صفحه اصلی >دانش فنی و هنر مهندسی>طراحی سازه>طراحی سازه فولادی

6891

طراحی سازه فولادی

سازه فولادی یا بتنی

چنانچه طراحی یک ساختمان با اسکلت فولادی یا بتنی براساس اصول آیین نامه ای انجام گیرد، تفاوت خاصی در بحث پایداری آنها در برابر نیروهای ثقلی و جانبی وجود نداشته و هر دوی آنها سازه هایی امن محسوب می شوند. به همین دلیل شاید بتوان گفت که ملاک های اجرایی و اقتصادی، تعیین کننده ترین موضوعات برای انتخاب فولادی یا بتنی بودن سازه یک پروژه باشد. با توجه به اهمیت مباحث اقتصادی در هر پروژه، معمولا هزینه مصالح و اجرای ساختمان با اسکلت فولادی، درصدی بیشتر از اسکلت بتنی است. از سوی دیگر باید توجه کرد که برای اجرای اسکلت فولادی، قسمت زیادی از حجم آهن مصرفی به یکباره خریاداری می شود که لزوم داشتن سرمایه اولیه را مشخص می کند، ولی در اسکلت های بتنی که به صورت طبقه به طبقه اجرا می شود، می توان سرمایه را به صورت تدریجی و در طول زمان به پروژه تزریق کرد. اما این نکته را نباید به صورت تک بعدی نگاه کرد، زیرا زمان ساخت پروژه های فولادی به طور معمول کمتر بوده و سرمایه گذاری زودتر به نتیجه می رسد. از لحاظ کیفیت اجرای سازه در پروژه باید گفت که در مناطق مختلف کشور، اکیپ های اجرایی متفاوتی وجود دارد، به طور مثال ممکن است در یک شهر مجریان اسکلت فولادی ماهرتر از مجریان اسکلت بتنی باشند یا بالعکس. دقت شود که اجرای اتصالات و فرایند جوشکاری در سازه های فولادی و همچنین قالب بندی و آرماتوربندی در سازه های بتنی هر دو نیاز به تخصص کافی دارد و اهمیت این موارد، بیشتر باید مورد توجه قرار بگیرد. اسکلت های فولادی مقاطع ستون و تیر کوچکتری نسبت به اسکلت های بتنی دارند که این موضوع از نظر معماران مطلوب تر می باشد. ابعاد مقاطع بتنی، اغلب به عنوان یکی از معایب این سازه ها تلقی می شود، زیرا می تواند باعث تداخل آنها با فضاهای مورد علاقه معماران شود و سطح مفید ساختمان را کاهش دهد. سازه های فولادی غالبا در برابر آتش سوزی حساس تر هستند و برای مقاوم کردن آنها، توصیه می شود که از پوشش های ضد حریق روی مقاطع استفاده شود. از سوی دیگر مقاطع بتنی تحمل حرارت های بالاتری را دارند، هرچند آیین نامه بتنی نیز ضوابطی را برای افزایش مقاومت آنها پیشنهاد می دهند. در دسترس بودن مصالح مورد نیاز برای اسکلت سازه نیز از دیگر معیارهای انتخاب می باشد، هر چند که در حال حاضر در اغلب نقاط کشور امکان دسترسی به هر دو نوع مصالح فولاد و بتن وجود دارد.

مفاهیم اولیه سیستم های باربر ثقلی و جانبی

عموما بارهایی که به یک ساختمان وارد می شوند، به دو دسته بارهای قائم (ثقلی) و بارهای جانبی قابل تقسیم هستند. سازه یک ساختمان، ترکیبی از اجزای مختلف است که باید این بارها را به صورت مناسب به شالوده منتقل کرده و سپس به زمین تحویل دهد. به طور کلی برای انتقال بارهای ثقلی و بارهای جانبی در سازه ها، از سیستم های برابر سازه ای به صورت زیر استفاده می شود:
برای تحمل بارهای ثقلی که عمدتا ناشی از وزن اجزای ساختمان است، از سیستم باربر ثقلی استفاده می شود، از سوی دیگر برای تحمل بارهای جانبی که عمدتا ناشی از تاثیر باد یا زلزله است، سیستم باربر جانبی به کار گرفته می شود.

