اسکلت فلزی چیست؟ از انواع تا اصول طراحی سازه فولادی
با مهم ترین مصالح ساختمانی در ساخت انواع سازه آشنا شوید! اسکلت فلزی که به آن سازه فلزی یا سازه فولادی هم می گویند، از رایج ترین انواع سازه های مهندسی هستند که اجرا و پیاده‌سازی آن ها از طریق فولاد ساختمانی انجام می شود. اطلاعات مکانیکی و ویژگی های منحصربه فرد فولاد ساختمانی موجب شده که عمدتاً در طرح و اجرای ساختمان های فولادی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. سازه های فولادی از بخش های مختلفی مثل اتصالات فولادی تشکیل شده است که در کتاب طراحی اتصالات فولادی به طور مفصل به این موضوع پرداخته شده است و شما می توانید این کتاب را در کمترین زمان تهیه کنید.
اسکلت فلزی یا همان سازه فلزی (سازه فولادی) نوعی سازه ساختمانی است که مصالح اصلی این سازه ها برای تحمل بار و همچنین انتقال این بارها مورد استفاده قرار می گیرد، از جنس فولاد می باشد. این سازه ها انواع مختلفی هم مثل جوشی، پرچی یا پیچ و مهره می باشد.
طراحی سازه های فولادی دارای استانداری هسنند که در مباحث مقررات ملی ساختمان مثل مبحث دهم، بیان شده است. مطالعه مبحث دهم مقررات ملی یکی از مهم ترین اصول آموزش های یک مهندس عمران می باشد. اگر تمایل به مطالعه بیشتر در این مورد دارید، دانلود مبحث ۱۰ یک پیشنهاد ویژه برای شماست! همچنین اگر می خواهید با انواع سازه های فولادی، مزایا و معایب و کاربردهای آن ها بیشتر آشنا شوید به شما پیشنهاد می کنیم که چند دقیقه از وقت گرانبهایتان را در اختیار ما قرار دهید.
سیستم سازه ای چیست؟
این سیستم در واقع اصطلاحی در مهندسی سازه است که به مجموعه المان های باربر یک سازه مورد استفاده اشاره می کند. به عبارتی می توان گفت که سیستم سازه ای به نمایش روش اجرای المان های سازه، نحوه نگهداری و انتقال بارها می پردازد.
این سیستم ها در جهت نگهداری کل یا بخشی از سازه ها طراحی می شوند. آشنایی با سیستم های سازه ای نحوه عملکرد آن ها در شرایط بارگذاری متفاوت از مهم ترین مبانی مهندسی سازه است و کتب و منابع بسیاری در مورد آن وجود دارد. همچنین انواع سیستم های سازه ای به شرح زیر می باشند.
- سیستم دیوارهای بالابر
- سیستم قاب ساختمانی
- سیستم کنسولی
- سیستم دوگانه
- سیستم قاب خمشی
این انواع بیان شده در آیین نامه ۲۸۰۰ مقررات ملی نوشته شده است که خدمت شما بیان شد. شما می توانید با دانلود استاندارد ۲۸۰۰ به طور رایگان از این آیین نامه نهایت بهره را ببرید.
اسکلت فلزی چیست؟ (از سرگذشت تا ویژگی ها)
در واقع اسکلت فلزی از جمله انواع سازه های فلزی است که در جهت اجرای سیستم اسکلت بندی آن از فولاد ساختمانی استفاده می کنند. معمولاً در ساختمان های مسکونی بلند، سوله های صنعتی، برج های تجاری، پل های معلق و کابلی از اسکلت فولادی استفاده می شود و می توان گفت که نمونه هایی از سازه های فولادی هستند.
تاریخچه سازه فلزی
تا پیش از آنکه فولاد ساختمانی اختراع شود در صنایع گوناگون از آلیاژهای مختلفی مثل آهن، چدن، آهن ورزیده، فولاد معمولی و… استفاده می کردند. آهن ورزیده که شامل آهن و درصد پایینی کربن است چندین قرن توسط آهنگران برای ساخت در های ورودی، راه آهن و ساخت تزئینات مورد استفاده قرار می گرفت.
