سازه های متداول برای ساختمان های بلند (4)

ساختمان های مرکب لوله ای

در سیستمی که به وسیله شرکت اسکیدمور، اوبنگز و مریل طرح و تکمیل شده است قاب فولادی خارجی در مقابل تغییر شکل جانبی به وسیله دیوار پیرامونی مشبک (سوراخ دار) بتنی ریخته شده در محل تقویت می گردد. ساختمانی که بدین ترتیب بر پا می شود شباهت به لوله صلبی دارد که از زمین طره شده باشد. در این روش اجرای سریع و مقاومت زیاد (و در نتیجه انعطاف پذیری فضای داخل) ساختمان فولادی با محفوظ از آتش بودن، عایق بندی، صلب جانبی ، و قالب پذیری دیوار خارجی بتنی ترکیب می شود. این سیستم در ساختمان 36 طبقه گیت وی- 3 در شیکاگو، ساختمان 50 طبقه برج شماره 1 میدان شل در نیواورلئان و ساختمان 24 طبقه سی-دی-سی در هستون که در آن قطعات پیش ساخته نما بعنوان قالب بندی بتن ریخته شده در محل به کار رفتند، مورد استفاده قرار گرفته است.
روش اجرای این سیستم بدین ترتیب است که ابتدا قاب فولادی به اندازه 8 تا 10 طبقه بالا آورده می شود. ستون های خارجی باید بارهای اجرایی را تحمل کنند. برای تأمین پایداری جانبی، قاب خارجی به طور موقت بوسیه کابل مهاربندی می شود. سپس فولادهای کف در محل قرار می گیرد و بتن کف ریخته می شود تا پایداری اسکلت فولادی تأمین گردد و بتوان کار داخل ساختمان را شروع کرد. بعد از اینکه شبکه های فولادی بتن مسلح و قالب های بتن در اطراف ستون ها و برای شاه تیرها در محل قرار داده شد، بتن ریخته می شود تا یک دیوار محیطی پیوسته مشبک (سوراخ دار) تشکیل گردد. این سلسله عملیات در هر 8 تا 10 طبقه ساختمان تکرار می شود.
اما اختلاف حرکت بین ستون های خارجی بتن – فولادی و ستون های داخلی فولادی مشکلی ایجاد می کند، برای اینکه کوتاه شدن نامساوی ستون ها در اثر رفتار ارتجاعی، انقباض و خزش برطرف شود .در جا گذاری شاه تیر ها باید تعدیلی صورت گیرد.
چون جدار لوله ای در این سیستم همه بارهای جانبی را مقاومت می کند، ستون ها شاه تیرهای تشکیل دهنده قاب های هسته تأسیسات ضروری «آسانسور، آب، برق، گاز و غیره) می توانند سبک تر باشند زیرا آنها فقط بارهای وزن را تحمل می کنند. همچنین کف قابل استفاده خالص در طبقات بالا در آنها سطح هسته را می توان کاهش داد افزایش می یابد.
شرکت رید و تاریکس در سانفرانسیسکو سیستم ساختمانی مرکب لوله ای دیگری ابداع کرده است. آنها از شاه تیرهای فولادی و ستون های فولادی لوله ای پر شده با بتن به عنوان سازه نما استفاده می کنند. در این مورد نیز پوش ساختمان سختی کافی برای حمل تمام بارهای جانبی را تأمین می نماید. در این سیستم از قطعات پیش ساخته ای استفاده می شود که هر یک شامل یک ستون لوله ای به ارتفاع دو طبقه و دو شاه تیر فولادی طره ای می باشد. این قطعات پیش ساخته در وسط دهانه شاه تیرها و در وسط ارتفاع ستون ها به یکدیگر پیچ کرده می شود. از لحاظ بار گذاری جانبی این نقاط اتصال تحت کمترین تنش می باشد . پیوستگی طبیعی شاه تیرها در محل ستون ها که تنش ها بیشترین مقدار را دارند از بین نمی رود، شاه تیرها در ستون ها فرو می روند و فقط جان آنها به لوله متصل می شود. بدین ترتیب از تعداد اتصالات ساختمان که تحت تنش های زیاد می باشند به مقدار زیادی کاسته می شود.