قاب ساختمانی ساده

قاب ساختمانی سازه قادر به انتقال نیروهای ثقلی به زمین می باشد، آن را نوعی سیستم باربر ثقلی محسوب می کنیم. در طراحی سازه فولادی، قاب ساختمانی ساده توانایی انتقال بار جانبی را ندارد و در نتیجه فاقد یک سیستم باربر جانبی می باشد.

قاب ساختمانی ساده با مهاربند

در طراحی سازه فولادی، در یک سیستم قاب ساختمانی فولادی که در آن از مهاربندهای همگرا استفاده شده است، محور اصلی در اعضای مختلف (نظیر ستون ها، تیرها و اعضای مهاربندی) در یک نقطه در هر گره با هم تلاقی می کنند. در واقعیت ممکن است مقدار اندکی برون محوری در اثر محدودیت های فیزیکی بین نقاط تلاقی اعضا وجود داشته باشد. از سوی دیگر با یک دید مهندسی می توان گفت که در صورت اجرای مناسب سایر اجزای سازه، این برون محوری ناچیز است و در محاسبات از آن صرف نظر می شود. اتصالات دو طرف مهاربندها به صورت مفصلی است. تحقیقات و آزمایشات انجام شده درباره مهاربندهای K شکل نشان می دهد که عملکرد آنها در هنگام زلزله مناسب نیست. در ویرایش سوم استاندارد 2800، برای سازه های یک طبقه و دو طبقه، استفاده از مهاربندهای K شکل مجاز شمرده شده بود. این در حالی است که در ویرایش چهارم استاندارد 2800 (و همچنین ویرایش 1392 از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان)، استفاده از این مهاربندها کاملا ممنوع شده است. حال ممکن است از خود بپرسید که دلیل حساسیت آیین نامه ها نسبت به این نوع مهاربندها چیست؟ در جواب باید گفت که اگر یک قاب با مهاربند K شکل تحت اثر نیروهای جانبی نه چندان زیاد قرار گیرد (مانند نیروی جانبی باد)، تنها ممکن است نیروی برشی اندکی در ستون ایجاد شده و سازه از این نظر مشکلی نخواهد داشت. اما اگر نیروی جانبی وارد بر سازه قابل توجه بوده (مانند نیروی جانبی ناشی از زلزله) و مهاربند فشاری که مستعد کمانش است، کمانش کند، آنگاه برش زیادی در ستون ایجاد می شود و ستون که رکن اصلی سازه است، بسیار آسیب پذیر خواهد شد. در اثر اعمال نیروی جانبی زیاد به سازه (نظیر اثر زلزله)، مهاربندی که تحت نیروی فشاری قرار دارد کمانش کرده و در نتیجه مقاومت آن شدیدا کاهش پیدا می یابد، اما مهاربندی که تحت نیروی کششی قرار دارد، نهایتا تسلیم شده و مقاومت آن کم نمی شود. به همین دلیل اختلاف زیادی بین نیروی محوری مهاربند کششی و فشاری ایجاد شده که باعث ایجاد برش زیاد در ستون می شود.

مهاربندهای کمانش تاب

سیستم مهاربندهای کمانش تاب، رویکرد جدیدی در علم مهندسی سازه است که در طراحی سازه فولادی در سالیان اخیر در کشورهای پیشرفته مورد توجه قرار گرفته و می تواند باعث بهبود رفتار سازه ها در هنگام وقوع زلزله شود. برای درک بهتر از قابلیت این سیستم، ابتدا قاب مهاربندی شده شکل زیر را با مهاربندی قطری در هر دهانه در نظر بگیرید. از آنجا که ماهیت نیروی زلزله به صورت رفت و برگشتی است، می دانیم که همواره یکی از این مهاربندها تحت نیروی کششی و دیگری تحت نیروی فشاری قرار دارد.از طرف دیگر با توجه به اینکه اعضای فولادی تحت نیروهای فشاری مستعد کمانش هستند، انتظار داریم تا در زلزله های شدید، مقاومت مهاربند فشاری به دلیل کمانش کاهش یابد. یکی از ایده ها برای کنترل کمانش عضو مهاربندی در فشار، استفاده از مهاربند کمانش تاب است. در یک مهاربند کمانش تاب (BRB)، اطراف المان فولادی مهاربند یک غلاف بتنی قرار می گیرد و باعث می شود تا قسمت فولادی تحت فشار کمانش نکند. در این صورت مقاومت فشاری عضو مهاربند مشابه مقاومت کششی آن خواهد شد. مهاربندهای کمانش تاب را نمی توان در یک چشمه به صورت ضربدری اجرا کرد.

