، شبکه آموزشی پژوهشی مادسیجدانشجویان ایران

Madsg.com

مادسیج یعنی دهکده علم و دانش ایران!!مادسیج یعنی دهکده علم و دانش ایران!!

رضا راستی

دکترای مهندسی عمران – زلزله

استادیار دانشگاه

اجراي سازه های فوالدی

فهرست مطالب

- تهیه فوالد1- انواع فوالد2- پروفیل های فوالدی3- مقادیر هندسی پروفیل های فوالدی4- مشخصات مکانیکی پروفیل های فوالدی5

- کلیات طراحی سازه های فوالدی6

مقدمه:

فوالد الیاژی از آهن ، کربن و چند فلز دیگر است

آهن فلزی بسیار ناپایدار است، خالص آن وجود ندارد، بسیار گران و دارای مقاومت

کم و نرم و نامناسب است.

آهن با اضافه شدن کربن پایدار میشود. به آهن پر کربن چدن گویند

درصد کربن 0/2فوالد ساختمانی دارای است

آهن:

آلمانیEisen– آیزن Ironآهن – آیرون

درصد 95پنج درصد پوسته زمین آهن است- تولید فلز دنیا آلیاژ آهن یعنی فوالد است.

دركوههIاي آيIدا واقIع درسIرزمين تIروا )تركيIه( و آتش وسIIيعي انبIIوه جنگIIل اژه دركناردريIIاي ميگIيرد. گفتIه ميشIود كIه سIطح زمين آن نIواحي حIرارت جهت اين بIه اسIت. بIوده غIني ازآهن حاصIل ازحريIق سIبب ذوب آهن موجIود در منطقIه شIده و کIربن ناشIی از سIوختن چIوب پس از اتمIام حريق فوالد منجمد شكلپذير در محل باقي ميماند

آهن ازسنگ آهنهاي زيراستخراج ميشود

)اكسيدفروفريك( - سنگ معدن ماگنتيت: اين سنگ معدن كه حاوي ماگنتيت به فرمول1 درصد آهن است. رنگ اين كاني 65است، پرعيارترين سنگ معدن آهن ميباشد و داراي تا

سياه است.)اكسيدفريك( - سنگ معدن هماتيت: اين سنگ معدن حاوي كاني هماتيت به فرمول2

درصدآهن دارد. اين سنگ معدن دربيشتركشورها يافت ميشود. رنگ اين 60 تا0است. كاني قرمزاست. )بافق، گل گهر سیرجان، خراسان (

هستند و اغلب در نقاط -سنگ معدنهاي هيدراته: اين سنگها حاوي كانيهاي ليمونيت3 درصد سنگ آهن داشته باشد. رنگ 50باتالقي يافت ميشوند. اين نوع سنگ آهن ميتواند تا

كاني ليمونيت قهوهاي مايل به زرد است. )بندر عباس، نطنز، کردستان، آذربایجان غربی(

)كربنات آهن( است - سنگ معدن كربناته: اين سنگ معدن حاوي سيدريت به فرمول4 درصد آهن دارد. رنگ كاني اين سنگ آهن سياه مايل به قهوهاي است.45وحداكثر تا

تهیه فوالد:

فوالدهاي ساختماني بيشتر ازكورههاي بلند تهيه ميشود. جهت سوزاندن كربن آهن خام مذاب از هوای داغ و یا اكسيژن صنعتي استفاده ميشود. درروش هواي داغ،

دقيقه 20 تا18 كيلوگرم برسانتيمترمربع بهمدت 2 تا07هواي داغ بافشاري بين مترمكعب بهازاي هرتن فلز مذاب 500بهدرون مبدل دميده ميشود. هواي مورد نياز

است. درصورتي كه از اكسيژن صنعتي استفاده شود، اكسيژن ازطريق لولهاي كه متر باالي فلز مذاب قرارگرفته است، با فشار به داخل فلز 3.6 تا 075به فاصلة

درجة سانتيگراد هم 3000مذاب دميده ميشود. دراين روش دماي فلزمذاب تاميرسد.

دركارخانةذوب آهن اصفهان فلزمذاب حاصل ازكورة بلند را پس ازخالي شدن از كوره درظرفهاي خمره مانند ريخته و به وسيلة واگنهاي مخصوص به قسمت مبدل

دقيقه تحت دمش 45 تن فلز مذاب به مدت 80ميبرند. دراين قسمت درحدوداكسيژن از باال قرارگرفته وتبديل به فوالد ميشود.

