان مصالح ساختمانی حدوداً از اوایل قرن ۲۰ آغاز شد و در حین جنگ دوم جهانی به‌صورت قابل‌توجهی گسترش یافت. بعد از جنگ دوم جهانی تهیه فولاد امری به‌مراتب راحت‌تر از قبل شده بود و قیمت فولاد کاهش چشمگیری داشت که این مسئله باعث شد بسیاری از طراحان از اسکلت فلزی برای ساخت ساختمان‌های گوناگون استفاده نمایند.

مفهوم کلی[ویرایش]

پروفیل یا نیمرخ یا سطح مقطع یک ستون فولادی نورد شده، مانند حرف H در زبان انگلیسی است. جهت فراهم کردن مقاومت مناسب در برابر تنش‌های فشاری، فلنج‌های ستون‌ها دارای ضخامت و گستردگی بیشتری نسبت به فلنج‌های تیرها است. فولادهایی با مقاطع مربعی و دایره‌ای توخالی نیز به‌طور معمول جهت پر شدن توسط خمیر بتن استفاده می‌شوند. تیرهای فولادی توسط پیچ و مهره و سایر اتصالات به ستون‌ها وصل می‌شوند. در گذشته نیز از پرچ برای اتصال استفاده می شد. به دلیل بیشتر بودن لنگر خمشی در تیرها، معمولاً جان مقطع فولادی تیرهای I-شکل دارای عرض بیشتری نسبت به جان ستون‌ها است.

از عرشه‌های فولادی، می‌توان به عنوان قالب‌های راه‌راه در زیر لایهٔ ضخیمی از بتن مسلح، برای پوشش قسمت بالایی قاب فولادی استفاده کرد. استفاده از قطعات بتنی پیش‌ساخته نیز روش متداول دیگری است. معمولاً در آخرین طبقهٔ ساختمان‌های تجاری، از فضای خالی بین سطح بیرونی و قطعات سازه‌ای کف طبقه به عنوان محلی برای کابل‌ها یا کانال‌های هوا استفاده می‌شود.

اسکلت ساختمان باید از نفوذ حرارت بالا محافظت شود. زیرا نرم شدن فولاد در دمای زیاد، می‌تواند موجب فروپاشیدن ساختمان گردد. در ستون‌ها می‌توان با پوشانده شدن توسط مواد مقاومی در برابر آتش همچون مصالح بنایی، بتن یا لایهٔ گچی این مشکل را برطرف کرد. تیرها را نیز می‌توان با بتن، لایهٔ گچی یا اسپری‌های مخصوص عایق‌کاری در برابر حرارت، پوشش داد. همچنین از پوشش‌های سقفی مقاوم در برابر آتش نیز می‌توان بهره برد.

لایه‌ٔ بیرونی ساختمان با استفاده از تکنیک‌های ساخت‌وساز یا سبک‌های معماری مختلف به اسکلت ساختمان متصل می‌شود. از آجر‌ها، سنگ‌ها، قطعات بتنی، شیشه، صفحات فلزی و رنگ، برای محافظت از فولاد در برابر تغییرات آب‌وهوایی استفاده می‌شوند.

در ایران[ویرایش]

سازه فلزی با دیوار برشی فولادی: که وزن آهن آلات مصرفی در آن ۴۵تا۵۵ کیلوگرم برای هر مترمربع است که نسبت به سازه‌های متداول ۴۰ درصد کمتر است.

در این نوع ساختمان برای ساختن ستون‌ها و تیر از پروفیل فولادی استفاده می‌شود. همچنین از نبشی تسمه و برای زیرستون‌ها از صفحات فولادی (بیس پلیت) استفاده می‌نمایند و معمولاً دو قطعه را به‌وسیله جوش به هم دیگر متصل می‌نمایند. سقف این نوع ساختمان‌ها ممکن است تیرآهن و طاق ضربی باشد یا از انواع سقف‌های دیگر از قبیل تیرچه‌بلوک غیره استفاده می‌گردد.

برای پارتیشن‌ها می‌توان مانند ساختمان‌های بتونی از انواع آجر یا قطعات گچی یا چوبی و سفال‌هایی تیغه‌ای استفاده نمود. درهرحال جداکننده‌ها می‌باید از مصالح سبک انتخاب شود. در بعضی کشورها برخلاف کشور ما برای اتصال قطعات از جوش استفاده نکرده بلکه بیشتر از پرچ یا پیچ و مهره استفاده می‌نمایند. البته برای ستون‌ها نیز می‌توان به‌جای تیرآهن از نبشی یا ناودانی استفاده نمود.

