×

طراحی سازه فولادی

  6534  
طراحی سازه فولادی طراحی سازه فولادی طراحی سازه فولادی طراحی سازه فولادی

نام کارفرما: مهندس زهره وند

محل پروژه: پردیس

کاربری: مسکونی

متراژ: 1100

وضعیت: اجرا شده

طراحی و اجرای سازه فولادی از جمله فعالیت های مهندسین مشاور دکتر سرور و همکاران می باشد که به دلیل تمایل جامعه به خدمات آنلاین به صورت طراحی سازه فولادی آنلاین در بستر شاپ دکو انجام می گیرد. بنابراین شما می توانید از طریق اینترنت برای طراحی سازه فولادی خود را به صورت آنلاین و بدون مراجعه حضوری اقدام فرمایید.


طراحی سازه فولادی در پردیس

 طراحی سازه و اجرای ساختمان فولادی به نسبت ساختمان های بتنی نیاز به ظرافت بیشتری دارد و در ساختمان فولادی خطای اجرا عملا باید به صفر برسد. این امر هنگامی می تواند تحقق یابد که مهندس طراح دید کاملی از اجرای ساختمان فولای و نحوه ساخت قطعات فولادی در کارخانه و حتی حمل قطعات به منظور طراحی سازه ایده آل داشته باشد. حمل قطعات خود را در پروژه های کوچک نشان می دهد مثلا در طراحی ستون یک ویلا می توان بسته به ارتفاع ساختمان، ستون ها را بدون وصله طراحی کرد. در بحث ارتباط بین تیم طراحی و ساخت نکات بسیاری وجود دارد که اگر به آنها توجه نشود مشکلات زیادی را در امر ساخت و حتی اجرا به وجود خواهد آورد. در طراحی سازه فولادی گاها با نقشه هایی مواجه می شویم که عملا امکان ساخت قطعات مطابق نقشه وجود نخواهد داشت. به طور مثال در نقشه بیس پلیت ها، سخت کننده ها طوری قرار می گیرند که در هنگام جوش ستون و سخت کننده ها به پلیت عملا در قسمت ساخت نشدنی است. طراحی سازه ویلای مهندس زهره وند در زیربنایی حدود 1000 انجام شد. سیستم باربری جانبی این سازه با توجه به ویلایی بودن و تعداد پنجره های زیاد قاب خمشی متوسط در نظر گرفته شد. آهن مصرفی در این پروژه 75 کیلوگرم بر متر مربع به دست آمد. طراحی سازه فولادی به نسبت طراحی سازه های بتنی نیاز به تجربه و تسلط بیشتر بر آیین نامه ها می باشد. چرا که در طراحی سازه های بتنی می توان ادعا کرد که صفر تا صد پروژه زا می توان با استفاده از نرم افزار ایتبس طراحی نمود اما در طراحی سازه فولادی نرم افزار ایتبس قادر به طراحی مسائل مهمی همچون طراحی اتصالات، کنترل چشمه اتصال و ... نمی باشد و نیاز به تجربه و تسلط زیاد می باشد.


طراحی سازه فولادی

طراحی اتصالات ساختمان فولادی

قسمت عمده ای از طراحی سازه فولادی را اتصالات به خود اختصاص می دهند. در اتصالات پیچ و مهره اخیرا در کشورمان اتصالات درختی بسیار مورد توجه قرار گرفته که خود اتصالات درختی گونه های مختلفی دارند. اتصالات درختی می توانند به کمک پلیت های انتهایی و یا به کمک ورق های وصله بال و جان طراحی شوند. قبل از بررسی اتصالات دانستن این نکته حائز اهمیت می باشد که طراحی وصله هایی که در معرض بارهای دینامیکی می باشند باید به صورت اصطکاکی طراحی شوند. فاصله مرکز تا مرکز پیچ ها و فاصله پیچ ها از لبه ورق علاوه بر بحث های طراحی، بحث ساخت و اجرا را در بر می گیرد. مزیت اتصال درختی به کمک ورق های انتهایی سرعت اجرای آنها نسبت به اتصال به کمک ورق وصله جان و بال می باشد اما به یک تیم کاملا حرفه ای در زمینه اجرا نیاز دارد چرا که به طور مثال اگر یک تیر در دهانه های مختلف به ستون نرسد یا به کمک ورق های کمکی (لقمه) یا با سفت کردن بیش از اندازه پیچ ها این کار انجام گیرد باعث ایجاد تنش پیش بینی نشده در ستون قبل از بهره برداری و در مراحل بالاتر باعث تابیدگی ستون می شود.