نكات اجرایی ستون ها

تعریف ستون فلزی :
ستون عضوی است كه معمولا به صورت عمودی در ساختمان نصب می شود و یارهای كف ناشی از طبقات به وسیله تیر و شاهتیر به آن منتقل می گردد و سپس به زمین انتقال می یابد.
شكل ستونها :
شكل سطح مقطع ستونها معمولا ........
تعریف ستون فلزی :
ستون عضوی است كه معمولا به صورت عمودی در ساختمان نصب می شود و یارهای كف ناشی از طبقات به وسیله تیر و شاهتیر به آن منتقل می گردد و سپس به به زمین انتقال می یابد.
شكل ستونها :
شكل سطح مقطع ستونها معمولا به مقدار و وضعیت بار وارد شده بستگی دارد. برای ساختن ستونهای فلزی از انواع پروفیلها و ورقها استفاده می شود.عموما ستونها از لحاظ شكل ظاهری به دو گروه تقسیم می شوند:
1- نیمرخ (پروفیل) نورد شده شامل انواع تیرآهنها و قوطیها : بهترین پروفیل نورد شده برای ستون ، تیرآهن با پهن یا قوطیهای مربع شكل است؛ زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع دیگر عمل می كند.ضمن اینكه در بیشتر مواقع عمل اتصالات تیرها به راحتی روی آنها انجام می گیرد.
2- مقاطع مركب : هرگاه سطح مقطع و مشخصات یك نیمرخ (پروفیل ) به تنهایی برای ایستایی ( تحمل بار وارد شده و لنگر احتمالی ) یك ستون كافی نباشد ، از اتصال چند پروفیل به یكدیگر ، ستون مناسب آن (مقاطع مركب ) ساخته می شود.

چگونگی ساخت ستون (مقاطع مركب)