به‌طورکلی منظور از ساختمان فلزی ساختمانی است که ستون‌ها و تیرهای اصلی آن از پروفیل‌های مختلف فلزی بوده و بار سقف‌ها و دیوارها و جداکننده‌ها (پارتیشن‌ها) به‌وسیله تیرهای اصلی به ستون منتقل‌شده و وسیله ستون‌ها به زمین منتقل گردد.

روش‌های طراحی سازه‌های فولادی ساختمانی[ویرایش]

ابعاد پروفیل‌های مورد استفاده در سازه‌های فلزی را می‌توان با یکی از روش‌های زیر محاسبه کرد. از روش‌های زیر دو روش تنش مجاز و روش حدی در مقررات ملی ساختمان مبحث ۱۰ ایران آورده شده‌است.

جستارهای وابسته[ویرایش]


تاریخچه ساختمان‌های فولادی[ویرایش]

استفاده از فولاد به عنوان مصالح ساختمانی حدوداً از اوایل قرن ۲۰ آغاز شد و در حین جنگ دوم جهانی   به صورت قابل توجهی گسترش یافت.بعد از جنگ دوم جهانی تهیه فولاد امری به مراتب راحت تر  از قبل شده  بود و قیمت فولاد کاهش چشمگیری  داشت  که این  مسئله باعث شد بسیاری از طراحان از اسکلت فلزی برای ساخت ساختمان‌های گوناگون استفاده نمایند. 

نقش فولاد در ساختمان[ویرایش]

فولاد یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی به‌شمار می‌آید. فولاد از احیا شدن سنگ آهن، به همراه کک و اکسیژن در کوره‌های بلند با درجه حرارت زیاد بدست می اید. آهن خام که به این ترتیب به دست می‌آید بین ۳ تا ۴ درصد کربن دارد.

مشخصات مکانیکی فولاد[ویرایش]

مهمترین مشخصه مکانیکی فولاد نمودار تنش _ کرنش آن می‌باشد که از روی آن تنش تسلیم یا تنش جاری شدن بدست می‌آید.[۲]

فولاد به عنوان ماده‌ای با مشخصات خاص و منحصر بفرد، مدتهاست در ساخت ساختمان‌ها کاربرد دارد. قابلیت اجرای دقیق، رفتار سازه ای معین، نسبت مقاومت به وزن مناسب، در کنار امکان اجرای سریع سازه‌های فولادی همراه با جزئیات و ظرافتهای معماری، فولاد را به عنوان مصالحی منحصر و ارزان در پروژه‌های ساختمانی مطرح نموده است؛ به نحوی که اگر ضعفهای محدود این ماده نظیر مقاومت کم در برابر خوردگی و عدم مقاومت در آتش‌سوزیهای شدید به درستی مورد توجه و کنترل قرار گیرند، امکانات وسیعی در اختیار طراح قرار می‌دهد که در هیچ ماده دیگر قابل دستیابی نیست. فولاد، آلیاژ ی از آهن و کربن است که کمتر از ۲ درصد کربن دارد. در فولاد ساختمانی عمومأ در حدود ۳ درصد کربن و ناخالصیهای دیگری مانند فسفر، سولفور، اکسیژن و نیتروژن و چند ماده دیگر موجود می‌باشد. ساخت فولاد شامل اکسیداسیون و جدانمودن عناصر اضافی و غیرضروری موجود در محصول کوره بلند و اضافه کردن عناصر مورد نیاز برای تولید ترکیب دلخواه است. برای ساخت فولاد، از چهار روش اصلی استفاده می‌شود. این روش‌ها عبارتند از: روش کوره باز، روش دمیدن اکسیژن، روش کوره برقی، روش خلاء.

