طراحی سازه‌های فولادی
طراحی سازه‌های فولادی: انتخاب نوع مقطع، روش ساخت، روش بهره برداری و محل ساخت ساختمان، خصوصیات و ویژگی‌های متنوعی برای ساخت اسکلت باربر یک ساختمان به وجود می‌آورد. مزیت‌های هر سیستم سازه‌ای و مصالح مورد نیاز آن سیستم را در صورتی می‌توان به کار برد که خصوصیات و ویژگی‌های آن مصالح و سیستم‌ها در مرحله طراحی به حساب آورده شود و طراح باید در مورد هر یک از مصالح به درستی قضاوت کند. این موضوع به ویژه در ساختمان‌هایی که اسکلت فولادی دارند ضروری است.
– نوع مقطع
– آرایش و روش قرار گیری مقاطع
– فواصل تکیه گاهی
– اندازه دهانه‌های سقف
– نوع مهاربندی
– نوع سیستم صلب کننده
– محل قرارگیری سیستم صلب کننده (سیستم فضاسازی داخلی)
برای استفاده بهینه از خواص مطلوب ساختمان‌های فولادی، سیستم فضاسازی داخلی باید به گونه‌ای اختیار شود که:
– متشکل از قطعات پیش ساخته باشد، بدین منظور که سرعت بیشتر نصب و برپایی سازه، موجب کوتاه شدن زمان کلی ساخت می‌شود.
– قطعات سبک باشد تا وزن کلی ساختمان به حداقل ممکن برسد.
– نوع سیستم انتخاب شده، سازگار با سیستم سازه‌ای انتخاب شده باشد.
– با یک روش اقتصادی قابل محافظت در برابر آتش باشد.
فضاهای داخلی ساختمان فلزی معمولا” شامل: سقف‌ها، بام، دیوارهای خارجی، دیوارهای داخلی، سیستم رفت و آمد (پله و آسانسور) می‌باشد که با هماهنگی دقیق و علمی این امکان به وجود می‌آید که اقتصادی‌ترین روش ساخت و اجرای ساختمان به دست آید. طراحی سازه‌های فولادی
تمام ساختمان‌ها باید برای مقاومت در برابر نیروی زلزله و باد و یا دیگر نیروهای افقی صلب شوند سیستم صلب کننده باید:
– نیروهای جانبی را به فونداسیون منتقل کند.
– تغییر مکان‌های افقی را محدود کند.
در ساختمان‌های بلند باید ملاحظات ویژه‌ای برای جلوگیری از ایجاد نوسانات ناشی از باد در نظر گرفته شود. بزرگی نیروهای افقی اعمال شده در اثر باد به عوامل زیر بستگی دارد:
– سرعت باد
– شکل آیرودینامیکی ساختمان
– وضعیت سطح نما
– روش‌های صلب کردن
یک قاب سازه‌ای فولادی را می‌توان به یکی از روش‌های زیر مهاربندی کرد:
– سیستم‌های قاب صلب
– سیستم‌های قاب بادبندی
– دیوارهای بتنی به صورت دیوارهای برشی یا هسته‌های بتنی
انتخاب روش صحیح مهاربندی، اهمیت عمده‌ای در طراحی سازه‌ای دارد و حتی ممکن است کل اندیشه طراحی یک ساختمان بلند مرتبه را تحت تاثیر قرار دهد. مهار بندی به وسیله اعضای بادبندی یا دیوارهای بتنی به صورت دیافراگم صلب، نقاط ثابتی را در ساختمان ایجاد می‌کند، به گونه‌ای که آزادی عمل در جانمایی و معماری داخل ساختمان را محدود می‌کند. طراحی سازه‌های فولادی ، طراحی سازه‌های فولادی
انتخاب سیستم مناسب برای اجزای داخلی ساختمان به عوامل مختلفی بستگی دارد. روش‌های زیر به طور رایج در ساخت سقف‌های متکی به تیرهای فولادی به کار می‌روند:
– دال بتنی درجا بر روی قالب مناسب
– دال بتنی پیش ساخته
– عرشه فولادی با بتن درجا
عملکرد مرکب بین دال بتنی و تیر فولادی که در هر سه روش امکان پذیر است، سبب اقتصادی شدن ساخت می‌گردد. مسئله حفاظت قسمت‌های فولادی سقف در برابر آتش سوزی باید در اجرای سقف در نظر گرفته شود. استفاده از سقف کاذب می‌تواند این کار را به خوبی انجام دهد. در سازه‌های اسکلت فلزی، معمولا دیوارهای خارجی باربر نیستند، برای ساخت این دیوارها، بنابر شرایط موجود، از مصالح مختلف استفاده می‌شود.
اغلب اظهار می‌شود که هزینه لازم برای محافظت ساختمان‌های فلزی در برابر آتش سوزی و خوردگی و عایق بندی صوتی بسار زیاد است، ولی استفاده از راه‌های معقول و مناسب برای هر ساختمان، با توجه به سیستم به کار رفته در آن، می‌تواند باعث کاهش این هزینه شود. ایجا یک سیستم محافظت در برابر آتش سوزی در تمام ساختمان‌های فلزی لازم و ضروری است. آنچه از مسائل اقتصادی در این مسئله حائز اهمیت است، استفاده از روش صحیح حفاظت اجزای فلزی است. اغلب المان‌های داخلی ساختمان مانند سقف و دیوارهای داخلی و خارجی آن به عنوان یک سیستم محافظت در برابر آتش سوزی در ساختمان قابل استفاده است. تیرها و ستون‌های فلزی می‌تواند به روش مناسب در بین این اجزا مدفون شود. در غیر این صورت باید با روش مناسب اسکلت فولادی ساختمان محافظت شود.
