سازه‌هاي فولادي 1
1401/09/20 12:40فصل قبل
سرفصل درس:
اصول و فلسفه طراحي: آيين‌نامه‌هاي طراحي بر مبناي تنش‌هاي مجاز،LRFD و طراحي بر اساس عملکرد، سيستم‌هاي سازه‌اي، معيار بار ايمني
انواع فولاد، فولادهاي ساختماني، رفتار فولاد (دياگرام تنش، کرنش، اثر حرارت، خستگي، ترد شکني، هوازدگي و ...) انواع پروفيل‌هاي فولادي ساختماني
طراحي اعضاي کششي، تعيين سطح مقطع مؤثر اعضاي کششي، اثر سوراخ در طرح اين اعضا
طراحي اعضاء فشاري تحت اثر بار محوري، پايداري اعضاء فشاري، کمانش موضعي، نسبت‌هاي عرض به ضخامت، طول مؤثر ستون‌ها
طرح اعضاء خمشي با و بدون تکيه‌گاه جانبي، اثرات مشخصات نيم‌رخ‌ها در طراحي (مقاطع فشرده، غير فشرده و فشرده لرزه‌اي)، طول مهار نشده، تغيير شکل تيرها، ورقهاي زيرسري در تيرها، تيرهاي ممتد (پيوسته)
طراحي لاپه‌ها و تيرهاي حمال جرثقيل
طرح اعضاي تحت اثر توأم با فشار و خمش (تيرستون‌ها) ، خمش دومحوري، کشش و خمش
طرح ستون‌هاي ترکيبي با بست‌هاي مايل يا افقي، طرح ستون‌هاي تشکيل‌شده از چند نيمرخ در کنار هم
طراحي تيرهاي لانه‌زنبوري
طراحي تيرهاي مرکب فولاد و بتن
طراحي مقاطع سرد نورد شده
طراحي ورقهاي پاي ستون‌ها و تير ستون‌ها
تبصره: مطالب اين درس بايد هماهنگ با مبحث دهم مقررات ملي ساختمان (آيين‌نامه رسمي کشور) باشد.
سرفصل: طراحي اعضاي فشاري تحت اثر بار محوري
نمونه 44- مطلب درسي: مقدّمه
در طراحي اعضاي فشاري، مهم‌ترين عنصر سازه‌اي، ستون‌ها مي‌باشند که در صورت تخريب هرکدام از آن‌ها کل طبقات فوقاني آسيب جدي خواهند ديد؛ لذا سعي بر آن است آسيب احتمالي ناشي از بارهاي فوق‌العاده همچون زلزله‌هاي قوي از ستون‌ها به تيرها منتقل شود. اين موضوع به مفهوم ستون قوي - تير ضعيف معروف است. به طوري که اگر آسيبي رخ داد، ستون‌ها که نگه‌دارنده شاکله اصلي سازه هستند، باقي بمانند. هرچند که ممکن است ساير عناصر سازه‌اي دچار آسيب‌هايي شده باشند. اينکه در دستورات ديني سفارش شده در هر حال نماز را ترک نکنيد، به اين دليل است که نماز به مثابه ستون دين است و اگر نماز باقي نماند شاکله دين نيز باقي نمي‌ماند.
پيامبر خدا a فرمودند: «مَثَل نماز، مَثَل ستون خيمه است؛ اگر ستون محکم باشد، طناب‌ها و ميخ‌ها و چادر کارايي دارند، امّا اگر ستون بشکند، نه طنابي به کار مي‌آيد و نه ميخي و نه چادر[1].»
سرفصل: انواع پروفيل‌هاي فولادي ساختماني
نمونه 45- مطلب درسي: نحوه توليد
براي استفاده از فولاد به‌عنوان عضو ساختماني، بايد آن را به شکل مناسب درآورد. براي فرم دادن فولاد، از نورد گرم استفاده مي‌نمايند. بدين معني که شمش‌هاي فولاد را تا دماي سرخ شدن حرارت مي‌دهند و سپس با عبور دادن آن از ميان غلتک‌هاي مخصوص، شکل موردنظر را به دست مي‌آورند.