انواع فوالد:

مقدار كربن فوالد مهمترين عامل تعيينكنندة خواص مكانيكي آن است. باكم و زياد كردن كربن ميتوان فوالدهايي بااستحكام و شكلپذيري مختلف به دست آورد.

زياد شدن كربن استحكام فوالد را افزايش ميدهد درحاليكه شكلپذيري آن را كاهش ميدهد. درصدوزني كربن است.0.29 تا0.09- فوالدنرم)ساختماني( كه داراي1 درصد وزني كربن است.0.59 تا0.30- فوالدباكربن متوسط)فوالداعالي ساختماني( كه داراي2 درصد وزني كربن است.1.7 تا0.6- فوالدپركربن)فوالدابزار( كه داراي 3

فوالدهاي نرم وبا كربن متوسط ضمن داشتن استحكام قابل توجه از نظر قابليت تغييرشكل و نمايند.نرمي نيزخواصي كه دركارهاي ساختماني و صنعتي مورد نظراست را برآورده مي

ازفوالد باكربن زياد درساختن ابزارماشينكاري، چاقو، اره، ساچمه، فنر و نظايرآن استفاده مينمايند. وجود منگنز در فوالد باعث باالرفتن استحكام آن ميشود و از طرف ديگر منگنز سختي

فوالد را باال برده وشكل دادن آن را دشوار ميسازد.

شکل دهی فوالد )ریخته گری(

دراين روش فوالد مذاب را به صورت شمش، شمشال ويا لوحه )ورق ضخيم( درميآورند.

800 براي تهية شمش، فوالد مذاب را در قالبهايي به حجم تا ليتر ازجنس چدن با پوششي ازآجرهاي نسوز ميريزند.

بااستفاده ازريختهگري مداوم بهصورت پيوسته، از فوالد مذاب سانتيمتر ساخته ميشود.30 تا 5نيمرخهاي طويلي با ضخامت

شکل دهی فوالد )نورد(

هرگاه يك قطعة فوالدتحت اثرچنان تغيير شكلي قرار گيردكه پس از حذف عامل تغييرشكلدهنده، شكل اولية خود راپيدا نكند، اين تغييرشكل

راتغييرشكل خميري مينامند. 900درنورد گرم، قطعات نورد برحسب نوع فوالد و محصول مورد نياز

درجةسانتيگراد گرم میشود تا فوالد مقاومت دربرابر تغييرشكل 1150تاخود را تاحد مناسبي ازدست بدهد. دراين صورت با مصرف انرژي كمتر

قادر به نوردكردن می شود.درروش نورد، پس ازگرمكردن فوالد تا دماي مناسب، آن رابه دفعات

متعدد از بين استوانههاي درحال دوران ميگذرانندكه پس از طي مراحل الزم به شكل مورد نظردرميآيد.

، مراحل مختلف نوردتيرآهن نشان داده شده است.1درشكل

مراحل مختلف نوردتيرآهن

پروفیل های فوالدی گرم نورد شده

نورد:نورد گرمنورد سرد

ريخته گري:قالب ريزي

فشاري

كليات طراحي سازه فوالدي

)نقشه هاي معماري) پالنها، نماها، مقاطعانتخاب نوع ساختمانانتخاب سيستم ساختمانتعيين محل ستونهاتعيين جهت تيرريزي محاسبات زلزلهبارگذاري قابهاتحليل قابهاطراحي بادبندهاطراحي ستونهاطراحي تيرها

معماري

سايت پالنپالن پاركينگپالن طبقاتپالن شيب بندي بام نماي شمالينماي جنوبيمقطعجزئيات معماري

انتخاب نوع ساختمان

معماريارتفاع كل ساختمان

دهانه هااتفاع طبقه همكف

نورگيري پاركينگ

زمان ساختآتش سوزي

اقتصادي

انتخاب سيستم ساختماني

براي سيستم ساختماني در يك ساختمان فوالدي يكي از سه حالت زير مطرح است:

-قاب بادبندي-قاب بادبندي1 -قاب بادبندي- قاب خمشي2 -قاب خمشي- قاب خمشي 3

قاب خمشي)مزايا(

بارهاي جانبي بعلت پيوستگي اعضا بوسيله خمش درتيرها وستونها تحمل شده وبه تكيه گاه منتقل مي شود.

