ساختمان های فولادی نورد گرم

معرفی سیستم ساختمان های فولادی نورد گرم (Hot Rolled Steel Structures) :

فولاد به عنوان ماده‌ای با مشخصات منحصر به فرد، از اواخر قرن نوزدهم یکی از مهمترین مصالح در ساخت ساختمان‌ها بوده است.

قابلیت اجرای سریع، رفتار سازه‌ای قابل پیش‌بینی نسبت مقاومت به وزن مناسب، جزئیات مناسب از نظر معماری در کنار امکان کنترل دقیق سازه‌های فولادی، فولاد را به عنوان مصالحی شکل‌پذیر، مقاوم و پایدار در پروژه‌های ساختمانی مطرح کرده است، به نحوی که اگر ضعف‌های محدود این ماده مانند مقاومت کم در برابر خوردگی و عدم مقاومت در برابر آتش‌سوزی‌های شدید با روش‌های مناسب برطرف گردد، امکانات وسیعی با استفاده از سیستم سازه فولادی نورد گرم در اختیار طراحی معماری قرار می‌گیرد، که در سایر مصالح قابل دستیابی نیست.

فولاد، آلیاژی متشکل از آهن و کربن است که میزان کربن آن کمتر از 2 درصد است.

تولید فولاد با استفاده از اکسیداسیون، روش احيا فولاد و جدا کردن عناصر اضافی و غیرضروری موجود در محصول کوره بلند و اضافه کردن عناصر مورد نیاز برای ایجاد ترکیب دلخواه، انجام می‌شود.

برای ساخت فولاد، از چهار روش اصلی استفاده می‌شود.

این روش‌ها عبارتند از: روش کوره باز، روش دمیدن اکسیژن، روش کوره برقی و روش خلأ.

از مزایای مهم فولاد به عنوان یک ماده ساختمانی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نسبت مقاومت به وزن بالاتر نسبت به بسیاری از مصالح
• همگن بودن
• جوش‌پذیر بودن
• ضریب ارتجاعی بالا
• تغییر شکل در اثر بارگذاری و توزیع گسترده و نسبتاً یکنواخت تنش‌ها
• وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک
• شکل‌پذیر بودن
• خاصیت چکش‌خواری و تورق
• مقاومت خمشی زیاد (به دلیل مقاومت مطلوب هم از نظر کششی و هم از نظر فشاری)
• خاصیت فنری و جهندگی
• سختی استاتیکی و دینامیکی
• امکان تقویت مقاطع در صورت نیاز
• امکان استفاده از ضایعات و کاربرد مجدد مواد

تاریخچه پیدایش ساختمان های فولادی نورد گرم:

توسعه سازه‌های فولادی به افزایش کاربرد آن در صنعت پل‌سازی باز می‌گردد.

پیشرفت‌های وسیع در صنعت ساخت پل‌های آهنی طی قرن‌های هجدهم و نوزدهم را می‌توان سرمنشأ توسعه و تکامل سازه‌های فلزی در طول یک قرن گذشته دانست.

در سال‌های 1779- 1777 میلادی، اولین پل آهنی (که قطعات آن از آهن مذاب ریخته شده در قالب‌ها ساخته شده بود) با دهانه 30 متر به شکل قوسی ساخته شد.

در ساخت این پل از تجربه پل‌های سنگی قوسی استفاده شد و ساخت قطعه به قطعه آن مشابه روش اجرای پل‌های سنگی با قطعات سنگ تراشیده شده بود.

در سال 1796 اولین پل معلق آهنی با دهانه 21.3 متر با استفاده از زنجیر ساخته شد.

سپس در سال 1816 برای اولین بار پل‌های معلق از کابل‌های سیمی، که امروزه هم به عنوان مصالح مناسب و متداول در ساخت این گونه پل‌ها، استفاده می‌شود ساخته شدند.

در سال های 1850 – 1844 برای ساخت یک پل بزرگ راه آهن به نام پل بریتانیا در انگلستان با دهانه 142 متر از مقطع جعبه‌ای و آهن جوش‌پذیر استفاده شد.

با تولید و عرضه فولاد نرم در سال 1865 گام بلندی در تکامل مصالح ساختمانی برداشته و توسعه سازه‌های فولادی آغاز شد.

فناوری‌های مختلفی در اواخر قرن نوزدهم شکل گرفتند که در ترکیب با یکدیگر، طراحی و ساخت ساختمان‌های فولادی را ممکن ساختند.

از جمله آنها می‌توان به توانایی تولید صنعتی و انبوه فولاد، اختراع آسانسورهای ایمن و گسترش روش‌های پیشرفته برای اندازه‌گیری و تعیین بارهای وارد بر ساختمان و تحلیل تنش‌های سازه اشاره کرد.

بین سال‌های 1920 و 1930 احداث ساختمان‌های بلند با اختراع روش جوش الکتریکی پیشرفت قابل توجهی داشت.

در ساختمان‌های سنتی و متداول در آن زمان، دیوارهای یک ساختمان تکیه‌گاه سازه‌ای آن بودند و در ساختمان‌های بلند دیوارهای بسیار ضخیم ضروری بود.

یک ساختمان 16 طبقه که در سال 1891 در شیکاگو ساخته شد، دیواری به ضخامت 6 فوت (1.8 متر) داشت.

با اختراع فولاد این نیاز ساختمانی برطرف شد.

به این ترتیب که اسکلت فولادی نیروهای وارد بر ساختمان را تحمل می‌کند و دیوارهای خارجی برای پوشش اسکلت و بنا ساخته می‌شوند.

اولین ساختمانی که با این روش طراحی و اجرا شد ساختمان 10 طبقه شرکت بیمه‌خانه شیکاگو، در سال 1885 بود.

• نورد گرم فولاد:

در فرایند تولید قطعات فولادی با روش نورد گرم، شمش‌های فولاد از کارخانه فولادسازی به کارخانه نورد منتقل شده و در آنجا طی مراحلی با حرارت دادن و نورد در درجه حرارت‌های بالا به نیمرخ‌ها و شکل‌های مورد نظر تبدیل می‌شوند.

شمش فولاد در کارخانه نورد، ابتدا در داخل کوره تا دمای مناسب که بین 1200 الی 1300 درجه سانتیگراد است گرم شده و سپس با سرعت و فشار از میان غلطک‌هایی عبور می‌کند و به تدریج به شکل نیمرخ مورد نظر تبدیل می‌شود.

فاصله بین دو غلطک در هر مرحله مقداری کوچک‌تر از ضخامت قطعه است.

برای ساخت یک نیمرخ نورد شده باید عمل نورد به دفعات خیلی زیاد از میان غلطک‌های متعدد انجام شود.

برای این کار شمش از میان یک سری غلطک که پشت سرهم قرار گرفته‌اند، عبور می‌کند و در این مسیر فواصل میانی غلطک‌ها به مرور کمتر شده و شکل مقطع به شکل نیمرخ نهایی نزدیک می‌شود.

برای نورد نیمرخ مورد نظر، غلطک‌ها باید قبلاً به شکل مورد نظر مرحله به مرحله از شکل شمش تا شکل نیمرخ تراشیده شده باشند.

• طراحی ساختمان های فولادی نورد گرم:

انتخاب نوع مقطع، روش ساخت، روش بهره‌برداری و محل ساخت ساختمان، خصوصیات و ویژگی‌های متنوعی برای ساخت اسکلت باربر یک ساختمان به وجود می‌آورد.

مزیت‌های هر سیستم سازه‌ای و مصالح آن سیستم در صورتی به طور عملی مورد استفاده قرار می‌گیرد که خصوصیات و ویژگی‌های آن سیستم در مرحله طراحی در نظر گرفته شود.

طراح باید دارای شناخت کافی از مصالح و ویژگی‌های آنها بوده و بتواند در مورد هریک از مصالح به درستی قضاوت کند.

این موضوع به ویژه در ساختمان‌هایی که با اسکلت فولادی طراحی و اجرا می‌شوند، ضروری است.

معیارهای سازه‌ای در انتخاب نوع مقطع، آرایش و جهت قرارگیری مقاطع، فواصل تکیه‌گاهی، نحوه ستون‌گذاری، اندازه دهانه‌های سقف، نوع مهاربندی، محل قرارگیری سیستم مقاوم جانبی، اهمیت زیادی در ساختمان‌های فولادی دارد.

سازه‌های فولادی از تعدادی تیر و ستون به شکل قاب و تعدادی عناصر تکمیل کننده سیستم، به منظور پایداری در برابر نیروهای جانبی تشکیل می‌شوند بدیهی است انتقال بارهای افقی و قائم از طریق این اجزا صورت می‌گیرد.

