نکات اجرایی در سازه‌های فولادی

فولاد از مهم‌ترین مصالح ساختمانی است.

محاسن:

• • مقاومت بالا
  • شکل‌پذیری بالا (منگنز، فولاد را شکل‌پذیرتر می‌کند)
  • یکسان بودن مقاومت آن در کشش و فشار
  • یکنواختی و همگنی مصالح

شکل‌پذیری حتماً خرابی دارد مثلاً در قاب خمشی تغییر شکل‌ها زیاد است.

عضو تغییر مکان کنترل: مقاومت- سختی- شکل‌پذری

عضو نیرو کنترل: مقاومت- سختی

انجام کار سرد برای تولید مقاطع

افزایش حد تسلیم و مقاومت کششی

کاهش شکل‌پذیری

نبشی پرسی یا فابریک؟

محل استفاده اتصال یا برشگیر

فولاد مورد استفاده در سیستم‌های باربر جانبی لرزه‌ای، علاوه بر رعایت ضوابط بخش 10-1-4، رعایت ضوابط لرزه‌ای این بند نیز ضروری است. تنش تسلیم مشخصه‌ی فولاد در اعضایی که در آن‌ها انتظار رفتار فرا ارتجاعی محدود یا قابل ملاحظه می‌رود و جزئی از سیستم‌های باربر جانبی لرزه‌ای متوسط یا ویژه هستند، نباید از 355 مگاپاسکال تجاوز نماید. در این نوع سیستم‌های باربر جانبی لرزه‌ای نسبت تنش تسلیم به تنش کششی نهایی فولاد نباید از 8/0 بزرگتر باشد.

تنش تسلیم مشخصه‌ی فولاد در اعضایی که در آن‌ها انتظار رفتار فراارتجاعی حداقل می‌رود و جزئی از سیستم‌های بابر جانبی لررزه‌ای معمولی هستند، نباید از 460 مگاپاسکال بیشتر باشد. در این نوع سیستم‌های باربر جانبر لرزه‌ای نسبت تنش تسلیم به تنش کششی نهایی فولاد نباید از 85/0 بزرگ‌تر باشد.

تنش تسلیم مشخصه: به حد پایین تنش تسلیم مصالح فولادی گفته می‌شود که از نظر آماری تنها 5 درصد احتمال نقض آن وجود دارد.

چ) در اعضایی که از آن‌ها انتظار رفتار فرا ارتجاعی محدود یا قابل ملاحظه می‌رود، استفاده از فولادهای با رده‌ی بالاتر به جای رده‌ی مشخص‌شده در طرح مجاز نیست. در اعضایی که از آن‌ها انتظار رفتار فرا ارتجاعی محدود یا قابل ملاحظه نمی‌رود، استفاده از فولادهای با رده‌ی بالاتر به جای رده‌ی مشخص‌شده در طرح به شرطی مجاز است که طراحی وصله و اتصالات آن‌ها بر اساس همین رده صورت گیرد.

معایب:

مقاومت کم در برابر خوردگی

10-2-10-8 خوردگی

خوردگی به عنوان یک حالت حدی بهره‌برداری به شمار می‌آید و می‌تواند موجب ایجاد لکه‌های زنگاب و ترک خوردن نازک‌کاری‌ها در اثر افزایش حجم فولاد زنگ‌زده شود.

در طراحی باید به جلوگیری از خوردگی و عوامل مسبب آن خصوصاً رطوبت و تر و خشک شدن متوالی توجه ویژه معطوف گردد. جزئیات اعضاء و اتصالات باید به نخوی طراحی شوند که امکان جمع‌شدن آب در تماس با سازه‌ی فولادی وجود نداشته باشد. در محل‌های مستعد جمع شدن آب، تعبیه‌ی شیب‌های مناسب و سوراخ‌های تخلیه آب ضروری است. همچنین اجرای پوشش‌های مقاوم در برابر خوردگی در محل‌های مستعد خوردگی مطابق الزامات فصل 10-4 الزامی است.