قاب ساختمانی ساده با مهاربند واگرا

مقدار قابل ملاحظه ای برون محوری در اتصال مهاربندها وجود دارد که این برون محوری در محاسبات قابل صرف نظر کردن نیست. حداقل یکی از دو سر مهاربند به گونه ای اتصال دارد که نیروی مهاربند از طریق محدوده ای از طول تیر منتقل می شود. در یک قاب مهاربندی شده واگرا، قسمتی کوچک از طول تیر بین انتهای دو مهاربند یا بین انتهای یک مهاربند و ستون قرار می گیرد. این قسمت از طول تیر در انتقال نیروهای ایجاد شده در مهاربند نقش اساسی دارد و به آن تیر پیوند گفته می شود. مراجع فولاد توصیه می کنند که در قاب های مهاربندی شده واگرا، اتصال تیر به دهانه مهاربندی شده به ستون های اطراف خود از نوع صلب اجرا شود تا قاب عملکرد مطلوب تری در هنگام زلزله داشته باشد. در قاب های مهاربندی شده واگرا، اتصال تیر دهانه مهاربندی شده به ستون های اطراف خود از نوع صلب اجرا شود تا قاب عملکرد مطلوب تری در هنگام زلزله داشته باشد. در قاب های مهاربندی شده واگرا، مقطع در نظر گرفته شده برای تیر پیوند نقش اساسی در عملکرد مطلوب سازه در برابر بارهای جانبی دارد. به همین دلیل ممکن است طراح تصمیم بگیرد تا مقطع تیر پیوند متفاوت با مقطع تیر خارج از ناحیه پیوند باشد.

سیستم قاب ساختمانی فولادی با دیوار برشی

سیستم دیوار برشی فولادی نوعی از سیستم باربر جانبی است که در آن ورق های فولادی، مشابه با یک دیوار پرکننده درون دهانه های مورد نظر از قاب ساختمانی قرار می گیرند. در یک دهانه باربر جانبی که در ان از سیستم دیوار برشی فولادی استفاده شده است، المان های سازه ای عبارتند از:
1- ورق های فولادی که به تیرها و ستون های دهانه باربر جانبی متصل است و به آن اصطلاحا ورق جان گفته می شود.
2- ستون های دهانه باربر جانبی که به اعضای مرزی قائم موسوم هستند.
3- تیرهای دهانه باربر جانبی که به اعضای مرزی افقی موسوم هستند.
در سیستم دیوار برشی فولادی می توان برای تامین فضای مورد نیاز برای المان های معماری مانند در و پنجره، بازشوهایی در ورق فولادی ایجاد کرد. در این حالت می توان برای افزایش مقاومت ورق فولادی در برابر کمانش، از سخت کننده هایی روی آن استفاده کرد. با توجه به شبیه سازی دیوار برشی فولادی با یک تیر ورق، درباره نحوه عملکرد این سیستم تحت بارهای جانبی می توان گفت:
1- در یک سازه با دیوار برشی فولادی، عمده لنگر واژگونی ایجاد شده در طبقات توسط ستون های فولادی تحمل می شود.
2- اکثر نیروی برشی در هر طبقه توسط ورق فولادی تحمل می شود.
3- تیرهای فولادی باعث افزایش مقاومت برشی ورق فولادی و در نتیجه افزایش مقاومت برشی طبقه می شوند.

