سازه های فولادی
بخشی از مقاله
استفاده از فلز به عنوان مصالح سازه ای ، به ساخت یک پل قوسی در انگلستان به دهانه ۳۰ متر با استفاده از اعضای چدنی بین سال های ۱۷۷۷ تا ۱۷۷۹ بر می گردد. بین سالهای ۱۷۸۰ تا ۱۸۲۰ میلادی ، پل های چدنی متعددی به همین شیوه ساخته شد . تیر اصلی این پل ها خراپاهای قوسی با اعضایی از جنس چدن بود . چدن برای ساخت زنجیرها و آویزهای پل های معلق اولیه تا حدود سالهای ۱۸۴۰ مورد استفاده قرار می گرفت .
حدودا از سال ۱۸۴۰، به تدریج آهن کم کربن (چکش خوار ) جایگزین چدن معمولی درامر ساختمان سازی شد . قدیمیترین مثال مهم دراین زمینه ، پل چهار دهانه بریتانیا در ویلز با دهانه های ۷۰،۱۴۰،۱۴۰،۷۰ متر می باشد که برای ساخت آن از ورق ها و نبشی هایی از جنس آهن کم کربن استفاده گردید.
با تولید و نورد نیمرخ های مختلف ازجنس چدن و آهن کم کربن ، استفاده از این دو فلز ، گسترش بیشتری یافت . نورد میلگرد ها درسال ۱۷۸۰ و نورد ریل ها در سال ۱۸۲۰ شروع شد که نهایتا به نورد نیمرخ های I شکل درسال ۱۸۷۰ انجامید .
ابداع روش بسمر درسال ۱۸۵۵ و توسعه و تکامل آن درسال ۱۸۷۰ ، باعث افزایش کاربرد چدن و مشتقات آن درساختمان گردید . ازسال ۱۸۹۰ به تدریج فولاد جایگزین آن کم کربن درامر ساختمان سازی شد . درحال حاضر فولاد از عمده ترین مصالح ساختمانی می باشد که با تنش های جاری شدن (تسلیم ) ، ۲۴۰۰ تا ۷۰۰۰ کیلوگرم برسانتی متر مربع به منظورهای مختلف تولید می شود . مشخصات انواع مختلف فولاد و خواص آنها دربخش های دیگر همین فصل مورد بررسی قرار می گیرد .
ساختمان های فولادی
سازه های فولادی به سه گروه اساسی طبقه بندی می شوند :
الف : سازه های قاب بندی شده که مجموعه ای اعضای محوری ، خمشی و یا محوری – خمشی می باشند .
ب : سازه های پوسته ای که دراعضای آنها نیروی محوری قالب است .
پ : سازه های معلق که دراعضای آنها نیروی کششی حاکم است .
سازه های قاب بندی شده
اکثر سازه های ساختمان های متداول دارای اسکلت قاب بندی شده می باشند . سازه های قاب بندی شده ترکیبی از تیرها و ستون ها می باشند که با استفاده از اتصالات صلب و یا ساده به یکدیگر متصل شده اند . سازه های قاب بندی شده ممکن است به صورت ساختمان های چند طبقه و درشکل ۱-۲ مثال هایی از ساختمان های صنعتی نشان داده شده است . به طور کلی سازه های قاب بندی شده از ترکیب دو سری قاب صفحه ای عمود برهم بوجود آمده و تشکیل قاب فضایی را می دهند . لیکن عملکرد قاب های موجود درهر امتداد تأثیری بر عملکرد قاب های امتداد دیگر ندارد . بنابراین تحلیل قاب های هر امتداد به طور مستقل به صورت صفحه ای انجام می شود . قاب های ساختمانی باید قادر به حمل نیروهای قائم و جانبی باشند . برای حمل بارهای جانبی یا از اتصالات صلب (شکل ۱-۱-الف ) و یا ازسیستم مهاربندی (شکل ۱-۱-ب) استفاده می شود . پل ها نیز از انواع سازه های قاب بندی شده هستند که درشکل ۱-۳ مثال هایی از آنها نشان داده شده است .
سازه های پوسته ای
سازه های پوسته ای به صور گوناگون از قبیل منابع نگهداری مایعات و گازهای تحت فشار ، سیلور ها ، سقف های گنبدی و موارد مشابه درعمل مورد استفاده قرار می گیرند که درشکل ۱-۴ مثال هایی از کاربرد آنها نشان داده شده است . مشخصه اصلی این سازه ها این است که فضاکار می باشند یعنی به علت اندرکنش اجزای موجود درامتداد های مختلف ، نمی توان آنها را بصورت ترکیبی از سازه های صفحه ای درنظر گرفت و برای تحلیل باید کل سازه به عنوان یک مجموعه واحد طراحی شود . تحلیل و طراحی چنین سازه هایی احتیاج به مهارت های ویژه ای دارد که هدف از این کتاب پرداختن به چنین موضوعاتی نمی باشد .