ضریب انبساط حرارتی

مقاومت تسلیم

مقاومت نهایی

مقاومت خمشی

مقاومت کششی

مقاومت فشاری

مقاومت کم در برابر حریق

• • سیم توری و بتن پاشی
  • مواد پاششی معدنی
  • رنگ منبسط شونده (پف کننده)
  • پنل‌های ضد حریق
  • مقطع مختلط با بتن

حفاظت ساختمان‌ها در برابر آتش باید مطابق با الزامات مبحث سوم مقررات ملی ساختمان صورت گیرد. درجه‌بندی مقاومت اعضای سازه‌های فولادی در برابر آتش بر حسب نوع ساختار و نوع عضو سازه‌ای تابعی از مساحت، ارتفاع و تصرف با توجه به مقررات مبحث مذکور تعیین می‌گردد که در محدوده‌ی 1 تا 3 ساعت است.

علاوه بر موارد ذکر شده در این بخش، استفاده از سایر انواع روش‌های حفاظتی تأیید شده توسط مبحث سوم مقررات ملی ساختمان و مدارک فنی پشتیبان آن یا مرجع قانونی صدور گواهی‌نامه فنی (مرگز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی) مانند رنگ‌های پف‌کننده، تخته‌های مقاوم در برابر حریق و … مورد تأیید و مجاز است.

(10-پ-6-4)                                                           

 R = درجه‌بندی مقاومت در برابر آتش (ساعت)

H = ضخامت لایه‌ی حفاظتی پاشیده شده (میلی‌متر)

D = محیط در معرض گرمای ستون (میلی‌متر)

M = جرم واحد طول ستون (کیلوگرم بر متر)

C₁ و C₂ = ثابت‌های وابسته به نوعی پوششی حفاظتی است. این ضرایب از طریق آزمون‌های استاندارد مطابق مراجع علمی معتبر و بر حسب نوع پوشش توسط مرجع صدور گواهینامه فنی تعیین می‌شود.

حفاظت با استفاده از گچ برگ‌ها

گچ‌برگ ضد آتش

حفاظت با استفاده از مواد حفاظتی پایه معدنی پاششی

انواع مواد پاششی: سیمانی سبک

معدنی سبک

پرلیت و ورمیکولیت

سیمانی یا گچی با جرم 300 تا 800 کیلوگرم بر متر مکعب

حفاظت با استفاده  از بتن

حفاظت مقاطع توخالی پر شده با بتن

حفاظت با استفاده از بلوک‌های بنایی بتنی یا سفالی

تورق:

هر چه ضخامت بیشتر شود ناخالصی بیشتر می‌شود و برای همین با افزایش ضخامت تنش تسلیم کمتر می‌شود. به عنوان نمونه ورق مهاربند از ضخامت تقسیم شده است.

عوارض ناشی از خستگی

کمانش موضعی (بدترین نوع کمانش است چون باعث ایجاد ترک می‌شود)

کمانش پیچشی خمشی در ستون‌ها:

در مقاطعی که دارای یک محور تقارن باشتند و مرکز سطح بر مرکز برش منطبق نباشد، رخ می‌دهد.

کمانش پیچشی- جانبی در تیرها:

بال فشاری مانند ستون حول محور ضعیف تمایل به کمانش دارد و بال کششی ثابت است و این ناهماهنگی باعث پیچش می‌شود هر چه طول مهار نشده عضو بلندتر باشد و شعاع زیراسیون حول محور ضعیف کمتر باشد، اثر کمانش بیشتر می‌شود.

مهار جانبی

در مهار جانبی 2 نوع مهار وجود دارد، مهار صفحه‌ای و مهار نقطه‌ای. مهار صفحه‌ای که با مهاربندی صفحه فوقانی تیرها انجام می‌شود و دیگری با اتکا تیر به یک تکیه‌گاه یا المان صلب.

