سازههای فولادی
فولاد به عنوان ماده‌ای با مشخصات خاص و منحصر بفرد، مدت‌هاست در ساخت ساختمان‌ها کاربرد دارد. قابلیت اجرای دقیق، رفتار سازه‌ای 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 آتش سوزی‌های شدید به درستی مورد توجه و کنترل قرار گیرند، امکانات وسیعی در اختیار طراح قرار می‌دهد که در هیچ ماده دیگر قابل دستیابی نیست.
اعضای سازههای فولادی
یک قاب فولادی از سه نوع عضو تشکیل شده است.
- ستون‌ها
- تیرها
- اعضای مهاربندی
ستون‌های یک ساختمان نیروهای قائم اعمال شده از طریق طبقات را به فونداسیون منتقل می‌کنند. ستون‌ها هم در فشار و هم در کشش عمل می‌کنند.
انواع مقاطع ستون‌ها
مقاطع I شکل
این مقاطع پرمصرفترین شکل برای ستون‌ها است که از انواع آنها می‌توان به ۳ نمونه زیر اشاره کرد.
- مقاطع IPE که برای کارهای سبک به کار می‌روند.
- مقاطع IPB که برای کارهای سنگین به کار می‌روند.
- مقاطع ساخته شده به وسیله ورق که برای کارهای خیلی سنگین به کار می‌رود.
مقاطع سازه‌ای چهارگوش
- مقطع IPB می‌تواند با ورقهای جوش شده به بال‌ها، به صورت یک مقطع قوطی شکل تبدیل شود.
- مقاطع قوطی شکل را می‌توان توسط ورق ساخت که در طبقات مختلف ضخامت ورق‌ها متفاوت است.
- مقاطع قوطی شکل ساخته شده از دو ناودانی که برای ستون‌های فرعی مناسب هستند.
ستون‌های مرکب با بست موازی
این نوع ستون‌ها می‌تواند به صورت دوبل چسبیده یا دوبل به صورت پاباز باشند طبق آیین نامه ستون‌های پاباز باید در بارگذاری با هم عمل کنند که این یک پارچگی به سیله قیودی که در طول ستون‌ها و انتهای آنها به کار می‌رود انجام می‌شود.
مقاطع IPB دارای ممان اینرسی نسبتاً مساوی و دارای رفتار یکسان در برابر کمانش در دو جهت هستند به همین دلیل مقاطع بسیار مناسبی برای ستون‌ها هستند و کاربرد این مقطع باعث صرفه جویی در مصرف فولاد در ساختمان می‌شود.
تیرها
تیرها و شاهتیرها، اعضای سازه‌ای افقی هستند که گاهی به صورت شیبدار نیز اجرا میشوند. وظیفه تیرها و شاهتیرها انتقال بارهای قائم به صورت برشی و لنگر خمشی به تکیه گاه است، تیرها را می‌توان از مقاطع نورده شده مانند پروفیل‌های IPE یا IPB و نیز می‌توان به وسیله تیر ورق (با یک جان و دو بال) یا به صورت یک تیر خرپاییی که تشکیل شده است از دو بال فوقانی و تحتانی و یک سری اعضای مورب و قائم به کار برد. تیرهای خرپایی فقط در شاه تیر ها به کار می‌رود.
در طراحی تیرها تنها رعایت تنش‌های مجاز کافی نبوده بلکه تغییر مکان (خیز) تیر نیز باید کنترل شود که از یک مقدار معینی تجاوز نکند. خیز به وجود آمده در تیرها در اثر بار مرده و زنده به وجود می‌آید که می‌توان با یک تغییر شکل معکوس خیز ناشی از بار مرده را جبران کرد.
مقاطع تیرها
مقاطعی که در تیرها کاربرد بسیار دارند شامل موارد زیر است.
مقاطع I شکل
- مقطع INP که به علت آن که مقاطع سبکی هستند به عنوان تیرهای فرعی به کار می‌روند.