از اواخر دهه ۱۸۴۰ میلادی استفاده از چدن بیشتر رواج یافت، به طوری که از آن به جای چوب در ساخت گاوآهن، ماشین نساجی، ظروف آشپزی استفاده می کردند. اما بااین وجود ویژگی هایی چون مقاومت کششی و انعطاف پذیری پایین موجب شده که امکان استفاده از چدن به عنوان مصالح ساختمانی وجود نداشته باشد.
با توجه گران بودن آلیاژ فولاد درگذشته بیشتر برای ساخت وسایل خاصی مانند ساعت، داس، شمشیر و… به کار می رفت. در واقع روش ساخت این آلیاژ موجب بالارفتن قیمت آن شده بود. به همین دلیل امکان استفاده از فولاد معمولی در ساختمان سازی به عنوان مصالح ساختمانی وجود نداشت، اما ویژگی های منحصربه فرد آن باعث شده بود که به یکی از بهترین گزینه ها برای ساخت سازه ها تبدیل شود.
مدتی بعد استفاده از آهن ورزیده رواج یافت و درنهایت با تولید گسترده و وسیع فولاد در اوایل قرن ۲۰ میلادی شرایطی را ایجاد نمود که از این آلیاژ ارزشمند در ساخت سازه های فولادی و اسکلت فولادی استفاده شود. به طوری که امروزه در دنیای مهندسی از فولاد به عنوان مهم ترین مصالح ساختمانی یاد می کنند.
انواع سازه های فولادی
سازه های فولادی شامل انواع مختلفی از آن ها می شود که در این محتوا بخشی از انواع سازه های فلزی برایتان بیان شده است. اما اگر نیاز به اطلاعات بیشتری در این زمینه دارید می توانید به مقاله مربوطه مراجعه کنید.
سازه های قاب بندی شده با نورد سرد یا LSF
مقاطعی هستند که در خارج از کارخانه های عمرانی و از طریق ابزارهای مختلف به یکدیگر متصل می شوند. عمدتاً از این مقاطع در ساختمان های ویلایی خارج از شهر استفاده می کنند.
سازه های قاب بندی با نورد گرم
این مقاطع در کارخانه های ذوب و آهن ساخته و مورداستفاده قرار می گیرند.
- سازه های پوسته ای مانند مخزن هایی که برای نگهداری مایعات و گاز استفاده می شوند.
- سازه های معلق که عمدتاً در کارها و طرح های پارامتریک معماری کاربرد دارند.
در طراحی و تحلیل سازه های فولادی هر یک از اعضایی که از مقاطع فولادی باشند با استفاده از نرم افزارهای پیشرفته طراحی می شوند. از جمله این اعضا می توان به تیرها، ستون ها، سقف کامپوزیت ساده، مهاربندها، دیوارهای برشی فولادی و … اشاره نمود. منظور از طراحی سازه ها مشخص نمودن پیکربندی، ابعاد و مشخصات قطعات است به طوری که از ایمنی و عملکرد خوبی برخوردار باشد.
به طورکلی برای تحلیل و طراحی سازه فولادی از روش های زیر استفاده می کنند:
- روش طراحی تنش مجاز ADS یا الاستیک
- روش طراحی حالت حدی LSD
- روش طراحی مقاومت نهایی یا پلاستیک
ریز به ریز از اجزای سازه فلزی!
در طراحی سازه فولادی به اجزای سازه نیز توجه ویژه ای می شود. اجزای سازه فلزی بر اساس عملکردی که انتظار می رود در مقابل بارهای متفاوت داشته باشند به گروه های مختلفی تقسیم بندی می شوند. ازاین رو می توان سازه های فولادی را به اعضای فشاری، کششی، خمشی، ترکیبی و اتصالات تقسیم بندی نمود.