آنچه فولاد را به عنوان یک مصالح ساختمانی مناسب معرفی کرده می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

  • تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت
  • وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک
  • شکل پذیری
  • خاصیت چکش خواری و تورق
  • خاصیت خمش پذیری
  • خاصیت فنری و جهندگی
  • خاصیت چقرمگی
  • خاصیت سختی استاتیکی و دینامیکی
  • مقاومت نسبی بالا
  • ضریب ارتجاعی بالا
  • جوش پذیری
  • همگن بودن
  • امکان استفاده از ضایعات
  • امکان تقویت مقاطع در صورت نیاز

دسته‌بندی[ویرایش]

سازه‌های فولادی به سه دسته تقسیم می‌شوند

منظور از سازه‌های فولادی در عمران معمولاً سازه‌های قاب بندی شده است. نقش قاب در ساختمان انتقال بارهای مرده و بار زنده و زلزله و بار برف از سازه به پی می‌باشد. و پایداری کلی سازه راحفظ می‌کند.

برای ساخت سازه‌های ساختمانی بیشتر از پروفیل‌های نورد شده‌استفاده می‌شود اگر ابعاد طراحی شده مقادیر دیگری باشد می‌توان با استفاده از ورق‌های موجود در بازار پروفیل مربوطه را تهیه کرد.

طراحی ساختمان‌های فولادی[ویرایش]

انتخاب نوع مقطع، روش ساخت، روش بهره‌برداری و محل ساخت ساختمان، خصوصیات و ویزگیهای متنوعی برای ساخت اسکلت باربر یک ساختمان بوجود می‌آورد. مزیتهای هر سیستم سازه ای و مصالح مورد نیاز آن سیستم را در صورتی می‌توان بکار برد که خصوصیات و ویژگی‌های آن مصالح و سیستم‌ها در مرحله طراحی به حساب آورده شود و طراح باید در مورد هر یک از مصالح به درستی قضاوت کند. این موضوع به ویژه در ساختمانهایی که اسکلت فولادی دارند ضروری است. معیارهای سازه ای زیر اهمیت زیادی در طراحی کلی و ستون‌گذاری ساختمان دارد: - نوع مقطع - آرایش و روش قرارگیری مقاطع - فواصل تکیه گاهی - اندازه دهانه‌های سقف - نوع مهاربندی - نوع سیستم صلب‌کننده - محل قرارگیری سیستم صلب‌کننده (سیستم فضاسازی داخلی)

برای استفاده بهینه از خواص مطلوب ساختمانهای فولادی، سیستم فضاسازی داخلی باید بگونه‌ای اختیار شود که

  • متشکل از قطعات پیش‌ساخته باشد، بدین منظور که سرعت بیشتر نصب و برپایی سازه، موجب کوتاه شدن زمان کلی ساخت می‌شود.
  • قطعات سبک باشد تا وزن کلی ساختمان به حداقل ممکن برسد.
  • نوع سیستم انتخاب شده، سازگار با سیستم سازه‌ای انتخاب شده باشد.
  • با یک روش اقتصادی قابل محافظت در برابر آتش باشد.

فضاهای داخلی ساختمان فلزی معمولأ شامل:

  • سقفها
  • بام
  • دیوارهای خارجی
  • دیوارهای داخلی
  • سیستم رفت و آمد (پله و آسانسور) می‌باشد که با هماهنگی دقیق و علمی این امکان بوجود می‌آید که اقتصادی‌ترین روش ساخت و اجرای ساختمان بدست آید.

طراحی با توجه به روش مهاربندی[ویرایش]

تمام ساختمان‌ها باید برای مقاومت در برابر نیروی زلزله و باد یا دیگر نیروهای افقی صلب شوند سیستم صلب‌کننده باید:

در ساختمان‌های بلند باید ملاحظات ویژه‌ای برای جلوگیری از ایجاد نوسانات ناشی از باد در نظر گرفته شود. بزرگی نیروهای افقی اعمال شده در اثر باد به عوامل زیر بستگی دارد:

  • سرعت باد
  • شکل آیرودینامیکی ساختمان
  • وضعیت سطح نما
  • روش‌های صلب کردن

یک قاب سازه‌ای فولادی را می‌توان به یکی از روش‌های زیر مهاربندی کرد:

انتخاب روش صحیح مهاربندی، اهمیت عمده‌ای در طراحی سازه‌ای دارد و حتی ممکن است کل اندیشه طراحی یک ساختمان بلند مرتبه را تحت تأثیر قرار دهد. مهار بندی به وسیله اعضای بادبندی یا دیوارهای بتنی به صورت دیافراگم صلب، نقاط ثابتی را در ساختمان ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که آزادی عمل در جانمایی و معماری داخل ساختمان را محدود می‌کند.

