به نام یگانه مهندس هستی
- مقدمه
- علت استفاده از مقطع ۲IPE
- بهترین جایگزین ۲IPE : مقطع جعبه‌ای یا BOX
- اما در مقاطعBOX این مشکل وجود ندارد.چرا؟
- انواع مقاطع جعبه‌ای
- نحوه ساخت مقاطعBOX
- مقطع فشرده از نظر مبحث دهم
- نحوه صحیح ساخت BOXدر مبحث دهم۱۴۰۱
- جمع بندی
مقدمه:
گسترش روز افزون صنعت ساختمان و ساخت‌ساز و همچنین روی کارآمدن سازه های بلند مرتبه نیاز طراحان سازه را به مقاطع قوی‌تر در عین حال اقتصادی و کم‌حجم تر بیشتر از پیش کرده است.به همین دلیل با استفاده از روش هایی مقاطع متداول ساختمانی را قوی‌تر کرده و از آنها در سازه ها استفاده میشود.به طور مثال با کنار هم قرار دادن دو عدد تیرآهن میتوان به مقطعی قوی‌تر با روش ساخت آسان دست پیدا کرد (که در مقاله قبلی به‌طور مفصل به آن پرداختیم،توصیه میشود پیش از مطالعه این مقاله حتما جهت درک بهتر،مقاله قبلی را مطالعه بفرمایید.) اما با گذشت زمان و تغییر آیین نامه های ساختمانی و ممنوع شدن مقاطع دوبل و سوبل در بسیاری از شهر ها باید جایگزینی مناسب برای آنها بیابیم.
به همین جهت نوشته ای آماده کردیم تا به بهترین جایگزین دوبل IPE و سوبل IPE بپردازیم.
لینک مقاله قبلی (ایا استفاده از IPE2 مجاز است؟؟)
به جهت درک بهتر مجدد علت اسفاده از IPE2 را مطرح می‌کنیم.
یک تیر آهن را در نظر بگیرید همانطور که می‌دانید این مقطع دارای بی‌نهایت محور گذرنده از مرکزسطح خود می‌باشد، اما از این بی نهایت محور دو محور اصلی که محور قوی و محور ضعیف نامیده میشود اهمیت بیشتری دارد.
همانطور که در مقاله قبلی گفته شد ممان اینرسی حول محور قوی بزرگتر است به همین دلیل خمش حول محور X تحت نیروی بزرگتری نسبت به محورY اتفاق میافتد.
با کنار هم گذاشتن دو عدد IPE و جوش دادن آنها با روش های مختلف(در مقاله قبلی به‌طور مفصل توضیح دادیم) به مقطعی دست پیدا خواهیم کرد که ممان اینرسی حول هر دو محور آن زیاد بوده و می‌تواند مقطع مناسب‌تری از یک IPE باشد.
پس با فاصله گرفتن مصالح از تارخنثی مقطع ممان، اینرسی بزرگتر شده و مقطع حول آن محور قوی‌تر میشود.
بهترین جایگزین ۲IPE : مقطع جعبه‌ای یا BOX
یکی از معایب بزرگ مقاطع دوبل شده عدم استفاده از قاب خمشی و اتصال گیردار در جان مقطع یا همان راستای تودلی می‌باشد. به عبارتی دیگر نمی‌توان در راستای تودلی یک دوبل IPE اتصال گیردار داشت یا از قاب خمشی استفاده نمود.
به تصویر بالا دقت کنید
در محل شماره ۱ استفاده از اتصال گیردار و قاب خمشی ممنوع بوده حتی در شکل پذیری معمولی اما در محل ۲ میتوان از اتصال گیردار و قاب خمشی استفاده نمود.