سقف بارهای عمودی را به صورت افقی از طريق تیر به تکیه‌گاه‌ها منتقل می‌کند.

سیستم باربر قائم (ستون‌ها) بارها را از تکیه‌گاه‌های تیرها به شالوده انتقال می‌دهد.

سیستم‌های مهاربندی قائم و افقی نیز بارهای جانبی ناشی از باد، زلزله، فشار زمین و… را به شالوده منتقل می‌کند.

نصب و اتصال اجزای تیر، ستون و مهاربندی‌های این ساختمان‌ها به دو روش جوشکاری و یا پیچ و مهره انجام می‌شود.

درساختمان‌های فولادی، مهاربندی‌ها دارای نقش بسیار مهم تأمین مقاومت و پایداری ساختمان در برابر زلزله و بارهای جانبی دیگر هستند.

تمام ساختمان‌های فولادی باید برای پایداری در برابر نیروی زلزله و باد و یا دیگر نیروهای افقی کنترل شوند.

سیستم مهار کننده باید نیروهای جانبی را به شالوده منتقل کرده و تغییر مکان‌های افقی را محدود کنند.

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 سرعت باد، شکل آیرودینامیکی ساختمان، وضعیت سطح نما و روش مهاربندی ساختمان بستگی دارد.

یک قاب سازه‌ای فولادی را می‌توان به یکی از سه روش:

• مهاربندی فولادی
• دیوارهای بتنی به صورت دیوارهای برشی یا هسته بتنی
• استفاده از قاب خمشی (قاب صلب)

در برابر نیروهای جانبی پایدار نمود، انتخاب روش صحیح مهاربندی، اهمیت زیادی در طراحی یک سازه فولادی دارد و ممکن است تمامی طراحی یک ساختمان را تحت‌تأثیر قرار دهد.

مهاربندی به وسیله اعضای فولادی با اجرای دیوارهای برشی بتنی به صورت دیافراگم صلب، نقاط ثابتی را در ساختمان ایجاد می‌کند و این نقاط به عنوان محدودیت‌هایی طراحی معماری ساختمان را تحت‌تأثیر قرار می‌دهند.

انواع مهاربندی در ساختمان های فولادی نورد گرم:

مهاربندی هم محور در ساختمان های فولادی نورد گرم:

متداول‌ترین نوع مهاربندی در سازه‌های فولادی، مهاربندی ضربدری (به شکل X) است.

طراحی و اجرای مهاربندی‌ها باید براساس ضوابط مقررات ملی ساختمان و آیین نامه‌های مربوطه مانند آیین نامه 2800 ایران در مورد محل قرارگیری مهاربندی‌ها، نوع و اندازه پروفیل‌های مورد نیاز، نوع و طول جوش‌ها و … صورت گیرد.

انواع دیگر مهاربندی هم محور، مهاربندی‌های V شکل و K شکل هستند.

شكل مهاربندی‌های هم محور به شکل X یا به صورت متناوب

شكل مهاربندی‌های فولادی به شکل V و K

• مهاربندی برون محور در ساختمان های فولادی نورد گرم:

نوع دیگری از مهاربندی‌ها که در طول سال‌های اخیر استفاده از آنها متداول شده است، مهاربندی‌های برون محور می‌باشند.

در طراحی مهاربندی‌های خارج از محور براساس ضرورت‌های طراحی خروج از مرکز (e) باید در محاسبه و طراحی مهاربندی درنظر گرفته شود.

شكل نمونه مهاربندی‌های برون محور

• مهاربندی غلاف‌دار در ساختمان های فولادی نورد گرم:

به دلیل ضعف مهاربندی‌ها در استهلاک انرژی ناشی از زلزله با نیروهای دینامیکی در قاب‌ها، از روش جدیدی برای اجرای مهاربندی‌ها که ضمناً از کمانش اعضا نیز جلوگیری می‌کند، استفاده می‌شود.

سیستم قاب‌های مهاربندی شده غلاف‌دار در حال حاضر به صورت گسترده‌ای در ژاپن و آمریکا استفاده می‌شود.

شکل زیر اجزای تشکیل دهنده مهاربندی غلاف‌دار را نشان می‌دهد.

اجزای مهاربندی غلاف‌دار شامل قطعه جاری شونده محصور شده، قطعه الاستیک محصور شده، قطعه الاستیک محصور نشده، مصالح جداکننده انبساطی و مکانیزم محصورشدگی است.

• انواع اتصالات ساختمان های فولادی نورد گرم:

در ساختمان های فولادی نورد گرم اتصالات شامل انواع زیر است:

• اتصال تیر به ستون
• اتصال کف ستون
• اتصال دو تیرآهن به یکدیگر برای ساخت ستون یا تیر مرکب
• اتصال مهاربندی‌ها به ستون و تیر

اتصال تیر به ستون در ساختمان های فولادی نورد گرم:

اتصال تیر به ستون به طور معمول به دو صورت صلب (گیردار) یا ساده (مفصلی) انجام می‌شود.

هر یک از حالت‌های مذکور به چند روش اجرا می‌شوند.

به طور مثال اتصال صلب به یکی از روش‌های زیر اجرا می‌شود:

• اتصال صلب با دو صفحه موازی
• اتصال صلب با دو سپری
• اتصال صلب با صفحه انتهایی روی ستون

شکل اتصال تیر به ستون

اتصالات صلب در مواردی به کار می‌روند که تیر و ستون در محل گره باید گشتاور خمشی منتقل نمایند.

اتصالات مفصلی هم به طور معمول در بسیاری ساختمان‌ها به کار می‌روند، این اتصال فقط برای انتقال برش و نیروی محوری به کار می‌رود و گشتاوری را منتقل نمی‌کند.

انواع اتصالات مفصلی رایج در ساختمان های فولادی نورد گرم عبارتند از:

الف) اتصال ساده نشسته (نبشی نشیمن)

ب) اتصال به وسیله صفحه نشیمن و لچکی

ج) اتصال به وسیله صفحه نشیمن و صفحه برشگیر

شکل اتصال ساده نشسته

از میان این روش‌ها اتصال ساده نشسته و اتصال با صفحه نشیمن و لچکی بیشتر اجرا می‌شود.

در اتصال ساده نشسته نبشی‌هایی که در بالا کار گذاشته می‌شوند، فقط برای ایجاد تعادل است و نقش باربری ندارد و دارای حداقل ابعاد خواهد بود.

خصوصیت اصلی اتصال مفصلی این است که زاویه بین تیر و ستون می‌تواند تغییر کند و خصوصیت اصلی اتصال صلب این است که زاویه بین تیر و ستون همواره ثابت است.

• اتصال پای ستون:

اتصال پای ستون نیز مانند سایر اتصالات دارای انواع صلب و مفصلی است که در اتصال صلب از سخت کننده‌ها و در اتصال مفصلی از نبشی‌ها و لچکی‌ها استفاده می‌شود.

اتصال صلب در جهتی طراحی می‌شود که گشتاور وجود دارد.

جوش اتصال پای ستون نیز باید شرایط دو اتصال صلب و مفصلی را تأمین کند.

• اتصال دو تیرآهن به یکدیگر:

برای تولید ستون یا تیر مركب لازم است که دو تیرآهن به وسیله بست یا صفحه فولادی به یکدیگر متصل شوند.

برای امتداد یافتن ستون‌ها نیز باید اتصال به جو مناسب با استفاده از ورق و صفحات فولادی اجرا.

• اتصال مهاربندی‌ها به تیر و ستون:

به طور معمول مهاربندی‌ها به وسیله یک صفحه فولادی که از قبل در محل تقاطع تیر و ستون جوش داده شده است، به ستون‌ها و تیرها متصل می‌شوند.

این صفحات که تحت فشار و کشش هستند باید برای هر دو شرایط طراحی شوند و مهاربندی‌هایی که روی این صفحات قرار می‌گیرند باید اتصالشان با صفحه به طور کامل تأمین شود.

اجرای سازه فولادی نورد گرم:

• نحوه اجرای صفحه پای ستون:

در یک سازه فولادی ستون‌ها نقش انتقال بارهای وارده را به شالوده به صورت نیروی فشاری، کششی، برشی یا گشتاور خمشی برعهده دارند.

ستون فولادی به علت مقاومت بسیار زیاد مصالح متشکله آن، تنش‌های بزرگی را تحمل می‌کند ولی بتن پی قابلیت تحمل این شدت تنش را ندارد.