ستونها ممكن است بر حسب نیاز با تركیب و اتصالات متنوع از انواع پروفیلهای مختلف ساخته شوند ، اما رایجترین اتصال برای ساخت ستونها سه نوع است :
1- اتصال دو پروفیل به یكدیگر به طریقه دوبله كردن : ابتدا دو تیرآهن را در كنار یكدیگر و بر روی سطح صاف به هم چسبیده گردند ؛ سپس دو سر و وسط ستون را جوش داده و ستون برگردانده شده و مانند قبل جوشكاری صورت می گیرد ؛ آن گاه ستون معكوس و در قسمت وسط ، جوشكاری می شود . همین كار را در سوی دیگر ستون انجام می دهند و به ترتیب جوشكاری ادامه می یابد تا جوش مورد نیاز ستون تامین گردد. این شیوه جوشكاری برای جلوگیری از پیچش ستون در اثر حرارت زیاد جوشكازی ممتد می باشد . در صورتیكه در سرتاسز ستون به جوش نیازی نباشد ، دست كم جوشها باید به این ترتیب اجرا گردد :
الف) حداكثر فاصله بین طولهای جوش در طول ستون به صورت غیر ممتد از 60 سانتیمتر تجاوز نكند.
ب) طول جوش ابتدایی و انتهایی ستون باید برابر بزرگترین عرض مقطع باشد و به طور یكسره انجام گیرد.
ج) طول موثر هر قطعه از جوش منقطع نباید از 4 برابر بعد جوش یا 40 میلیمتر كمتر باشد.
د) تماس میان بدنه دو پروفیل نباید از یك شكاف 5/1 میلیمتری بیشتر ، اما از 6 میلیمتر كمتر باسد ؛ ضمنا بررسیهای فنی نشان دهد مه مساحت كافی برای تماس وجود ندارد ؛ در آن صورت ، این بادخور باید با مصالح پر كننده مناسب شامل تیغه های فولادی با ضخامت ثابت پر شود.
2- اتصال دو پروفیل با یك ورق سراسری روی بالها : در مقاطع مركبی كه ورق اتصال بر روی دو نیمرخ متصل می شود تا مقاطع مركب تشكیل بدهد ؛ فاصله جوشهای مقطع (غیر ممتد) كه ورق را به نیمرخها متصل می كند ، نباید از 30 سانتیمتر بیشتر شود . اندازه حداكثر فاصله فوق الذكر در مورد فولاد معمولی به صورت t22 كه t در آن ضخامت ورق است در می آید.
3- اتصال دو پروفیل با بستهای فلزی (تسمه) : متداولترین نوع ستون در ایران ستونهای مركبی است كه دو تیرآهن به فاصله معین از یكدیگر قرار می گیرد و قیدهای افقی یا چپ و راست این دو نیمرخ را به هم متصل می كند ؛ البته بستهای چپ و راست كه شكلهای مثلثی را به وجود می آورند ، دارای مقاومت بهتری نسبت به قیدهای موازی می باشند.در مورد اینگونه ستونها ، بویژه ستون با قید موازی مسائل زیر را بایستی رعایت كرد :
الف) ابعاد بست (وصله ) افقی ستون كمتر از این مقادیر نباشد:
L : طول وصله حداقل به فاصله مركز تا مركز دو نیمرخ باشد .
B : عرض وصله از 42 درصد طول آن كمتر نباشد .
T : ضخامت وصله از 35/1 طول آن كمتر نباشد.
ب) در اطراف كلیه وصله ها و در سطح تماس با بال نیمرخها عمل جوشكاری انجام گیرد (مجموع طول خط جوش در هر طرف صفحه نباید از طول صفحه كمتر شود) .
ج) فاصله قیدها و ابعاد آن بر اساس محاسبات فنی تعیین می شود.
د) در قسمت انتهایی ستون ، باید حتما از ورق با طول حداقل برابر عرض ستون استفاده كرد تا علاوه بر تقویت پایه ، محل مناسبی برای اتصال بادبندها به ستون به وجود آید.
ه) در محل اتصال تیر یا پل به ستون لازم است قبلا ورق تقویتی به ابعاد كافی روی بالهای ستون جوش شده باشد.

روش نصب نبشی بر روی كف ستونها (بیس پلیت) برای استقرار ستون

هنگام محاسبه ابعاد كف ستونها باید حداقل فاصله میله مهاری از لبه كف ستون و محل جاگذاری نبشی با ضخامت جوش لازم برای نگه داشتن ستون ، همچنین ضخامت پلیت انتهایی ستون و ابعاد ستون را با دقت بررسی كرد ؛ سپس با توجه به موارد یاد شده ، به نصب نبشی و استقرار ستون به این صورت اقدام نمود . بر روی بیس پلیت ها محل كف ستون و محل آكس را كنترل می كنیم ؛ سپس نبشیهای اتصال را به صورت عمود بر هم بر روی بیس پلیت جوش داده ، آنگاه ستون را مستقر و اقدام به نصب دگر نبشیهای لازم كرده و آنها را به بیس پلیت جوش می دهیم . از مزایای عمود بر هم بودن دو نبشی روی بیس پلیت علاوه بر سرعت عمل و استقرار بهتر به علت تماس مستقیم ستون به بال نبشی ، اتصال جوشكاری به گونه ای درست تر و اصولی تر صورت می گیرد . روشن است كه قبل از جوشكاری باید ستونها را هم محور و قائم نموده و عمود بودن در دو جهت كنترل گردد . پس از نصب ستونها با توجه به ارتفاع ستون و آزاد بودن سر ستون ممكن است تا زمان نصب پلها ، ستونها در اثر شدت باد و وزن خود حركتهایی داشته باشند كه احتمالا تاثیر نا مطلوب و ایجاد ضعف در جوشكاری و اتصالات كف ستونها خواهد داشت . به این سبب ، باید پس از نصب ، فورا به مهاربندی موقت ستونها به وسیله میلگرد یا نبشی بصورت ضربدری اقدام كرد.