قاب ساختمانی فولادی با دیوار برشی بتنی

یکی از روش های ایجاد پایداری جانبی برای قاب های ساختمانی فولادی، استفاده از دیوار برشی بتنی می باشد. در این روش داخل دهانه های مورد نظر از قاب ساختمانی فولادی، آرماتورگذاری شده و پس از بتن ریزی، دیوار برشی بتنی در آنها شکل می گیرد که می تواند سختی و مقاومت جانبی لازم را برای سازه ایجاد کند. در این سیستم برای تشکیل قاب ساختمانی، ستون های فولادی در طرفین دیوار برشی اجرا می شوند. از سوی دیگر باید گفت که برای اجرای ستون های فولادی در این حالت، دو روش اصلی می توان در نظر گرفت.
1- اجرای ستون به صورت مدفون در دیوار برشی: در این روش ستون های اطراف دیوار برشی، داخل آن مدفون شده و توسط آرماتورهای قائم و خاموت ها محصور می شوند به طوری که در این حالت مقطعی کامپوزیت از فولاد و بتن در طرفین دیوار برشی ایجاد می شود. دقت شود که برای استفاده از این روش باید به نکات زیر توجه کرد:
ستون فولادی باید قادر باشد، بارهای مرده و زنده حین اجرا را قبل از گیرش بتن تحمل کند.
برای مدفون شدن ستون داخل دیوار برشی بتنی، باید ابعاد مناسب برای آن در نظر گرفته شود.
برای انتقال مناسب تنش های برشی بین ستون فولادی و دیوار برشی، باید از برشگیر هایی روی ستون استفاده شود.
2- اجرای ستون به صورت غیرمدفون در دیوار برشی: در این روش ستون های فولادی خارج از دیوار برشی اجرا شده و با استفاده از یرشگیر به دیوار بتنی متصل می شوند.

سیستم قاب خمشی فولادی

در صورتی که بخواهیم تنها با استفاده از تیر و ستون (بدون هیچگونه المان سومی مانند مهاربند یا دیوار برشی) پایداری سازه را تامین کنیم، سیستم قاب خمشی پیشنهاد می شود. برخی از مهندسان تصور می کنند که در سیستم های قاب خمشی به دلیل نبود المان های سومی مانند مهاربند یا دیوار برشی، وزن فولاد مصرفی در سازه نسبت به قاب های ساختمانی ساده در نهایت کاهش می یابد. این تفکر چندان صحیح نیست، زیرا در سیستم قاب خمشی وظیفه تحمل نیروهای جانبی بر عهده تیرها و ستون ها می باشد و به همین دلیل مقاطع مورد استفاده برای تیرها و ستون ها می باشد و به همین دلیل مقاطع مورد استفاده برای تیرها و ستون ها در قاب خمشی فولادی نسبت به قاب های ساده متناظر بزرگ تر است. با توجه به این موضوع، در مجموع باید گفت که وزن اسکلت سازه در قاب های خمشی فولادی معمولا بیشتر از قاب ساده متناظر می باشد.

