تاثیر فولاد در قاب‌های خمشی فولادی
به دلیل مقاومت بیشتر فولادهای با مقاومت بالا می‌توان از مقاطع ظریفتری نسبت به فولادهای نرمه ساختمانی استفاده كرد. لذا این امر باعث كاهش وزن سازه و درنتیجه هزینه میشود. ظریفتر شدن مقاطع مخصوصاً در ستون‌ها باعث افزایش لاغری و در نتیجه کاهش تنش‌های مجاز كم میشود. در واقع از تمام ظرفیت مقطع نمی‌توان استفاده نمود.
تولید فولادهای پر مقاومت با خواص مناسب مانند شكل پذیری مناسب و مقاومت بالا در طی ۵۰ سال اخیر شدیداً توسعه یافته است. ولی به علت شناخت كم مهندسین داخلی، استفاده از آنها در صنعت ساخت و ساز كشور رشد قابل توجهی نیافته است. تا زمانی كه مشخصات این فولادها به طور كامل ارزیابی نشود و عملكرد آنها در بارگذاری‌های لرزه‌ای مورد تحقیق و بررسی قرار نگیرد، استفاده از این فولادها كه موجب اقتصادی شدن پروژه‌های ساخت و ساز می‌شوند، توسعه نخواهد یافت.
فولاد مقاومت بالا در میان گسترش پیشرفت عملكرد فولاد برای چندین نوع ساختمان صنعتی در دسترس بوده است. از قبیل مخازن تحت فشار، خطوط لوله، ماشین آلات و وسایل. اخیراً فولاد پر مقاومت به عنوان مصالح ساختمانی برای ساخت ساختمان‌ها مورد استفاده قرار گرفته است. فولاد مقاومت بالا بطور افزاینده بجهت ارائه مزیت‌های برجسته زیر برای ساخت ساختمان‌ها، پل‌ها و سكوهای ساحلی پذیرفته میشود.
- ساخت ساختمان‌های بلند مرتبه
- ساخت ساختمان‌های با ستون‌های كمتر و دهانه‌های طویل‌تر جهت افزایش سطح قابل اجاره
- ساخت ساختمان‌های با مقاومت بیشتر در برابربار باد و زلزله
- افزایش اختیارات معماری با سبكتر و مقاوم‌تر شدن المان‌ها و قاب‌ها
- تسهیل ساخت و نصب
- پیشرفت روش‌های ساخت جدید
در چهار دهه اخیر فرآوری و بكارگیری فولادهای پر استحكام با مقاومت بالا مورد توجه خاصی قرار گرفته است، بنحوی كه طی این این مدت این گونه از فولادها بخوبی جای خود را در كاربردهای متنوع صنعتی باز كرده و در حال حاضر در موارد خاص استفاده از آنها غیر قابل چشم پوشی است. مقاومت تسلیم بالا و رفتار بسیار مناسب این فولادها سبب جایگزینی آنها با فولادهای معمول شده است.
پیشرفت‌های فنی حاصل شده در سال‌های اخیر در زمینه فولادسازی و نورد گرم، سبب كاهش قیمت و افزایش میزان رقابت فولادهای پر استحكام كم آلیاژ با دیگر انواع فولادها شده است. مزیت استفاده از فولادهای پرمقاومت از دو دیدگاه قابل بررسی است.
- استفاده از این گونه فولادها باعث كاهش هزینه ساخت سازه میشود.
- باعث كاهش مصالح مورد استفاده و در نهایت سبك شدن سازه میشود.
دیدگاه دوم كه بصورت زنجیره وار با دیدگاه نخست وابسته است، بهبود لرزه‌ای رفتار سازه در برابر بارهای دینامیكی مانند زلزله و دیگر بارهای ارتعاشی بدلیل كاهش جرم و ظریفتر شدن ابعاد اجزای باربر است. مصالح سنگین بخش عمده‌ای از تلفات را به هنگام زلزله به بار می‌آورند. روشن است كه هر قدر جرم ساختمان كاهش یابد نیروی اینرسی كه به ساختمان وارد میشود كاهش یافته و استفاده از اجزای سازه‌ای ظریف برای تحمل نیروهای ناشی از زلزله به خوبی كفایت خواهد كرد. بطور كلی در ساختمان دو نوع ابزار بكار گرفته می‌شوند.
- گروه اول اعضای سازه‌ای و حساس هستند كه این اعضاء وظیفه تحمل نیروهای ناشی از زلزله و بارهای قائم را بر عهده دارند.
- گروه دیگر اعضای غیر سازه‌ای مانند دیوار های جداكننده هستند.
در حال حاضر با توجه به كثرت مصالح ساختمانی سبك كه در سال‌های اخیر در كشور تولید شده‌اند امكان ساخت و اجرای اجزای غیر سازه‌ای با مصالح ساختمانی سبك فراهم شده است. ولی تاكنون مصالح ساختمانی سبك برای بكارگیری در اجزای سازه‌ای معرفی نشده است. بنظر می‌رسد استفاده از فولادهای پرمقاومت در صنعت ساختمان تحول شگرفی در كاهش وزن، اقتصادی شدن ساخت و افزایش كارایی اجزای سازه‌ای ایجاد نماید.
معیارهای اصلی طراحی فولاد
استحكام كششی
استحكام كششی مهمترین پارامتر فولاد است كه مقدار آن برای طراحان مورد نیاز است.