از طرفی دیگر اگر ظرفیت مقطع تیر ما زیاد باشد اتصال ما سنگین تر و در نتیجه پلیت انتهایی بزرگتر می شود که منجر به تداخل با معماری می شود چرا که ممکن است پلیت وارد کف معماری شود از این رو در این زمینه ورق وصله جان و بال بهتر می باشد.
اتصال تیر به ستون این پروژه ابتدا از نوع درختی با پلیت های انتهایی و با پیچ های A490 به قطر 24 ،27 و 30 طراحی شد. بعد از بازدید از کارخانه فولاد پارس که مسولیت ساخت قطعات در این پروژه را بر عهده داشتند و نبود برق سه فاز در کارگاه تصمیم به تغییر در رده مکانیکی پیچ ها و کم کردن قطر پیچ ها گرفتیم. در طراحی ثانویه با توجه به تغییر پیچ ها از A490 به A325 و کاهش قطر پیچ ها تعداد پیچ ها به شدت افزایش داشت. با افزایش پیچ ها و جانمایی استیفنرها در پلیت انتهایی حدود 6 متر طول در دو طرف پلیت انتهایی به وجود آمد که باعث تابیدگی پلیت انتهایی می شد و در اینجا تصمیم به تامین برق سه فاز در کارگاه گرفتیم. در اتصالات فرعی(تیر به تیر) از سوراخ های استاندارد استفاده شده بود که بعد از صحبت با تیم اجرایی به سوراخ های لوبیایی کوچک تبدیل شدند که در امر اجرا ابتکار عمل بیشتری را به تیم اجرا می دهد. در طراحی اتصالات تیر به تیر به این نکته می توان توجه کرد که از همان پلیتی که برای اتصال فرعی استفاده می کنیم، از همان به عنوان استیفنر استفاده کنیم.

نکات طراحی ستون در ساختمان فولادی

قبل از مدلسازی با دیدگاه مهندسی باید به دنبال یک مقطع مناسب برای ستون باشیم. برای مثال استفاده از مقطع باکس و چلیپا (صلیبی) برای طراحی سازه فولادی که سیستم باربر جانبی آن در یک جهت به صورت مهاربندی می باشد نمی تواند مناسب باشد چرا که از ظرفیت مقطع در یک جهت اصلا استفاده نمی کنیم و در این موارد ستونهای بال پهن می توانند گزینه مناسبی باشند. به طور کلی به منظور یک طراحی خوب مهندس طراح ابتدا باید دید کافی نسبت به پروژه داشته و با توجه به ملاحظات معماری سیستم های باربر جانبی را تعیین کند و بعد از آن مقاطع مناسب با آن سیستم را تعیین کند. استفاده از ستون ها چلیپا(صلیبی) و بال پهن در زمینه اتصال تیر به ستون و وصله ستون یک مزیت بزرگ نسبت به ستون های باکس دارند و می توانند از نوع پیچی باشند.

طراحی سازه در رویت

مدلسازی این پروژه به کمک نرم افزار رویت انجام گرفت. به کمک این نرم افزار کلیه تداخلات میان تیم سازه، معماری و تاسیسات قبل از اجرا مطرح و به دنبال آن راه حل ارائه می گردد. در رویت 2019 یک تب فقط مخصوص اسکلت های فولادی اضافه شده است که به طور کامل می توان در آن اتصالات را به طور دقیق مدلسازی کرد. در رویت 2019 اتصالات به صورت پیش فرض و به صورت کدنویسی شده قرار دارند. اتصالاتی همانند تیر به تیر، وصله تیر، تیر به ستون و ... که می توان آنها را ویرایش کرد و به اتصال مورد نظر رسید.