اما در مقاطعBOX این مشکل وجود ندارد.چرا؟
به علت اینکه ممان اینرسی حول هر دو محور اصلی قوی بوده و اگر مقطع مربع باشد ممان اینرسی حول دو محور برابر بوده.پس نتیجه می‌گیریم که در مقاطع باکس استفاده از قاب خمشی و اتصالات صلب در هر دو جهت مجاز بوده و میتوان در دو جهت قاب خمشی را طراحی کرد.
یکی دیگر از معایب مقاطع دوبل شده و IPE پیچیدن آنها تحت بارهای بسیار ناچیز است.به طور مثال در تیر ها کمانش پیچشی جانبی اتفاق افتاده و مقطع نمی‌تواند از حداکثر ظرفیت خود بهره‌مند شود.
کمانش پیچشی جانبی در تیر یک سر گیردار
خبر خوب اینجاست که در مقاطع باکس اوضاع متفاوت است.
به طور کلی مقاطع جدار نازک بسته دارای مقاومت پیچشی بالایی بوده و به راحتی نسبت به مقاطع دیگر پیچش در آنها رخ نمی‌دهد.
مقاطع جدارنازک بسته و توخالی
دو نوع مقطع جعبه‌ای رایج وجود دارد که نوع دوم آن بسیار پرکابردتر بوده که در ادامه توضیح خواهیم داد.
- مقطع تک درزHSS(Hollow structural section)
- مقاطع BOX(قوطی ساخته شده با ورق)
مقطع HSS:
این مقطع که رواج کمتری از مقاطعBOX دارد در کارخانه به صورت یکپارچه ساخته شده و به محل نصب منتقل میشود.منظور از ساخت یکپارچه این است که این مقاطع از یک ورق و خم کردن آن ساخته میشود،به نحوی که یک ورق را خم کرده و به شکل مربع یا مستطیل در آورده و سپس در یک ناحیه به صورت طولی جوش میشود.
علت استفاده محدود از این مقاطع محدود بودن سایز آنها می‌باشد مانند تیرآهن ها که دارای سایز های مشخصی هستند.
مقطع BOX:
این مقطع رایج تر از مقطع های HSS بوده و از اتصال چهار ورق به ابعاد دلخواه ساخته میشود.
به نحوی که ورق ها در ابعاد مورد نظر برش خورده و لبه آنها پخ زده میشود و با جوش نفوذی به یکدیگر متصل شده و تشکیل یک BOX را می‌دهد.
دو نوع روش ساخت برای این مقاطع وجود دارد:
روش ۱:استفاده از ورق های بدون پخ در لبه و جوش دادن آنها به یکدیگر
که این نوع جوش ، جوش گوشه محسوب میشود.
روش ۲:استفاده از ورق پخ خورده در لبه و جوش دادن آنها به یکدیگر
اگر ورق را پخ بزنیم و آنرا به هم جوش دهیم آن جوش،جوش نفوذی محسوب خواهد شد.
مبحث دهم۱۴۰۱صفحه ۳۹۳
به متن بالا توجه کنید
با توجه به مبحث دهم ۱۴۰۱ ستون های ساخته شده با ورق به شکل جعبه ای یا همان ستون های BOX و همچنین مقاطع باکس ساخته شده با مقاطع H شکل در نواحی بحرانی اتصال جان‌ها به بال‌ها مقطع ستون جوش باید از نوع جوش شیاری با نفوذ کامل با استفاده از ورق پشت‌بند باشد.
اما در خارج از نواحی بحرانی اتصال جان‌ها به بال‌ها می‌تواند با استفاده از جوش نفوذی با نفوذ ناقص و بدون استفاده از ورق پشت‌بند باشد.
ناحیه بحرانی=عمق تیر+۳۰سانتی‌متر بالای تیر+۳۰سانتی‌متر پایین تیر
مبحث دهم ۱۳۹۲صفحه ۲۴۲
در مبحث دهم سال ۱۳۹۲ نیز به این موضوع اشاره شده است.
در آیین نامه سال ۱۳۹۲ نیز در نایحه بحرانی باید نوع جوش از نوع نفوذی کامل باشد.