استاندارد طراحی سازه فولادی چیست؟
استاندارد اسکلت فلزی در واقع مرجعی از قوانین و مقررات ملی است که به کمک آن طراحان و مهندسان به طراحی و اجرای سازه ها و عضو های فولادی می پردازند. در راستای آغاز طراحی و اجرا نیاز است که مهندسین دستورالعمل های موجود را تهیه کنند و مطابق با آن ها پروژه را پیش ببرند. برای طراحی سازه های فولادی استانداردهای ملی و بین المللی متعددی وجود دارد.
مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در ایران را مبنای طراحی عضوهای ساختمان اسکلت فولادی می‌دانند. از جمله استانداردهای بین المللی ارائه شده برای طراحی سازه فولادی می توان به موارد زیر اشاره کرد.
- : BS EN ۱۹۹۳:۲۰۰۶ – Eurocode ۳ استاندارد اروپا تحت عنوان طراحی سازه های فولادی (Design of Steel Structures)
- AISC ۳۶۰: استاندارد آمریکا تحت عنوان مشخصات ساختمان های فولادی (Specification for Structural Steel Buildings)
- ISO 10721: استاندارد بین المللی در دو بخش تحت عناوین مواد و طراحی (Materials and Design) و تولید و برپایی (Fabrication and Erection)
- AS ۴۱۰۰: استاندارد استرالیا به عنوان سازه های فولادی (Steel Structures)
۴ مزیت کلیدی سازه فلزی
سازه فلزی دارای مزایای بسیاری است، به همین دلیل کاربردهای فراوانی دارد و به یکی از برترین گزینه ها برای مهندسین و پیمانکاران در پروژه های آن ها تبدیل شده است. از مهم ترین مزیت های این سازه ها می توان به موارد زیر اشاره نمود:
۱. قابلیت اطمینان
سازه های فولادی باتوجه به پیوستگی و همگن بودنشان و همچنین مشخصات مکانیکی، شکل پذیری و الاستیسیته بالا، کنترل کیفیت خوب در زمان تولید و … دارای قابلیت اطمینان بالایی هستند. در اغلب موارد اختلافی که میان نتایج آزمون های آزمایشگاهی بر روی عضوهای سازه فولادی وجود دارد خیلی کمتر از عضوهای سازه بتنی است. در نتیجه طراحی و تحلیل سازه های فولادی با اطمینان بالاتری صورت می گیرد.
۲. وزن سازه
هنگامی که فولاد را با مصالح دیگری چون بتن یا چوب مقایسه می کنند فولاد باتوجه به چگالی بالایی که دارد دارای وزن بیشتری است، اما با این طراحی اسکلت فولادی به نحوی انجام می شود که سازه نسبت به اسکلت های بتنی یا چوبی وزن کمتری داشته باشد.
۳. دوام و مقاومت
اعضایی که با استفاده از فولاد ساختمانی ساخته می شوند دارای وزن کمتر و استحکام بالاتری در مقایسه با اعضای بتنی یا چوبی هستند. به طوری که پروفیل های فولادی حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد سبک‌تر از عضوهای چوبی با ظرفیت باری مشابه هستند. علاوه بر این سازه های فولادی دارای دوام و مقاومت بیشتری در شرایط نامطلوب و نامناسب آب وهوایی می باشند. همچنین دچار زنگ زدگی نمی شود و در برابر آتش‌سوزی مقاوم هستند.
۴. سازگاری بالا
از دیگر مزایای اسکلت فلزی می توان به سازگاری بالا این سازه ها اشاره نمود. معمولاً در اکثر سازه های فولادی از اتصالات پیچی استفاده می کنند و به این ترتیب تغییر پیکربندی المان ها برای تغییر کاربری سازه ساده می شود. این ویژگی مشخص بودن مسیر بارگذاری، امکان توسعه سازه، پایین بودن وزن و امکان تقویت سازه را به وجود می آورد.
معایب سازه های فولادی
سازه فلزی در کنار تمامی ویژگی های مثبت و مزایایی که دارد دارای معایبی نیز می باشد که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره نمود.