طراحی سازه فولادی

ضوابط لرزه ای طراحی سازه فولادی

در طراحی سازه فولادی بحث شکل پذیری از جمله مسائل مورد توجه در ضوابط لرزه ای می باشد. در قاب های خمشی ویژه میزان دوران به حدی است که دوران نظیر تغییر مکان نسبی طبقه در آن به 0.04 رادیان برسد که حدودا 0.03 رادیان آن فرا ارتجاعی باشد. این مقادیر در قاب های خمشی متوسط  به 0.02 و 0.01 کاهش می یابد. در طراحی سازه فولادی ناحیه حفاظت شده در یک عضو از سازه، که به ناحیه شکل پذیر عضو نیز مرسوم است، به ناحیه ای از عضو اطلاق می شود که انتظار می رود در آن مفصل پلاستیک تشکیل شود. با توجه به اهمیت این ناحیه تحت بارهای رفت و برگشت باید عاری از هرگونه عملیاتی که موجب دگرگونی عملکرد عضو در این ناحیه می شود، باشد. به کار بردن وصله مستقیم یا غیر مستقیم در طراحی سازه فولادی در ناحیه محافظت شده مجاز نمی باشد. هر گونه نا پیوستگی ناشی از عملیات ساخت و نصب مانند جوش های موضعی، وسایل کمکی برای نصب، نا صافی های ناشی از برش های حرارتی در ناحیه حفاظت شده ممنوع بوده و در صورت وجود باید به نحوی مناسب بر طرف شوند. در طراحی سازه فولادی ستون های سازه باید برای ترکیب بارهای تشدید یافته کنترل شوند. ترکیب بارهای تشدید یافته از ضرب ضریب زلزله متعارف در ضریب اضافه مقاومت به دست می آیند که این ضریب اضافه مقاومت بسته به نوع سیستم باربر جانبی مقادیر متفاوتی دارند.

 

در طراحی سازه فولادی در سازه های با شکل پذیری زیاد و متوسط که از آنها انتظار تحمل تغییر شکل های فرا ارتجاعی قابل ملاحظه می رود، برای مقاطع اعضا ضوابط سخت گیرانه تری در رابطه با کمانش موضعی بال ها و جان اعمال می شود. در نتیجه برای نسبت پهنا یا ارتفاع به ضخامت اجزا در اعضای تحت فشار، یا فشار و خمش رعایت اعداد کوچکتری مقرر می گردد. مقطع فشرده لرزه ای همان تعریف مقطع فشرده است با این تفاوت که در آن نسبت پهنا یا ارتفاع به ضخامت اجزای مقطع برای سازه های با شکل پذیری زیاد و متوسط محدودتر می گردد. در طراحی سازه فولادی موقعیت وصله ستون ها حائز اهمیت می باشد. در وصله ستون با ابعاد متفاوت، به جای استفاده از ورق پرکننده با ضخامت های زیاد، ارجح است ابتدا مقطع بزرگتر با شیب 1 به 6 به مقطع کوچکتر تبدیل شده و سپس اتصال وصله صورت بگیرد.

 

در طراحی سازه فولادی یکی از مهمترین بخش طراحی، طراحی بیس پلیت ها می باشد. بیس پلیت برای نیروهای متفاوتی باید طراحی شود. بیس پلیت باید برای ترکیب بارهای متعارف، ترکیب بارهای تشدید یافته، ظرفیت برشی و خمشی مقطع طراحی شود. در طراحی سازه های فولادی در اکثر مواقع نیروهای تشدید یافته به نسبت ترکیب بارهای متعارف نیروی های غالب تری می باشند. نیروهای طراحی وصله ستون در طراحی سازه فولادی همانند همان نیروهای طراحی بیس پلیت می باشند. در طراحی سازه های فولادی وصله تیرها با توجه به اتصالات درختی رایج حائز اهمیت می باشند. وصله تیرها باید خارج از ناحیه حفاظت شده دو انتهای تیر قرار بگیرد. در صورت استفاده از وصله مستقیم، وصله باید با جوش نفوذی کامل صورت گیرد. در این گونه موارد ارجح است محل وصله بال و جان در یک مقطع صورت نگیرد. در وصله مستقیم بین ورق های پهنا یا ضخامت متفاوت که در بال یا جان تیرها به کار می روند تغییر تدریجی در پهنا یا ضخامت، از ورق بزرگتر به کوچکتر، باید با شیب حداکثر 1 به 2.5 صورت گیرد.