در بحث مهار پیچشی 2 نوع مهار وجود دارد، یکی پیوسته (به وسیله دال) و دیگری منقطع (یا نقطه‌ای به وسیله‌ی تیر یا قاب متقاطع). در تیر متقاطع صرف وارد شدن تیرچه عمود به تیر کافی نیست، بلکه علاوه بر اتصال خمشی، مقطع تیرچه باید برای لنگر پیچشی که از تیر اصلی به این مهارها به صورت خمشی وارد می‌شود کنترل شود، اگر جوابگو باشند، تیرچه‌ها مهار پیجشی محسوب می‌شوند و ارتفاع قرار گرفتن مهار پیچشی (بر خراف مهار جانبی) مهم نیست. در روش تیر متقاطع، سخت‌کننده نیز معمولاً استفاده می‌شود.

سخت‌کننده عرضی: به سخت‌کننده‌های تعبیه شده در جان اعضاء اطلاق می‌شود که عمود بر بال‌های آن‌ها بوده و عملکرد اصلی آن افزایش مقاومت کمانش برشی جان اعضاء است. در محل بارهای متمرکز نیز برای جلوگیری از تسلیم، گسییختگی و کمانش موضعی از سخت‌کننده‌های عرضی استفاده می‌شود.

در سقف تیچه بلوک اگر مهار جانبی بخواهیم باید از دو طرف تیرچه‌ها به بال تیر متصل شوند (شطرنجی قابل قبول نیست) و ارتفاع تیرچه‌ها کمتر از ارتفاع تیرها نباشند. در ضمن بال پایین هم باید مهار شود.

در سقف کامپوزیت فاصله برشگیرها باید زیر 30 سانتی‌متر باشند.

10-2-9-10-7 مقررات تکمیلی برای سخت‌کننده‌ها در انتهای تیرها و شاه‌تیرها

در انتهای تیرها و شاه‌تیرهایی که در مقابل دوران حول محور طولی نگهداری نشده‌اند، باید یک جفت سخت:ننده عرضی که در تمام ارتفاع جان ادامه دارد، مطابق ضوابط بند 10-2-9-10-8 تعبیه گردد.

• فولادهای سازه‌ای

فولاد سازه‌ای باید دارای مقاومت و شکل‌پذیری مناسب بوده و کاملاً جوش‌پذیر باشد. همچننی در بعضی از کابردها، فولاد سازه‌ای باید طاقت ضربه‌ای مطلوب داشته و در برابر جداشدگی لایه‌ای مقاوم باشد. حدود کمی هر یک از مشخصه‌های مورد اشاره، در صورت نیاز باید در نقشه‌های اجرایی؟ بررسی شود.

* کربن معادل برای تشخیص جوش‌پذیری است که تا حدود 45/0 درصد مناسب است.

مشخصات فنی عمومی: به مشخصات مورد نظر این مبخث و سایر مباحث مقرارت ملی ساختمان جهت ساخت و نصب سازه‌های فولادی اطلاق می‌گردد و در غیاب مشخصات فنی خصوصی لازم‌الاجرا محسوب می‌شود.

مشخصات فنی خصوصی: به مشخصات فنی مورد نظر طراح یا کارفرما اطلاق می‌ردد که در تکمیل مدارک مشخصات فنی عمومی و مقررات حاکم با درج در نقشه‌های اجرایی یا ابلاغ به صورت مجزا در زمان عقد قرارداد جزء اسناد پیمان قرار می‌گیرد و رعایت آن‌ها توسط سازنده یا نصاب ضروری است.

