سازه فلزی و اسکلت فلزی
سازه فلزی و اسکلت فلزی
امروزه با پيشرفت علوم و تحولات روزافزون تكنولوژی نيازها و خواسته های جديدی در زمينه مهندسي سازه فلزی و اسکلت فلزی رخ داده است. فاکتور زمان در ساخت این سازه های فلزی اهميت دو چندان يافته و اين امر گرايش به سازه فلزی های پيش ساخته را افزايش داده است .علاوه بر این با افزايش جمعيت جوامع بشری علاقه به داشتن فضاهای بزرگ بدون حضور ستون های مياني بسيار خواهان پيدا كرده است .در اين راستا از اوايل قرن حاضر تعدادی از متخصصين مجذوب امکانات های منحصر بفرد سازه های فضاكار گشته و پاسخ بسياری از نيازهای تازه را در اين سازه ها جسته اند و البته نتايج بسيار مثبتي نيز کسب نمودند.
سازه فلزی نوعی سازه هست که مصالح اصلی آن که برای تحمل نیروها و انتقال آنها به کار می‌رود از فلز (فولاد) ساخته شده است.اتصالات به کار رفته در این سازه فلزی ها از نوع جوشی، پرچی و یا پیچ هست و بسته به نوع اتصالات قطعات طرح شده و کنترل‌های مربوطه بر روی آنها انجام می شود.فلز یکی از مهمترین مصالح ساختمانی هست.فولاد (فلز) از احیا شدن سنگ آهن، به همراه کک و اکسیژن در کوره‌های بلند با درجه حرارت زیاد حاصل می شود.
سازه فلزی و اسکلت فلزی چیست ؟
به سازه ای كه عملکرد سه بعدی داشته باشد، به شکلی که به هيچ ترتيبی نتوان رفتار كلی آن را با استفاده از يك يا چند مجموعه مستقل دوبعدي تقريب زد، سازه فضاكار ناميده مي شود . با اين تعريف طيف وسيعي از سازه ها يعني حتي بعضی از قوس ها و گنبدهای آجری گذشته نيز جزو سازه های فضاكار بشمار می روند، ولی در اينجا منظور سازه های سه بعديی خاص هستند كه معمولا دارای اعضای مستقيم با اتصالات صلب يا مفصلی هستند.که به آنها سازه فلزی می گویند.
ساخت سوله
یکی از عمده ترین و پرکاربرد ترین سازه های فلزی ساخت سوله می باشد . سوله به سازه ای با سقف شیب دار می گویند که دارای کاربری های زیادی در صنعت می باشد و از جزئیات ذیر تشکیل گردیده است:
میل مهار یا سگراد ، سینه بند ، پیچ و مهره ، سایبان ، بولت ، ستون ، رفتر ، پرلین ، استرات ، وال پست ، بادبند سقفی و جانبی
سوله به دلیل کاربرد عمدتاً صنعتی از نظر طراحی با سایر سازه ها فرق دارد. مخصوصا آنکه قاب ها در این جور سازه ها کاملا متفاوت هستند و دارای شیب می باشند و دهانه ها نیز نسبت به دیگر سازه ها بزرگتر می باشد. به دلیل بزرگ بودن ابعاد تیرها و ستون ها، جهت ساخت سوله باید از تیرورق استفاده کرد.
سازه های فلزی :
فلزات حدود دو سوم از تمام عناصر و حدود ۲۴ درصد از جرم این سیاره را تشکیل می دهند. آنها در اطراف ما در قالب هایی مانند سازه های فولادی، سیم مسی، فویل آلومینیومی و جواهرات طلا می باشند. فلزات به طور گسترده ای به سبب ویژگی های شان مورد استفاده قرار می گیرد: مقاومت، انعطاف پذیری، نقطه ذوب بالا، هدایت حرارتی و الکتریکی، و … تمام عناصر فلزات، از اتم تشکیل شده است. استحکام فلزات نشان می دهد که این اتم ها با هم پیوندی قوی دارند.
سازه فلزی ازنظر اقتصادی مقرون به صرفه تر هستند. مثلا هرچه مدت زمان ساخت یک ساختمان کوتاهتر باشد، هزینه نهایی آن ساختمان کمتر خواهد بود. با توجه به روش های گوناگون ساخت سازه، متوجه می‌شویم که در مقایسه با دیگر روش ها، ساخت سازه‌های فلزی زمان کمتری صرف می‌کند.بعلاوه دیگر مزایای سازه های فلزی مهندسین را برآن داشته تا در اجرای سازه های خود از سازه فلزی استفاده نمایند.
