سازه های اسکلت فلزی/ ساختمان اسکلت فلزی / سازه های اسکلت فلزی / سازه فولادی / ساختمان فولادی

سازه های اسکلت فلزی/ ساختمان اسکلت فلزی / سازه های اسکلت فلزی / سازه فولادی / ساختمان فولادی

در این مقاله می خواهیم به بررسی کلی ساختمان اسکلت فلزی بپردازیم.

یکی از رایج ترین مصالح مصرفی در طراحی و اجرای ساختمان ها، فولاد است.

بنابراین برای مهندسان عمران ضروری است که اطلاعات کافی نسبت به این موضوع داشته باشند.

به طور کلی و در حال حاضر ، مصالح رایجی که برای اجرای سازه ها در نظر گرفته می شود بتن و فولاد است اما کی از هر یک از این مصالح استفاده می شود؟

در ابتدا بهتر است با مشخصات فولاد مصرفی در سازه های اسکلت فلزی بپردازیم.

مشخصات فولاد مصرفی در سازه های اسکلت فلزی

در اکثر پروژه های سازه فولادی متداول کشور، از فولاد ST37 برای ساخت مقاطع استفاده می شود.

البته در بعضی پروژه ها نیز ممکن است با نظر کارفرما یا در سازه هایی با ارتفاع زیاد و حدودا

بیش از ۱۵ طیقه یا اهمیت ویژه از فولاد ST52 استفاده شود که به دلیل آلیاژ های موجود در این

نوع مصالح، مقاوم تر و سبک تر می باشد.

در جدول زیر مشخصات مربوط به فولاد ST37 آورده شده است:

مشخصات ذکر شده در جدول بالا ، مشخصات رایجی است که در ایران برای فولاد ST37 ذکر می شود

و بر اساس استاندار DIN آلمان می باشد، اما می توان براساس مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان

مطابق مشخصات فولاد S235JR مقدار تنش تسلیم فولاد ST37 را برابر ۲۳۵۰ kgf/cm^2 در نظر گرفت.

روش های طراحی سازه فولادی :

سازه فولادی به صورت کلی به دو روش ASD ( تنش مجاز : Allowable Stress Design )

و LRFD ( حالت حدی : Load and Resistance Factor Design ) طراحی می شود.

در روش ASD از بار های بدون ضریب دز طراحی کمک گرفته می شود. یعنی آیین نامه های ASD

به صورت کاملا بدبینانه مقاومت سازه را دست پایین در نظر گرفته و بارگذاری را دست بالا در نظر می گیرند

که باعث می شود در بدترین حالت نیز مقاومت سازه از بارگذاری وارد بر آن بیشتر باشد.

اما در روش LRFD از بار های ضریب دار استفاده می شود ، که مقدار این ضرایب در آیین نامه های مربوطه

مانند مبحث دهم مقررات ملی ساختمان آمده است.

این موضوع که در یک سازه در نهایت روش ASD مقاطع بزرگتری را می دهد یا روش LRFD ،

به نسبت بار زنده به مرده بستگی دارد. به عنوان مثال طبق تحقیقات در آیین نامه فولاد آمریکا که

آیین نامه ایران نیز براساس آن نگارش شده است، روابط به گونه ای هستند که اگر بار زنده ۳ برابر

بار مرده باشد نتایج روش ASD و LRFD یکسان می شود.

اما امروزه و خصوصا در کشور ما ، مهندسان استفاده از روش LRFD را ترجیح می دهند

و  آیین نامه های کشور نیز بر این اساس نگارش شده اند.

مقاطع مورد استفاده در ساختمان اسکلت فلزی:

مقاطع مورد استفاده در ساختمان اسکلت فلزی عموما از نوع گرم نورد شده هستند، یعنی از نوع مقاطعی هستند

که در کارخانه های ذوب آهن با حرارت بالا ساخته شده و شکل می گیرند.

مقاطعی معمولا در کشور ما استفاده می شوند ، عبارتند از :

۱- مقاطع IPE ( مقاطع I شکل ) :

رایج ترین مقطع موجود در کشور می باشد که دارای ارتفاع جان بلندتری نسبت به بال خود است.