در طراحی سازه فولادی مقاومت خمشی مورد نیاز وصله های غیر مستقیم باید برابر مقاومت خمشی طراحی عضو با مقطع کوچکتر وصله شونده در نظر گرفته شود ولی مقاومت برشی وصله های غیر مستقیم نباید از یکی از سه مقدار زیر کمتر باشد:
1- بیشترین برش حاصل از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته در محل وصله
2- نیروی برشی در محل وصله که باید با در نظر گرفتن تعادل استاتیکی بارهای ثقلی ضریبداری که با نیروی زلزله ترکیب می شوند و برش لرزه ای در محل های تشکیل مفصل پلاستیک، تعیین شود.
3- مقاومت برشی طراحی عضو با مقطع کوچکتر وصله شونده

ستون گذاری در طراحی سازه های فولادی

طرح اولیه یک سازه، با کمک ستون گذاری آن و ارتباط دادن بین ستون ها توسط تیرها شکل می گیردو در پلان های معماری فاز یک، معمولا ستون کذاری اولیه توسط مهندس معمار انجام می شود، ولی این موضوع کافی نبوده و لازم است تا مهندس طراح سازه نیز با بررسی نقشه های معماری، محل ستون ها را کنترل کرده و در صورت نیاز تغییر دهد. حال باید ببینیم که ستون ها را بر چه اساسی جانمایی کنیم. ستون گذاری با توجه به معماری ساختمان، ضوابط شهرداری برای تامین پارکینگ و قواعد سازه ای انجام گیرد. غالبا دو مورد اول باید توسط مهندس معمار به طور کامل رعایت شوند و مهندس سازه باید مورد سوم را به طور دقیق در روند طراحی کنترل کند. در نقشه های فاز یک معماری فرض بر این است که مهندس معمار با در نظر گرفتن همه ضوابط معماری و شهرداری و اصول کلی سازه، جانمایی حدودی ستون ها را مشخص کرده است. از طرف دیگر، در روند طراحی سازه ممکن است موارد زیر ایجاد شود:
1- اندازه ی ستون های به دست آمده در طراحی سازه بیشتر از ابعاد در نظر گرفته شده در نقشه های معماری باشند.
2- در روند طراحی نیاز به اضافه کردن و یا جابجایی ستون باشد.
چنانچه این تغییرات منجر به حذف پارکینگ و یا اختلال در فضای معماری شود، لازم است قبل از ایجاد هر تغییری با مهندس معمار هماهنگی کامل صورت گیرد.

ستون گذاری با توجه به معماری ساختمان

به منظور جلوگیری از تداخل ستون ها (به عنوان یک عضو سازه ای) با عناصر معماری، جانمایی ستون ها باید در محل های مناسبی انجام شود. به همین دلیل توصیه می گردد که در روند ستون گذاری ساختمان، موارد زیر مد نظر قرار گیرد:
1- برای آن دسته از اضلاع جانبی ساختمان که در قسمت نما قرار ندارند، جانمایی ستون با محدودیت خاصی همراه نیست.
2-برای آن دسته از اضلاع جانبی ساختمان که در قسمت نما قرار دارند، ستون گذاری باید به نحوی انجام گیرد که تداخلی با پنجره ها و ورودی ها نداشته باشد.
3- در قسمت های داخلی ساختمان، اصولا ستون گذاری به نحوی انجام می گیرد که از گوشه فضاها و امتداد تیغه ها استفاده شود (در این صورت بعد از اجرای دیوارها، قسمت اعظم ستون مخفی شده و از طرف دیگر، دیوارها نیز به ستون مهار می شوند).
4- از تعبیه ستون داخل فضاها نظیر اتاق ها، سالن ها، و آشپزخانه به جز در موارد خاص اجتناب می شود.
5- برای فضاهایی نظیر راهروها، راه پله ها و آسانسورها ستون گذاری باید به گونه ای باشد که عرض مفید این فضاها را از بین نبرد (حداقل عرض مفید پله و پاگرد معمولا 1.2 متر عنوان شده و همچنین ابعاد مورد نیار برای آسانسورهای کوچک معمولا 2 در 1.6 متر است).
6- همواره باید بررسی شود که یک ستون در تمام طبقات به صورت پیوسته امتداد داشته باشد. کنترل این موضوع در زمانی که پلان معماری در طبقات مختلف از یک تیپ نباشد، اهمیت بسیار بیشتری دارد. در ضمن منقطع شدن ستون در طبقات ممکن است سبب ایجاد نامنظمی در ارتفاع سازه شود.

ستون گذاری با توجه به ضوابط شهرداری برای تامین پارکینگ

یکی از عوامل اصلی در جانمایی ستون ها، ضوابطی است که شهرداری برای تامین تعداد پارکینگ مورد نیاز ساختمان الزام می کنند. هرچند ممکن است این ضوابط در شهرداری شهرهای مختلف اندکی تفاوت داشته باشد، ولی می توان به طور نمونه چند مورد را بیان کرد:
1- فضای مورد نیاز برای پارک یک خودرو، مستطیلی به طول 5 متر و عرض خالص 2.5 متر می باشد (عرض خالص معادل بر تا بر ستون ها یا به عبارتی روی نازک کاری ستون ها است).
2- فضای مورد نیاز برای پارک دو خودرو در مجاورت هم، مستطیلی به طول 5 متر و عرض خالص 4.5 متر می باشد.