- مقطع IPE پرمصرفترین مقطع در کارهای معمولی هستند.
- مقاطع IPB که از جمله مقاطع مناسب برای تحمل بارهای سنگین است.
مقاطع ناودانی شکل
- مقاطع تک ناودانی که به عنوان تیرهای کناری به کار می‌روند.
- مقطاع ناودانی به صورت دوبل در تیرهای اصلی به کار می‌روند.
- مقاطع ناودانی با ورق تقویتی می‌توانند به عنوان تیر مرکب به کار روند.
مقاطع I شکل ساخته شده (تیر ورق)
- در صورتی که مقاطع فلزی نورده شده در دسترس نباشد می‌تواند تیر ورق را توسط ورق بسازیم.
- در تیر ورقهای ساخته شده به منظور جلوگیری از کمانش جان باید از ورقهای سخت کننده استفاده شود.
تیرهای لانه زنبوری
استفاده از تیرهای لانه زنبوری به این دلیل است که با افزایش ارتفاع مقطع ممان اینرسی و مدول مقطع افزایش پیدا کرده و در نتیجه سختی تیر بالا می‌رود. به همین میزان مصرف فولاد در ساختمان کاهش می‌یابد. برای ساخت تیرهای لانه زنبوری ابتدا مقطع نورد شده را به صورت زیگزاگ برش می‌دهیم با جابه‌جا کردن دو قسمت برش شده تیر به صورت زنبوری در می‌آید که باید دو قسمت به هم متصل شده دوباره کاملاً جوش داده شود.
برش مقاطع نورد شده برای تهیه تیرهای لانه زنبوری توسط دستگاه برش اتوماتیک و یا توسط دستگاه هوا برش صورت می‌گیرد.
تیرهای لانه زنبوری به دو روش پانیر و لیستکا ساخت می‌شود.
به هیچ عنوان در بادبندهای EBF تیر فیوز را لانه زنبوری نیاندازید.
بهترین موارد استفاده از تیرهای لانه زنبوری استفاده در تیرهای مرکب هستند.
تیرهای لانه زنبوری دارای ضعف مهمی هستند که عبارت است از افزایش چشمگیر تنش‌های برشی در بعضی از قسمت‌های آن برای رفع این قضیه باید در جان تیر، ورق‌هایی جوش داده شود به طور معمول در تیرهای زنبوری در تکیه گاه‌ها ورق جوش می‌دهند و در مواردی که لازم است وسط دهانه تیر باید ورق جوش بدهیم.
- تیرهای لانه زنبوری را ترجیحاً در تیرهای خمشی استفاده نکنید.
- تیرهای زنبوری محل مناسبی برای انتقال لوله‌های تاسیسات هستند.
- در تیرهای لانه زنبوری می‌توان با نصب ورقهای میانی بین دو قطعه بریده شده ممان اینرسی و مدول مقطع را افزایش داد.
- در تیرهای دوبل زنبوری بهتر است حفره‌ها مقابل یکدیگر قرار نگیرند و حفره مقابل قسمت بسته تیر دیگر قرار گیرند.
تیرهای مرکب
در سازههای فولادی تیر مرکب به تیری گفته می‌شود که بال فوقانی آن با یک دال بتنی ترکیب شده باشد. در محدوده لنگرهای مثبت تیر، دال بتنی مانند بال فشاری عمل می‌کند و تیر فولادی به عنوان بال تحتانی نیروهای کششی را تحمل می‌کنند.
گل میخ‌ها
برای اتصال دو قسمت بتن و فولاد در تیرهای کامپوزیت از گل میخ استفاده می‌شود. سر گل میخ مانع جدا شدن دال بتنی از تیر فولادی می‌شود و ساق آن نیروهای افقی را تحمل می‌کند از قطعاتی مانند نبشی و ناودانی برای گل میخ استفاده می‌شود.