طویل كردن ستونها :

سازهای فلزی را اغلب در چندین طبقه احداث می كنند ، طول پروفیلها برای ساخت ستون محدود است . با در نظر گرفتن بار وارده و دهانه بین ستونها و نحوه قرار گرفتن ستونهای كناری ، مقاطع مختلفی برای ساخت ستونها به دست می اید. ممكن است در هر طبقه ، ابعاد مقطع ستون با طبقه دیگر تفاوت داشته باشد ؛ بنابراین ، باید اتصال مقاطع با ابعاد مختلف برای طویل كردن با دقت زیادی انجام شود . محل مناسب برای وصله ستونها به هنگام طویل كردن آنها حداقل در ازتفاع 45 تا 60 سانتی متر بالاتر از كف هر طبقه یا 6/1 ارتفاع طبقه می باشد. این ارتفاع اندازه حداقلی است كه از نظر دسترسی به محل اجرای جوش و نصب اتصالات مورد نیاز برای ادامه ستون یا اتصال بادبند لازم است.

نحوه طویل كردن ستونها :

ابتدا سطح تماس دو ستون را به خوبی گونیا می كنند و با سنگ زدن صاف می نمایند تا كاملا در تماس با یكدیگر یا صفحه وصله قرار گیرد . در صورتی كه پروفیل دو ستون یكسان نباسد ، باید اختلاف دو نمره ستون را با گذاردن صفحات لقمه (هم سو كننده) بر ستون فوقانی را پر نمود ؛ سپس صفحه وصله را نصب كرد و جوش لازم لازم را انجام داد . اگر ابعاد مقطع دو نیمرخ كه به یكدیگر متصل می شوند ، تفاوت زیاد داشته باشند ، به طوری كه قسمت بزرگی از سطح آن دو در تماس با یكدیگر قرار نگیرد ، در این صورت باید یك صفحه تقسیم فشار افقی بین دو نیمرخ به كار برد . این صفحه معمولا باید ضخیم انتخاب شود تا بتواند بدون تغییر شكل زیاد ، عمل تقسیم فشار را انجام دهد. كلیه ابعاد و ضخامت صفحه و مقدار جوش لازم را باید طبق محاسبه و بر اساس نقشه های اجرایی انجام داد.

ستونها با مقاطع دایره ای :

معمولا مقاطع لوله ای (دایره ای ) از قطر 2 تا 12 اینچ برای ستونها بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. مقطع لوله در مواقعی كه بوسیله اتصال جوش باشد ، آسانتر به كار می رود . كاربرد لوله بیشتر در پایه های بعضی منابع هوایی ، دكلهای مختلف و خرپاهای سبك است . این مقطعها به طور كلی مقاومترند ، برای اینكه ممان انرسی انها در تمام جهات یكسان است . با تغییر ضخامت مقاطع لوله ای می توان اینرسی های مختلف را به دست آورد.

انحراف مجاز پس از نصب ستون :

همان طور كه گفتم ، ستونها باید كاملا شاغول بوده و علاوه بر آن ، از محور كلی كه در نقشه آكس بندی مشخص شده است ، نباید انحرافی بیش از آنچه در آیین نامه ها تعیین سده داشته باشد. در این جدول میزان انحراف مجاز ستونها در نگام نصب ، مشخص گردیده است :

قطعهساختمانی	حداكثرانحراف
ستون با ارتفاعh	انحراف موقعیت مكانی
محور ستون	از محور انتخاب شده
آن در سطح اتكای ستون	5  -
انحراف محور ستون در انتهای فوقانی آن از خطشاغول	25- <=1000/H
انحراف از خط شاغول در اثر خم شدن ستون (شكمدادن)	15- <=1000/H