از آن جایی که زنگ زدگی در قطعات داخلی ساختمان فولادی با توجه به رطوبت ناچیز موجود
در هوا بعید به نظر می‌رسد، محافظت در برابر خوردگی برای این قطعات یک مشکل جدی
محسوب نمی‌شود. بنابراین حفاظت در برابر خوردگی فقط برای قطعات بیرونی و اجزایی که در معرض رطوبت هوا قرار دارند لازم و ضروری است.
مشخصات صوتی یک ساختمان، بستگی به خواص اجزای داخلی آن دارد مانند نوع سقف
و سیستم دیوارهای جداکننده و تیغه‌ها. در این بین، سیستم اسکلت باربر ساختمان نقش
کم‌تری دارد رفتار اسکلت یک ساختمان بتنی و فولادی، با یک سیستم فضاسازی داخلی مشابه، یکسان است.
طراحی و ساختن سازه ها قدمتی برابر عمر بشر بر روی کره زمین دارد. سازه های اولیه در نهایت
سادگی بوده اند، اما به تدریج بر پیچیدگی آنها افزوده شد. طرح سازه ها در طول تاریخ به عواملی
مانند فرهنگ و تمدن، ویژگی مصالح در دسترس، فنون و ابزارهای اجرایی، قدرت سازندگی،
امکانات موجود و خلاقیت مهندسان طراح وابسته بوده است. با توسعه دانش مکانیک سازه، که
افزایش دقت و اطمینان در احداث ساختمان ها را در پی داشت، توسعه دانش فناوری اطلاعات،
روش های تحلیل و طراحی سازه ها نیز بهبود یافت و سرعت محاسبات سازه ای افزایش چشمگیری داشته است.
اختراع فولاد و توسعه پروفیل های فولادی منشاء تحول بزرگ در دانش و صنعت ساختمان سازی
در جهان شد. ویژگی های ممتاز فولاد موجب اقبال گسترده مهندسان و سازندگان شد و زمینه ساخت ساختمان های بلند و بزرگ نیز فراهم شد.
معیار اصلی طراحی سازه ها سه ویژگی مهم مقاومت، سختی و پایداری است.
اگر ساختار، یک ساختمان باشد، طراح باید طرح ای را که برای اتاق ها، راهرو ها، راه پله ها،
پنجره ها، آسانسورها، خروجی های اضطراری و غیره مناسب است، ایجاد کند و تمام این طرح باید
تطبیق شود تا امکان پذیر باشد،و پذیرفته شود زیبایی و با هزینه معقول. این برنامه ریزی عملیاتی است.
طراحی ساختاری مستلزم برنامه ریزی عملیاتی است. طرح ساختاری شامل محل ستون ها
در ساختمان ها می شود، باید با برنامه عملیاتی کار شود و فاصله بین سقف پایان یافته و کف زمین برای مکان ستون ها باید فراهم شود.
۳. تجزیه و تحلیل ساختاری:
هنگامی که بارها تعریف می شوند و طراحی طراحی شده است، باید تجزیه و تحلیل ساختاری
برای تعیین نیروهای داخلی انجام شود که در اعضای مختلف چارچوب تولید می شود. پیش
فرض ها باید ساخته شود و باید حصول اطمینان شود که ساختار در واقعیت نیز رفتار می کند همانطور که قرار است (و به عنوان فرض بر آن رفتار شود).
۴. همبستگی اعضا:
اعضا باید با فاکتور ایمنی در ذهن داشته باشند.
۵. عامل ایمنی:
توسعه مشخصات طراحی برای ارائه مقادیر مناسب حاشیه ایمنی، قابلیت اطمینان و احتمال شکست باید عوامل ذیل را در نظر بگیریم.
تنوع مواد با توجه به قدرت و دیگر خواص فیزیکی
عدم اطمینان در بارهای مورد انتظار
دقت که نیروهای داخلی محاسبه می شوند
امکان خوردگی
میزان آسیب، از دست دادن زندگی
اهمیت عملیاتی
کیفیت کار
طراحی استرس قابل قبول
طراحی فاکتور بار و مقاومت
A. طراحی استرس قابل اعمال:
بر اساس رفتار الاستیک خطی مواد.
استرس در حد مجاز است.
استحکام کامل مواد مورد استفاده قرار نمی گیرد، اما از ارزش کمتر به عنوان مقدار تنش محدود استفاده می شود.
این بر اساس رفتار الاستیک خطی مواد است
استرس اعضای ساختاری در حد مجاز نگهداری می شود
استحکام کامل از مواد استفاده نمی شود، بلکه ارزش کمتر به عنوان مقدار تنش محدود استفاده می شود.
تنش فشاری کششی توسط یک عامل ایمنی برای به دست آوردن استرس قابل اعمال یا کار تقسیم می شود.