ستون گذاری با توجه به قواعد سازه ای

همواره می توان یک سری اصول و قواعد سازه ای را برای جانمایی ستون ها در نظر گرفت، به طوری که در صورت عدم رعایت آنها، طراحی سازه از حالت معمول خارج شده و می تواند با مشکلاتی همراه باشد که در ادامه به چند مورد اشاره می کنیم:

 

1- سعی شود ستون گذاری به نحوی انجام گیرد که قاب های ایجاد شده در سازه، در دو امتداد عمود برهم باشند (تا حد ممکن از ایجاد محورهای مورب و غیرعمود اجتناب شود). دقت داشته باشید که حساسیت این موضوع در قاب های خمشی بسیار بیشتر از ایجاد قاب مهاربندی شده است. از طرفی توصیه می شود تا همواره ستون های هر امتداد سازه، روی یک محور (آکس) قرار بگیرند و از تعبیه ستون ها خارج از محور صرف نظر شود. در برخی موارد، طرح معماری به گونه ای است که برای تامین پارکینگ های مورد نیاز یا قرار گرفتن ستون ها در امتداد تیغه ها، ناچار به جانمایی برخی ستون ها در خارج از آکس هستیم.

 

2- تعداد محورها و فاصله آنها از یکدیگر باید در حد معقول و متداولی باشد. در صورتی که فاصله محورها کم باشد، تعداد آنها و در نتیجه تعداد ستون ها بالا رفته و می تواند برای فضاهای معماری مزاحمت ایجاد کند. از سوی دیگر اگر فاصله محورها زیاد باشد، نمره تیرها بالا رفته و آویز آنها بیشتر می شود. دقت کنید که در ساختمان های معمول، فاصله مناسب محور ستون ها بین 3 تا 5 متر و نهایتا 6 متر است، هرچند فواصل 6 تا 8 متر نیز در صورتیکه نیاز معماری وجود داشته باشد قابل قبول می باشد. (منظور از نیاز معماری در اینجا، نیاز به داشتن فضاهای بزرگ بدون ستون است).

وجود دهانه های کمتر از 2.5 متر بین ستون ها می تواند در دوحالت مشکل ساز باشد:

چنانچه سیستم سازه ای از نوع قاب ساده با مهاربند باشد، در این دهانه ها امکان تعبیه مهاربند با کارایی مناسب وجود ندارد، زیرا زاویه مهاربند با محور افق زیاد می شود. چنانچه سیستم سازه ای از نوع قاب خمشی باشد، تیرهایی با دهانه کوتاه چندان مناسب نیستند، زیرا در این تیرها تحت بارهای زلزله، نیروهای برشی زیادی ایجاد شده و ممکن است طرح آنها غیراقتصادی شود.

3- در چهار طرف اتاق پله ستون گذاری شود و اگر آسانسور نیز در ساختمان وجود دارد، اطراف آن نیز در صورت امکان ستون تعبیه شود. دقت کنید که اگر ستون ها چسبیده به اتاق پله و آسانسور باشند، در تراز خرپشته داخل محدوده دیوارهای پیرامونی آن قرار گرفته و نمایان نخواهند شد که این موضوع مطلوب می باشد.

توصیه های کلی برای ستون گذاری در سیستم های سازه ای مختلف

هرچند نحوه قرارگیری مقطع ستون ها در پلان ساختمان به پارامترهای مختلفی بستگی داشته و نمی توان نسخه واحدی برای همه سازه ها پیچید، ولی با یک دید کلی می توان گفت که برحسب نوع سیستم سازه ای استفاده شده در دو راستای اصلی سازه نکات زیر را نتیجه گرفت:
1- در هر دو امتداد قاب ساده با مهاربند، نحوه قرارگیری ستون ها در پلان، ترجیحا متغیر و بر اساس نوع تیرچه ریزی می باشد.