نوع ديگر از توليد نيم‌رخ‌هاي ساختماني وجود دارد که در آن ورق فولادي در حالت سرد با استفاده از پرس به شکل دلخواه فرم داده مي‌شود. از اين نيم‌رخ‌ها غالباً به‌عنوان اعضاي خمشي در کارهاي سبک استفاده مي‌شود. اين نيم‌رخ‌ها اصطلاحاً سرد تاشده، ناميده مي‌شوند.[2]
در هر صورت براي فرم دادن به فولاد به انرژي فراوان و امکانات مناسب نياز است. از معجزات زيباي الهي اين است که فولاد در دست حضرت داوود g نرم مي‌گرديد و امکان ساخت زره توسط ايشان فراهم مي‌شد. خداوند در قرآن کريم مي‌فرمايند: «و اَلنّا لَهُ الحديد أَنِ اعْمَلْ سابِغاتٍ وَ قَدِّرْ فِي السَّرْدِ؛[3] و آهن را براي او نرم کرديم. (و به او گفتيم) زره‌هاي کامل و فراخ بساز و حلقه‌ها را به اندازه و متناسب کن».
سرفصل: طراحي اعضاء فشاري تحت اثر بار محوري، پايداري اعضاء فشاري، کمانش موضعي، نسبت‌هاي عرض به ضخامت، طول مؤثر ستون‌ها
نمونه 46- مطلب درسي1: طراحي ستون‌ها – شعاع ژيراسيون - لاغري
مي‌دانيم که براي کاهش لاغري در ستون‌ها بايستي شعاع ژيراسيون (شعاع چرخش) را زياد کرد و شعاع ژيراسيون با ممان اينرسي نسبت مستقيم داشته و با سطح مقطع نسبت معکوس دارد از طرفي بهترين مقطع براي ستون، مقطع مدوّر است زيرا در همه جهات ممان اينرسي يکسان و بيشينه دارد و شايد يکي از دلايلي که پروردگار عالم درختان را با مقطع مدور خلق نموده است، نيز اين باشد.
در صورتي که مقطع مدور توخالي باشد سطح مقطع نيز کاهش مي‌يابد که علاوه بر صرفه‌جويي در مصالح باعث افزايش شعاع ژيراسيون مي‌گردد که در اين خصوص مي‌توان به درخت بامبو اشاره نمود.
پروردگار عالم مي‌فرماييد: «وَ کَأَينْ مِنْ آيةٍ فِي السَّماواتِ وَ الْأَرْضِ يمُرُّونَ عَلَيها وَ هُمْ عَنْها مُعْرِضُونَ؛[4] و چه بسيار نشانه‌اي (از خدا) در آسمان‌ها و زمين که آن‌ها از کنارش مي‌گذرند، و از آن رويگردانند.»
نمونه 47- مطلب درسي2: کمانش موضعي
وقتي اجزاي تشکيل‌دهنده ستون تحت‌فشار قرار مي‌گيرند اگر لاغر باشند از صفحه خود خارج مي‌شوند که به آن کمانش موضعي گفته مي‌شود. براي جلوگيري از کمانش موضعي تمهيداتي در نظر گرفته مي‌شود. در ساقه درخت بامبو نيز که به صورت مدور و توخالي است احتمال ايجاد اين پديده وجود دارد لذا در فواصل طولي ساقه به ويژه در محل اتصال شاخه به ساقه اين تمهيدات به شکل دلپذيري لحاظ گرديده است به‌گونه‌اي که گره روي ساقه در زيرشاخه (در محل اتصال) قرار گرفته است که باعث افزايش سختي فشاري و کاهش امکان کمانش موضعي گرديده است که در مجموع باعث افزايش سختي خمشي مي‌گردد.
پروردگار عالم در قرآن کريم مي‌فرمايد:
«وَ فِي الْأَرْضِ آياتٌ لِلْمُوقِنينَ؛[5]و در زمين آياتي براي جويندگان يقين است».
[1]. «مَثَلُ الصَّلاةِ مَثَلُ عَمودِ الفُسطاطِ؛ إذا ثَبَتَ العَمودُ نَفَعَتِ الأطنابُ و الأوتادُ و الغِشاءُ، و إذا انكَسَرَ العَمودُ لم يَنفَعْ طُنُبٌ و لا وَتِدٌ و لا غِشاءٌ» (الکافي، ج3، ص266).
[2]. طراحي سازه‌هاي فولادي بر مبناي آيين‌نامه فولاد ايران، صص 37 و 38.
[3]. سبا: 10 و11.
[4]. يوسف: 105.
[5]. ذاريات: 20.