مدارک فنی

نقشه‌های طراحی: به اسناد و مدارکی گرافیکی متشکل از تصاویر و نوشته‌های اطلاق می‌گردد که دربرگیرنده‌ی جزئیات و هندسه‌ی طراحی سازه باشد. این نقشه‌ها باید اطلاعات کامل مقاطع، محل قرار گرفتن اعضای سازه نسبت یه یکدیگر، تراز کف‌های ساختمانی، محورهای مار بر مرکز ستون‌ها پیش‌آمدگی‌ها و پس‌رفتگی‌ها با اندازه و اطلاعات مربوط به اتصالات و وصله‌ها را شامل باشد، به طوری‌که با مراجعه‌ی به آن‌ها پیمانکار بتواند نقشه‌های اجرایی کارهایی را تهیه نماید.

* مقادیر بارهای مرده و زنده باید در نقشه‌های طراحی باشد.

2- نقشه‌های کارگاهی- اجرایی: جزئیات این نقشه‌ها مفصل‌تر است. کلیه اتصالات با ذکر جزئیات مانند ابعاد و نوع جوش‌ها یا تعداد و اندازه و نوع پیچ‌ها ارائه می‌شود. لیستوفر قطعات ضمیمه نقشه‌های کارگاهی است. (جوش کارخانه‌ی از جوش

 از جوش کارگاهی متمایز می‌شود، متمایز کردن نوع اتصال با پیچ‌ها (اتکایی- پیش‌تنیده- لغزش بحرانی)، روش سفت کردن پیچ‌ها و آماده‌سازی لبه و … )

کارفرما نقشه‌های محاسباتی را در اختیار سازنده قرار می‌دهد و او موظف نقشه‌های اجرایی را تهیه و به تصویب طراح سازه برساند. مسئولیت هندسه برش‌ها و قطعات بر عهده سازنده است و کنترل طراح در حد انطباق با نقشه‌های محاسباتی است.

واگذاری تهیه نقشه‌های اجرایی به مجری لطف شده است یا خیر؟

3- نقشه‌های نصب: توسط سازنده اسکلت تهیه و برای نصب اعضاء در پای کار استفاده یم‌شوند. اطلاعات کافی در مورد نصب هر قطعه و موقعیت آن نسبت به قعطات دیگر دارد و برای هر عضو یک شماره تعیین می‌شود که جزئیات دقیق با مقیاس مناسب برای آن رسم می‌شود.

علامت‌گذاری با مهرهای سخت برای فولادهای بالاتر از رده‌ی S355 مجاز نیست و در سایر موارد باید فقط در نواحی مشخصی به کار رود که بر مقاومت و شکل‌پذیری محصول تأثیری نداشته باشد.

الف) وظایف سازنده‌ی اسلکت فولادی

بر اساس مفاد این فصل و طبق نقشه‌ها و مدارک فنی، سازنده‌ی سازه‌ی فولادی موظف به انجام کنترل کیفیت (QC) لاجرا محسو در موارد زیر است:

• تهیه مصالح، تجهیزات و نیروی انسانی لازم
• تهیه نقشه‌های اجرایی در هماهنگی با نقشه‌ها و مدارک فنی محاسباتی، تجهیزات و امکانات اجرایی
• برشکاری، سرواخ‌ری و مونتاژ قطعات
• جوشکاری قطعات مونتاژ شده
• آماده‌سازی سطوح، تمیز کاری و رنگ‌آمیزی قطعات
• حمل قطعات ساخته شده به محل نصب
• ایجاد امکانات لازم برای انبار کردن قطعات فولادی
• پیش‌نصب قسمت‌های کار در محل کارگاه ساخت در صورت نیاز
• برپاداشتن و تکمیل جوشکاری یا محکم کردن پیچ‌ها، مونتاژ قطعات طبق نقشه‌ها و کارهای تکمیلی

بازرس کنترل کیفیت، بازرسی را در حین عملیات انجام می‌دهد.

ب) وظایف نماینده‌ی کارفما یا مقاوم قانوی مسئول

بر اساس مفاد این فصل و طبق نقشه‌ها و مدارک فنی، تضمین کیفیت همه‌ی عملیات اجرایی بند (الف) بر عهده‌ی نماینده‌ی کارفرما یا مقام قانونی مسئول است.

