طراحی سازه های فولادی + معرفی انواع روش های آن

 

طراحی سازه های فولادی + معرفی انواع روش های آن

سازه های فولادی از جمله انواع سازه های فلزی هستند که معمولاً برای اجرای سیستم اسکلت بندی آن از فولاد ساختمانی استفاده می کنند. از جمله موارد مصرف این اسکلت های فولادی می توان در ساختمان های مسکونی بلند، سوله های صنعتی، برج های تجاری، پل های معلق، پل های کابلی و ... اشاره کرد. طراحی سازه های فولادی به روش های مختلفی صورت می گیرد. می توان سازه های فولادی را با سیستم های سازه ای مختلف اجرا نمود. اما معمولاً سیستم های تیر و ستون یا سیستم قابی از رایج ترین سیستم های مورداستفاده برای طراحی و اجرای سازه های فولادی هستند.

طراحی سازه های فولادی شامل محاسبات باردهای مورد انتظار و مشخص نمودن ابعاد متناسب با اعضای مختلف سازه جهت تحمل بارها با استفاده از اقدامات و روش های مختلف است. فولاد سازه ای از پرکاربردترین مصالح جهت ساخت انواع سازه ها است. به سازهای ساخته شده با استفاده از این متریال سازه فولادی می گویند.

طراحی سازه های فولادی بر اساس استانداردهای مختلفی صورت می گیرد و شامل مجموعه ای از دستورالعمل های فنی است که باتوجه به دینامیک سازه و اصول استاتیک تدوین می گردد. این استانداردها الزامات لازم جهت طراحی و اجرای ایمن سازه های فولادی ارائه می دهد. لازم است که اشاره کنیم بخشی از این استانداردها ویژه طراحی ساختمان ها در شرایط نرمال و بخشی جهت طراحی ساختمان ها در شرایط لرزه ای و خاص است. دستورالعمل ها و استانداردهای که در ایران مرجع اصلی مهندسان جهت طراحی سازه های فولادی هستند به شرح زیر هستند.

• استاندارد 2008: آیین نامه ایمنی ساختمان ها در برابر زلزله

• مبحث ششم مقررات ملی ساختمان: بارهای وارد بر ساختمان

• مبحث دهم مقررات ملی ساختمان: طرح و اجرای ساختمان های فولادی

 

استانداردها در طراحی سازه های فولادی

به طورکلی طراحی سازه های فولادی به دو روش طراحی مقاومت مجاز/ تنش مجاز و یا طراحی با ضرایب بار و مقاومت انجام می شود. 

• روش طراحی مقاومت مجاز/ تنش مجاز

طراحی تنش مجاز یا ASD  روشی قدیمی جهت طراحی سازه های فولادی است که در آن از ضریب ایمنی جهت تعیین حاشیه اطمینان ساختمان استفاده می کنند. در این روش میزان تنش های اعلام شده نسبت به حد الاستیک سازه بررسی می شود. عدم عبور تنش ها از حد الاستیک به معنی قرارگیری سازه در حالت ایمنی است. با حذف نمودن روش طراحی تنشی مجاز خیلی از سازه هایی که به روش قدیمی ساخته شده اند با الزامات جدید مطابقت نخواهند داشت. 

• روش طراحی با ضرایب بار و مقاومت

طراحی سازه های فولادی با ضرایب بار و مقاومت یا LRFD روشی جدید و جایگزین طراحی تنش مجاز است. در این روش نیز از رویکردی مشابه برای تعیین ضریب ایمنی جهت ارزیابی مقاومت مجاز سازه ها استفاده می کنند. در روش طراحی با مقاومت بار برای محاسبه مقاومت نهایی المان ها یا عضوی از سازه از همان روش قدیمی استفاده می کنند و نحوه تعیین ترکیبات بارگذاری را در نظر نمی گیرند. در پایان نیز مقاومت نهایی کاهش یافته را با ترکیبات بارگذاری ASD مقایسه و بررسی می کنند. البته لازم است که اشاره کنیم در این روش میزان سطوح الاستیک را برای تعیین ظرفیت سازه در نظر نمی گیرند. در نتیجه می تواند گفت که فرایند این دو روش کاملاً با یکدیگر متفاوت است. 

تقسیم بندی مقاطع جهت طراحی سازه های فولادی

برای طراحی انواع اتصالات سازه های فولادی  و اعضای این سازه ها پروفیل ساختمانی را از لحاظ کمانش موضعی برای خمش و همچنین فشار محوری بررسی می کنند. از نظر فشار محوری عضو کششی به دو دسته لاغر و غیر لاغر دسته بندی می شود. علاوه بر این برای خمش نیز عضو کششی به سه گروه مقطع فشرده، غیر فشرده و اجزای لاغر تقسیم بندی می شود که در ادامه بیشتر به بررسی آن ها می پردازیم.

• مقاطع فشرده: اتصال بال ها به صورت سراسری و پیوسته به جان ها و همچنین کوچک تر بودن نسبت پهنا به ضخامت 

• مقاطع غیر فشرده: بزرگ تر بودن نسبت پهنا به ضخامت برای یک یا چند جز فشاری از مقطع عضو

• مقاطع با اجرای لاغر: بزرگ تر بودن نسبت پهنا به ضخامت از لاندا r  برای حداقل یک جز فشاری از مقطع عضو

طراحی اعضای خمشی در مقایسه با طراحی اعضای تحت بار محوری یا همان کششی( فشاری) خیلی پیچیده تر و سخت تر است، ازاین رو مهندسان عمران و سازه توجه بیشتری به آن دارند. 

کتاب های دانشگاهی و مرجع متعددی در زمینه طراحی سازه های فولادی توسط اساتید و محققین این حوزه نوشته شده است که مهندسین سازه و عمران می توانند جهت افزایش دانش و معلومات خود و تسلط کامل بر نکات و فنون اجرا و طراحی سازه های فولادی می توانند با مراجعه به وب سایت های معتبر عرضه کننده کتب دانشگاهی آن ها را تهیه و مطالعه نمایند.

طراحی سازه های فولادی در ساخت سازه ها بسیار کاربردی و رایج است. در واقع مزایای بسیار سازه های فولادی در مقایسه با سایر سازه ها موجب شده که کارایی بیشتری داشته باشند و طراحی این سازه ها به یکی از مهم ترین حوزه ها در مهندسی سازه تبدیل گردد. از جمله مزایای سازه های فولادی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قابلیت اطمینان

• مقاومت و دوام

• سازگاری بالا

• ابعاد متنوع

• صرفه اقتصادی

• کیفیت ساخت بالا

• مقاومت در برابر آتش

• نصب آسان و سرعت اجرای بالا

• امکان اجرای سازه های موقت

• سازگاری با محیط زیست

• مقاومت در برابر رطوبت و عوامل جوی

• راندمان بالای انرژی

سخن پایانی

در پایان می توان گفت که طراحی سازه های فولادی اگر چه بسیار کاربردی است و سازه های ساخته شده با آن از مقاومت بالایی برخوردار هستند، اما باید حتما بر اساس استانداردهای بین المللی و جدیدترین روش ها طراحی و پیاده سازی شوند تا بتوانند کیفیت و کارایی ممکن را داشته باشند. از این رو نیاز است که مهندسین سازه از سازه های فولادی را به بهترین شکل ممکن اجرا نمایند.