مهاربندهای همگرا

در این پروژه با توجه به اینکه ساختمان ویلایی و از لحاظ معماری امکان اجرا مهاربند وجود نداشت، ساختمان به صورت قاب خمشی در هر دو راستا طراحی شد. قاب های مهاربندی شده همگرا، سیستمی متشکل از تیرها، ستون ها و مهاربندها هستند که به نحوی آرایش شده اند که تشکیل یک خرپای قائم را دهند. این سیستم با عملکرد خرپایی به صورت عمده توسط مقاومت و سختی محوری عناصر مهاربندی برای مقابله با بار و تغییر شکل های جانبی ایجاد می شود. از سوی دیگر، تیرها، ستون ها و مهاربندها به نحوی کنار هم قرار می گیرند که در میان تار اعضا در یک نقطه متقارب یا نزدیک به متقارب باشد تا رفتار خمشی اعضا در برابر بار جانبی به حداقل برسد. در قاب های مهاربندی همگرا ویژه انتظار تغییر شکل های فرا راتجاعی برزگی می رود و از سوی دیگر قاب های مهار بندی همگرا ی معمولی، ظرفیت تغییر شکلهای فرا ارتجاعی کوچکی دارند، لذا نیروی زلزله طرح آنها در شرایط یکسان بزرگ تر است. به طور کلی از نظر جرئیات و رفتار، عملکرد اصلی مهاربندی ها در این حالت به صورت محوری است. از سوی دیگر شکل پذیری و تامین رفتار غیرخطی، از طریق تغییر شکل های فرا ارتجاعی در مهاربندی ها به یکی از دو صورت زیر تامین می گردد:

1- تسلیم مهاربندها در کشش           2- کمانش مهاربندها در فشار

رفتار شکل پذیر مهاربندهای همگرا در برابر زلزله

در هنگام زلزله عضو فشاری مهاربند به صورت غیر ارتجاعی کمانش کرده و با کمانش مهاربند، در آن خمش ایجاد شده و در نهایت مفصل پلاستیک در وسط عضو تشکیل می شود. کمانش غیر ارتجاعی مهاربندها در این سیستم ضروری بوده و باعث می شود که مهاربند فشاری منبع مهمی برای جذب انرژی و رفتار شکل پذیر سازه محسوب شود. همچنین عضو کششی نیز به عنوان یک عضو شکل پذیر، تسلیم می شود. این دو ناحیه شکل پذیر (کمانش و تسلیم کششی)  در مجموع رفتار فرا ارتجاعی سیستم قاب مهاربندی شده همگرای ویژه را تشکیل می دهند. بنابراین در این قاب ها عضو مهاربند نقش فیوز سازه ای را بر عهده دارد. شایان ذکر است که تا قبل از کمانش عضو فشاری، تفاوتی بین رفتار قاب های OCBF و SCBF وجود ندارند. از سوی دیگر با توجه به رفت و برگشتی بودن زلزله، مهاربند کششی و فشاری در سیکل های مختلف عوض می شود و در نهایت نرم افزاری مانند ETABS همه مهاربندهای سیستم CBF را برای فشار طراحی می کند. از سوی دیگر توجه شود که کمانش در ناحیه ارتجاعی، هیچ کمکی به شکل پذیری سیستم نمی کند.

مزیت مهاربندهای همگرا نسبت به قاب های خمشی، سختی الاستیک آنها است که صلبیت بالایی در برابر بارهای جانبی در حالت الاستیک را نتیجه می دهد که کنترل دریفت سازه را ساده تر می کند. از سوی دیگر این سیستم سازه ای نسبت به سیستم های دیگر نقص های نیز دارد:
1- شکل پذیری کمتر نسبت به قاب های خمشی و مهاربندهای واگرا     2- انعطاف کمتر در بحث های معماری

ضوابط سیستم مهاربند همگرای ویژه فولادی

به طور کلی با یک تقسیم بندی مفهومی بر مبنای بند 10-3-11 از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، در طراحی سیستم های مهاربندی همگرای ویژه، ضوابط زیر باید در نظر گرفته شود:
1- ضوابط عمومی اعضا که در آنها، محدودیت های فشردگی لحاظ می شود.
2- کنترل های خاص برای مقاومت تیرها و ستون ها که در آنها، مقاوت تیرها و ستون ها باید بر اساس ظرفیت غیر خطی مهاربندها (فیوزها) کنترل شود.
3- کنترل سهم مهاربندها در کشش که با انجام آن، نیروی جانبی که توسط عملکرد کششی مهاربندها تحمل می شود، در یک بازه مشخص محدود می شود.
4- کنترل محدودیت های کمانش موضعی و کلی مهاربند که با انجام آن، در مرحله رخ دادن رفتار شکل پذیر در عضو، ظرفیت عضو بهبود می یابد.
5- ضوابطی که محدودیت هایی جهت طراحی اتصالات در این قاب ها اعمال خواهد کرد.
با توجه به بند 10-3-11-1، مقاطع اعضای مهاربندها و ستون های نظیر دهانه های مهاربندی  شده، باید از نوع فشرده لرزه ای با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر با مقدار قشردگی ویژه و مقاطع تیرهای دهانه مهاربندی شده باید از نوع فشرده لرزه ای با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر با فشردگی متوسط و مقاطع بقیه ستون ها باید فشرده باشد.