برسی جوش در روش ساخت۱(کنار هم قرار دادن دو ورق بدون پخ و جوش آنها):
همانطور که در بالا توضیح دادیم برای اتصال ورق‌ها در ستون های BOX باید جوش در تمام طول ستون از نوع نفوذی بوده و در ناحیه بحرانی این جوش باید با نفوذ کامل و در بقیه نواحی می‌تواند با نفوذ ناقص باشد.اما الزام جوش نفوذی پابرجا است و جوش گوشه به هیچ عنوان مجاز نخواهد بود.
اکنون بررسی می‌کنیم که آیا جوشی که در طول ستون با ورق بدون پخ اجرا میشود از نوع نفوذی بوده یا از نوع جوش گوشه می‌باشد.
به تصویر بالا دقت کنید
همانطور که می‌بینید دوسر ورق قرار گرفته در کنار هم مانند دو ورق هم راستا مي‌باشد كه نسبت به هم ۹۰ درجه تغيير كرده است.
جوش نفوذي كامل
با اين تعبير مي‌توان اين نوع جوش در روش ساخت ۱ را جوش نفوذي در نظر گرفت.
اما در آيين نامه AWS D1.3 به صراحت اعلام شده است كه اين نوع جوش جوش گوشه بوده و نمي‌توان آنرا نفوذي در نظر گرفت.
AWS D1.3
حتي اگر هم اين نوع جوش را بتوانيم استفاده كنيم بايد ساق جوش برار با قطر ورق بوده و مماس با آن بايد.
براي محقق شدن شرط فوق آيين نامه محدوديتي قرار داده است كه از محقق شدن آن جلوگيري مي‌كند.
مبحث دهم ۱۴۰۱صفحه ۱۹۵
در بند فوق به صراحت ذكر شده است كه براي ضخامت هاي بزرگتر از ۶ ميلي‌متر بايد ساق جوش گوشه از قطر ورق ۲ ميلي‌متر كوچك‌تر بايد .
با توجه به اينكه اكثر مقاطع ساخته شده به صورت باكس قطر ورقي بيش از ۶ ميلي‌متر را دارند ساق جوش كوچك تر از قطر ورق بوده و حالت زير پیش می‌آید که قابل قبول نیست.
نحوه صحیح ساخت BOXدر مبحث دهم۱۴۰۱:
اکنون به نحوه صحیح جوش کاری و پخ زنی ورق های ستون باکس می‌پردازیم.
مبحث دهم۱۴۰۱ صفحه۳۹۴
اگر به شکل بالا دقت کنید در شکل نوع جوش و پخ ها به صراحت آورده شده است.
برای مقطع باکس با قطر ورق کوچک‌تر مساوی ۲۵ میلی‌متر باید دو ورق از ۴ ورق پخ زده شود به طوریکه هر ورق پخ زده شده در کنار ورقی با لبه ۹۰ درجه قرار بگیرد و در داخل ستون از پشت بند استفاده شود.
همچنین برای مقاطع باکس با قطر ورق بزرگتر از ۲۵میلی‌متر باید هر ۴ ورق پخ زده شده و با جوش نفوذی به همراه ورق پشت بند به یکدیگر متصل شود.
تمامی پخ ها برای ورق های کوچک‌تر مساوی ۲۵میلی‌متر باید۴۵ درجه
علت استفاده از پشت‌بند این است که هنگام جوشکاری فلز ذوب شده با داخل مقطع نریزد.
و
تمامی پخ ها برای ورق های یزرگ‌تر از ۲۵میلی‌متر باید بزرگتر مساوی ۴۵ درجه باشد.
علت استفاده از پشت‌بند این است که هنگام جوشکاری فلز ذوب شده با داخل مقطع نریزد.
منابع:
-
مبحث دهم مقررات ملی ساختمان
“امیدواریم این مقاله براتون مفید بوده باشه”