بحث بیشتر پیرامون حدود شکل پذیری سازه های فولادی

1- قاب های مهاربندی شده همگرا با سطح شکل پذیری معمولی، سیستم های مناسبی برای ساختمان های فولادی کوتاه تا 15 متر (حداکثر 5 طبقه متداول) می باشند. در این قاب ها ضوابط کنترل لرزه ای آیین نامه فولاد تا حد مناسبی وجود دارد و تفاوت اصلی آنها با قاب های مهاربندی ویژه آن است که طراحی اتصالات با رویکرد ساده تر و ضوابط کمتر انجام می شود.
2- قاب های مهاربندی شده همگرا با سطح شکل پذیری ویژه یکی از مناسب ترین سیستم های سازه ای در ساختمان های فولادی میان مرتبه تا 50 متر (حدود 15 طبقه متداول) هستند که البته با حصول شرایطی می توانند تا 75 متر (حدود 22 طبقه متداول) نیز به کار روند. در این گونه سازه ها، عمده کنترل های اساسی در مورد اتصال مهاربندها به تیر و ستون بوده که نیازمند دقت زیادی از طرف مهندس طراح می باشد.
3- قاب های مهاربندی شده واگرا که عملکرد مطلوبی در زلزله ها از خود نشان می دهند، یکی از ایده آل ترین سیستم های سازه ای حال حاضر در ساختمان های فولادی هستند. اما باید گفت متاسفانه در کشور ما، اغلب طراحانی که این سیستم را برای سازه خود انتخاب می کنند، دید مناسبی نسبت به آن نداشته و کنترل های لرزه ای آن را به درستی انجام نمی دهندتکه این موضوع سبب آسیب پذیر شدن چنین سازه هایی می شود.
4- قاب های مهاربندی کمانش تاب که نوعی از قاب های همگرا هستند، به عنوان سیستمی نوین و مناسب در ویرایش چهارم استاندارد 2800 معرفی شده اند. از سویی باید دقت شود که مشکل مهاربندهای کمانش تاب آن است که تکنولوژی ساخت و استفاده از آنها هنوز در کشور رواج نیافته و هزینه استفاده از آنها بالا می باشد.
5- قاب های خمشی فولادی معمولی، سیستم های ساده و با محدودیت های کاربردی فراوان می باشند. هرچند استفاده از این سیستم در مناطق لرزه خیزی 3 و 4 تا ارتفاع 15 متر مجاز است، لیکن از آنجا که کنترل های لرزه ای آنها بسیار کم بوده و حتی ورق های پیوستگی اتصال نیز در طراحی لرزه ای ندارد، توصیه می شود که از کاربرد آن تا حد امکان صرف نظر کنید.
6- قاب های خمشی فولادی متوسط در کنار سیستم های مهاربندی همگرای ویژه، یکی از متداول ترین سیستم های فولادی در کشور ما می باشد. این قاب ها که کنترل های لرزه ای آنها باید در سطح قابل قبولی انجام گیرد، برای ساختمان های تا 50 متر بسیار مناسب هستند.
7- قاب های خمشی فولادی ویژه از جمله سازه های با طراحی و اجرای خاص هستند که در هر پروژه ای استفاده نمی شود. در این گونه سازه ها، کنترل های بیشتری برای طراحی و ارائه جزییات اجرایی باید انجام گیرد. لازم به ذکر است که استفاده از چنین سیستمی معمولا به ساختمان های مرتفع (بالای 50 متر) یا ساختمان های با اهمیت بسیار زیاد در مناطق با خطر نسبی خیلی زیاد (مانند بیمارستان) محدود می شود.
8- سیستم های دوگانه عملا ترکیبی از دو سیستم باربر جانبی هستند که رفتار ایده آلی در برابر بارهای زلزله دارند ولی به همان نسبت هزینه اجرای بالاتری را نیز تحمیل می کنند. با توجه به این موضوع، موارد استفاده از این نوع سازه ها نیز مشابه با قاب های خمشی ویژه است و عمدتا در ساختمان های بلند کاربرد دارند.

تاثیر معماری در انتخاب سیستم باربر جانبی

با توجه با سایت پلان معمولا طراح راستایی که در طرفین آن همسایه می باشد را از نوع مهاربندی و در راستای گذر را به صورت قاب خمشی طراحی می کند.

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.