اومuتم مقuوان سيسuي بعنuاي خمشuازه اي، قابهuاظ سuازلح پuذيuري مuناسuبي مي uباشuند. انعطuاف بuاuربر جuانبي، uداراي دuر uقuابu شuده uودرu uنتيجuه انuرژuي uبuذuج uاعثuب تغيuيرشuكل ياuبuد مuي uيشuزاuاف uيuبرش برuابuر uنيروuهuاي دuر مuقuاوuمت

كاهش مuي يابد. Ruونuيuروهاي لرuزهu اuي توسطu ضريuب لuهولت و آزادي عمuاري از سuاظ معمuا ازلحuوع قابهuاين ن

قuطuري اuعضuاي وuجuود عuدم و uبعلت برخوردارنuد بuاuاليuي تقuسيم بنuدي فضuاهاي uداخلي براحتي انuجام ميu شود.

قاب خمشي)معايب(

اتuبين طبق وتغيuير شuكل نسuبي تغيuير شuكل جuانبي تعuداد افuزايش سuختي الزم اسuت زيuاد اسuت وبuراي

ستونها افزايش يابد. يuuخاص ضuuوابط از اتصuuاالت اجuuراي و طراحي

برخuوردار بuوده و بطuور معمuول پuر هزينuه تuر و مشuكلتر از اتصuاالت مفصuلي اسuت و بايuد بطuور دقيuق طuراحي

و اجرا شوند. اوبuالقي وتنuيروي شuر نuا بعلت اثuاميكي آنهuار دينuرفت

ارتعاش پيچيده است. اهميت از قابهuا اين در سuتونها بuودن رديuف يuك در

بيشتري نسبت به قابهاي بادبندي برخوردار است.

قاب بادبندي)مزايا(

سختي خوب دربرابر بارهاي جانبيساده بودن اتصاالت و سرعت اجراي آن مقاومت بسيار خوب در برابر بارهاي جانبي

استاتيكي

قاب بادبندي)معايب(

اين قابهuا در منuاطق بuا زلزلuه خuيزي بuاال توصuيه نمي شuوند دuر مuهاربنuدها سuتوuنهاu uو آuنهuا uمانuنuد زuيuرا uعنuاصuر uفشuاuري بارهuايu uتنuاوبuي ضuعيuفu عمuلu كuردهu uو در سuيكلuهاي متعuدد بارuگuذاري وu بuارuبرداuري uتuا حuدودu uزيuادي مقuاوuمت uخuود را از u ودuا وجuا بuبهuقاu uوعuين نuا uرuگuدي uارتuعب uهuبu دuهنuت مي دuسuد

مuقuاومuت خuوuبu در برuابuر بارuهuايu اسuتuاتuيكيu مuثuل بuاد، بuدليل عuدم شuكuلu پuذيرuيu منuاسuب،u از لحuاuظ uجuذب انuرژuي درu برابuر ولي uبuه .uدuننuك uمي ضuعuيف uعuمuل uهuزلزلu uاوبuمتن بuاuرهuاuي تu تuرجيحu داuده ميuشuود كuه uالuاuاتص uدر uراييuجuاu ائلuمسu uعلت

دuي uدر يك جهuتu بادبنuدي uباشد. uفوال uنuختماuسا uسيستم

ساختماني سيستم بهترين

بuا در نظuر گuرفتن كليuه مسuائل اجuرايي و طuراحي و از uترuبيش دي uوالuف سuاخuتمانهاي uنيu5ايم ،u هuطبق

بهuتuرين uسيسuتم بuراuي ايuن نuوعu سuازهu هuا uسيسuتم uقuاب خuمuشuي باشuدكه uقuاuب مuي خuمشuي-قاuب uبادبنuدي بuصuورت باuدبuنuدي uابuق و شuرقي-غuرuبي بuصuوuرت شuمuالي-جuنوبيu قuرارu ميuگيرنuدu. امuاu بuرايu سuاuزه هuاي

u زuا مشuكل uاتصuاالت 5uكuمuتر uيuراuجuا uدليلuب uهuبقuط گuيرuدار و uعuدم نظuارتu كuافيu سيسuتuم دو جهuت بادبنuد

توصيه ميگردد.