خاصیت چقرمگی
وجود نواقص و عیوب در فولاد از ماهیت و طبیعت آن است، هر چند كه این نواقص خیلی كوچك باشند. زمانی كه فولاد تحت بار كششی قرار می‌گیرد، نواقص ذكر شده تاثیرشان را نشان می‌دهند. اگر فولاد به اندازه كافی چقرمه نباشد، بدون تغییرشكل پلاستیك، عیوب تبدیل به ترك شده و سریع گسترش می‌یابند و موجب گسیختگی می‌شوند.
خاصیت چكش خواری
شكل پذیری یك ویژگی و درجه كیفی از فولاد بوده و با میزان افزایش طول فولاد تحت بار كششی بین نقطه تسلیم و حد پاره شدگی آن، اندازه گیری میشود. به بیان دیگر میزان افزایش طول فولاد از نقطه تسلیم تا گسیختگی خاصیت شكل پذیری را نشان می‌دهد. این خاصیت خوب فولاد می‌تواند تنش‌های زیاد موضعی را بدون ایجاد گسیختگی باز توزیع نموده و به عبارتی موجب ایجاد ظرفیت گشتاور پلاستیك در مقطع شود.
جوش پذیری
بطور كلی تمام فولادهای ساختمانی دارای خاصیت جوش پذیری هستند ولی برای یك جوش قابل قبول باید تمامی ابهامات در ناحیه ذوب و گرمای موضعی ایجاد شده در فولاد مرتفع شود. بدلیل بزرگی قطعات فولادی نسبت به ناحیه كوچك جوش، جذب گرما سریع بوده و جوش به سرعت خنك میشود. این امر ممكن است منجر به سخت شدن فولاد در ناحیه نزدیك به اطراف حوضچه جوش شود كه نتیجه آن، كاهش چقرمگی و ترد شكنی فولاد است.
بررسی استفاده از فولاد مقاومت بالا در قاب‌های خمشی
سیستم قاب خمشی به لحاظ رفتاری كه در برابر بارهای جانبی از خود نشان می‌دهد در اغلب سازه‌های فولادی بكار برده میشود. مهمتریین خاصیت این سیستم نحوه اتصال اعضای آن است كه به نحو موثری در رفتار سازه‌ای و پایداری سیستم دخیل است. از مهمترین مزایای این سیستم می‌توان به عدم تداخل در ملاحظات معماری از قبیل بازشو اشاره كرد. در این نوع سیستم تمام دهانه‌ها برای تعبیه بازشو آزاد هستند. از لحاظ رفتاری نیز این سیستم نسبتاً شكل پذیر است و قابلیت بالایی در استهلاك انرژی از خود نشان می‌دهد. سختی این سیستم نسبتاً كم است و در برابر بارهای جانبی دچار ضعف سختی هستند. به همین علت برای تقویت این سیستم نیاز به مقاطع بزرگ است كه این امر باعث افزایش وزن سازه میشود. در طراحی قاب‌های خمشی در مناطق زلزله خیز فلسفه طراحی تیر ضعیف – ستون قوی باید مد نظر قرار گیرد. یعنی تناسب بین سختی تیرها و ستون‌ها طوری رعایت شود كه تغییرشكل‌های غیرارتجاعی و مفصل‌های پلاستیك در تیرها ایجاد شوند و در ستون‌ها مفصل پلاستیك ایجاد نشود تا به این طریق از تمركز تغییر شكل در یك طبقه خاص جلوگیری شود.
فولادهای مقاومت بالا بیشتر در كاهش وزن قاب‌های كوتاه مرتبه موثر هستند. چرا كه با افزایش ارتفاع سازه بارهای جانبی نیز افزایش مییابد و این موضوع باعث افزایش تغییر مكان‌های نسبی بین طبقات ساختمان میشود. از طرف دیگر استفاده از فولاهای با مقاومت بالا باعث كوچكتر شدن و ظریفتر شدن مقاطع فولادی میشود كه به موجب آن كاهش ممان اینرسی تیرها و ستون‌های طبقات و كاهش سختی جانبی طبقات كه متناسب با سختی تیرها و ستون‌ها است، حاصل میشود. از آنجا كه یكی از معیارهای طرح لرزه‌ای سازه‌های ساختمانی كنترل تغییر مكان نسبی طبقات است برای جبران این نقصان باید از مقاطع بزرگتری استفاده شود. هر چند كه تنش‌های موجود كمتر از مقادیر مجاز باشد. با افزایش ابعاد مقاطع فولادی در قاب‌های خمشی وزن سازه نیز افزایش مییابد.
گاهی مواقع استفاده از تركیب فولادهای مقاومت بالا و معمولی می‌تواند باعث اقتصادی‌تر شدن سازه شود. چنانچه در طراحی قاب‌های خمشی فولادی نیاز به استفاده تركیبی از هر دو نوع فولاد باشد، بهتر است برای كاهش تغییر مكان نسبی طبقات و تامین كنترل تغییرشكل‌های جانبی، در ستون‌ها از فولاد معمولی و در تیرها از فولاد مقاومت بالا استفاده شود. بر اساس نتایج فوق، فولادهای مقاومت بالا بیشترین نقش را در كاهش وزن و اقتصادی‌تر شدن سازه‌هایی دارد كه معیار طراحی اجزای آنها تنش باشد و تغییر شكل و كمانش در طراحی آنها موثر نباشند، مانند اعضای كششی، ستون‌های غیر لاغر و تیرهای دوسر مفصل فشرده.
منبع: عمران سافت
دانستنیها