- هزینه اولیه بالا
- نیاز به نگهداری فراوان
- احتمال رخ داد کمانش
- آسیب پذیری در دماهای خیلی زیاد
- شکست حاصل از خستگی
- نیاز به پوشش ضد آتش
تفاوت و مقایسه سازه های فولادی و بتنی
اگر بخواهیم به مقایسه سازه بتنی یا فلزی بپردازیم، نمی توانیم برتری هرکدام را بر دیگری نشان دهیم، زیرا اسکلت های سازه فلزی و بتنی بر اساس شرایط سازه و عملکردی که از آن ها انتظار می رود می تواند گزینه مناسبی باشد؛ اما به طورکلی اسکلت فولادی نسبت به وزنی که دارد دارای استحکام بالایی است.
وجود این ویژگی مهم و شاخص در کنار روش های جدید و نوین ساخت وساز موجب شده که سیستم های فولادی به گزینه ای پرطرف دار و بسیار کاربردی برای ساخت ساختمان های چندین طبقه مسکونی و اداری تبدیل گردد. از معیارهای برتری اسکلت فولادی به اسکلت بتنی می توان به قابلیت کاهش ارتفاع سازه، انعطاف پذیری بالا، اجرای دهانه های بلند و … اشاره کرد.
از طرفی بتن دارای مشخصاتی است که امکان شکل دهی آن به هر فرمی امکان‌پذیر است. در نتیجه می توان گفت که اسکلت های بتن آرمه می توانند انتخابی عالی برای ساختمان های عمومی که طراحی ساده تا پیچیده ای دارند باشند.
از دیگر موارد مصرف سازه های بتنی می توان به تأسیسات اتمی، سازه های دریایی، سدها و پل ها اشاره نمود. در ارتباط با بتن آرمه می توانید به مباحث مقررات ملی ساختمان نگاهی بیاندازید. به این دلیل که به طور مفصل مبحث نهم مقررات ملی در این باره صحبت کرده است. می توانید دانلود مبحث ۹ را به راحتی یک کلیک صورت دهید.
سخن پایانی
همان طور که در این مقاله متوجه شدید سازه های فولادی بسیار مهم و دارای انواع مختلفی هستند. به همین دلیل در بسیاری از پروژه های ساختمانی و ساخت سازه مورد استفاده قرار می گیرند. از این رو نیاز است که مهندسین و طراحان عمران همواره اطلاعات و دانش خود را بروز نمایند و جدیدترین کتب و منابعی که در این حوزه ارائه می شود را مطالعه کنند تا بتوانند پروژه های خود را به بهترین شکل ممکن اجرا و پیاده‌سازی نمایند.
برای خرید این کتب مهندسین و دانشجویان مهندسی سازه و عمران می توانند به صورت حضوری اقدام نمایند و یا اینکه به صورت آنلاین خرید را انجام دهند. وب سایت های مختلفی در زمینه عرضه کتب تخصصی فعالیت دارند. اما وب سایت رایان بوک یکی از بهترین و معتبرترین سایت ها جهت خرید و دانلود کتب تخصصی و دانشگاهی است.
این مجموعه سابقه ای طولانی و درخشان در ارائه معتبرترین و ارزشمند ترین کتب تخصصی و مرجع است و باجمع آوری تمامی کتاب ها از ناشران مختلف شرایطی را فراهم نموده تا کاربران به راحتی بتوانند با چند کلیک ساده کتاب مد نظر خود را بیابند.
سوالات متداول
انواع اسکلت فلزی یا فولادی
سازه های قاب بندی شده با نورد سرد یا LSF – سازه های قاب بندی با نورد گرم
استاندارد طراحی سازه فلزی چیست؟
استاندارد سازه فولادی یا فلزی در واقع مرجعی از قوانین و مقررات ملی است که به کمک آن طراحان و مهندسان به طراحی و اجرای سازه ها و عضو های فولادی می پردازند.
