تولید اسکلت فلزی ، برج ، جرثقیل و سوله
طراحی ، ساخت و نصب استراکچر فلزی
سازه های فلزی یکی از انواع سازه ها در ساخت و ساز هستند که مواد اصلی آن از فلز (فولاد) ساخته شده است که بسیار قوی است و می تواند در برابر نیروهای زیادی مقاومت کند. اتصالات مورد استفاده در این نوع سازه ها ، پرچ ها یا پیچ های جوش داده شده هستند که بسته به نوع اتصالات قسمتهای مربوطه طراحی شده اند و اقدامات و کنترل های مربوطه روی آن انجام می شود.
سازه های فلزی پیش ساخته به دلیل بالا بردن سرعت ساخت و ساز و امکان ساخت فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های میانی در ساختمان ، توجه و تقاضای زیادی را به خود جلب کرده است. با توجه به عملکرد سه بعدی و انعطاف پذیری بالا سازه های فلزی، امکان ایجاد سازه هایی با قوس و گنبدها را فراهم کرده اند.
فولاد به دلیل استحکام و مقاومت در برابر نیروهای کششی مورد توجه بسیاری از مهندسان قرار گرفته شده است ، اما یکی از معایب قابل توجه فولاد این است که می تواند در حین نیروهای فشرده تضعیف و دچار خمش شود. لازم به ذکر است که مهندسان و طراحان اقدامات ویژه ای را برای جلوگیری از این مشکل و همچنین مقاوم سازی اسکلت فلزی را ابداع کرده اند.
یکی از مزایای سازه های فولادی در مقایسه با سایر سازه ها این است که تولید فولاد در کارخانه انجام می شود که کیفیت آن می تواند در شرایط بهتر از نظر دیگر سازه های اقتصادی و همچنین از نظر کارایی اقتصادی و سرعت زیاد در ساخت و سازها را تضمین کرد.
از طرف دیگر نصب و انعطاف پذیری آن با سایر سیستم های ساختمانی قابل مقایسه نیست ، و همچنین به این دلیل که انعطاف پذیری فولاد بهتر از سایر مصالح ساختمانی است ، در صورت وقوع زلزله رفتار بهتری را نشان می دهد.
تقویت و مقاوم سازی اسکلت فلزی در برابر بارهای لرزه ای و بارهای گرانشی به روش های مختلفی از جمله اضافه کردن میان قاب، ژاکتینگ، تقویت ستون ها و تقویت تیر ، اضافه کردن ستون ها ، اجرای اساسی و استاندارد از مهاربند، دیوار برشی و غیره انجام می شود. هدف اصلی تقویت و مقاوم سازی اسکلت فلزی افزایش ظرفیت تحمل بار در آنها است. این روشها با افزایش سختی و استحکام آن ، ظرفیت تحمل سازه را افزایش می دهد.
آمار نشان می دهد که تلفات لرزه ای در سازه های فولادی بسیار کمتر از سایر سازه ها است. در نتیجه، تلاش و تمرکز بیشتر بر تقویت و مقاوم سازی سازه های بتنی بود. اما اخیراً ، ساختمان های فولادی نیز مورد توجه مهندسان قرار گرفته اند. از آنجا که در این سازه ها ، بارها و نیروهای لرزه ای می توانند در ساختار فلزی ساختمان تغییر ایجاد کنند. عملکرد لرزه ای ساختمان از طریق تجزیه و تحلیل فشار با استفاده از نرم افزار FEM SAP2000 اندازه گیری می شود.
استفاده از ورق های فولادی و پیچ و یا جوشکاری آن به یکدیگر یکی از راه های تقویت و مقاوم سازی اسکلت فلزی است. اما این روش محدودیت های خود را دارد. به عنوان مثال ، پیوند یک ورق با جوشکاری باعث افزایش تنش باقیمانده بر روی عضو می شود.
از طرف دیگر ، وزن سنگین و انعطاف پذیری صفحات می تواند محدودیت هایی زل در سازه های فلزی ایجاد کند. همچنین ، احتمال ترک خوردگی افقی در مورد صفحات نسبتاً ضخیم وجود دارد. بنابراین ، دقت در اجرای این روش برای مقاوم سازی اسکلت فلزی بسیار مهم است. روشهای دیگری که می تواند برای مقاوم سازی اسکلت فلزی مورد استفاده قرار گیرد عبارتند از:
بین قاب ها ، با کاهش زمان چرخش ساختار تقریباً 20 ٪ ، باعث افزایش استحکام و سختی جانبی سازه فلزی می شود و ساختارهای قاب فولادی را تقویت می کند. هنگام استفاده از این روش ،ارتباط عناصر سازه ها با قاب باید در نظر گرفته شود.