برشگیرها باید حداقل ۲/۵ سانتیمتر پوشش جانبی بتن داشته باشد. به جز مواردی که برشگیرها مستقیماً روی جان قرار دارند گل میخ‌ها نباید بزرگتر از ۲/۵ برابر ضخامت بالی باشد که به آن جوش داده شده‌اند.
فاصله گل میخ‌ها
حداقل فاصله مرکز به مرکز گل میخ‌ها در امتداد محور تیر مساوی ۶ برابر قطر و در امتداد عرض ۴ برابر قطر است. حداکثر فاصله مرکز به مرکز گل میخ‌ها نباید از ۸ برابر ضخامت دال بتنی تجاوز نماید.
برای تیرهای مرکب در سقف‌های مرکب بهتر است از تیرهای لانه زنبوری استفاده شود. فقط باید کنترل تنش ثانویه در مورد این تیرها صورت پذیرد.
اتصال خورجینی
این نوع اتصال به دلیل سرعت اجرا و امکان اجرای تیر به صورت ممتد کاربردی زیادی در ایران دارد. یکی از متداولترین اتصالات خورجینی بدین صورت است که تیرها به صورت دوبل در اطراف ستون قرار می‌گیرد و به وسیله دوبل نبشی که در بالا و پایین قرار می‌گیرد به ستون متصل می‌شود. این نوع اتصال به صورت نیمه صلب یا مفصلی عمل می‌کند.
با روش‌های مختلف و با مصب سخت کننده‌های گوناگون می‌توان میزان صلبیت این اتصال را افزایش داد. در قاب‌ها با اتصال خورجینی معمولاً حجم بتن ریزی بین دو تیر که وزن مرده را تشکیل می‌دهد در محاسبات منظور نمی‌شود در صورتی که خود این حجم بتن ریزی رقم قابل ملاحظه‌ای است.
بادبندها
بادبندها به منظور تحمل بارهای جانبی به کار می‌روند.
- بادبندهای ضربدری
- بادبندهای قطری
بادبندهای ۷-۸ که خود به دو نوع واگرا و همگرا تقسیم میشوند.
بادبند K شکل که برای ساختمان های یک یا دو طبقه مجاز است.
در بادبندهایی که در هر دهانه دو عضو مهاری دارند مانند بادبندهای ۷ و ۸ یا ضربدری تحت نیروهای جانبی یکی از اعضا به حالت فشار و عضو دیگر به حالت کشش می‌افتد وقتی که جهت نیرو عوض شد عضوی که درحالت فشار بوده به کشش و عضوی که در حالت کشش بوده به حالت فشار می‌افتد.
در بادبندهایی EBF به تیر وسط دهانه فیوز گویند.
در بادبندهای EBF نباید هیچگاه از تیر لانه زنبوری برای تیرهای فیوز استفاده شود. دلیل این مطلب این است که در هنگام زلزله نیروی برشی قوی در تیر فیوز می‌افتد و تیرهای لانه زنبوری در برابر برش ضعیف هستند.
در تیرهای فیوز بهتر است از سخت کننده استفاده شود.
در مرحله ساخت یک سازه فولادی بهتر است که نصب قطعات بادبندی تا پایان ساخت قسمت‌های دیگر به تعویق انداخته شود. این کار بدین منظور است که تغییر شکل ساختمان باعث ایجاد نیروی فوقانی و کمانش بادبندها نشود.
- اعضای بادبندی نباید با زاویه بیش از ۴۵ درجه نصب شود.
- بادبندها باید تا طبقه زیرین ادامه پیدا کنند و قطع بادبند در دهانه زیرین کاملاً غلط است یعنی بادبندها باید تا روی تراز پایه ادامه پیدا کنند.
- ابعاد ورق اتصال باید درست طراحی شود.
- ورق اتصال باید به صورت درست و صحیح به تیر و ستون جوش شود.
- عضو مهارنبدی باید بدون وصله و به صورت یکپارچه بدون درز اجرا شود.
- به هیچ وجه در دهانه پله که تیر نیم طبقه وجود دارد بادبند قرار ندهید.