مقاومت در مقابل بارهای جانبی مقاومت درمقابل بارهای قائم
الف – اتصالات صلب ب – قاب مهاربندی شده
سازه های معلق
سازه های معلق اغلب درپوشش ها (سقف ها) و پل های دهانه بلند مورد استفاده قرار می گیرند. درچنین سازه هایی یک اسکلت قاب بندی شده وجود دارد (مثلا درپل سازی ، عبورگاه یا عرشه پل و درپوشش ها ، اسکلت سقف ) که توسط آویزهایی از کابل های کششی اصلی آویزان است . استفاده از سازه های معلق درپل سازی بسیار متداول است .
نیمرخ های ساختمانی
برای استفاده از فولاد به عنوان عضو ساختمانی ، باید آن را به شکل مناسب درآورد . برای فرم دادن فولاد ، ازنورد گرم استفاده می نمایند . بدین معنی که شمش های فولاد را تادمای سرخ شدن حرارت می دهند و سپس با عبوردادن آن ازمیان غلتک های مخصوص، شکل مورد نظر را بدست می آورند . هریک از نیمرخ ها دراندازه و مشخصات هندسی متعددی تولید می شود.
نوع دیگری از تولید نیمرخ های ساختمانی وجود دارد که درآن ورق فولادی درحالت سرد با استفاد از پرس به شکل دلخواه فرم داده می شود .
ورق های ضخیم را نمی توان با فرم دادن به شکل نیمرخ دلخواه درآورد . درچنین حالاتی ورق ها درعرض های مورد نظر بریده شده و توسط جوش به یکدیگر متصل می شوند تا نیمرخ دلخواه حاصل گردد. به چنین نیمرخ هایی ، نیمرخ های ورقی گفته می شود .
با ترکیبی از ورق و نیمرخ نورد شده نیز می توان نیمرخ مورد نظر را به دست آورد که درآن صورت نیمرخ مرکب گویند .
نیمرخ های مناسب برای اعضای ساختمانی
اعضای ساختمانی با توجه به نیروی داخلی شان به اعضای فشاری (ستون ها ) ، اعضای خمشی و اعضای فشاری خمشی (تیر-ستون )طبقه بندی می شوند . برای استفاده موثر از مصالح ، به تجربه و تئوری برای هریک از اعضای فوق و نیمرخ های مناسب برای آنها می پردازیم . بطور عمومی نیمرخ های مصرفی ممکن است به صورت تک یا گروهی (که به آنها مرکب گفته می شود ) مشخصات هندسی مورد نظر را تأمین می نمایند .
فهرست مطالب
تاریخچه سازه های فولادی ۴۰
ساختمان های فولادی ۴۱
سازه های قاب بندی شده ۴۱
سازه های پوسته ای ۴۲
سازه های معلق ۴۲
نیمرخ های ساختمانی ۴۳
نیمرخ های مناسب برای اعضای ساختمانی ۴۴
اعضای کششی ۴۴
اعضای فشاری (ستون ها ) ۴۴
اعضای خمشی ۴۵
تیر – ستون ها ۴۶
روش های طراحی ۴۷
الف : روش تنش های مجاز ۴۸
ب : روش طرح پلاستیک ۴۸
پ : روش حالات حدی ۴۹
جوش ۵۱
جوشکاری با استفاده از قوس الکتریکی ۵۱
جوش پذیری فولاد های ساختمانی ۵۴
انواع جوش ۵۴
جوش های شیاری ۵۴
جوش گوشه ۵۵
جوش های کام و انگشتانه ۵۶
عواملی که درکیفیت اتصالات جوشی مؤثرند ۵۶
الکترود مناسب ، وسایل جوشکاری و روش های کار ۵۶
تخلخل ۵۷
گودافتادگی کناره جوش ۵۸
تداخل گل جوشکاری ۵۸
ترک ها ۵۹
بازرسی و کنترل ۵۹
سطح مؤثر جوش ۶۱
اتصالات ۶۲
انواع اسکلت فولادی ۶۲
اتصال ساده ۶۲
اتصالات نیمه صلب ۶۳
اتصالات صلب ۶۴