ستونها • محل تعيين

در تعيين محل ستونها بايد به نكات ذيل توجه كرد: نقشه معماري فضاي پاركينگ كه بتوان تعداد الزم وسيله نقليه

سواري را بدون مزاحمت قرارداد.(6 تا 5حداكثر طول دهانه ها)متر زيبايي فضاي داخلي)قرار دادن ستونها در بين ديوارها

و مخفي كردن آنها در پالن( در يك راستا بودن ستونها كه تشكيل قاب مستوي

دهند.

تعيين جهت تيرريزي

دسته دو به را ها سازه تيريزي جهت تعين در: ميكنيم تقسيم

يكسان- 1 جهت دو سيستم با ها سازهمتفاوت- 2 جهت دو سيستم با ها سازه

جهت- 1 دو سيستم با ها سازه براييكسان

باشد اي بگونه تيرريزي جهت بايد ها سازه اين درچون شود منتقل كوتاهتر هاي دهانه به بار كهنيز دهانه طول به بار مقدار بر عالوه بيشينه لنگركوچكتر دهانه به را بيشتر بار بايد پس دارد بستگيتعادل مقطع ابعاد ازلحاظ تيرها بين كه داد انتقال

شود قرار بر

دوجهت- 2 سيستم با ها سازه برايمتفاوت

ديuاي بادبنuه قابهuار را بuه بuد هميشuا بايuازه هuدر اين سمنتقuلu كuرد چuوuن نuيرويu زلزuلuه در اينu قابهuا توسuط بادuبنuدها تuحمuل مي uشuود وتuيرهuا فقuطu بارuهuاي مuرuده و قابهuاي صuوuرتيكه uدuر در مي uكنuنuد را uتuحمuل uدهuنuزتuحمuل سuتuونهuا uو توسuط uتuير uاuبارهu هuكلي uيuمشuخميشuود بنuابراuيuن بuهuتر اuسuت سuهuم قuابهuايu خuمuشuي

از بارهاي زنده و مرده كمتر شود و اين قابها

بيشتر نيروي زلزله را تحمل كنند تا تعادل در ابعاد مقاطع بر قرار گردد.

قابها بارگذاري

تقسيم دسته دو به ها سازه به وارد بارهايميشوند:

عمودي- 1 بارهايجانبي- 2 بارهاي

عمودي- 1 بارهاي

دهuه بارزنuداول آيين نامuازه از جuاربري سuه كuه بuا توجuب :هuا uبuر uاسuاuس مقuدار بuار بuرu مuترu مرuبuع تعuيuين مuيشuوند و بuه اعuمuالu مي بuه سuاuزه بارگسuتردuه در هuر طuبقuه صuورuت

شوند.ردهuا و وزن بار مuقف و ديوارهuات سuه جزئيuه بuا توجuب :

u رتuوuuص بuuه مuيشuuوند uuو محاسuuبه و uuسuuتونهuا تيرهuuا بارگسترده درهرطبقه به سازه اعمال مي شوند.

:رفuبه بار بuام و...محاسuيب بuه و شuه منطقuه بuا توجuب وu بuر رويu بuام وu بuر uاسuاuس uمقuداuرu بuاuرu بuرu uمuتر مuربuع uتعuيين

مuيشوند uوبه uصورت باuرگستردuه اuعمال ميگرuدد

( و مرده عمودي بارهاي بارگذاريزنده(

بuا توجuه بuه بارهuاي عمuودي)مuرده و زنuده( باگuذاري جهت تuير ريuزي انجuام ميگيرد.تيرهuايي كuه جهت تuيرريزي بuه سuمت آنهاسuت نيمي از بارزنuده و مuرده دهانuه را از هuر طuرف تحمuل ميكننuد و تيرهuايي كuه مuوازي بuا جهت

انuدازه بuه مuتراز هuر طuرف 0.5تuيرريزي هسuتند فقuط .باربري دارند

بارگذاري بارهاي عمودي)مرده و زنده(

با توجه به چشمه باربر هر تير قابها با بارهاي گسترده بارگذاري مي گردند

-بارهاي جانبي2

هuزلزل يuا بار اسuتاتيكي روشuهاي از يكي بuه :دينuاميكي طيفي يuا تاريخچuه زمuاني محاسuبه ميشuوند

و به صورت جانبي به سازه اعمال مي شوند.:ادuاع بار بuه وارتفuازه و منطقuه سuه هندسuه بuا توجuب

آمuده اسuت هuا نامuه آيين در بuه روشuهايي كuه آن محاسuبه و بuه صuورت بuار بuر مuتر مربuع )فشuار( بuه

سازه وارد ميشوند.*هuر كuدام از اين دو بuار كuه تuاثير بيشuتري روي سuازه

داشته باشند مد نظر قرار ميگيرد.