طراحی با توجه به اجزای تشکیل دهنده فضاهای داخلی ساختمان[ویرایش]

انتخاب سیستم مناسب برای اجزای داخلی ساختمان به عوامل مختلفی بستگی دارد. روش‌های زیر به‌طور رایج در ساخت سقفهای متکی به تیرهای فولادی به کار می‌روند:

  • دال بتنی درجا بر روی قالب مناسب
  • دال بتنی پیش ساخته
  • عرشه فولادی با بتن درجا

عملکرد مرکب بین دال بتنی و تیر فولادی که در هر سه روش امکان‌پذیر است، سبب اقتصادی شدن ساخت می‌گردد. مسئله حفاظت قسمت‌های فولادی سقف در برابر آتش‌سوزی باید در اجرای سقف در نظر گرفته شود. استفاده از سقف کاذب می‌تواند این کار را به خوبی انجام دهد. در سازه‌های اسکلت فلزی، معمولأ دیوارهای خارجی باربر نیستند، برای ساخت این دیوارها، بنابر شرایط موجود، از مصالح مختلف استفاده می‌شود.

لزوم محافظت در برابر حریق، خوردگی و عایق بندی صوتی[ویرایش]

اغلب اظهار می‌شود که هزینه لازم برای محافظت ساختمان‌های فلزی در برابر آتش‌سوزی و خوردگی و عایق بندی صوتی بسار زیاد است، ولی استفاده از راه‌های معقول و مناسب برای هر ساختمان، با توجه به سیستم بکار رفته در آن، می‌تواند باعث کاهش این هزینه شود. ایجاد یک سیستم محافظت در برابر آتش‌سوزی در تمام ساختمان‌های فلزی لازم و ضروری است. آنچه که از لحاظ اقتصادی در این مسئله حائز اهمیت است، استفاده از روش صحیح حفاظت اجزای فلزی است. اغلب المانهای داخلی ساختمان مانند سقف و دیوارهای داخلی و خارجی آن به عنوان یک سیستم محافظت در برابر آتش‌سوزی در ساختمان قابل استفاده است. تیرها و ستون‌های فلزی می‌تواند به روش مناسب در بین این اجزا مدفون شود. در غیر اینصورت باید با روش مناسب اسکلت فولادی ساختمان محافظت شود.

از آنجایی که زنگ زدگی در قطعات داخلی ساختمان فولادی با توجه به رطوبت ناچیز موجود در هوا بعید به نظر می‌رسد، محافظت در برابر خوردگی برای این قطعات یک مشکل جدی محسوب نمی‌شود. بنابراین حفاظت در برابر خوردگی فقط برای قطعات بیرونی و اجزایی که در معرض رطوبت هوا قرار دارند لازم و ضروری است.

مشخصات صوتی یک ساختمان، بستگی به خواص اجزای داخلی آن دارد مانند نوع سقف و سیستم دیوارهای جداکننده و تیغه‌ها. در این بین، سیستم اسکلت باربر ساختمان نقش کمتری دارد رفتار اسکلت یک ساختمان بتنی و فولادی، با یک سیستم فضاسازی داخلی مشابه، یکسان است.

توجیه اقتصادی سازه‌های فولادی[ویرایش]

در ارزیابی اقتصادی یک ساختمان فولادی، فقط در نظر گرفتن قیمت مصالح ساختمانی و نیروی انسانی کفایت نمی‌کند و بقیه عوامل مؤثر در این موضوع باید مورد بررسی قرار گیرد. موارد زیر در اقتصاد یک ساختمان مؤثر است

  • قیمت زمین: به دلیل کوچک بودن مقاطع عرضی در ساختمان‌های فولادی، فضای کمتری توسط اسکلت سازه اشغال شده و در مقایسه با سازه‌های بتنی، ساختمان‌های فلزی در پلان دارای سطح مؤثر بیشتری هستند. بنابراین هزینه زمین در هر متر مربع مفید ساختمان، در ساختمان‌های فلزی کمتر خواهد بود.
  • مصالح در دسترس
  • ارزش نهایی ساختمان: هرچه مدت زمان ساخت یک ساختمان کوتاه‌تر باشد، هزینه نهایی آن ساختمان کمتر خواهد بود. با توجه به روش‌های مختلف ساخت سازه، متوجه می‌شویم که در مقایسه با سایر روشها، ساخت سازه‌های فلزی زمان کمتری صرف می‌کند.
  • هزینه اسکلت اصلی سازه (سفت کاری)
  • تأثیر نازک کاری
  • تأثیر نصب تجهیرات و تاسیسات
  • نحوه تأثیر این عوامل در بهره‌برداری بهینه از ساختمان
  • هزینه ایجاد تغییرات داخلی و بهسازی در ساختمان
  • هزینه تخریب (در ساختمان‌های با عمر کوتاه)