۲- مقاطع IPB ( مقاطع H شکل ) :

این مقاطع مشابه مقاطع IPE بوده، با این تفاوت که ارتفاع جان و بال آن ها با هم برابر است.

۳- مقاطع دوبل :

هر یک از مقاطع IPE و IPB را می توان با کنار هم قرار دادن دو مقطع یکسان از آن ها در کنار هم به صورت دوبل استفاده کرد.

مقاطع دوبل به ۲ حالت ۱- پا باز ( با فاصله ) ۲- پا بسته ( به هم چسبیده ) وجود دارند.

مقاطع دوبل پا بسته با استفاده از جوش سرتاسری به هم متصل می شوند

اما مقاطع دوبل پا باز را با استفاده از تسمه فولادی ( نوار های باریک فولادی ) به هم متصل می کنند.

تسمه ها به دو صورت افقی و مورب استفاده می شوند، البته تسمه های مورب عملکرد بهتری را از خود نشان می دهد.

به صورت کلی ایرادی که در مقاطع I شکل وجود دارد این است که این مقاطع در یک جهت خود

دارای محور ضعیف تر هستند. مقاطع دوبل طراحی می شوند تا این ضعف را برطرف نموده

و مقطعی با مقاومت تقریبا یکسان در راستای هر دو محور خود ایجاد کنند.

مقاطع دوبل مناسب استفاده برای ستون های سازه فولادی بوده و به جز موارد بسیار خاص به عنوان مقطع تیر استفاده نمی شوند.

۴- مقاطع Box ( جعبه ای ) :

این مقاطع جزو دسته بندی مقاطع قوی می باشند و فقط برای استفاده در ستون ها طراحی می شوند.

این مقاطع عموما با اتصال ۴ ورق فولادی به هم ساخته شده و مقاومت مناسب این مقاطع در خمش

و برش و همچنین قابلیت طراحی مقاطع با ابعاد دلخواه طراح از مزیت های اصلی این مقاطع می باشد.

استفاده از مقاطع Box در سال های اخیر در کشور ما بسیار رایج میباشد.

۵- مقاطع ناودانی ( UNP ) و نبشی :

این مقاطع به صورت تک یا دوبل در بادبند ها ، ستونچه ها و نعل درگاهی قابل استفاده هستند.

۶- مقاطع تیر ورق:

در اصطلاح به مقاطع I شکلی که توسط جوش دادن ورق های فولادی به هم ایجاد می شوند ،

تیر ورق می گویند.

این مقاطع هم در تیرها و هم ستون ها استفاده می شوند. مزیت این مقاطع نیز مانند مقاطع box ،

قابلیت ساخت مقاطع با ارتفاع و ضخامت دلخواه و دسترسی به مقاومت مورد نظر می باشد

و دیگر مانند مقاطع IPE محدود به مقاطعی خاص نیستیم.

سیستم های رایج سازه های اسکلت فلزی

ساختمان اسکلت فلزی به طور متداول در کشور با سیستم های سازه ای زیر طراحی می شود:

۱- قاب خمشی :

یکی از متداول ترین سیستم های سازه فولادی در کشور می باشد. در این سیستم تیر ها و ستون ها

بارهای ثقلی و جانبی را تحمل می کنند.

سیستم قاب خمشی مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ به سه دسته تقسیم می شود:

• قاب خمشی فولادی معمولی: استفاده از این نوع سیستم سازه ای در مناطق با پهنه لرزه خیزی کم و متوسط و برای ساختمان های تا ۱۵ متر مجاز می باشد و به صورت کلی توصیه می شود که تا حد امکان از کاربرد این سیستم صرف نظر شود.
• قاب خمشی فولادی متوسط: برای ساختمان های تا ۵۰ متر بسیار مناسب هستند.
• قاب خمشی فولادی ویژه: این سیستم نوعی از سیستم های با کاربرد خاص می باشد زیرا چنین سیستمی معمولا برای ساختمان های مرتفع با ارتفاع بیش از ۵۰ متر یا ساختمان های با اهمیت بسیار زیاد در مناطق با خطر نسبی زلزله خیلی زیاد مورد استفاده قرار می گیرد.

