سازه فولادی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
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 بارها 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 انجام می شود.

در حال حاضر فولاد از مهم‌ترین مصالح برای ساخت ساختمان و پل و سایر سازه‌های ثابت است .مقاومت فولاد (تنش تسلیم) مورد استفاده در بازه۲۴۰۰kgr/cm ۲ تا

۷۰۰۰kgr/cm ۲ است که برای ساختمان‌های معمولی از فولاد با مقاومت

۲۴۰۰kgr/cm ۲ 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، بر عهده 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 می‌شد. به دلیل بیشتر بودن لنگر خمشی در تیرها، معمولاً جان مقطع فولادی تیرهای I-شکل دارای ارتفاع بیشتری نسبت به جان ستون‌ها است.

از عرشه‌های فولادی، می‌توان به عنوان قالب‌های راه‌راه در زیر لایهٔ ضخیمی از بتن مسلح، برای پوشش کف طبقات سازه با 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.

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 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

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]

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
  • شکل‌پذیری
  • 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

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]

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 آرمه 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 ۲۲ دسامبر ۲۰۱۷.

  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