طراحی سقف اسکلت فولادی

در سازه های فولادی، سقف را می توان به روش های مختلفی طراحی و اجرا کرد. سقف کامپوزیت ساده، کامپوزیت همراه با عرشه فولادی، کرومیت و ... از انواع سقف های سازه های فولادی می باشند. سقف های کامپوزیت ساده و همراه با عرشه فولادی این قابلیت را دارند که چندین سقف را به طور همزمان انجام دهیم چرا که نیازی به شمع بندی نمی باشد. البته در سقف های کامپوزیت ساده برای صرفه جویی در نمره تیرهای فرعی می توان از شمع بندی استفاده کرد. در سقف های کامپوزیت مقاومت خمشی تیرهای فرعی در دو مرحله قبل از گیرش بتن و بعد از گیرش بتن متفاوت می باشد. در مرحله قبل از گیرش بتن، مقاومت خمشی برابر با مقاومت خمشی تیر فولادی می باشد اما بعد از گیرش بتن متناسب با ضخامت سقف ظرفیت خمشی مقطع مرکب تیر فولادی و بتنی بسیار بیشتر از مقطع فولادی تنها می باشد. به همین دلیل اگر از شمع استفاده شود عملا تیرهای فولادی باری در زمان قبل از گیرش بتن نبرده و اقتصادی تر طراحی می شود. در سقف کامپوزیت ساده به دلیل مسائل اجرایی معمولا فاصله تیرهای فرعی از یکدیگر ماکزیمم حدود 140 سانتی متر می باشد. این اندازه نه آیین نامه ای می باشد و نه الزامی برای رعایت کردن آن وجود دارد. بسته به اکیپ اجرا این فاصله می تواند تغییر کند. بدیهی است که هرچه این فاصله کمتر باشد مقاطع سبک تری برای تیرهای فرعی به دست می آید. طراحی تیرهای کامپوزیت باید برای سه مورد مهم کنترل شوند. کنترل مقاومت خمشی مقطع مرکب، کنترل خیز مقطع مرکب و کنترل فرکانس تیرهای فرعی. کنترل خیز و فرکانس تیرهای فرعی در زمان بهره برداری می تواند دچار مشکل شود. طبق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان، فرکانس تیرهای فولادی باید از 5 هرتز بیشتر باشد. اگر این بند آیین نامه رعایت نشود در هنگام بهره برداری ارتعاشات سازه کاملا احساس می شود. در سقف های عرشه فولادی با توجه به ورق های ذوزنقه ای که روی تیرهای فرعی قرار می گیرند این امکان وجود دارد تا تیرهای فرعی را با فاصله ی بیشتری نسبت به سقف کامپوزیت ساده (حدود 2.5 متر) طراحی و اجرا نماییم. در پلان اگر حجم تیغه بندی زیاد باشد به علت میرایی تیغه ها، ارتعاشات سازه کمتر احساس می شود. ضخامت بتن سقف کامپوزیت حداقل 8 سانتی متر می باشد از طرفی بتن روی ناودانی یا گلمیخ حداقل باید 2.5 سانتی متر باشد این بدان معناست که اگر برای برشگیرها از ناودانی نمره 6 که معمولا در طراحی استفاده می شوند استفاده کنیم باید حداقل ضخامت بتن 8.5 سانتی متر باشد. جهت قرارگیری برشگیرها اگر از نوع ناودانی باشند، باید از مرکز تیر فرعی پشت به پشت همدیگر قرار بگیرند چرا که در صورت تغییر شکل سقف در بتن مدفون باقی بمانند. از دیگر سقف های مورد استفده در سازه های فولادی می توان به سقف تیرچه کرومیت اشاره کرد. اجرای سقف تیرچه کرومیت مشابه با سقف تیرچه و بلوک می باشد و به علت نیاز به شمع بندی نمی توان چندین سقف را با هم بتن ریزی کرد. البته برای دهانه های کوچک می توان با محاسبه تیرچه کرومیت را بدون شمع بندی اجرا کرد.

اتصالات گیردار تیر به ستون

در طراحی اتصالات گیردار تیر به ستون، باید از اتصالات از پیش تایید شده مبحث 10 مقررات ملی ساختمان استفاده کرد. تیم طراحی سازه سرور استودیو به منظور رعایت کردن مفصل پلاستیک، اتصال گیردار تیر به ستون را به صورت درختی، به کمک ورق های انتهایی و یا ورق های بال و جان طراحی می کند. اتصال تیر به ستون در بر اتصال را به صورت اتصال تقویت نشده جوشی طراحی می کنیم که نیازی به افزایش عرض بال و یا ارتفاع تیر نباشد و هم مفصل پلاستیک و لنگر موجود در بر اتصال را رعایت می کنیم.

طراحی سازه های 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.

برخی از مطالب برگرفته از کتاب طراحی ساختمان های فولادی زیر ذره بین سری عمران می باشد.

طراحی سازه |

دانش فنی مشابه

طراحی سازه پارچه ای

سازه پارچه ای چیست؟ سازه های پارچه ای سازه های کششی هستند که در آنها پوسته پارچه ای "کشیده" می شود تا یک سطح سه بعدی را تشکیل دهد که می تواند برای ایجاد مسقف کردن فضای بیرونی ، سایبان یا جزء تزئینی استفاده شود. سازه‌های پارچه‌ای که گاهی به عنوان «چادرهای...