آرماتور بندی و نصب صفحه ستونها

آرماتوربندی کاری تخصصی میباشد و دقت و نظارت جدی بر آن الزامی است. در برخی شرایط تمام مقاومت پی را آرماتورها تامین می کنند. مهندسین ناظر موظف هستند قبل از اجرای بتن ریزی از آرماتوربندی فونداسیون بازدید به عمل آورده و تا پایان بتن ریزی نظارت مستمر و مستقیم داشته باشند. ذکر چند مطلب در خصوص آشنایی با نکات اجرایی آرماتوربندی الزامی است :
1- به هیچ عنوان از آرماتورهای زنگ زده و یا آغشته به روغن نباید استفاده شود در صورت آلودگی آرماتورها به روغن یا زنگ زدگی آنها، باید قبل از اجرای آرماتوربندی به پاکسازی آنها اقدام و بعد از تایید دستگاه نظارت به بتن ریزی اقدام گردد.
بیاموزیم: آرماتورها دو دسته طولی (آرماتورهای اصلی) و عرضی (خاموت) هستند. خاموتها وظیفه نگهداری آرماتورهای طولی و جلوگیری از کمانش آنها در هنگام فشارهای زیاد و چند کاربرد بسیار مهم دیگر دارند. لذا اهمیت رعایت ضوابط خاموت گذاری کمتر از آرماتورهای اصلی نیست.
2- فاصله خاموتها از یکدیگر باید حداکثر 20 سانتی متر باشند و دستگاه نظارت موظف است که در صورت عدم رعایت از سوی پیمانکار از اجرای بتن ریزی جلوگیری نماید.
3- خاموتها باید مطابق بوسیله سیم آرماتوربندی به تمام میلگردهای طولی مهار شوند این امر الزامی است و میبایست توسط پیمانکار رعایت گردد و در صورت عدم توجه دستگاه نظارت موظف است از ادامه کار پیمانکار تا رفع نواقص فوق جلوگیری نماید.
4- تمام میلگردها باید توسط قیچی مخصوص بریده شود و جدا از بریدن میلگردها به کمک دستگاه هوا برش خودداری شود . توجه داشته باشید که حرارت موجب افت کیفیت میلگردها میگردد.
5- از خم کردن آرماتور در دمای پایین تر از 5 درجه سانتیگراد خودداری شود و از باز و بسته کردن خمها به منظور شکل دادن مجدد میلگردها جدا خودداری شود در صورت مشاهده چنین مواردی باید به مهندس ناظر اعلام گردد تا مطابق ضوابط اقدام شود .
6- تمام میلگردها باید به صورت سرد و تا حد امکان با دستگاههای مکانیکی خم شوند از خم کردن آرماتورها و بولتهای صفحه های ستون به کمک حرارت ( هوابرش ) جدا خودداری شود.

کل: نحوه صحیح خم کردن آرماتورها به صورت سرد و در دمای معمولی.

7- توجه داشته باشید که آرماتوربندی را که توسط مهندس ناظر تایید شده است نباید قبل از بتن ریزی تغییر داد (خصوصا از خارج کردن میلگردها جدا خودداری نمایید و در صورت مشاهده سریعا به مهندس ناظر گزارش دهید.)
8- فاصله بین میلگردها تا سطح قالب بندی حداقل باید 5/2 سانتی متر باشد تا پوشش بتنی روی میلگردها دارای ضخامت مناسبی باشد و علاوه بر ایجاد پیوستگی بین بتن و میلگرد، محافظت میلگردها در برابر خوردگی و زنگ زدگی انجام شود.
مهم: رعایت نکردن فاصله بین میلگردها و جداره قالب باعث از بین رفتن سریع پی می شود. مهم: فاصله مناسب بین میلگرد و دیواره قالب باعث استحکام و بالارفتن عمر پی و در نتیجه سازه و بالا رفتن مقاومت در برابر زلزله

بررسی رفتار ستونهای قوطی فولادی پرشده با بتن تحت بارگذاری جانبی زلزله در ساختمانهای بلند:

با توجه به کاربرد روزافزون ستونهای قوطی پرشده با بتن در ساختماهای بلند و عملکرد مناسب این ستونها در برابر زلزله از یک طرف و لرزه خیزی اکثر مناطق کشور از طرف دیگر سعی شده است در این مطالعه رفتار این ستونها در برابر بارگذاری جانبی زلزله بررسی شود. در این مطالعه علاوه بر بررسی رفتار خمشی این ستونها در برابر ترکیب بارگذاری ثقلی و جانبی سیکلیک رفتار برشی آنها نیز بررسی شده است. با توجه به اهمیت شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی اعضا سازه ای در برابر زلزله، این مقادیر نیز به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با توجه به لزوم پیوستگی و هماهنگی فولاد و بتن در مقاطع مرکب، چسبندگی و پارامترهای مؤثر بر مقاومت چسبندگی در ستونهای مرکب نیز مورد بررسی قرارگرفته است. روشی سازگار با آیین نامه های معتبر برای طراحی ستونهای قوطی پرشده با بتن در هر دو حالت ستون کوتاه و ستون لاغر نیز ارائه گشته است. نشان داده شده است که ستون که ستون قوطی پرشده با بتن علاوه بر مقاومت و رفتار خمشی و برشی مطلوب شکل پذیری خوبی داشته و از ظرفیت جذب انرژی قابل توجه ای نیز برخوردار است. به علاوه از روند طراحی ساده ای برخودار بوده و برای طراحی دفتری کاملاً مناسب است. خصوصیات فوق ستونهای قوطی پرشده با بتن را به صورت اعضا سازه ای بسیار مناسب و ممتاز برای ساختمانهای بلند در مناطق زلزله خیز معرفی می کند.
رفتار خمشی و شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی ستونهای قوطی پرشده با بتن، در فصول دوم و سوم مورد بررسی قرارگرفته است و نشان داده شده است که این مقادیر به پارامترهای زیادی منجمله نسبت عرض به ضخامت ورق فولادی، ضریب لاغری ستون، طول پرشدگی بتن در ستون ، نوع بتن و فولاد، تعداد سیکل بارگذاری، بار محوری، گل میخ برشگیر بر پوسته فولادی بستگی داشته و نحوه ارتباط آنها نیز بررسی شده است.
با توجه به ضخامت قوطی فولادی در ستون مرکب، این ستونها معمولاً ظرفیت برشی بسیار بالایی از خود نشان داده و عمدتاً در مورد خمشی گسیخته می شوند. رفتار برشی ستونهای قوطی پرشده با بتن در ستونهای کوتاه که در آنها برش بیشترین تأثیر را دارد، در فخصل پنجم مورد مطالعه و بررسی قرارگرفته است و نشان داده شده است که حتی در این حالت نیز ستونهای قوطی پرشده با بتن، از نظر برشی رفتار بسیار مناسب از خود نشان می دهند.
با توجه به فرم سازگاری کرنشها در نقاط تماس بتن و فولاد، چسبندگی بین فولاد و بتن در ستونهای مرکب در فصل چهارم بررسی شده است و نحوه تأثیر پارامترهایی چون سن بتن سایز، دما، شرایط نگهداری بتن و انقباض بر مقاومت چسبندگی مشخص شده است. در فصل ششم، سعی شده است روش برای طراحی ستونهای قوطی پرشده با بتن،ارائه شود که علاوه بر هماهنگی با آیین نامه های معتبر، برای طراحی دفاتر مهندسی کاملاً عملی و مناسب باشد. بدین منظور روش گام به گام طراحی ستون قوطی پرشده با بتن در دو حالت ستون کوتاه و ستون لاغر آورده شده است و نشان داده شده است که با استفاده از ستون قوطی فولادی پرشده با بتن در مقایسه با قوطی فولادی از تغییرمکان جانبی کمتر و شکل پذیری بیشتری برخوردار بوده و رفتار لرزه ای مناسبتری از خود نشان می دهند. در بخش پایانی علاوه بر جمع بندی و نتیجه گیری کلی از مطالب ارائه شده در فصول قبل ، نیازهای پژوهشی آینده نیز ارائه گردیده است.
ادامه دارد.....
/س