مهاربندهای واگرا

به طور کلی قاب های خمشی با این که شکل پذیری لرزه ای و در عین حال انعطاف معماری مناسبی دارند، اما در اغلب موارد به علت سختی نسبتا کم، معیار دریفت در طراحی آنها حاکم می شود. چنین ویژگی باعث می شود که مصرف فولاد در قاب های خمشی بیش از میزانی باشد که برای مقاومت در برابر بارها نیاز است. در نقطه مقابل این موضوع ،قاب های مهاربندی شده همگرا قرار دارند. این قاب ها به واسطه سختی جانبی قابل توجه خود، در کنترل تغییر شکل های جانبی بسیار موفق هستند اما به علت کمانش مهاربندها، استهلاک انرژی کمتری نسبت به قاب های خمشی دارند. در اوایل دهه 1970 میلادی، سیستم جدیدی به نام قاب مهاربندی شده واگرا در ژاپن معرفی شد که محاسن قاب خمشی و مهاربندی همگرا (ویژگی های شکل پذیری و سختی جانبی مطلوب) را به صورت همزمان دارا بود. در این قاب ها، انرژی زلزله از طریق تسلیم برشی یا خمشی قسمت کوچکی از تیر، موسوم به تیر پیوند مستهلک می گردد. در ایالات متحده نیز از اوایل آن دهه، بررسی این نوع مهاربندها آغاز گردید. از پیشگامان بررسی این نوع مهاربندها می توان به پروفسور ایگور پوپوف اشاره کرد. در میانه و اواخر دهه 1980 تست های آزمایشگاهی تمام مقیاس روی انواع مهاربندهای واگرا انجام گرفت و عملکرد لرزه ای مطلوب آنها برای محققین مشخص گردید. از لحاظ معماری نیز مهاربندهای واگرا انعطاف پذیری بیشتری در ایجاد بازشوهایی مانند در و پنجره نسبت به مهاربندهای همگرا دارند. در این جا ذکر این نکته ضروری است که طراحان سازه باید آگاه باشند که هدف اصلی استفاده از مهاربندهای واگرا تامین الزامات معماری نیست و پیکربندی این مهاربندها باید با دقت و توجه ویژه ای انجام پذیرد. در مبحث دهم مقررات ملی مهاربندهای واگرا تنها در یک سطح شکل پذیری با عنوان مهاربندهای واگرای ویژه تعریف شده اند. ضریب رفتار این نوع قاب ها در ویرایش چهارم استاندارد 2800 برابر 7، برای رفتار برشی تیر پیوند در نظر گرفته شده است که بیشتر از قاب های مهاربندی همگرای ویژه و تقریبا برابر با ضریب رفتار قاب های خمشی فولادی ویژه است که نشان از شکل پذیری بالای این سیستم دارد. ساز و کار استهلاک انرژی در قاب های مهاربندی شده واگرا تحت اثر بار جانبی زلزله، بر اساس تسلیم تیر پیوند می باشد. تیر پیوند در قاب های مهاربندی شده واگرا مانند یک فیوز سازه ای عمل می کند که به صورتی پایدار، انرژِی زلزله را مستهلک می نماید. انتظار می رود در این نوع قاب ها در هنگام وقوع زلزله، تمامی تغییر شکل های پلاستیک در تیر پیوند متمرکز شده و آسیبی به دیگر اعضای سازه ای وارد نگردد. در عملکرد سازه ای تحت اثر زلزله، فقط تیر پیوند باید جاری شود و سایر المان ها باید در محدوده ارتجاعی باقی بماند. تیر پیوند می تواند در یک سر تیر و متصل به ستون اجرا گردد. از لحاظ مفهومی اتصال این تیر پیوند باید متحمل لنگر خمشی و برشی سنگینی شود. از سوی دیگر اتصالات تیر به ستون پتانسیل شکست ترد را نیز دارند. از این رو مهاربندهای واگرا با تیر پیوند در وسط دهانه، مطلوبیت سازه ای بیشتری دارند. تیر پیوند باید به گونه ای طراحی شود که در عین داشتن مقاومت کافی، شکل پذیری مناسبی نیز داشته باشد. باقی اعضا قاب شامل تیر خارج از ناحیه پیوند، مهاربندها، ستون و اتصالات براساس ظرفیت برابری تیر پیوند به نحوی طرح می گردند که تحت نیروی زلزله به صورت الاستیک باقی بمانند.