میزان مصرف فولاد در ساختمان‌های فلزی[ویرایش]

در ساختمان‌های فلزی، هزینه با توجه به میزان مصرف فولاد در هر متر مربع مساحت کف (تصویر افقی) یا متر مکعب ساختمان محاسبه می‌شود. هزینه ساخت و میزان مصرف فولاد به عوامل زیر بستگی دارد:

  • تعداد طبقات
  • بار اعمال شده به طبقات
  • دهانه‌ها در اطراف ستون
  • ضخامت سقف
  • سیستم سازه‌ای (سیستم انتقال بارهای قائم و جانبی)[۳]

انتقال بار در سازه‌های فولادی[ویرایش]

سازه‌های فولادی مشتمل بر تعدادی تیر و ستون به شکل قاب و نیز شامل تعدادی تقویت‌کننده، به منظور ایستایی بیشتر می‌باشد. بدیهی است انتقال بارهای افقی و قائم از طریق این اجزاء صورت می‌گیرد. به این صورت که:

  • سقف، بارهای عمودی را تحمل کرده و به صورت افقی، از طریق تیرها به تکیه‌گاه‌های تیر منتقل می‌کند.
  • سیستم باربر قائم (ستون‌ها)، بارها را از تکیه گاههای دو سر تیر به فونداسیون انتقال می‌دهد.
  • همچنین سیستم‌های مهاربندی قائم و افقی، بارهای جانبی ناشی از باد، زلزله، فشار زمین و ... را به فونداسیونها منتقل می‌نمایند.

ماهیت انتقال بار از طریق تیرها به تکیه گاهها و روش قرارگیری تیرها (تیر ریزی) به عوامل زیر بستگی دارد

  • نوع مقطع قابل استفاده با توجه به طراحی معماری
  • فواصل تکیه گاهها و طول دهانه تیر با توجه به طراحی سازه‌ها
  • روش انتقال بار توسط اجزای باربر
  • سیستم تکیه گاهی انتخاب شده (صلب، نیمه صلب، ساده)

تعریف ستون فلزی[ویرایش]

ستون عضوی است که معمولأ به صورت عمودی در ساختمان نصب می‌شود و یارهای کف ناشی از طبقات به وسیله تیر و شاهتیر به آن منتقل می‌گردد و سپس به به زمین انتقال می‌یابد.

شکل ستون‌ها[ویرایش]

شکل سطح مقطع ستون‌ها معمولاً به مقدار و وضعیت بار وارد شده بستگی دارد. برای ساختن ستون‌های فلزی از انواع پروفیلها و ورقها استفاده می‌شود.

عموما ستون‌ها از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه تقسیم می‌شوند

  1. نیمرخ (پروفیل) نورد شده شامل انواع تیرآهن‌ها و قوطی‌ها: بهترین پروفیل نورد شده برای ستون، تیرآهن با پهن یا قوطیهای مربع شکل است؛ زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع دیگر عمل می‌کند. ضمن اینکه در بیشتر مواقع عمل اتصالات تیرها به راحتی روی آن‌ها انجام می‌گیرد.
  2. مقاطع مرکب: هرگاه سطح مقطع و مشخصات یک نیمرخ (پروفیل) به تنهایی برای ایستایی (تحمل بار وارد شده و لنگر احتمالی) یک ستون کافی نباشد، از اتصال چند پروفیل به یکدیگر، ستون مناسب آن (مقاطع مرکب) ساخته می‌شود.