مزایای سازه فلزی و اسکلت فلزی:
از جمله مزایای اسکلت فلزی می توان به موارد زیر اشاره نمود:
امکان توسعه سازه بعد ازپایان وجود دارد.
امکان اتصال چند قطعه به یکدیگر وجود دارد.
قطعاتی در کارخانه به صورت پیش ساخته همی باشند.
اجرا و نصب آنها سرعت بالایی دارد
فضای کمتری نسبت به بتند اشغال می کند
و در ارتفاع زیاد کاربرد دارد
از نظر کارشناسان یکی از دلایل پیشرفت سریع کشورهای نو ظهور استفاده از سازه های فولادی پیش ساخته درساخت و سازهای سریع همراه با کیفیت زیر ساخت های تجاری،درمانی،صنعتی و مسکونی این کشورها می باشد.
مزایای سازه فلزی و اسکلت فلزی
مقاومت زیاد فلز
مقاومت قطعات فلزی زیاد است و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است، این موضوع در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، خصوصاً ساختمان هایی که بر زمین های سست قرار می گیرند بسیار اهمیت دارد.
خواص یکنواخت فلز
فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه و تولید می گردد و به یکنواخت بودن خواص آن می توان اطمینان نمود و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تأثیر قرار نمی گیرد . اطمینان در یکنواختی خواص مصالح، در انتخاب ضریب اطمینان کوچک موثر است، که خود صرفه جویی در مصرف مصالح را سبب می شود .
دوام فولاد
دوام فولاد بسیار خوب است، اگر در نگهداری ساختمانه ای فلزی دقت لازم وجود داشته باشد، برای مدت طولانی قابل بهره برداری می باشند.
خواص ارتجاعی فولاد
خواص ارتجاعی فولاد با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد ، فولاد در تنش های بزرگ از قانون هوک پیروی می نماید.
شکل پذیری فلز
یکی از خواص مثبت فلزها ، شکل پذیری آنها است که می توانند از تمرکز تنش که در واقع دلیل شروع خرابی است جلوگیری کنند و نیروی دینامیکی و ضربه را تحمل کنند، در حالیکه است که مصالح بتنی به دلیل اینکه ترد زیاد دارند و شکننده هستند در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف هستند.
این عامل سبب می شود تا سازه های فولادی در موقع شروع خرابی به صورت ناگهانی خراب نشده و زمان لازم جهت تخلیه افراد و تعمیرات در آنها وجود داشته باشد .
پیوستگی قطعات فلزی
قطعات فلزی با توجه به اینکه مواد متشکله آنها همگن و پیوسته هستند ، ولی قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی میلگرد وارد می گردد و ترک هایی در پوشش بتن به وجود می آید که قابل کنترل نیستند و احتمالاً ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتری داشته و تخریب میگردد .
مقاومت متعادل مصالح فلزی
مصالح فلزی در کشش و فشار یکسان و در برش نیز دارای مقاومتی نزدیک به کشش و فشار هستند ، بنابراین تغییر وضع بارها بدون تخریب امکان دارد ، یعنی در صورت تبدیل نیروی وارده فشاری به کششی مسأله خاصی اتفاق نمی افتد. در ساختمان های بتنی مسلح، مقاومت بتن در فشار خوب ولی در کشش و یا برش کم است ، بنابر این در صورتی که مناطقی احتمالاً تحت نیروی کششی قرار بگیرند و مسلح نشده باشند تولید ترک و خرابی می کنند .
انفجار
سازه های فولادی نسبت به ساختمان های بتنی، دارای رفتار بهتری در برابر انفجار هستند .
شرایط آسان ساخت و نصب
تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت های متفاوت جوی با تمهیدات لازم قابل اجرا می باشد .
اشغال فضا
در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد ستون ؛ تیرهای ساختمان فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از تیرهای ساختمان های بتنی هستند . سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمان های بتنی نسبت به ساختمان های فلزی بیشتر ایجاد می گردد .