انواع اتصالات از نظر نوع وسیله اتصال

منظور از وسیله اتصال، عاملی است که باعث یکپارچگی دو قطعه فولادی می شود. به طور کلی سه نوع وسیله اتصال شامل پرچ، پیچ و جوش برای اتصالات سازه های فولادی مورد استفاده قرار می گیرد که در مورد هر یک از آنها توضیحاتی ارائه خواهیم کرد.
پرچ ها از جمله قدیمی ترین وسایل برای اتصال سازه های فولادی هستند. از مهم ترین مزایای اتصالات پرچی، امکان اتصال هر نوع از فولاد توسط آنهاست. با این حال امروزه از اتصالات پرچی استقبال نمی شود که مهمترین دلایل آن عبارتند از:
1- عملیات پرچ کاری توام با سر و صدای زیادی است.                2-اجرای اتصالات پرچی نیاز به نیروی انسانی زیاد و نظارت دقیق بر اجرای آن دارد.

پیچ ها امروزه به وفور در اتصالات سازه های فولادی استفاده می شوند. پیچ های موجود در بازار به دو صورت معمولی و پرمقاومت تقسیم می شوند. از طرفی می توان اتصالات پیچی را به دو صورت اتکایی و اصطکاکی اجرا کرد. در اجرای اتصالات اتکایی، پیچ های معمولی و پرمقاومت قابل استفاده هستند ولی در اتصالات اصطکاکی، صرفا باید از پیچ های پرمقاومت استفاده کرد. از لحاظ مفهومی در مکانیزم عملکرد اتکایی، لغزش جزیی بین صفحات اتصال مجاز است وعملا به دلیل همین لغزش است که بدنه پیچ با جداره سوراخ تماس پیدا می کند و تنش های لهیدگی (اتکایی) در ورق ها و پیچ ایجاد می شود. در مکانیزم اصطکاکی، پیچ ها در هنگام اجرای سازه پیش تنیده می شوند تا در اثر اصطکاک زیاد، لغزش بین صفحات اتصال ایجاد نشود. در این حالت در واقع تنش های اصطکاکی ایجاد شده بین صفحات باعث تحمل نیرو می شود. دقت شود که در اتصالات اعضای باربر جانبی که باید نیروی زلزله را منتقل کنند، الزاما باید از اتصالات اصطکاکی استفاده شده و پیچ ها همگی پرمقاومت بوده و پیش تنیده شوند.
اتصال اعضای فولادی به کمک حرارت و ذوب شدن موضعی قطعه و یکپارچه کردن مصالح به یکدیگر را جوشکاری می نامیم. اتصالات جوشی به دلیل توانایی استفاده در شرایط مختلف، دامنه کاربرد وسیع تری نسبت به اتصالات پیچی دارند. با توجه به امکان کنترل کیفیت جوشکاری، معمولا برای ساخت قطعات فلزی در کارخانه از این نوع اتصال استفاده می شود، هرچند جوشکاری در محل کارگاه بسیار متداول است. جوش به انواع مختلفی تقسیم می شوند، اما جوش گوشه و جوش شیاری با نفوذ کامل (CPJ) پرکاربردترین جوش هایی هستند که در اتصالات مورد استفاده قرار می گیرند.

 

منبع قسمتی از مطالب کتاب طراحی سازه های فولادی سری عمران
 



ثبت سفارش طراحی سازه فولاد آنلاین

 




پروژه های مشابه


طراحی مجتمع مسکونی

طراحی مجتمع مسکونی

طراحی ساختمان مسکونی  ثبت سفارش طراحی ساختمان آنلاین

  1908  

نظرات کاربران ، پرسش و پاسخ





اینستاگرام طراحی و معماری سروراستودیو تلگرام طراحی و معماری سروراستودیو فیسبوک طراحی و معماری سروراستودیو