چگونگی ساخت ستون (مقاطع مرکب)[ویرایش]

ستون‌ها ممکن است بر حسب نیاز با ترکیب و اتصالات متنوع از انواع پروفیلهای مختلف ساخته شوند. اما رایجترین اتصال برای ساخت ستون‌ها سه نوع است

  1. اتصال دو پروفیل به یکدیگر به طریقه دوبله کردن: ابتدا دو تیرآهن را در کنار یکدیگر و بر روی سطح صاف به هم چسبیده گردند؛ سپس دو سر و وسط ستون را جوش داده و ستون برگردانده شده و مانند قبل جوشکاری صورت می‌گیرد؛ آن گاه ستون معکوس و در قسمت وسط، جوشکاری می‌شود. همین کار را در سوی دیگر ستون انجام می‌دهند و به ترتیب جوشکاری ادامه می‌یابد تا جوش مورد نیاز ستون تأمین گردد. این شیوه جوشکاری برای جلوگیری از پیچش ستون در اثر حرارت زیاد جوشکازی ممتد می‌باشد. در صورتی‌که در سرتاسر ستون به جوش نیازی نباشد، دست کم جوشها باید به این ترتیب اجرا گردد:
الف) حداکثر فاصله بین طولهای جوش در طول ستون به صورت غیر ممتد از ۶۰ سانتیمتر تجاوز نکند.
ب) طول جوش ابتدایی و انتهایی ستون باید برابر بزرگترین عرض مقطع باشد و به‌طور یکسره انجام گیرد.
ج) طول مؤثر هر قطعه از جوش منقطع نباید از ۴ برابر بعد جوش یا ۴۰ میلی‌متر کمتر باشد.
د) تماس میان بدنه دو پروفیل نباید از یک شکاف ۵/۱ میلی‌متری بیشتر، اما از ۶ میلی‌متر کمتر باسد؛ ضمناً بررسیهای فنی نشان دهد که مساحت کافی برای تماس وجود ندارد؛ در آن صورت، این بادخور باید با مصالح پرکننده مناسب شامل تیغه‌های فولادی با ضخامت ثابت پر شود.
۲- اتصال دو پروفیل با یک ورق سراسری روی بالها: در مقاطع مرکبی که ورق اتصال بر روی دو نیمرخ متصل می‌شود تا مقاطع مرکب تشکیل بدهد؛ فاصله جوشهای مقطع (غیر ممتد) که ورق را به نیمرخها متصل می‌کند، نباید از ۳۰ سانتیمتر بیشتر شود. اندازه حداکثر فاصله یادشده در مورد فولاد معمولی به صورت t22 که t در آن ضخامت ورق است در می‌آید.
۳- اتصال دو پروفیل با بست‌های فلزی (تسمه): متداول‌ترین نوع ستون در ایران ستون‌های مرکبی است که دو تیرآهن به فاصله معین از یکدیگر قرار می‌گیرد و قیدهای افقی یا چپ و راست این دو نیمرخ را به هم متصل می‌کند؛ البته بست‌های چپ و راست که شکلهای مثلثی را به وجود می‌آورند، دارای مقاومت بهتری نسبت به قیدهای موازی می‌باشند. در مورد این‌گونه ستون‌ها، به ویژه ستون با قید موازی مسائل زیر را بایستی رعایت کرد:
الف) ابعاد بست (وصله) افقی ستون کمتر از این مقادیر نباشد:
L: طول وصله حداقل به فاصله مرکز تا مرکز دو نیمرخ باشد.
B: عرض وصله از ۴۲ درصد طول آن کمتر نباشد.
T: ضخامت وصله از ۳۵/۱ طول آن کمتر نباشد.
ب) در اطراف کلیه وصله‌ها و در سطح تماس با بال نیمرخها عمل جوشکاری انجام گیرد (مجموع طول خط جوش در هر طرف صفحه نباید از طول صفحه کمتر شود).
ج) فاصله قیدها و ابعاد آن بر اساس محاسبات فنی تعیین می‌شود.
د) در قسمت انتهایی ستون، باید حتماً از ورق با طول حداقل برابر عرض ستون استفاده کرد تا علاوه بر تقویت پایه، محل مناسبی برای اتصال بادبندها به ستون به وجود آید.
ه) در محل اتصال تیر یا پل به ستون لازم است قبلاً ورق تقویتی به ابعاد کافی روی بالهای ستون جوش شده باشد.