۲- قاب های مهار بندی شده:

تفاوت قاب سیستم مهاربندی شده با سیستم قاب خمشی این است که تحمل بار های جانبی برعهده مهاربند ها

می باشد. مهاربندها را در اصطلاح بادبند نیز می نامند.

مهاربند ها انواع مختلفی دارند:

• مهاربندهای همگرا : مهاربند های همگرا شامل مهاربند های رایج ضبدری X شکل و مهاربند های شورون ۷ و ۸ شکل می باشند. طبق آیین نامه ۲۸۰۰ مهاربندهای همگرا به دو دسته معمولی و ویژه تقسیم می شوند.
• مهاربندهای واگرا : در این مهاربندها همانطور که از نامش مشخص است اعضای مهاربند در یک نقطه به هم نمیرسند. طبق آیین نامه ۲۸۰۰ مهاربندهای واگرا تنها به صورت ویژه در نظر گرفته شده اند.
• مهاربندهای کمانش تاب : این مهاربند ها رویکرد نوینی در ساخت و ساز بشمار می روند و در سازه های با اهمیت زیاد به کار گرفته می شوند.
• مهاربندهای ویسکوز : این مهاربند ها نیز رویکرد نوینی در ساخت و ساز بشمار می روند و در سازه های با اهمیت زیاد به کار گرفته می شوند.

۳- سیستم دوگانه:

همانطور که در آیین نامه ۲۸۰۰ نیز ذکر شده اگر همزمان از دو سیستم قاب خمشی و مهاربندی برای

تحمل بار جانبی زلزله استفاده شود به آن سیستم دوگانه می گویند. این سیستم جزو قدرتمند ترین

سیستم های سازه ای بشمار می آید و مناسب سازه های با ارتفاع زیاد می باشد.

۴- دیوار برشی فولادی:

دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم سازه ای ، نسبت به سایر سیستم های سازه ای نو ظهور تر

می باشد. دیوار برشی فولادی به علت سختی بالا و وزن و حجم کمتر نسبت به دیوار برشی بتنی

مورد توجه مهندسان قرار گرفته است.

البته به دلیل تازگی در کشور ما، هنوز ضوابط مربوط با آن در آیین نامه های داخلی گنجانده نشده است.

انواع اتصالات در ساختمان اسکلت فلزی

در سازه های اسکلت فلزی به صورت کلی اتصالات به صورت جوشی یا پیچی طراحی و اجرا می شوند.

همچنین به صورت کلی هیچکدام از این انواع اتصالات بهتر از دیگری نبوده و با وجود این که شاید هرکدام

مزیت ها و معایبی نسبت به دیگری داشته باشند اما در صورت طراحی و اجرای صحیح عملکرد مورد نظر

را در سازه فولادی خواهند داشت.

اینکه در یک ساختمان اسکلت فلزی از کدام نوع اتصالات استفاده شود به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• اینکه چه نوع نیروی کار متخصصی در دسترس تر است به عنوان مثال اینکه نیروی کار متخصص جوشکاری دسترس است یا خیر .
• زمان اجرای اتصالات به عنوان مثال زمان اجرای اتصالات پیچی معمولا کمتر از اتصالات جوشی است.
• دقت در ساخت قطعات به عنوان مثال قطعات پیچی به دقت بالای ساخت قطعات در کارخانه نیاز دارند اما این دقت در ساخت برای قطعات اتصالات جوشی کمتر است.
• احتمال بروز خطا در اجرا به عنوان مثال هنگام جوشکاری احتمال بروز اشکال در جوش ها بالاست اما این اشکال در اتصالات پیچی وجود ندارد.
• و …

امیدواریم از این مقاله در مورد سازه های اسکلت فلزی لذت برده باشید.

ساختمان فولادی ، ساختمان فولادی ، ساختمان فولادی ، ساختمان فولادی ، ساختمان فولادی ، ساختمان فولادی …