در مواردی که تقویت عناصر ساختاری برای مقاوم سازی اسکلت فلزی (مانند تقویت اتصالات تیر و ستون) امکان پذیر نیست ، اجرای یک دیوار که قابلیت تحمل بار را داشته باشد می تواند یک راه حل مناسب برای تقویت ساختمان باشد. دیواره بلبرینگ بار در زیر تیر قابل اجرا است و باعث می شود ساختار در برابر بارهای گرانشی (نه بارهای جانبی) مقاوم شود. دیوار بلبرینگ بار در واقع با کنترل نیروی تیر در برابر گرانش مقاومت می کند که نتیجه آنه مقاوم سازی اسکلت فلزی می باشد.
یکی دیگر از بهترین راه های مقاوم سازی اسکلت فلزی ساخت و اجرای وال پست است. این روش به ادغام و همگن کردن دیوار و افزایش قدرت آن با درگیر کردن دیوار با اسکلت کمک می کند. ساخت یک وال پست از سازه در برابر بارهای جانبی مانند زمین لرزه محافظت می کند و از سقوط دیوار در زمین لرزه ها جلوگیری می کند.
از این رو یکی دیگر از روش های مقاوم سازی اسکلت فلزی اجرای وال پست می باشد.
انواع مختلفی از مهاربند ها وجود دارند که با توجه به طراحی سازه و منطقه ای که در آن اسکلت فلزی ساخته شده است، نوع مناسب آن انتخاب و اجرا می شود. به طور کلی ، در اسکلت فلزی، دو نوع اصلی مهاربند وجود دارد: مهاربند های همگرا و واگرا. این دو سیستم هر یک به زیر گروه های دیگر تقسیم می شوند. به طور کلی ، مهاربند به تقویت ساختار فولاد در برابر بارها و نیروهای جانبی مانند زلزله و نیروهای بادی کمک می کند در نتیجه موجب مقاوم سازی اسکلت فلزی می شود.
اجرای اقتصادی، آسان و وزن سبک دیوار برشی فولادی در مقایسه با سیستم های مشابه، توجه بسیاری از مهندسان را به استفاده از آن برای افزایش استحکام و مقاوم سازی اسکلت فلزی جلب کرده است. اجرای این سیستم باعث جذب بارها و نیروها بر روی ساختار می شود. همچنین به کاهش قابل توجهی تنش باقیمانده در سازه کمک می کند.
اجرای دیوار برشی فولادی برای سازه های بلند بسیار اقتصادی تر است. به طور کلی ، دیوارهای برشی وقتی مشخص شود که دیوارهای جانبی ساختمان از نظر سختی و استحکام جانبی ضعیف هستند، برای مقاوم سازی اسکلت فلزی به سازه اضافه می شوند. اگر از یک دیوار برشی برای تقویت ساختاری که قبلاً ساخته شده و در واقع به سازه اضافه شده است، استفاده شود ، پایه و اساس ساختمان باید قبل از ساخت و ساز مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. از این رو بر اساس این تجزیه و تحلیل به منظور کنترل نیروهایی که بر پایه و ارتفاع وارد می شود ، بسیار ضروری است که ستون هایی از راه های تقویت سازه های فولادی را اضافه کنید.
اضافه کردن ستون ها به طبقه نرم از دو جهت ، استحکام ساختار فولاد و همچنین به مقاوم سازی اسکلت فلزی می افزاید که عبارتند از:
در مواردی که تیرها قادر به مقاومت در برابر نیروهای وارده نیستند و به دلیل افزایش بار دچار خمش می شوند ، اجرای تیر جانبی باعث می شود که وزن وارده از سمت دیوار نصف شود .محل تیرهای جانبی بین ستون ها و وسط دهانه است. اتصال تیر که اضافه می شود باید از نوع مفصلی باشد تا مقاومتی در برابر نیروهای جانبی ایجاد نشود.
کار دیگری که برای تقویت و مقاوم سازی اسکلت فلزی انجام می شود تقویت اتصالات و عناصر سازه های فولادی است. بسیاری از خسارات وارده به چنین سازه هایی به دلیل ضعف و عدم رعایت در هنگام طراحی یا اجرای مفاصل است. اتصالات باید بتوانند حداکثر نیروهای اعمال شده بر روی عناصر ساختاری را تحمل کنند. در این حالت ، فریم های خمش اتصالات یک ساختار فولادی از اهمیت زیادی برخوردار هستند. اجرای مناسب و اصولی مفاصل ، به ویژه اتصالات تیر به ستون ، به طور قابل توجهی کاهش می یابد و از آسیب های ناشی از زمین لرزه ها و نیروهای مشابه جلوگیری می کند.