809

اتصال تیر به تیر

در طراحی سازه های فولادی بعد از اتمام طراحی سازه، مهمترین قسمت طراحی اتصالات می باشد. در طراحی سازه های فولادی فلسفه طراحی آن به گونه ای می باشد که اتصالات در آخرین مرحله می بایست خراب شوند و از این منظر نقش بسیار مهمی را در سازه های فولادی ایفا...

1932

بررسی ویژگی های سازه سبک

طراحی سازه سبک به دلیل افزایش چشمگیر قمیت مصالح ساختمانی بیشتر از گذشته مورد توجه کارفرمایان قرار گرفته است. سازه های سبک را می توان در حوزه سازه های ساختمانی و غیرساختمانی بررسی کرد. مهندسین مشاور دکتر سرور و همکاران بررسی بر روی سازه های سبک غیر ساختمانی انجام دادند که...

1474

کف سازی مانژ سوارکاری

شرکت معماری سرور استودیو با سلام و احترام بدینوسیله پس از بررسی های کارشناسی و تخصصی در مورد ساخت کفپوش مانژ سوار کاری متد های پیشنهادی این شرکت در سه مدل اجرایی حضورتان ارائه میگردد، همچنین می توانید برای اطلاع از مدرن ترین کف سازی مانژسوارکاری به مقاله کف سازی مانژ سوارکاری...

9332

روند طراحی ساختمان بلند

ساختمانهای بلند معمولا برای استفاده های مسکونی، تجاری و یا گاهی ترکیبی از آنها طراحی می شوند. بنابراین تأمین فضاهای مناسب داخلی از مهمترین اهداف طراحی است. طراحی سازه ساختمان های بلند نیاز به تخصص و تجربه بسیار بالا دارد. همزمان با فضاسازی داخلی، معمار ملزم به برآوردن خواستهای کارفرما و...

3513

الزامات لرزه ای سازه های فولادی

در سال های اخیر در طراحی سازه توجه ویژه ای به طراحی لرزه ای سازه ها شده است و دلیل این امر آسیب بالای بسیار از سازه ها در سال های گذشته می باشد. طراحی لرزه ای فقط محدود به سازه های فولادی نمی باشد اما در این قسمت فقط به...

3154

طراحی ساختمان بلند

طراحی سازه ساختمان های بلند از گذشته جز مسائل مهم و پیچیده طراحی سازه بشمار می رفتند. از ابتدای تمدن بشری، برجها و ساختمانهای بلند مورد توجه بوده اند. ساخت ساختمانهای بلند ابتدا باهدف دفاع شروع شده و سپس جنبه های نمادین و کاربردی پیدا کرد. رشد و توسعه ساختمانهای بلند...

3474

نکات اجرایی سازه کابلی

جهت اجرای سازه کابلی در قدم اول می بایست، با دقت بالا و ترجیحا با استفاده از دوربین نقشه برداری بستر اولیه سازه پشتیبان را ساخت تا هنگام کابل کشی با مشکلات کمتری روبرو شویم. در این مقاله به بخشی از تجارب مفید که این مهندسین مشاور از طراحی و نظارت...

5115

محاسبات سازه کابلی سردر ورودی

1-1- مشخصات كلي طراحی سازه کابلی سردر سر در کابلی با ابعاد 16.5 در 3 متر ارتفاع قرار گیری سر در از زمین 5 متر می باشد. خیابان در این پروژه در اصل تراز 0-0 می باشد. ارتفاع ستون های مورب از سطح زمین 8.5 متر می باشد. 1-1- مشخصات مصالح مصرفي ميلگرد مورد استفاده در فونداسيون...

3155

الزامات ژئوتکنیکی

مهندسین عمران همواره بر این موضوع اتفاق نظر داشته اند که ویژگی های خاک زیر یک سازه می تواند روی رفتار آن در برابر بارهای وارده به ویژه بارهای جانبی زلزله تاثیرگذار باشد. با این حال اهمیت نقش خاک در رفتار سازه ها تا اوایل دهه 1960 میلادی چندان مورد توجه...

2955