ناظر کارفرما: نماینده‌ی فنی کارفرما در کارگاه ساخت و نصب است که هماهنگی و پیاده‌سازی برنامه تصمین کیفیت را بر عهده دارد.

قطعات فولادی باید از معایبی که به مقاومت یا شکل ظاهری آن لطمه می‌زند، عالی باشند. همه‌ی قطعات فولادی سازه‌ی ساختمان باید حتی‌الامکان یک‌پارچه باشد و از وصله کردن قطعات کوتاه خودداری شود، مگر آنکه محل درز جوشی یا وصله در نقشه‌های اجرایی مشخص شده باشد یا موافقت مهندس طراح برای وصله‌ی مورد نظر جلب شود.

بازرس تضمین کیفیت، بازرسی را قبل و در حین عملیات انجام می‌دهد.

کنترل کیفی مصالح

کنترل مشخصات ظاهری

ورق‌ها و پروفیل‌ها:

از خرید ورق‌های متفرقه مخصوصا با ابعاد کوچک و برش خورده پرهیز شود.

تطبیق ابعاد اجزاء و کنترل وزن آن‌ها با مقادیر مفروض در طراحی

بررسی میزان آسیب‌دیدگی ظاهری (خم‌شدگی، تاب برداشتن)

بررسی میزان زنگ‌زدگی و آ لودگی قطعات

راه تشخیص پروفیل خارجی:

وزن کمتر

مدول الاستییته کمتر

موقع جوشکاری پر جرقه است

موقع برشکاری پلیسه دارد

آزمایشات فولاد

هرگاه مطابق مفاد بند 10-1-4 نیاز به تعیین مشخصات و انطباق مصالح  فولادی باشد، نماینده کارفرما باید از هر محموله مصالح فولادی (مطابق تعریف انتهای این بخض) وارد شده به کارخانه یا مشابه آن به تعداد 2 نمونه اتفاقی انتخاب و آزمایش‌های زیر را مطابق استانداردهای ملی یا بین‌المللی در مورد آن‌ها انجام دهد:

• برای همه‌ی نمونه‌ها آزمایش تعیین ترکیب آلیاژی فولاد
• برای همه‌ی نمونه‌ها آزمایش تعیین مقاومت کششی با اندازه‌گیری تغییر شکل نسبی
• برای همه‌ی نمونه‌ها آزمایش ضربه

محموله مصالح فولادی جهت نمونه‌گیری شامل مقاطع مشابه با رده‌ی مقاومت مشابه و محدوده‌ ضخامت مشابه تهیه شده از یک منبع، به شرح زیر است:پ

• به ازای هر 40 تن و کسر آن برای همهی‌ی مقاطیع
• په ازای هر 60 تن و کسر آن برای مقاطع سنگین با وزن واحد طول بیش از 100 کیلوگرم بر متر
• به ازای هر 80 تن و کسر آن برای همه‌ی مقاطع با شماره‌ی ذوب یکسان بر اساس برچسب محصول یا گواهی کارخانه

با تأمین شرایط بند (الف)، صدور گواهی‌نامه‌ی معتبر انطباق با استاندارد، توسط تولید‌کننده‌ی فولاد یا فروشنده‌ی رسمی آن با رعایت مشخصات اصلی مطابق با مقادیر جدول 10-1-1، 10-1-2، 10-1-3 و 10-1-4 و نیز رعایت شرایط بخش 10-4-2، برای اقناع ضوابط این مبحث کافی است.

1- آزمایش شارپی روی نمونه‌ی زخم‌دار (تعیین چقرمگی)

آزمایش طاقت نمونه‌ی شیار داده شده‌ی شارپی: آزمایش دینامیکی که بر روی نمونه‌ی شیار داده شده‌ی استاندارد فولادی تحت اثر یک ضربه‌ی استاندارد صورت می‌گیرد و میزان طاقت (جذب انرژی) نمونه‌ی فولادی را در مقابل تردشکنی مشخص می‌نماید.