جانبي بارهاي بارگذاري

بارهuاي جuانبي بصuورت بuار متمركزبuه سuقفها اعمuال ميشuوند و بسuته بuه تعuداد قuاب در جهت مuوازي بuا

نيرو بين قابها تقسيم ميشود.

بادبندي قابهاي تحليل

بuدليل معين بuودن اين قابهuا تحليuل آنهuا بسuيار سuاده تحمuل بادبنuدها توسuط كuامال جuانبي بارهuاي اسuت بuه تيرهuا توسuط نuيز عمuودي وبارهuاي شuود مي بuار داراي فقuط سuتونها ميشuود. منتقuل سuتونها محuوري هسuتند وتuير هuا نuيز داراي لنگuر بيشuينه

وبرش بيشينه دسuتي كuامال بصuورت ميتوانuد تحليuل و هسuتند

صورت پذيرد

8

2ql2

ql

خمشي قابهاي تحليل

زير بارگذاري حالت چند بايد قابها اين تحليل برايرا اثر بيشترين كه حالت آن و گرفت نظر در را

كرد انتخاب را گذارد مي سازه .روي

1)DL

2)DL+LL

3)DL+E

4)DL-E

خمشي قابهاي تحليل

و نيست ساده آنها نامعيني بدليل خمشي قابهاي اين تحليلمانند نامعين هاي سازه تحليل روشهاي از يكي توسط بايدماتريسي تحليل روشهاي ويا لنگر،كاني توزيع افت شيب

. گردند تحليلنرم از ميتوان بيشتر عمل وسرعت راحتي براي ويا

مثل سازه تحليل استفاده SAP2000-ETABSافزارهاينمود

مشخصات به روشها اين در چون است ذكر به الزمتحليل ازروشهاي يكي از استفاده است نيار مقاطع تقريبي

. است الزامي كانتليور يا پرتال مانند تقريبيطراحي دقيق تحليل تقريبي طراحي تقريبي تحليل

نهايي

طراحي بادبندها

بادبند بصورت يك عضو كششي طراحي ميگردد، ابتدا بايد برش طبقه در راستاي بادبند تصوير

شود.

بادبند طراحي گامهاي

- بدست آوردن نيروي موثر بر بادبند:1

- بدست آوردن سطح مقطع الزم:2

دوبuل 3 نبشuي، دوبuل نuاوداني، نبشuي، از مقطعي -انتخuاب ناوداني و... بصورتيكه:

-كنترل الغري:4

A

FP

cos

yn F

PA

6.0

nAA

300min

r

l

ستونها طراحي

اينكuه در قuاب بادبنuدي طuراحي سuتونها بسuته بuه هسuتند يuا خمشuي متفuاوت اسuت. سuتونهاي قابهuاي ولي هسuتند محuوري بuار و لنگuر داراي خمشuي سuتونها در قابهuاي بادبنuدي فقuط داراي بuار محuوري

هستند.

گامهاي طراحي ستونها تحت بار محوري تنها

- تعيين1

– فرض تنش2

- )واقعي(3

4 -

5–

مقطع ضعيف است بايد مقطع جديد در نظر گرفت و گامهاي طراحي را تكرار كرد.

1000aFAF

P

a

minr

klFa

aa FAP .OKPPa

PPa

klP ,,

گامهاي طراحي ستونها تحت بار محوري و لنگر خمشي

- تعيين1k - محاسبه مقدار واقعي 2

- فرض تنش 3 - حدس مقطع41 - كنترل رابطه 5

2 - كنترل رابطه 6

MlP ,,

800aF

0.16.0

bY

bY

bX

bX

y

a

F

f

F

f

F

f

0.1)1()1(

//

eY

abY

bYmX

eX

abX

bXmX

a

a

F

fF

FC

F

fF

FC

F

f

تيرها طراحي

*بuا فuرض اينكuه خمش تuك محuوره اسuت و مقطuع محور تقارن است.2داراي

- محاسبه1- محاسبه2- انتخاب مقطع3

maxM

Xyb

X WFF

M

6.0max

xW

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit. Vivamus

et magna. Fusce sed sem sed magna suscipit egestas .

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit. Vivamus

et magna. Fusce sed sem sed magna suscipit egestas .

Title