افزایش تولید فولاد و مصالح فولادی باعث گردید تا کاربرد فولاد در صنعت ساخت و ساز و دیگر صنایع گسترش یابد. فناوری‌های نوین در ساخت اقلام فولادی، تیرآهن و مقاطع نورد شده منشا تحولات بزرگ و پیشرفت‌های گسترده‌ای در صنعت عمران و سازندگی می‌باشد.
فهرست مطالب
سازه‌های فولادی در ابعاد و ارتفاع‌های گوناگون در متراژهای چند متری تا چند صد متر تامین کننده بسیاری از نیازهای امروز در ساخت و ساز به شمار می‌روند. امروزه در ساخت پروژه‌های اداری، مسکونی و آموزشی از فولاد استفاده می‌شود. همچنین سازه‌هایی با تعداد طبقات زیاد که ارتفاعی بیش از 200 طبقه داشته باشند، جزوی از کاربردهای گسترده این مصالح مقاوم، شکل پذیر و قدرتمند می‌باشند.
در دوره معاصر اسکلت فلزی گزینه‌ای با دوام، مطمئن، مقرون به صرفه و پایدار برای اسکلت فلزی کم ارتفاع، متوسط و بلند است. این نوع سیستم سازه‌ای هم برای ساخت المان‌های افقی و هم المان‌های عمودی کاربرد دارد. تقریبا هرگونه طراحی معماری در سازه فلزی قابل اجرا است. اجزای مختلف اسکلت فلزی نظیر تیرآهن برای ساخت ستون و تیر از فولاد نورد گرم ساخته شده‌اند و انواع مقاطع فولادی توخالی از ورق فولادی استاندارد تولید می‌شوند.
سازه‌های فولادی براساس استانداردهای مقررات ملی ساختمان طراحی و اجرا می‌شوند و انتخاب فولاد سازه‌ای برای سیستم قاب بندی ساختمان مزایای بی شماری را برای پروژه به همراه خواهد داشت.
عناصر سازه فولادی
المان‌های اصلی در طراحی سازه بر سه نوع هستند:
- تیر
- ستون
- اعضای کششی
البته دو نوع دیگر به این موارد اضافه می‌شود که ترکیبی از سه نوع اول است و عبارتنداز، اعضای خمشی - کششی و اعضای خمشی - فشاری.
تیر
تیر به عنوان متداول‌ترین عنصر در سازه از دسته اعضای افقی می‌باشد که در ترکیب با سایر اعضای سازه قرار می‌گیرد. تیر در ساختمان، عنصری خمشی است که در طراحی آن باید گشتاور، تغییر شکل و برش را کنترل کرد. صفحه ستون‌ها، ورق‌های باربر، کف پله‌ها همگی تیرهایی در مقیاس کوچک به شمار می‌آیند. تیر از جمله المان‌هایی است که نباید از سازه حذف شود.
بخوانید: نکاتی که باید در مورد انواع تیرهای سازه‌ای بدانید
ستون
ستون و دیوارهای باربر که در برخی نقاط سازه بجای ستون استفاده می‌شوند عناصری هستند که بارهای فشاری خالص را تحمل می‌کنند. ستون عضو عمودی و فشاری ساختمان است. یال بالایی در بسیاری از خرپاها نیز عناصر فشاری خالص به شمار می‌روند و از لحاظ سازه‌ای رفتاری شبیه ستون دارند.
ستون در اسکلت فلزی عمدتا از تیرآهن ساخته می‌شود. متداول ترین نوع تیرآهن مصرفی در ساخت ستون، خرپا، نعل درگاه و تیر، سه نوع IPE، INP، IPB است.
بخوانید: هر آنچه باید درباره تفاوت‌های تیر و ستون بدانید
نوع IPE با ضخامت بال یکسان و نوع INP در ارتفاع‌های 60 الی 600 میلی متر تولید می‌شود. استاندارد IPB که بال پهن نیز نامیده می‌شود به شکل هاش (H) و در ارتفاع 12 متر تولید می‌شود. مقطع IPB ساخته شده از فولاد نورد شده مناسب برای ساخت ستون می‌باشد. این تیرآهن به راحتی قابل جوشکاری است در صنعت ساخت و ساز بیشتر مورد مصرف قرار می‌گیرد.
نوع دیگری از تیرآهن‌های ساختمانی با نام تیرآهن لانه زنبوری وجود دارد که در مقایسه با مقاطع نورد شده وزن کمتری دارند اما ممان خمشی بیشتری را تحمل می‌کنند.
مقاطع I شکل متداول‌ترین و پرمصرف ترین مقاطع برای اجرای ستون‌ها می‌باشند. این مقاطع جهت اتصال تیرها در هر دو جهت مناسب هستند. مقاطع IPE بیشتر برای بارهای سبک و در اسکلت فلزی کم ارتفاع و مقاطع IPB بیشتر برای بارهای سنگین استفاده می‌شوند.
اعضا کششی
اعضای کششی بر خلاف ستون‌ها بار محوی کششی را تحمل می‌کنند. در اعضا کششی عضو تاثیری بر مقاومت آن ندارد.