سرعت نصب
سرعت اجرا و نصب قطعات فلزی نسبت به اجرای قطعات بتنی به صورت چشمگیری بالاتر می باشد. پایان سریع کار ، امکان بهره برداری به موقع از پروژه و بازگشت سریعتر هزینه های انجام شده را میسر می سازد .
تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی
قطعات ضعیف ساختمان فلزی را که در اثر اشتباه محاسباتی، تغییر در مقررات ویا ضوابط اجرا یی به وجود می آیند را می توان با جوش ، پرچ و پیچ کردن قطعات جدید تقویت کرد و قسمت یا دهانه هایی اضافه نمود .
هدر رفتن مصالح
با توجه به اینکه قطعات سازه فلزی کارخانجات تولید میشود؛ دور ریز یا پرت مصالح آنها نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر می باشد .
وزن کم ساختمان های فولادی
میانگین وزن ساختمان های فولادی را می توان بین 245 تا 390 کیلوگرم بر متر مربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم بر متر مکعب تخمین زد ، در حالیکه در ساخمانهای بتنی مسلح ، این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم بر متر مربع یا 160 تا 250 کیلوگرم برمتر مکعب هستند .
افزایش کیفیت اسکلت سازه
افزایش کیفیت اسکلت سازه به سبب کنترل های قبل ، حین و بعد از اجرای سازه ها ، همچنین کنترل کامل مصالح و وجود سیستم کنترل کیفی مقیم در مجموعه ساخت ، از نظر ابعادی و جوش ، باعث ساخت قطعات پیش ساخته فلزی با کیفیت بالا می گردد .
ضریب نیروی لرزه ای
حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزای ساختمان می گردد . به عبارت دیگر ساختمان بر روی زمینی که به صورت تصادفی و غیر همگن در حال ارتعاش است بایستی ایستایی داشته و ارتعاش زمین را تحمل کند . در قاب های بتن مسلح که وزن بیشتری دارند ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قاب های فلزی می باشد ، تجربه نشان می دهد که خسارات وارده بر ساختمان های کوتاه و صلب که در زمینهای محکم ساخته شده اند زیاد است بعلاوه ساختمان های بلند و انعطاف پذیری که در زمین های نرم ساخته می شوند صدمات زیادی از زلزله می بینند . به عبارت دیگر ساخت ساختمان های کوتاه در زمینهای نرم که پریود ارتعاش زمین نسبتاً بزرگ است نتایج بهتری دارد . و برعکس ساخت ساختمان های بلند در زمینهای سفت با پریود کوچک احتمال خرابی کمتری در بر خواهد داشت . عکس العمل ساختمان ها در مقابل حرکت زلزله بستگی به مشخصات خود ساختمان از نظر صلبیت و یا انعطاف پذیری دارد ، مهمترین مشخصه ساختمان در رفتار مقابل زلزله ، پریود طبیعی ارتعاش ساختمان می باشد .
برگشت پذیر بودن کامل مصالح
برگشت پذیر بودن کامل مصالح سازه های فلزی و امکان استفاده دوباره آنها را مخصوصاً در اسکلت های پیچ و مهره ای میسر می سازد .
تفاوت سازه فلزی و اسکلت فلزی با بتنی :
مقاومت قطعات فلزی از مصالح بتنی بیشتر است.
سطح اشغال یا فضای مرده در ساختمان های بتنی بیشتر ایجاد می گردد .
سازه های فلزی وزن کمتری دارند.
در زمان وقوع زلزله سازه ی بتی ضعف بیشتری در برابر سازه ی فلزی دارد و تخریب می گردد.
سازه ی فلزی خاصیت شکل دهندگی و شکل گیری دارند اما مصالح بتنی ترد و شکننده می باشند.
دوام فولاد نسبت به بتن بسیار خوب است.
زمان اجرا در سازه های فلزی نسبت به سازه ی بتنی کمتر است.
مقاومت فولاد در آتش سوزی پائین است و با گرم شدن مقاومت خود را از دست می دهد اما اسکلت بتنی مقاومتی بالاتر از اسکلت فلزی دارد.
سازه فلزی ارزش اسقاط بالاتر و هزینه تخریب کمتری نسبت به سازه ی بتنی دارد.
در محل اجرای سازه ی بتنی باید آزمایشگاه های مکانیک خاک در دسترس باشد.