روش نصب نبشی بر روی کف ستون‌ها (بیس پلیت) برای استقرار ستون هنگام محاسبه ابعاد کف ستون‌ها باید حداقل فاصله میله مهاری از لبه کف ستون و محل جاگذاری نبشی با ضخامت جوش لازم برای نگه داشتن ستون، همچنین ضخامت پلیت انتهایی ستون و ابعاد ستون را با دقت بررسی کرد؛ سپس با توجه به موارد یاد شده، به نصب نبشی و استقرار ستون به این صورت اقدام نمود. بر روی بیس پلیت‌ها محل کف ستون و محل آکس را کنترل می‌کنیم؛ سپس نبشیهای اتصال را به صورت عمود برهم بر روی بیس پلیت جوش داده، آنگاه ستون را مستقر و اقدام به نصب دگر نبشیهای لازم کرده و آن‌ها را به بیس پلیت جوش می‌دهیم. از مزایای عمود برهم بودن دو نبشی روی بیس پلیت علاوه بر سرعت عمل و استقرار بهتر به علت تماس مستقیم ستون به بال نبشی، اتصال جوشکاری به گونه‌ای درست تر و اصولی تر صورت می‌گیرد. روشن است که قبل از جوشکاری باید ستون‌ها را هم محور و قائم نموده و عمود بودن در دو جهت کنترل گردد. پس از نصب ستون‌ها با توجه به ارتفاع ستون و آزاد بودن سر ستون ممکن است تا زمان نصب پلها، ستون‌ها در اثر شدت باد و وزن خود حرکت‌هایی داشته باشند که احتمالا تأثیر نامطلوب و ایجاد ضعف در جوشکاری و اتصالات کف ستون‌ها خواهد داشت. به این سبب، باید پس از نصب، فوراً به مهاربندی موقت ستون‌ها به وسیله میلگرد یا نبشی به صورت ضربدری اقدام کرد.

طویل کردن ستون‌ها[ویرایش]

سازهای فلزی را اغلب در چندین طبقه احداث می‌کنند، طول پروفیلها برای ساخت ستون محدود است. با در نظر گرفتن بار وارده و دهانه بین ستون‌ها و نحوه قرار گرفتن ستون‌های کناری، مقاطع مختلفی برای ساخت ستون‌ها به دست می اید. ممکن است در هر طبقه، ابعاد مقطع ستون با طبقه دیگر تفاوت داشته باشد؛ بنابراین، باید اتصال مقاطع با ابعاد مختلف برای طویل کردن با دقت زیادی انجام شود. محل مناسب برای وصله ستون‌ها به هنگام طویل کردن آن‌ها حداقل در ازتفاع ۴۵ تا ۶۰ سانتی‌متر بالاتر از کف هر طبقه یا ۶/۱ ارتفاع طبقه می‌باشد. این ارتفاع اندازه حداقلی است که از نظر دسترسی به محل اجرای جوش و نصب اتصالات مورد نیاز برای ادامه ستون یا اتصال بادبند لازم است.

نحوه طویل کردن ستون‌ها[ویرایش]

ابتدا سطح تماس دو ستون را به خوبی گونیا می‌کنند و با سنگ زدن صاف می‌نمایند تا کاملاً در تماس با یکدیگر یا صفحه وصله قرار گیرد. در صورتی که پروفیل دو ستون یکسان نباسد، باید اختلاف دو نمره ستون را با گذاردن صفحات لقمه (همسوکننده) بر ستون فوقانی را پر نمود؛ سپس صفحه وصله را نصب کرد و جوش لازم لازم را انجام داد. اگر ابعاد مقطع دو نیمرخ که به یکدیگر متصل می‌شوند، تفاوت زیاد داشته باشند، به‌طوری‌که قسمت بزرگی از سطح آن دو در تماس با یکدیگر قرار نگیرد، در این صورت باید یک صفحه تقسیم فشار افقی بین دو نیمرخ به کار برد. این صفحه معمولاً باید ضخیم انتخاب شود تا بتواند بدون تغییر شکل زیاد، عمل تقسیم فشار را انجام دهد. کلیه ابعاد و ضخامت صفحه و مقدار جوش لازم را باید طبق محاسبه و بر اساس نقشه‌های اجرایی انجام داد.

ستون‌ها با مقاطع دایره‌ای[ویرایش]

معمولا مقاطع لوله‌ای (دایره‌ای) از قطر ۲ تا ۱۲ اینچ برای ستون‌ها بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. مقطع لوله در مواقعی که بوسیله اتصال جوش باشد، آسانتر به کار می‌رود. کاربرد لوله بیشتر در پایه‌های بعضی منابع هوایی، دکل‌های مختلف و خرپاهای سبک است. این مقطع‌ها به‌طور کلی مقاومترند برای اینکه ممان انرسی آن‌ها در تمام جهات یکسان است. با تغییر ضخامت مقاطع لوله‌ای می‌توان اینرسی‌های مختلف را به دست‌آورد.