بنابراین صفحه پای ستون، واسطه‌ای است که ضمن افزایش سطح تماس ستون با پی، سبب می‌شود توزیع نیروهای ستون در حد قابل تحمل برای بتن پی باشد.

شكل نحوه اجرای صفحه پای ستون

هنگام تعیین ابعاد صفحه پای ستون‌ها باید حداقل فاصله میله مهاری از لبه صفحه پای ستون و محل جاگذاری نبشی با ضخامت جوش لازم برای نگه داشتن ستون، همچنین ضخامت صفحه انتهایی ستون و ابعاد ستون را با دقت بررسی کرد و سپس با توجه به موارد یاد شده، اقدام به ساخت صفحه، نصب نبشی و استقرار ستون کرد.

باید بر روی صفحه پای ستون‌های محل ستون و امتداد محور کنترل شود، سپس نبشی‌های اتصال به صورت عمود بر هم بر روی صفحه پای ستون جوش داده شده، آنگاه ستون را مستقر و اقدام به نصب دیگر نبشی‌های لازم کرده و آنها را به صفحه پای ستون جوش داد.

از مزایای عمود بر هم بودن دو نبشی روی صفحه پای ستون علاوه بر سرعت عمل و استقرار بهتر به علت تماس مستقیم ستون به بال نبشی، جوشکاری دقیق‌تر اتصال است.

بدیهی است که قبل از جوشکاری باید ستون‌ها را هم محور و قائم کرده و عمود بودن در دو جهت کنترل شود.

پس از نصب ستون‌ها با توجه به ارتفاع ستون و آزاد بودن سر ستون ممکن است تا زمان نصب تیرها، ستون‌ها در اثر شدت باد حرکت‌هایی داشته باشند که تأثیرات نامطلوب و ضعف در جوشکاری و اتصالات پای ستون‌ها را به همراه خواهد داشت.

به این دلیل باید پس از نصب، ستون‌ها بلافاصله مهاربندی موقت ستون‌ها به وسیله میلگرد یا نبشی به صورت ضربدری انجام شود.

اتصال صفحه پای ستون با بتن به وسيله ميله مهار کننده صورت می‌گیرد.

برای ایجاد اتصال انتهای میله مهار کننده را خم کرده و طول مهاری میلگرد را به مقدار لازم تأمین کرد.

در حالی که صفحه تنها فشار را تحمل می‌کند، میله مهار کننده نقش تحمل کشش را بر عهده دارد.

نکته مهم هنگام نصب ستون بر روی صفحه ستون، این است که حتماً انتهای ستون سنگ خورده و صاف باشد تا تمام نقاط مقطع ستون بر روی صفحه ستون قرار گیرد و عمل انتقال نیرو به خوبی انجام پذیرد.

از آنجا که علاوه بر فشار، گشتاور نیز بر صفحه زیر ستون وارد می‌شود، طول میلگرد مهاری باید به اندازه‌ای باشد که کشش وارد شده را تحمل کند، هرچند این امر با محاسبه تعیین می‌شود، ولی به طور معمول طول کامل مهاری 40 تا 50 برابر قطر میلگرد است.

شكل اتصال صفحه پای ستون با بتن به وسیله میله مهارکننده

صفحات پای ستون از جمله قطعات ساختمانی هستند که اغلب در معرض رطوبت قرار دارند و باید به نحو مطلوب محافظت شوند.

در ساختمان‌های معمولی و به طور کلی در ساختمان‌هایی که پس از اتمام اجرای اسکلت فلزی نیازی به بازدید یا تنظیم صفحات پای ستون‌ها نیست، می‌توان اطراف کف ستون را با بتن کرد.

ضمناً ضروری است قبل از بتن‌ریزی سطوح فولادی به خوبی تمیز شده و گل جوش برداشته شده باشد تا بتن به فولاد بچسبد و آن را به طور کامل حفاظت کند.

در برخی از ساختمان‌ها، صفحات پای ستون‌ها را نیز مانند سایر قطعات به وسیله رنگ محافظت می‌کنند.

در ساختمان‌های صنعتی که امکان باز کردن و نصب دوباره آنها وجود دارد، می‌توان با مواد قیری مخلوط با ماسه نرم، از صفحات پای ستون‌ها حفاظت کرد.

• روش نصب میله‌های مهار کننده:

به طور کلی دو روش برای نصب میله‌های مهار کننده وجود دارد:

الف) نصب میله‌های مهار کننده در هنگام بتن‌ریزی شالوده‌ها:

در این روش، پیچ‌ها را در محل تعیین شده قرار می‌دهند و موقعیت آنها را با وسیله مناسبی تثبیت می‌کنند.

سپس اطراف آنها را با بتن می‌پوشانند.

روش‌های گوناگونی به شرح زیر برای تثبیت پیچ‌های مهاری در محل خود وجود دارد:

• روش اول:

ابتدا به وسیله صفحه نازکی مشابه با صفحه پای ستون که شابلن یا الگو نامیده می‌شود، قسمت فوقانی میلگرد و قسمت پایین را به وسیله نبشی به یکدیگر می‌بندند تا مجموعه‌ای بدون تغییر شکل حاصل شود.

آنگاه محورهای طولی و عرضی صفحه الگو را با مداد رنگی مشخص می‌کنند.

سپس به وسیله ریسمان‌کار یا دوربین تئودولیت با میخ‌های کنترل، محور کلی شالوده را در جهت‌های طولی و عرضی به دست می‌آورند و به کمک شخصی با تجربه، در موقعیت مناسب آن قرار می‌دهند.

سپس به وسیله قطعات میلگرد، صفحه را به شبکه میلگردهای شالوده یا به قطعات فولادی که در بتن قرار داده‌اند، جوش می‌دهند.

به گونه‌ای که هنگام بتن‌ریزی، صفحه در جای خود حرکتی نداشته باشد.

باید مراقبت شود که هنگام بتن‌ریزی، هوا در زیر صفحه شابلن محبوس نشود.

برای این منظور اغلب سوراخ بزرگی در وسط شابلن تعبیه می‌کنند، که وقتی بتن از اطراف زیر صفحه را پر می‌کند، هوا از راه سوراخ خارج شود و با بیرون زدن بتن از وسط صفحه از پرشدن کامل زیر آن اطمینان حاصل شود.

• روش دوم:

صفحه تقسیم فشار پیش از بتن‌ریزی پی به طور دقیق در محل خود قرار می‌گیرد و به وسیله آن میلگردهای مهار کننده در جای خود ثابت می‌شوند.

پس از بتن‌ریزی، صفحه را از جای خود خارج و در کارگاه به طور مستقیم به پای ستون متصل می‌کنند و پس از نصب ستون به همراه صفحه، مهره‌ها را محکم می‌بندند.

در این حالت هر صفحه باید به طور کامل علامت‌گذاری شود، تا هنگام نصب اشتباهی رخ ندهد.

• روش سوم:

صفحه را قدری بالاتر از محل اصلی خود نگه می‌دارند، تا محل میله‌های مهار کننده به طور دقیق تعیین شود، سپس میله مهارها را ثابت می‌کنند و عمل بتن‌ریزی را در حالی که صفحه هنوز در جای خود ثابت است، انجام می‌دهند.

پس از اتمام بتن‌ریزی صفحه را در تراز مورد نظر نگه می‌دارند.

این عمل را می‌توان به وسیله مهره‌های فلزی در زیر صفحه‌ای که مهارها از درون آنها عبور کرده‌اند، با پیچاندن و تنظیم آنها تا تراز لازم انجام داد.

سپس فاصله بین زیر صفحه و روی بتن پی با ملات ماسه شسته و سیمان به نسبت یک حجم سیمان به دو حجم ماسه یا از ماسه سیمان نرم به طور کامل پر می‌شود.

ب) نصب میله‌های مهار کننده پس از بتن‌ریزی شالوده:

در این روش در محل میله‌های مهار کننده به وسیله قالب در داخل بتن، فضای خالی ایجاد می‌کنند.

این قالب، جعبه نامیده می‌شود و اطراف آن با بتن ریزدانه (با حفظ اصول بتن‌ریزی) پر می‌شود.

لازم به ذکر است جعبه‌ای که برای ایجاد فضای خالی لازم برای نصب میله‌های مهار کننده به کار می‌رود، باید چنان طراحی و ساخته شده باشد که به سادگی و در حد امکان، بدون ضربه زدن، شکستن و خرد کردن از داخل بتن خارج شود.