اعضای خمشی – فشاری یا خمشی – کششی
به این اعضا دو منظوره گفته می‌شود یعنی بایستی توانایی ایفای نقش همزمان در مقابل دو نیرو را داشته باشند. بعضی اعضا در سازه فولادی و نیز تمام سیستم‌های سازه‌ای همزمان تحت فشار یا کشش قرار می‌گیرند.
بخوانید: مقایسه مشخصات تیرآهن و هاش طبق استاندارد اروپا
انتخاب سیستم سازه فولادی
در انتخاب سیستم سازه فولادی باید به مواردی که در زیر آورده می‌شود توجه گردد:
- نوع خاک و مواد تشکیل دهنده آن
- ظرفیت باربری خاک
- ابعاد دهانه و بارگذاری
- فضاسازی براساس کاربری طرح
- نحوه نصب و ساخت
- در دسترس بودن نیرو کار ماهر
- سهولت دسترسی به مصالح مورد نیاز سازه
- تاسیسات و نور رسانی
- عایق بندی حرارتی و صوتی
- موارد ایمنی
- انتخاب سیستم محیطی براساس اقلیم منطقه
- مقاوم سازی سازه در برابر حریق
- تعبیه خروج اضطراری
- احتمال توسعه و تغییر سیستم
سیستم اسکلت فلزی کم ارتفاع
اسکلت فولادی تشکیل شده از تیر و ستون برای ساخت و اجرای ساختمان‌های کم ارتفاع مقرون به صرفه می‌باشد. هزینه سیستم اسکلت فلزی شامل هزینه‌هایی نظیر موارد زیر می‌باشد:
- مصالح مصرفی
- ساخت اعضا و احداث سیستم
- مقاوم کردن سازه در برابر آتش
- استفاده از مواد و مصالح ضدزنگ
- تاسیسات مکانیکی و الکتریکی
- اجزای پوششی
عموما هزینه ساخت اعضای کوچک و بزرگ تا حدودی مشابه می‌باشد. علت این مورد به چند مورد بستگی دارد. وقتی ابعاد دهانه‌ها افزایش می‌یابد بهتر است تعداد تیر و ستون کاهش داد. لازم به ذکر است دو برابر کردن دهانه‌ها موجب دو برابر شدن برش، 4 برابر شدن گشتاور و 16 برابر شدن تغییر شکل می‌شود. افزایش دهانه موجب تاثیر بر ضخامت سازه می‌شود.
لازم به ذکر است که نباید از بهسازی لرزه‌ای سازه‌های اسکلت فلزی کم ارتفاع چشم پوشی کرد. استفاده از اتصالات مناسب از جمله روش‌های موثر در مقاوم سازی لرزه‌ای سازه می‌باشد. اجرای مهاربند فولادی در سازه‌های کم ارتفاع می‌تواند نقشی مناسب در افزایش مقاومت سازه داشته باشد.
اتصالات مهاربند و ممان گیر که شامل اتصالات خمشی یا صلب می‌شود، هر دو از اقلام پرهزینه در اجرای سازه هستند. بنابراین در استفاده از آن برای مقاوم سازی، مقرون به صرفه بودن و مسائل اقتصادی هم در نظر گرفته شود.
سیستم اسکلت فلزی با ارتفاع متوسط و زیاد
از اواخر قرن نوزدهم ساخت اسکلت‌های فولادی با ارتفاع متوسط و بلند آغاز شد و استفاده از تیر و ستون و مهاربند برای قاب‌های فولادی افزایش یافت. اجرای سیستم سازه‌ای مهاربندی شده مقاومت در برابر نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله را افزایش می‌دهد.
در همه سازه‌های فولادی با هر ارتفاعی، محاسبات سازه‌ای ساده است یعنی تیر به عنوان یک عضو همراه با تکیه‌گاه ساده و ستون هم نظیر طره‌هایی که خمش و فشار در آنها ترکیب شده‌اند محاسبه می‌شوند.
معمولا برای سازه‌های یک طبقه با دهانه کوچک و یا متوسط از قاب‌های دو مفصلی و سه مفصلی استفاده می‌شود که از نظر استاتیکی معین می‌باشند. در قاب‌های شیبدار یا قوسی که اغلب در سازه‌های صنعتی نظیر سوله استفاده می‌شود بایستی از پیوستگی سازه‌ای عضو بین ستون و اعضای افقی و شیبدار سقف اطمینان حاصل کرد.
ممکن است در ساختمان‌های بلند از قاب‌های مهاربندی شده در هر طبقه استفاده کرد که باعث مقاومت سازه در برابر نیروی باد و نیز نیروهای کششی می‌شود. انواع مهاربند مصرفی در سازه‌های فولادی شامل مهاربند هم محور، مهاربند برون محور، مهاربند غلاف دار است.
مشاوره و خرید از عصرآهن
برای خرید و اطلاع از قیمت تیرآهن و دیگر مقاطع فولادی به وبسایت عصرآهن مراجعه کنید، همچنین می‌توانید از طریق شماره تماس ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ با مشاورین ما در تماس باشید تا خریدی مناسب و مقرون به صرفه را تجربه کنید.