طراحی اعضای خمشی[ویرایش]

تنش مجاز برای اعضای خمشی بدون نیروی فشاری مطابق زیر است

الف) برای بال‌ها.
ب) برای اعضای جان ساخته شده از میلگرد یا مقاطع غیر میلگرد.
د) برای ورق‌های نشیمن.

طراحی اعضای فشاری – خمشی[ویرایش]

در صورتی‌که فاصله بین گره‌ها مساوی ویا بیشتر از ۶۰ سانتی‌متر باشد، اعضای فوقانی تیرچه‌ها باید به نحوی طراحی شوند که رابطه زیر در گره‌ها برقرار شود و همچنین باید رابطه زیر دربین دو گره برقرارگردد:

  • برای اعضای میانی تیرچه‌ها
  • برای اعضای کناری تیرچه‌ها
  • Fe تنش مجاز اولر و L فاصله بین گره‌ها می‌باشد.

محدودیت‌های لاغری اعضا[ویرایش]

ضریب لاغری(L/r) در اعضای میانی وکناری بال‌ها، همچنین در اعضا ی فشاری وکششی جان تیرچه نباید از مقادیر زیر تجاوز نماید:

  • در اعضای میانی بال فوقانی ۹۰
  • در اعضای کناری بال فوقانی ۱۲۰
  • در اعضای فشاری جان ۲۰۰
  • دراعضای کششی ۲۴۰

ضوابط ویژه اعضای جان تیرچه‌ها (کنترل برش)[ویرایش]

حداقل نیروی برشی قائم که برای اعضاء باید در نظر گرفته شود. نباید از ۲۵ درصد عکس العمل تکیه گاهی کمتر باشد.

در مواردیکه اعضای جان تیرچه‌ها تحت اثر ترکیب تنش‌های فشاری وخمشی قرار گیرند. باید بر اساس ضوابط اعضای فشاری – خمشی طراحی گردند. در حالتی که خمش در این اعضا، موجب انحنای دو طرفه آن‌ها گردد، ضریب Cm معادل ۰٫۴ در نظر گرفته می‌شود.

مقاومت جوش[ویرایش]

اتصالات جوش اعضا باید بتواند حداقل دوبرابر بار طراحی تیرچه‌ها را تحمل نماید.

وصله[ویرایش]

اتصال دوپروفیل به صورت وصله در هر نقطه ازبال مجاز است. وصله به صورت جوش سربه سر در اعضای کششی باید بتواند حداقل مقاومتی معادل 1.14Fy.A را از خود نشان دهد که در آن A کل سطح مقطع عضو وصله شده می‌باشد.

وصله پوششی[ویرایش]

روشهای مختلفی برای وصله ارماتورها در ساختمان‌های بتن ارمه وجود دارد که رایج‌ترین آن‌ها وصله پوششی می‌باشد و از طریق اورلپ دوآرماتور در کنار هم صورت می‌گیرد تنها ویژگی وصله پوششی سادگی اجرای آن است اما در عین حال ازمعایب آن مصرف زیاد میلگرد در محل اتصال عملکرد مهندسی ضعیف درنقاط حساس و محدودیت آیین‌نامه‌ای ازلحاظ تراکم و قطرارماتور می‌باشد.[۴]

۲-طراحی مرحله دوم بعد از گرفتن بتن:

در این مرحله مقطع مرکب شامل تیرچه فولادی وبتن باید تلاشهای ناشی ازتمام بارهای وارده به سقف (قبل و بعد از گرفتن بتن) راتحمل کند .[۵]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

معایب و مزایای ساختمان‌های فولادی بازبینی شده در 22 دسامبر 2017.

  1. کتاب مبانی اجرایی سازه‌ها فولادی نوشتهٔ رضا خدادادی
  2. طراحی سازه‌های فولادی / مک کورمک
  3. طراحی سازه‌های فولادی/دکتر شیدائی
  4. «مشخصات نویسندگان مقاله مقایسه فنی و اقتصادی وصله مکانیکی و پوششی آرماتورهای باسایزهای مختلف دردوپروژه تجاری و مسکونی». سیلیویکا. 
  5. مبنای اجرای سازه‌های فولادی/رضا خدادادی