بخشی از بهبود سازه های فولادی مربوط به تقویت تیرها است. برای تقویت این بخش می توان از میلگرد کامپوزیت (FRP) استفاده کرد. میلگرد بازالت نمونه ای از آرماتور های کامپوزیت است. تیرها وظیفه انتقال بارها از کف سازه به ستون را بر عهده دارند.
از FRP می توان برای تقویت تیر های فلزی و جلوگیری از خم شدن آن استفاده کرد. با چسباندن FRP به بخشی از مقطع که دچار کشش قرار می گیرند می توان تقویت کرد. به این ترتیب ، می توان با تقویت بال پایین تیر فولادی دو سر فصل این تیر ها را مقاوم کرد و تقویت کرد.
برای تیرهای مورد استفاده در فریم های متعدد و همچنین تیر های دو سر ، خم شدن بال پایین می تواند توسط FRP در وسط طول عضو و همچنین بال میانی در نزدیکی تکیه گاه افزایش یابد.
در سازه های فولادی ، تیرها بخشی از اعضای خمش هستند. در فرآیند خمش ، بخشی که تحت فشار قرار گرفته ممکن است کمانش رخ دهد. در این روش ، برای تقویت تیر های فولادی ، FRP روی اجزای سطح مقطع تیر فولادی قرار می گیرد. این منجر به مهاربندی آنها در برابر کمانش محلی می شود. قرار دادن FRP در مقطع تیر ها به شرایط مختلف بستگی دارد، از جمله:
از یک ژاکتینگ فولادی می توان برای تقویت ستون در قاب فولاد و در نتیجه برای مقاوم سازی اسکلت فلزی استفاده کرد. ژاکتینگ تکنیکی برای افزایش استحکام و دوام اعضا در یک ساختار مانند تیرها و ستون ها است. ستون ها برای حمل بارها از بالا به پایین طراحی شده اند. در این روش ، مقطع تیر با استفاده از ورق های فولادی تقویت می شود. بسته به وضعیت، سطح مقطع تیر می تواند به صورت محلی ، در یک نوار یا در پیچ و تاب تقویت شود. ورق های پیرامونی با پیچ به تیر وصل شده اند.
برای تقویت ستون ها و مقاومت در برابر بارهای اضافی ، باید اندازه ستون ها افزایش یابد. این افزایش در اندازه ستون ، با استفاده از یک لایه اضافی از آرماتور و بتن بوده ، از آنها ساخته شده و به عنوان ژاکتینگ ستون شناخته می شود. ژاکتینگ ستون یک روش مناسب برای تقویت سازه های قدیمی و همچنین مقاوم سازی اسکلت فلزی آسیب دیده در اثر زلزله است. تقویت ستون فولادی با روش ژاکتینگ ، سختی و مقاومت ستون در برابر کمانش را افزایش می دهد. همچنین باعث افزایش سختی و مقاومت اعضای ساختاری در برابر کمانش می شود. استفاده از ژاکتینگ ها در تیر های فولادی نیز باعث افزایش ظرفیت خم و برش می شوند. ژاکتینگ وزن سازه را به طور قابل توجهی تغییر نمی دهد.
تقویت ستون ها خود راهی برای تقویت یک ساختار فولادی و راهی برای مقاوم سازی اسکلت فلزی است. با افزودن ورق فولادی به بال یا تیر می توان استحکام ستون های یک اسکلت فولادی را افزایش داد. اضافه کردن ورق ها به بال ستون و افزایش ضخامت بال به جلوگیری از کمانش موضعی بال ستون کمک کند. اضافه کردن ورق ها به ستون همچنین به افزایش ممان اینرسی در امتداد یا موازی با ستون کمک می کند.
اجرای آرماتور بستر می تواند به عنوان یکی از راه های جدید برای تقویت دیواره های سازه در برابر نیروهای کششی و فشاری و همچنین به مقاوم سازی اسکلت فلزی در نظر گرفته شود. در مورد انواع مختلف خاک رس ، آجر ، بلبرینگ بار و دیواره های تحمل بار ، تقویت یک آرماتور بستر عملی و قابل اجرا است و مقاومت دیوارها را در برابر نیروهای ناشی از زمین لرزه افزایش می دهد. اجرای مناسب و رعایت استانداردهای اجرایی در این مورد بسیار مهم است.
استفاده از دستک فشار و کشش با هدف مهار کنسول ها اعمال می شود. این کار زمانی انجام می شود که کنسول طولانی باشد. زیرا طول کنسول باعث بار اضافی می شود. بنابراین ، برای کنترل کنسول ، لازم است که دستگیره ها را در بالا یا پایین کنسول طبق نیروهای اعمال شده اجرا کنید. وجود دستک فشار و کشش به جلوگیری از استفاده از فشارهای دو برابر خمشی به ستون و تورم بیش از حد کمک می کند.