تفاوت اصلی در تست آیزود و چارپی (شارپی) در این است که در روش آیزود، نمونه همیشه به صورت عمودی قرار می‌گیرد و تاچ یا شکاف ایجاد شده همیشه رو به ضربه‌زن قرار می‌گیرد و نقطه ضربه در نوک بالایی نمونه می‌باشد.

در روش چاربی (شارپی) اما، شکاف از ضربه‌زن دور است، نمونه به طور افقی ما بین دو تکیه‌گاه قرار می‌گیرد و شکاف در وسط نمونه ایجاد شده و ضربه به سمتی برخورد می‌کند که شکاف ایجاد نشده است. در نمونه‌هایی که دارای دو شکاف هستند نیز ضربه به محل مابین دو شکاف برخورد می‌کند.

الف) رده‌ی JR: به رده‌ای از مصالح فولادی گفته می‌شود که طاقت نمونه‌ی شیار داده شده شارپی آن حداقل 27 ژول در دمای 20+ درجه سلسیوس باشد. به لحاظ طاقت نمونه‌ی شیار داده‌ شده‌ی شارپی، شرایط پذیرش این رده آسان‌تر از شرایط پذیریش J0 و J2 است.

ب) رده‌ی J0: به رده‌ای از مصالح فولادی گفته می‌شود که طاقت نمونه‌ی شیار داده شده‌ی شاریپی آن حداقل 27 ژول در دمای صفر درجه سلسیوس باشد. به لحاظ طاقت نمونه‌ی شیثار داده‌ شده‌ی شارپی، شرایط پذیرش این رده J2آسان‌تر از شرایط پذیرش رده‌ی J2، اما سخت‌گیرانه‌تر از شرایط پذیرش رده‌ی JR است.

پ) رده‌ی J2: به رده‌ای از مصالح فولادی گفته می‌شود که طاقت نمونه‌ی شیار داده‌ شده‌ی شارپی آن حداقل 27 ژول در دمای 20- درجله سلسیوس باشد. به لحاظ طاقت نمونه‌ی شیار داده شده‌ی شارپی، شرایط پذیری این رده هم از شرایط پذیرش رده‌ی JR و هم از شرایط پذیرش رده‌ی J0سخت‌گیرانه‌تر است.

10-3-2-1-5 مقاطع سنگین

در اعضای سیستم باربر جانبی لرزه‌ای، در مقاطع گرم نورد شده، فولاد سازه‌ای به کار رفته در بال‌های با ضخامت مساوی یا بیشتر از 40 میلی‌متر باید دارای حداقل طاقت نمونه‌ی شیار داده شده‌ی شاربی 27 ژول در دمای 20 درجه سلسیوس باشد.

در اعضای سیستم باربر جانبی لرزه‌ای، در سایر مقاطع، فولاد سازه‌ای به کار رفته در ورق‌های با ضخامت 50 میلی‌متر و بیشتر که در موارد زیر استفاده می‌شود، در هر موقعیتی که از سوی روش‌های استاندارد مجاز دانسته شده است، باید دارای حداقل طاقت نمونه‌ی شیار داده شده‌ی شارپی 27 ژول در دمای 20 درجه سلسیوس باشد:

1- اعضای ساخته شده از ورق

2- ورق‌های اتصالی که انتظار می‌رود در آن‌ها در اثر بارهای لرزه‌ای، کرنش‌های غیر ارتجاعی ایجاد گردد.

3- هسته‌ی فولادی مهاربندهای کمانش‌تاب

جدول 10-1-1 نام و مشخصات مکانیکی انواع فولادهای ساختمانی مطابق استانداردهایISIRI 14262 (جدید ایران)،ISIRI 1600 (قدیم ایران)، EN 10025(اتحادیه‌ی اروپا وISO 630(بین‌المللی)