برای این منظور می‌توان از جعبه‌هایی که قطعات آنها به صورت کام و زبانه متصل می‌شوند، یا از جعبه‌های لولایی و سایر اقسام جعبه‌ها استفاده کرد.

در بعضی موارد برای اتصال صفحه پای ستون به شالوده، به جای میله‌های مهار کننده از میلگردها یا تسمه‌هایی استفاده می‌کنند که به ورق کف ستون جوش داده می‌شوند.

در این روش اغلب هنگام بتن‌ریزی، مجموعه صفحه پای ستون و مهارها در شالوده کار گذاشته می‌شود، پس از گرفتن و سخت شدن بتن، ستون را روی صفحه پای ستون قرار داده و جوشکاری می‌کنند.

گرچه فواید بسیاری در استفاده از این روش وجود دارد، اما باید به مشکلات این روش به شرح زیر توجه کرد و برای رفع این مشکلات به نحو مناسب اقدام نمود.

1- اغلب هنگام بتن‌ریزی، حباب‌های هوا در زیر ورق کف ستون محبوس می‌شوند.

2- به علت افت بتن (حتی اگر هنگام بتن‌ریزی حبابی در زیر ورق نمانده باشد)، فاصله‌ای بین ورق کف ستون و بتن شالوده به وجود می‌آید.
بخار آب در این فاصله تقطیر می‌شود و خطر زنگ زدن و ضعیف شدن صفحه پای ستون را پدید می‌آورد.

3- آزمایشات و تجربیات عملی نشان دهنده آن است که اگر میله‌های مهار کننده آجدار باشند، در محل اتصال به ورق ترد و شکننده می‌شوند.

4- اگر گل جوش روی نوارهای جوش باقی بماند، آب را جذب می‌کند و نقطه شروع زنگ‌زدگی به وجود می‌آید.

5- امکان تنظیم بعدی صفحه پای ستون وجود ندارد، بنابراین باید دقت کافی در زمان اجرای صفحه پای ستون به عمل آید.

• ستون و جزئیات اجرایی:

ستون عضوی است که به صورت عمودی در ساختمان اجرا می‌شود.

بارهای کف طبقات به وسیله تیر و شاه تیر به ستون منتقل می‌شود و توسط ستون به شالوده و سپس به زمین انتقال پیدا می‌کند.

سطح مقطع ستون‌ها به مقدار و وضعیت بارهای وارد شده بستگی دارد.

برای ساخت ستون‌های فلزی از انواع پروفیل‌ها و ورق‌ها استفاده می‌شود.

شکل نیمرخ‌های نورد شده شامل انواع تیرآهن‌ها و قوطی‌ها و لوله‌ها

• ستون‌ها از لحاظ شکل ظاهری به سه گروه تقسیم می‌شوند:

گروه 1) نیمرخ‌های نورد شده شامل انواع تیرآهن‌ها و قوطی‌ها:

مناسب‌ترین پروفیل نورد شده برای ستون، تیرآهن بال پهن یا قوطی‌های مربع شکل است.

این مقاطع به دلیل گشتاور اینرسی قابل توجه حول هر دو محور اصلی مقطع، می‌توانند به صورت پروفیل تک به عنوان ستون استفاده شوند.

ضمن این که در بیشتر مواقع اتصال تیرها به این مقاطع به راحتی انجام می‌گیرد.

شکل مقطع مرکب ستون‌های فولادی

گروه 2) مقاطع مركب:

در مواردی که سطح مقطع و مشخصات یک پروفیل به تنهایی برای طراحی یک ستون کافی نباشد و یا به دلایلی استفاده از یک پروفیل تک مناسب‌ترین روش نباشد، از اتصال چند پروفیل به یکدیگر، ستون با مقطع مركب ساخته می‌شود.

• روش ساخت ستون‌ها با مقطع مركب:

برای ساختن ستون‌های مرکب، روش‌های مختلفی وجود دارد که مهم‌ترین آنها عبارتند از:

• اتصال دو پروفیل‌ها با جوش مستقیم
• اتصال پروفیل‌ها با ورق سراسری روی بال‌ها
• اتصال پروفیل‌ها با بست‌های فولادی (تسمه‌ها)

الف) اتصال دو پروفیل‌ها با جوش مستقیم:

ابتدا دو تیرآهن در کنار یکدیگر و بر روی سطح صاف به هم چسبانده شده، سپس دو سر ستون را جوش داده و ستون برگردانده می‌شود و مانند قبل جوشکاری در دو سر ستون صورت می‌گیرد.

آنگاه مجدداً ستون برگردانده شده و در قسمت وسط جوشکاری می‌شود.

همین عمل را در سوی دیگر ستون انجام می‌دهند و به ترتیب جوشکاری ادامه پیدا می‌کند تا جوش مورد نیاز ستون تأمین شود.

این شیوه جوشکاری برای جلوگیری از پیچش ستون در اثر حرارت زیاد ناشی از جوشکاری ممتد است.

ب) اتصال پروفیل‌ها با ورق سراسری روی بال‌ها:

بعضی مقاطع مركب با دو ورق اتصال که بر روی بال‌های دو نیمرخ جوشکاری می‌شود، تشکیل می‌شوند.

در چنین مقاطع مرکبی فاصله جوش‌های منقطع (غیرممتد) که ورق را به نیمرخ‌ها متصل می‌کند، نباید از 30 سانتیمتر بیشتر شود.

اندازه حداکثر این فاصله در هر حال نباید از 24 برابر ورق اتصال بیشتر شود.

ج) اتصال پروفیل‌ها با بست‌های فولادی (تسمه‌ها) :

متداول‌ترین نوع ستون‌های مرکب، ستون‌هایی هستند که دو تیرآهن به فاصله معین از یکدیگر قرار می‌گیرند و بست‌های افقی یا چپ و راست این دو نیمرخ را به هم متصل می‌کنند.

بست‌های چپ و راست که شکل‌های مثلثی را به وجود می‌آورند، دارای مقاومت بیشتری نسبت به بست‌های موازی هستند.

گروه 3) ستون‌ها با مقاطع دایره‌ای:

به طور معمول مقاطع دایره‌ای (لوله‌ها) از قطر 10 تا 100 سانتیمتر برای ستون‌ها استفاده می‌شوند.

مقاطع لوله‌ای در مواقعی که وسیله اتصال جوش باشد، آسان‌تر اجرا می‌شوند.

لوله‌ها علاوه بر ستون‌ها در ساخت پایه‌های منابع هوایی، دکل‌ها و خرپاها استفاده می‌شوند.

مقاطع لوله‌ای به طور کلی برای تحمل نیروهای محوری فشاری مناسب‌تر و مقاوم‌تر هستند، زیرا گشتاور اینرسی آنها در تمام جهات یکسان است.

با تغییر ضخامت مقاطع لوله‌ای می‌توان سطوح مقطع و گشتاورهای اینرسی‌های مختلف به دست آورد.

• امتداد یافتن ستون‌ها:

سازه‌های فولادی اغلب در چندین طبقه احداث می‌شوند.

طول پروفیل‌ها برای ساخت ستون‌ها محدود است.

با درنظر گرفتن بار وارده، فاصله بین ستون‌ها و نحوه قرارگیری آنها در مراحل طراحی، مقاطع مختلفی برای ستون‌ها به دست می‌آید.

ممکن است در هر طبقه، ابعاد با طبقه دیگر تفاوت داشته باشد، بنابراین باید اتصال مقاطع با ابعاد مختلف برای امتداد یافتن ستون‌ها با دقت زیادی انجام شود.

محل مناسب برای اتصال ستون‌ها هنگام امتداد دادن آنها حداقل در ارتفاع 45 تا 60 سانتیمتر بالاتر از کف هر طبقه است.

این ارتفاع اندازه حداقلی است که از نظر دسترسی به محل اجرای جوش و نصب اتصالات مورد نیاز برای ادامه ستون یا اتصال مهاربندی لازم است.

باید سطح تماس دو ستون به خوبی با سنگ زدن صاف و مستوى شود، تا به طور کامل در تماس با یکدیگر یا صفحه وصله قرار گیرند.

در صورتی که پروفیل دو ستون یکسان نباشد، باید اختلاف نمره دو ستون را با گذاردن صفحات هم عرض کننده (صفحه لقمه) روی ستون فوقانی جبران کرد و سپس صفحات اتصال عمودی را نصب کرد و جوش لازم را انجام داد.

اگر ابعاد مقطع دو نیمرخ که به یکدیگر متصل می‌شوند، تفاوت زیادی داشته باشد به طوری که قسمت بزرگی از سطح آن دو در تماس با یکدیگر قرار نگیرد، در این صورت باید یک صفحه تقسیم فشار افقی بین دو نیمرخ به کار برد.

این صفحه باید ضخیم انتخاب شود تا بتواند بدون تغییر شکل زیاد، عمل تقسیم فشار را انجام دهد.

ابعاد و ضخامت صفحه و مقدار جوش آن باید طبق محاسبه تعیین و در نقشه‌های اجرایی ارائه شود.

• ضوابط و توصیه‌های اجرایی برای ساختمان های فولادی نورد گرم:

1- اگر دهانه تیر اصلی یا خرپا تیر بیش از 8 متر باشد، برای جبران تغییر شکل در اثر بارهای مرده باید در مراحل ساخت به آن خیز منفی (پیش‌خیز) یا تغییر شکل رو به بالا داد.
مقدار تغییر شکل باید براساس محاسبات تعیین شود.

2- برای جلوگیری از خوردگی قطعات فولادی حداقل ضخامت اجزای سازه‌ای که در فضای خارج و در معرض عوامل جوی یا اثرات خورنده دیگر قرار دارند، 6 میلیمتر است.
در محیط‌های خشک و به دور از هرگونه آثار خوردگی، این مقدار به 5 میلیمتر کاهش پیدا می‌کند.

3- گرم کردن موضعی برای ایجاد تغییر شکل مکانیکی یا انحنا در صورتی مجاز است که دمای قسمت‌های گرم شده از 565 درجه سانتیگراد برای فولادهای مخصوص و 650 درجه سانتیگراد برای فولادهای نرمه بیشتر نباشد.

صافکاری آهن‌آلات مورد استفاده در سازه‌های فولادی در درجه حرارت‌های بالا به نوعی که رنگ محل تحت حرارت آبی باشد، مجاز نیست.

4- لبه‌هایی که با شعله بریده می‌شوند، باید به طور کامل یکنواخت و خالی از ناهمواری‌های بیش از 5 میلیمتر باشند.
ناهمواری‌ها و خراشیدگی‌های بیش از 5 میلیمتر را باید با سنگ زدن برطرف کرد، همچنین لبه‌های بریده شده با شعله که محل جوشکاری خواهند بود، باید عاری از ناهمواری و بریدگی باشند.

5- در اتصالاتی که انتقال نیرو از طریق فشار مستقیم قسمتی از ظرفیت اتصال را تشکیل می‌دهد، باید سطوح قطعات در تماس، به وسیله تراش دادن، سوهان زدن، سنگ زدن و روش‌های مناسب دیگر به خوبی آماده شده باشد.

6- در بلند کردن قطعات، به ویژه تیرهای اصلی بلند و خرپاها باید به منظور جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش در قطعه از نقاط مخصوص که قبلاً معین شده است، برای بلند کردن قطعه یا خرپا استفاده کرد.

7- به منظور تصحیح نقایص جزئی ساخت هرگز نباید از مشعل برش، به ویژه برای رفع نقایص قطعات اصلی که اغلب تحت فشار هستند، استفاده کرد.
درضمن، پس از رفع نقص به وسیله تراش دادن و سنگ زدن، تمیزکاری سطوح، به ویژه سطوحی که روی هم قرار می‌گیرند، الزامی است.

8- خطاهایی که ممکن است در ابعاد نهایی سازه فولادی مشاهده شود، باید از مقادیر انحراف مجاز نصب کمتر باشد.
به طور کلی، هر یک از قطعات نصب شده باید شاقول يا تراز شود و در محور صحيح طبق نقشه قرار گیرد و انحراف آن از 1.500 بیشتر نباشد.

9- در نصب قطعات فلزی همواره خطرات جانی وجود دارد، بنابراین باید کلیه نکات ایمنی، رعایت شود.

قطعات فولادی در نصب مقدماتی باید به وسیله پیچ و مهره یا هر روش ممکن دیگر، به نحوی که در برابر تنش‌های نصب و مانور کارگران مقاومت کند، به هم متصل شوند.

به‌ جزء در مواردی که مهاربندهای کافی به طور دائمی در سازه تعبیه شده است، همواره باید از مهارها و مهاربندهای موقتی تا زمانی که ایمنی ایجاب می‌کند و اسکلت فلزی پایداری خود را به دست نیاورده است، برای جلوگیری از خطر سقوط قطعات فولادی استفاده کرد.

• جوشکاری اتصالات در ساختمان‌های فولادی:

یک از نواقص احتمالی و مهم در ساختمان های فولادی نورد گرم با اتصالات جوشی، عدم اجرای صحیح اتصال و بروز ضعف سازه‌ای در محل آن است.

گرچه امروزه ساخت بناهای مقاوم در برابر زلزله امکان‌پذیر است، لیکن در عمل مشکلات اجرایی می‌تواند مانع رسیدن به ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله باشد.

یکی از دلایل اصلی آسیب‌پذیری لرزه‌ای ساختمان‌ها، عدم استفاده از دانش فنی جوش در مراحل ساخت و اجراست.

اجرای جوش‌ها در همه اتصالات باید مطابق نقشه‌ها بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کیفیت آن، کنترل‌های لازم انجام شود.

در استاندارد 2800 ایران، آزمایشات اولتراسونیک و رادیوگرافی برای کنترل اتصالات جوشی قاب‌های خمشی ویژه الزامی شده است، که البته با توجه به تشخیص مهندس ناظر در سایر شرایط، حتی در ساختمان‌های معمولی نیز می‌تواند الزامی‌شود.

در بخش بعد ضمن توضیح نحوه انجام جوشکاری در اجرای ساختمان‌های فولادی، روش‌های بازرسی جوش و کنترل کیفیت جوش بیان می‌شود.

• جوشکاری با قوس الکتریکی:

یکی از متداول‌ترین روش‌های اتصال قطعات فولادی، جوشکاری با قوس الکتریکی است.

قوس الکتریکی عبارت از جریان مداوم الكترون بین دو الکترود و یا الکترود و فلز پایه است که در نتیجه آن حرارت بسیار زیادی تولید می‌شود.

باید توجه داشت که برای برقراری قوس الکتریکی بین دو الکترود یا فلز پایه و الکترود، وجود هوا و یا یک گاز هادی ضروری است.

به عبارت دیگر در شرایط معمولی نمی‌توان در خلأ جوشکاری کرد.

در قوس الکتریکی گرما و انرژی نورانی در قسمت‌های مختلف یکسان نیست، بدین ترتیب که تقریباً 43٪ از حرارت در آند، 36٪ در کاتد و 21٪ بقیه به صورت قوس ظاهر می‌شود.

دمای حاصل از قوس الکتریکی به نوع الکترودهای آن نیز وابسته است، به طوری که در قوس الکتریکی با الکترودهای ذغالی تا 3200 درجه سانتیگراد در کاتد و تا 3900 در آند حرارت وجود دارد.

دمای حاصله در آند و کاتد برای الکترودهای فلزی در حدود 2400 درجه سانتیگراد تا 2600 درجه می‌باشد، در این شرایط درجه حرارت در مرکز شعله بین 6000 تا 7000 درجه سانتیگراد است.

از انرژی گرمایی حاصله در حالت فوق فقط 60٪ تا ٪70 در قوس الکتریکی مشاهده می‌شود، که صرف ذوب کردن فولاد و عمل جوشکاری شده و بقیه آن یعنی 30٪ تا 40٪ به صورت تلفات گرمایی در محیط اطراف منتشر می‌شود.

شكل فرایند جوشکاری

طول قوس شعله بین 0.6 تا 0.8 قطر الكترود است و تقریباً 90٪ از قطرات مذاب جدا شده از الکترود به حوضچه مذاب وارد شده و 10٪ به اطراف پراکنده می‌شود.

برای ایجاد قوس الکتریکی با ولتاژ کم اختلاف پتانسیلی بین 40 تا 50 ولت در جریان مستقیم و 50 تا 60 ولت در جریان متناوب لازم است، ولی در هر دو حالت برای انجام جوشکاری شدت جریان و نه ولتاژ زیاد مورد نیاز است.

شكل اجزای جوش

• نواقص و ناپیوستگی‌های معمول در جوشکاری:

یکی از مهم‌ترین وظایف تیم کنترل کیفی جوش، ارزیابی جوش‌ها از نظر یکپارچگی و پیوستگی و مناسب بودن برای شرایط بهره‌برداری و تعیین هرگونه نقص و نامنظمی در جوش یا قطعه جوشکاری شده است که ناپیوستگی نامیده می‌شود.

ناپیوستگی، اختلال در ساختار یکنواخت جوش را نشان می‌دهد و ممکن است که مناسب بودن سازه یا قطعه را در معرض تردید قرار دهد.

ناپیوستگی را از نظر شکل می‌توان به دو گروه کلی خطی و غیرخطی تقسیم کرد.

ناپیوستگی‌های خطی، طولی به مراتب بیش از پهنایشان دارند.

زمانی که ناپیوستگی در جهت عمود بر امتداد جوش قرار می‌گیرد، یک ناپیوستگی غیرخطی است.

ناپیوستگی‌های خطی نسبت به ناپیوستگی غیرخطی شرایط بحرانی‌تری را ایجاد می‌کند، زیرا احتمال گسترش ناپیوستگی و در نهایت گسیختگی جوش بیشتر خواهد بود.

• محافظت سازه فولادی نورد گرم در برابر حریق:

خواص مکانیکی و مقاومت مصالح ساختمانی تحت اثر دمای زیاد تغییر می‌کند.

فولاد نمی‌سوزد، ولی در حرارت‌های بالاتر از 600 درجه سانتیگراد ستون‌های فولادی که تحت بار قرار دارند، خم می‌شوند و بر میزان خیز تیرهای فولادی افزوده شده و در نهایت در معرض خطر فروریختن قرار می‌گیرند.

دو نوع حفاظت در ساختمان‌ها در مقابل آتش‌سوزی انجام می‌شود، حفاظت اولیه که به منظور حفظ جان انسان‌ها انجام می‌شود و حفاظت ثانویه که شامل حفاظت سازه نیز هست.

حفاظت اولیه خود به دو نوع حفاظت فعال توسط آتش‌نشانی و حفاظت غیرفعال که از وظایف مرحله طراحی و اجرای ساختمان است، تقسیم می‌شود.

اهم موارد حفاظت غیرفعال به شرح زیر است:

الف) نصب دستگاه‌های اعلام حریق (حساس به دود، گرما یا شعله) که ضمن اعلام خطر حریق، دستگاه‌های هوارسانی را قطع می‌کنند، درهای حریق را می‌بندند و یا وظایف مشخصی را به طور خودکار انجام می‌دهند.

ب) نصب دستگاه‌های آبفشان که در محل‌های ثابت نصب شده‌اند و آتش‌سوزی را در محیط مشخصی اطفاء یا محدود کرده و اثر آن را کاهش می‌دهند.

ج) نصب دستگاه‌های اطفاء حریق دستی و یا پیش‌بینی پست‌های اطفاء حریق دیواری.

اهم موارد حفاظت سازه که به عنوان بخشی از حفاظت ثانویه شناخته می‌شود، عبارت است از:

الف) پیش‌بینی تدابیر لازم برای حفظ مقاومت ساختمان یا قسمت‌هایی از ساختمان در مقابل حریق برای مدت زمان معین که در آن زمان نجات افراد و اطفاء حریق مقدور باشد.

براساس آیین نامه‌ها به این مدت زمان، درجه مقاومت در برابر حریق (F) گویند.

برای درجه مقاومت قطعات ساختمانی (دیوارها، ستون‌ها، سقف‌ها، تیرها، راه پله‌ها و…) در برابر حریق از تقسیم‌بندی زیر استفاده می‌شود:

جدول درجه مقاومت در برابر حریق برای قطعات ساختمانی

ب) جداسازی و تقسیم ساختمان به منطقه‌های مستقل از نظر حريق به وسیله پیش‌بینی دیوارهای مقاوم در مقابل حریق یا جداسازی و فاصله‌دهی به اندازه کافی بین بخش‌های مختلف ساختمان تا از سرایت حریق به قسمت‌های دیگر جلوگیری شود.

ج) پیش‌بینی راه‌های خروج از ساختمان و فرار از حریق (مانند راهروها، پله‌ها، بالکن‌ها و پله‌های فرار) به تعداد لازم مطابق آیین نامه‌ها و مقررات ملی ساختمان.

د) تأمین دسترسی اتومبیل‌های آتش‌نشانی به محل، نصب شیرهای آتش‌نشانی (تا حد امکان به صورت حلقوی دور ساختمان).

ه) نصب نقشه هر طبقه در محل ورودی‌های طبقه، نصب و مشخص کردن علائم راه فرار در ساختمان، استفاده از وسایل برقی (کلید، پریز، سیم و…) مطمئن بدون جرقه، جداسازی محل مواد شیمیایی از سایر بخش‌های ساختمان.

یکی دیگر از روش‌های حفاظت سازه در برابر حریق استفاده از مصالح پوششی فولاد است.

مقاومت فولاد بدون پوشش در برابر حریق حدود 10 الی 20 دقیقه است ولی مقاومت حریق فولاد پوشش شماره می‌تواند تا 180 دقیقه یا بیشتر باشد، که بستگی به ضخامت و نوع پوشش و نحوه اجرای آن دارد.

از آن جمله می‌توان به رنگ‌آمیزی قطعات با رنگ‌های مخصوص مقاوم در برابر حریق اشاره کرد، که در برابر آتش مانند کف متورم شده و دارای ضخامت می‌شوند و به عنوان عایق حرارتی عمل کرده و از سرعت تأثیر دما بر فولاد می‌کاهند و سازه فولادی را حداقل 30 دقیقه در برابر حریق محافظت می‌کنند.

پوشش قطعه فولادی به وسیله ملات سیمان خاص مقاوم حریق به صورت فشرده به ضخامت 1.5 سانتیمتر و یا ملات‌های ساخته شده از پرلیت، ورموسیلیت (از سنگ‌های آلومینیوم، منیزیم و سیلیکات) و پوکه‌ معدنی نیز موجب مقاومت در برابر حریق می‌شوند.

• محافظت سازه فولادی نورد گرم در برابر خوردگی:

فولاد در میان تمامی فلزات، دارای بالاترین مصرف در ساختمان‌هاست.

عناصر سازه فولادی به طور معمول در داخل ساختمان قرار گرفته و به وسیله سقف و پوشش‌های دیگر از محیط خارج و توسط روکارهای داخلی از محیط داخل ساختمان، مجزا می‌شود.

از آنجا که زنگ‌زدگی در قطعات داخلی ساختمان فولادی با توجه به رطوبت ناچیز موجود در هوا بعید به نظر می‌رسد، محافظت در برابر خوردگی برای این قطعات به سهولت قابل انجام است.

حفاظت در برابر خوردگی برای قطعات بیرونی و اجزایی که در معرض رطوبت هوا قرار دارند، از اهمیت بیشتری برخوردار است.

در مواردی که فولاد سازه‌ای در معرض آب (ناشی از نفوذ باران و یا رطوبت موجود در هوا یا بخار آب) قرار گیرد، دچار خوردگی شده و ممکن است ساختمان در معرض خطر قرار گیرد.

با طراحی مناسب و استفاده صحیح از مصالح می‌توان از ایجاد چنین شرایطی جلوگیری کرد.

جداسازی کامل بخار و گازهای خورنده در کارخانه‌ها، می‌تواند به نحو مؤثری به پیشگیری از خوردگی فولاد سازه‌ای در این ساختمان‌ها کمک کند.

بعضی از اجزای فلزی ساختمان مانند کف ستون‌ها و لوله‌کشی‌های آب و فاضلاب، ممکن است در داخل خاک قرار گیرند.

میزان خوردگی فلزات در خاک‌های مختلف، بسیار متغیر است، به ویژه مسائل مربوط به خوردگی‌های شیمیایی ممکن است به دلیل وجود باکتری‌های خاصی در خاک افزایش پیدا کند.

برای مقابله با خوردگی از روش‌های زیر استفاده می‌شود.

بعضی از این روش‌ها موجب محافظت ساختمان در برابر حریق نیز می‌شود و دارای تأثیری دوگانه هستند.

• رنگ‌آمیزی:

قبل از رنگ‌آمیزی، روغن‌کاری یا عملیات مشابه دیگر روی قطعات فلزی، باید آنها را به طور کامل خشک و سطوح آنها را از هر نوع رنگ‌زدگی، خوردگی و آلودگی‌های دیگر به کمک برس سیمی دستی یا روش‌های دیگر پاک کرد.

در پاره‌ای موارد ماسه‌پاشی با فشار نیز لازم خواهد بود.

رنگ‌های مورد مصرف به نام ضدزنگ معروفند.

قسمت‌هایی از اسکلت که قرار است جوشکاری شود، تا فاصله مناسب از محل جوشکاری و قسمت‌هایی که قرار است در بتن مدفون شود، نباید رنگ‌آمیزی شوند.

بدیهی است پس از جوشکاری و زدودن گل جوش، رنگ‌آمیزی قسمت‌های جوش شده الزامی است.

رنگ‌آمیزی در کارگاه نباید در هوای یخبندان یا مه‌آلود یا هنگامی که رطوبت باعث ایجاد شبنم بر روی سطح مورد نظر می‌شود، انجام گیرد.

پس از انجام رنگ‌آمیزی هر چند وقت یک بار، رسیدگی و نگهداری آن لازم خواهد بود و در جایی که حفاظت در برابر خوردگی اهمیت زیاد دارد، لازم است دو لایه رنگ به منظور آستر زده شود.

به ویژه در محل لبه‌های تیز و درزها که رنگ کمتری به آنها نفوذ می‌کند.

مواد ضدزنگ دارای ترکیبات شیمیایی از قبیل سرنج، ترکیبات فلزی سرب، فسفات روی و کرومات هستند.

پوشش‌های فلزی:

متداول‌ترین پوشش فلزی استفاده از فلز روی است که می‌تواند به صورت گالوانیزه کردن به روش مذاب، پیش از نصب سازه یا به صورت پاشیدن فلز پس از نصب سازه فولادی استفاده شود.

از آلومینیوم نیز برای حفاظت فولاد استفاده می‌شود و رفتار آن نیز کم و بیش مشابه عمل روی است.

استفاده از آلومینیم در محیط‌های صنعتی که به شدت آلوده است، موفقیت‌آمیز بوده است.

• پوشش‌های قیری:

رنگ‌های قیری که از محلول غلیظ شده قیر و یا قیر زغالی تشکیل می‌شوند، بسیار مناسب هستند و حداقل در سه لایه به کار می‌روند.

این رنگ‌ها برای حفاظت قطعاتی که در معرض تابش مستقیم نور خورشید قرار دارند، مناسب نیستند و روی سطح آنها ترک‌خوردگی‌هایی ظاهر می‌شود.

این اشکال را می‌توان با استفاده از یک لایه رویه از مواد قیری دارای پوشش آلومینیم کاهش داد.

• پوشش‌های پلاستیک:

این مواد به صورت خمیر رقیق بوده و به وسیله غلتک پخش شده و با استفاده از حرارت یا چسب به فلز متصل می‌شود.

این مواد گاه به صورت پودر بوده و با استفاده از حرارت سخت می‌شود و پوشش‌های با مقاومت شیمیایی بالا را به وجود می‌آورد.

به لایه‌های ضخیمی که با استفاده از این روش به وجود می‌آیند، چه به صورت نرم و ارتجاعی و چه به شکل سخت و شکننده ((پوشش پلاستیک)) گفته می‌شوند.

• پوشش‌های بتنی:

فولادی که در درون بتن یا ملات سیمان قرار می‌گیرد، با محیط‌های قلیایی احاطه می‌شود.

این محیط قلیایی قطعه فلز را به نحوی مناسب در مقابل انواع خوردگی محافظت می‌کند.

گازهای اسیدی موجود در هوا به ویژه دی‌اکسید گوگرد و دی‌اکسید کربن با بتن که حالت قلیایی دارد، ترکیب می‌شوند.

در نتیجه باید فولاد در فاصله‌ای از سطح خارجی بتن قرار گیرد که از نفوذ گازهای اسیدی تا حد امکان مصون باشد و محافظت آن در برابر خوردگی در دراز مدت تأمین شود.

فصل مشترک بتن با فولادی که قسمتی از آن در معرض عوامل جوی خورنده قرار گرفته است، ممکن است منشأ ایجاد خوردگی و زنگ زدن باشد.

بعضی از انواع زنگ زدن به علت وجود ناخالصی‌های فلزی (آهنی) موجود در مصالح سنگی است.

به همین دلیل انجام آزمایش شناسایی مواد متشکله دانه‌های سنگی در محیط‌های خورنده قبل از بتن‌ریزی ضروری است.

• عایق‌بندی صوتی در سازه‌های فولادی نورد گرم:

مشخصات صوتی یک ساختمان، بستگی به خواص اجزای داخلی آن مانند نوع سقف و سیستم دیوارهای جداکننده و تیغه‌ها دارد.

در این بین، سیستم سازه باربر ساختمان نیز دارای تأثیراتی است.

اسکلت یک ساختمان بتنی و یا فولادی مانند سایر مصالح که برای فضاسازی داخلی استفاده می‌شود، در انتقال صدا مؤثر است.

در ساختمان های فولادی نورد گرم نیز رعایت مقررات ملی ساختمان در زمینه عایق‌بندی صدا (مبحث هجدهم) و سایر ضوابط ارسال کننده شدت صوت و پیش‌بینی تمهیدات لازم برای تحقق این ضوابط ضروری است.

• بررسی سیستم سازه فولادی نورد گرم از نظر اقتصادی:

در ارزیابی اقتصادی یک ساختمان فولادی، فقط در نظر گرفتن قیمت مصالح ساختمانی و هزینه نیروی انسانی کفایت نمی‌کند و بقیه عوامل مؤثر در هزینه‌های اجرای ساختمان نیز باید مورد توجه قرار گیرند.

عوامل زیر در تعیین هزینه‌های تمام شده ساختمان با سازه فولادی و مقایسه آن با سایر روش‌ها از نظر اقتصادی مؤثرند:

◊ قیمت زمین: به دلیل کوچک بودن مقاطع عرضی در ساختمان‌های فولادی، فضای کمتری به وسیله عناصر سازه اشغال شده و در مقایسه با سازه‌های بتنی، ساختمان‌های فلزی در پلان دارای سطح مؤثر بیشتری هستند.

بنابراین هزینه زمین در هر مترمربع مفید ساختمان، در ساختمان‌های فلزی کمتر خواهد بود.

◊ کوتاه‌تر بودن زمان اتمام ساختمان به دلیل اجرای سریع‌تر سازه فولادی نسبت به بسیاری از روش‌های سازه‌ای متداول.

◊ ایجاد فضای بیشتری برای نصب تجهیرات و تأسیسات.

◊ سهولت ایجاد تغییرات داخلی و در صورت نیاز بهسازی ساختمان.

◊ در دسترس بودن مصالح مورد نیاز.

• الزامات طراحی و اجرا:

الزامات، ضوابط، مقررات و توصیه‌های زیر باید در مراحل طراحی و اجرای سازه‌های فولادی نورد گرم مورد توجه قرار گیرد:

⇐ اجرای این سیستم به عنوان قاب ساده (با مهاربندی یا دیوار / هسته برشی) و یا قاب خمشی متشکل از مقاطع گرم نورد شده در کلیه پهنه‌های لرزه‌خیزی ایران با رعایت ضوابط و الزامات مربوطه بلامانع است.

⇐ رعایت مشخصات فولاد گرم نورد شده براساس استاندارد ASTM الزامی است.

⇐ رعایت ضوابط طراحی اعضای کششی در طراحی اعضای مهاربندی فولادی الزامی می‌باشد.

⇐ ضوابط مربوط به اجزای اتصال (شامل، پیچ و مهره) باید مطابق آیین نامه AISC و استاندارد AISI رعایت شود.

⇐ لازم است طراحی کلیه اجزا و اتصالات فولادی گرم نورد شده براساس استاندارد AISI انجام گیرد.

⇐ اتصال اعضای قائم به اعضای افقی باید به گونه‌ای باشند که یکپارچگی اعضا در تمامی ارتفاع سازه تأمین شود.

⇐ در صورت استفاده از اتصالات جوشی، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای سازه فولادی مطابق استاندارد AISI و آیین نامه‌های AWS و AISC الزامی است.

⇐ لازم است تمهیدات لازم برای تأمین پایداری پانل‌های غیرباربر و جداکننده‌ها و کاهش تأثیر آنها در سختی جانبی سازه صورت پذیرد.

⇐ کنترل و طراحی سازه در مقابل بار باد، باید بر مبنای مبحث 6 مقررات ملی ساختمان ایران (بارهای وارد بر ساختمان) صورت گیرد.

⇐ رعایت مبحث 3 مقررات ملی ساختمان در خصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات مربوط به مقاومت اجزای ساختمان در مقابل حریق با در نظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربری و ارتفاع ساختمان الزامی است.

⇐ رعایت ضوابط مبحث هجدهم مقرارت ملی ساختمان درخصوص عایق‌بندی و تنظیم صدا و صدابندی هوابرد جداکننده‌های بین واحدهای مستقل و پوسته خارجی ساختمان و صدابندی سقف بين طبقات الزامی است.

کلیه مصالح و اجزا در این سیستم اعم از معماری و سازه‌ای از حیث دوام، خوردگی، زیست محیطی و غیره باید بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران و با رعایت استانداردها و آیین نامه‌های معتبر بین‌المللی استفاده شود.

لازم است تمهیدات لازم متناسب با محیط‌های خورنده و شرایط اقلیمی کشور صورت پذیرد.

الزامات مربوط به مصرف انرژی باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان رعایت شود و عایق‌کاری‌های حرارتی تکمیلی در نظر گرفته شود.

• مزایای ساختمان های فولادی نورد گرم:

از مزایای ساختمان‌های ساخته شده با سازه فولادی نورد گرم در مقایسه با سازه بتنی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

∗ مقاومت زیاد: مقاومت فولاد نسبت به وزن آن از مصالح بتنی بسیار بیشتر است.

به همین علت در دهانه‌های بزرگ، سوله‌ها، ساختمان‌های بلند و ساختمان‌هایی که بر زمین‌های سست قرار می‌گیرند، استفاده از سازه فولادی از مزایای بیشتری برخوردار است.

∗ خواص یکنواخت: فولاد در کارخانه‌های بزرگ فولادسازی که دارای واحد کنترل کیفیت هستند و تحت نظارت دقیق تولید می‌شود.

اطمینان از یکنواختی مصالح موجب انتخاب ضریب اطمینان کمتر می‌شود و این امر سبب صرفه‌جویی در مصرف مصالح می‌شود.

∗ دوام: فولاد از دوام بسیار خوب برخوردار است، ساختمان‌های فولادی در صورتی که در نگهداری آنها دقت شود، برای مدت طولانی قابل بهره‌برداری خواهند بود.

∗ خواص ارتجاعی: خواص ارتجاعی فولاد به دلیل اطمینان از کیفیت تولید آن در عمل به صورت واقعی و تا حد زیادی مطابق فرضیات طراحی تأمین می‌شود.

از سوی دیگر فولاد تا تنش‌های بسیار زیاد همچنان از قانون هوک پیروی می‌کند.

به همین دلیل گشتاور اینرسی مقطع فولادی را می‌توان با اطمینان در محاسبه منظور کرد، در حالی که در مورد مقاطع بتنی مقادیر مربوطه با اطمینان قابل محاسبه نیستند.

∗ شکل‌پذیری: از خواص مهم فولاد، شکل‌پذیری آن است و این امر موجب مقاومت بسیار زیاد فولاد در برابر نیروهای دینامیکی و ضربه‌ای و تغییر شکل بسیار زیاد آن قبل از گسیخته می‌گردد، در حالی که بتن مصالحی ترد و شکننده است و در مقابل نیروهای دینامیکی و متغیر از پایداری کمتری برخوردار است.

∗ پیوستگی و همگن بودن مصالح: قطعات فولادی با توجه به مواد تشکیل دهنده آن دارای رفتار پیوسته و همگن هستند.

∗ مقاومت متعادل مصالح: مقاومت فولاد در کشش و فشار تقریباً یکسان بوده و در برش نیز از مقاومت قابل توجهی (متناسب با مقاومت کششی و فشاری آن و نیروهایی که به طور عملی بر ساختمان‌ها وارد می‌شود) برخوردار است.

∗ مقاومت در برابر انفجار: در ساختمان‌هایی که بارهای وارده توسط سازه فولادی تحمل می‌شود و از عناصر باربر صفحه‌ای مانند دیواره‌ها استفاده نمی‌شود، نیروی تخریبی انفجار حتی اگر سطوح حائل را از سازه جدا کند، ساختمان فرو نخواهد ریخت.

∗ امکان تقویت و مقاوم‌سازی: اعضای ضعیف سازه فولادی را می‌توان با جوش دادن یا پیچ کردن قطعات جدید، به سهولت تقویت کرد و یا در صورت لزوم ظرفیت باربری آن را افزایش داد.

∗ شرایط آسان ساخت و نصب: ساخت قطعات سازه فولادی در کارخانه و نصب آن در محل اجرای ساختمان حتی در شرایط جوی متغیر با تهمیدات لازم به آسانی امکان‌پذیر است.

∗ سرعت نصب: زمان نصب قطعات سازه فولادی نسبت به زمان اجرای قطعات بتنی و اکثر روش‌های متداول دیگر، بسیار کمتر است.

∗ اتلاف مصالح: با توجه به تولید دقیق قطعات در کارخانه، اتلاف مصالح در سازه‌های فولادی نسبت به سایر روش‌ها بسیار کمتر است.

∗ کاهش بار ثابت: میانگین بار ثابت ساختمان‌های فولادی را می‌توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر مترمکعب تخمین زد، در حالی که در ساختمان‌های بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم بر مترمربع و 160 تا 250 کیلوگرم بر متر مکعب است.

• محدودیت‌های ساختمان های فولادی نورد گرم:

با وجود مزایای بیان شده برای سازه فولادی نورد گرم، این روش دارای معایب و محدودیت‌هایی نیز هست که از آن جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

∗ ضعف در دمای زیاد: مقاومت ساختمان فولادی با افزایش دما کاهش پیدا می‌کند.

اگر دمای اسکلت فلزی به 500 تا 600 درجه سانتیگراد برسد، پایداری ساختمان در معرض خطر قرار می‌گیرد.

∗ خوردگی و فساد فولاد در مقابل عوامل خارجی: قطعات مصرفی در ساختمان فولادی در مقابل عوامل جوی دچار خوردگی شده و از مقاومت آن کاسته می‌شود، ضمن آن که مخارج نگهداری و محافظت آن در برابر خوردگی زیاد است.

∗ تمایل قطعات فشاری به کمانش: با توجه به اینکه ابعاد قطعات فولادی کوچک است، تمایل به کمانش در قطعات فولادی تحت‌تأثیر نیروی فشاری بیش از سایر قطعات مشابه در روش‌های اجرای سازه (مانند ساختمان‌های بتنی) است.

∗ ضرورت کنترل جوش: در ساختمان‌های فولادی اتصال قطعات به یکدیگر با جوش، پرچ یا پیچ صورت می‌گیرد.

گرچه استفاده از پیچ و مهره و ساخت قطعات در کارخانه‌های فولادسازی اقتصادی‌تر و فنی‌تر است، اما در صورتی که اتصال با جوش انجام شود، اطمینان از مهارت جوشکاران، استفاده از ماشین‌آلات مناسب، کنترل دقیق جوش توسط مهندسان ناظر، تأمین هزینه‌های نسبتاً زیاد آزمایش دقیق جوش و… ضروری خواهد بود.

تجربه ثابت کرده است که سازه‌های فولادی ساخته شده در کارخانجات در صورت رعایت مشخصات فنی و استانداردهای جوش، عاری از این نقص بوده و دارای مقاومت سازه‌ای بسیار خوب در برابر بارهای وارده و نیروهای جانبی مانند نیروی زلزله هستند.

ارزیابی و نتیجه‌گیری در رابطه با ساختمان های فولادی نورد گرم:

سیستم سازه فولادی نورد گرم یکی از متداول‌ترین روش‌های اجرای سازه‌ها با طبقات متعدد در نقاط مختلف جهان است.

در این روش به دلیل استفاده از فولاد (به عنوان یکی از مناسب‌ترین مصالح برای اجرای سازه‌ها) و به کارگیری پروفیل‌هایی که در کارخانه‌های فولادسازی با روش نورد گرم تولید می‌شوند و از کیفیت مطلوب برخوردارند، مزیت‌های بسیاری از نظر عملکرد سازه‌ای حاصل می‌شود.

رفتار این سیستم سازه‌ای در برابر زلزله با توجه به انعطاف‌پذیری فولاد بسیار مطلوب ارزیابی می‌شود.

سیستم ساختمان های فولادی نورد گرم، برای احداث انواع ساختمان‌ها با طبقات مختلف، در کلیه پهنه‌های لرزه‌خیزی ایران مناسب و مجاز می‌باشد.

در این روش سازه‌ای، سیستم باربر ثقلی و جانبی، قاب ساده مهاربندی شده (یا دارای دیوار برشی) و یا قاب خمشی (صلب) است.

در این سیستم کلیه مقاطع به کار رفته برای تیرها و ستون از نوع نورد گرم بوده و کلیه اتصالات با پیچ یا جوش انجام می‌شود.

گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی مهندس سیدعلی منتظری