علاوه بر تمام موارد ذکر شده در مورد تقویت و مقاوم سازی اسکلت فلزی ، می توانیم به میراگر نیز اشاره کرد. میراگر یک جاذب لرزه ای است. تقویت ساختار با استفاده از میراگرها دامنه ارتعاشات مکانیکی را کاهش می دهد و در نتیجه می تواند آسیب به ساختار را کاهش دهد.
استفاده از ورق های ضد سایش در ساختارهایی که بارهای مکانیکی زیاد است و کاهش وزن مهم است بسیار موثر است.
مراحل تقویت و مقاوم سازی اسکلت فلزی به مراحلی که در عملیات تقویت سازه یک ساختمان انجام می شود ، می توان اشاره کرد. این مراحل به طور کلی در یک پروژه به شرح زیر است.
در این مرحله ، با استفاده از یک روش ، لازم است استحکام و انعطاف پذیری ساختمان را با توجه به اعضای مورد استفاده ، از جمله میلگرد تعیین کرد. روشهای موجود ممکن است تقریبی ، دقیق یا نظارتی باشد.
در این مرحله ، با استفاده از نتایج مراحل قبلی و برآورد بارهای زلزله به ساختار ، میزان ضعف و تقویت تعیین می شود و نیاز به این میزان تقویت تایید یا رد می شود.
در این مرحله ، هدف از تقویت و جهت آن باید دقیقاً مشخص شود ، و همچنین وضعیت فعلی ساختمان باید با تهیه برنامه های اولیه برای مقاوم سازی اسکلت فلزی، به طور کامل مورد بررسی قرار گیرد.
در این مرحله ، با بررسی منابع موجود در مورد تکنیک ها و امکانات تقویت کننده و دیدگاه صاحب ساختمان ، باید یک روش مناسب برای تقویت ساختمان و همینطور مقاوم سازی اسکلت فلزی انتخاب شود.
بعضی اوقات لازم است که برخی از کارهای آزمایشگاهی را بر روی ساختار یا مدل ساختار انجام دهید تا ویژگی های موجود ساختار مانند قدرت ماده و خصوصیات پویا را تعیین کند. همچنین ، در پروژه های مهم ، لازم است این آزمایشات را بر روی ساختار تقویت شده انجام دهید تا طرح تقویت را تایید کند.
به منظور روشن شدن وضعیت آینده ساختمان ، لازم است میزان قدرت اضافه شده برای مقاوم سازی اسکلت فلزی با استفاده از تکنیک انتخاب شده تعیین شود.
بعضی اوقات ممکن است در یک طرح تقویت کننده لازم باشد که اعضا ، از جمله میلگرد ، به ساختار اضافه شود ، در این صورت اعضای جدید باید به گونه ای قرار بگیرند که باعث جابه جایی از مرکز ثقل خیلی دور از مرکز نشود. در غیر این صورت ، وجود پیچش های بزرگ در زیر زمین لرزه ، ساختمان را در وضعیت بحرانی قرار می دهد.
در این مرحله ، خصوصیات رفتاری سازه ها پس از تقویت ، برای تعیین وضعیت جدید سازه برای مقایسه مورد بررسی و محاسبه قرار می گیرد.
هرگونه تغییر در ساختار ساختمان ، ویژگی های رفتاری ساختار را تغییر می دهد. در این مرحله ، تعیین میزان و جهت این تغییرات ضروری است. تقویت نادرست ممکن است ویژگی ها را در یک جهت نامطلوب تغییر داده و ساختار را در موقعیت بحرانی تر قرار دهد.
در این مرحله ، با استفاده از نتایج دو مرحله آخر ، موفقیت پروژه ارزیابی می شود و رضایت از هدف اولیه بررسی می شود. اگر هدف مورد نظر حاصل نشود ، باید مراحل قبلی بررسی شود و نقطه اعتراض باید تعیین شود و مراحل بعدی برای برآورده کردن هدف اولیه و مورد نظر تکرار شود.
سازه هایی که با استفاده از روش های قبلی طراحی و ساخته شده اند ، باید در قسمت های مختلف تقویت و بهبود بیابند. زیرا امروزه این روش ساخت بسیار کامل تر و جامع تر و با توجه به رفتارهای مشاهده شده از سازه در هنگام زمین لرزه و بارهای اضافه کشف شده است.
انواع سازه هایی که نیاز به تقویت دارند به شرح زیر است:
هر یک از سازه ها روشهای مختلفی برای تقویت دارند. در این مقاله ، تقویت قاب فولادی و روشهای مختلف آن ذکر شده است.
روشهای متفاوت و بسیار عملی در تقویت سازه های بتنی وجود دارد که می توان به شرح زیر اشاره کرد:
