تعريف و اهداف از ساخت قاب

تعريف ساختمانهاي قابي
بنا به تعريف سازه هايي هستند كه از اتصال اعضاي باربر به يكديگر تشكيل مي شوند.
اسكلت قابي متشكل از شبكه هاي چهارضلعي و سه بعدي است كه از اعضاي قائم ( ستونها ) و اعضاي افقي ( تيرها ) تشكيل شده است و ممكن است اعضاي قطري نيز داشته باشد.
اعضاي اصلي سازه هاي قابي عبارتند : از تاوه ها، تيرها، ستونها، مهارها، شالوده ها و از عمده ترين اعضاي فرعي آن ديوار برشي است.

سيستمهاي سازه هاي قابي بخصوص در ساختمانهاي چند طبقه كاربرد فراوان دارند. بار سقف در سازه هاي چند طبقه قابي، ابتدا توسط سقفها و از طريق تيرچه ها به تيرهاي اصلي و از طريق تيرها به ستونها انتقال مي يابد.

قابهاي فلزي شيبدار
قابهاي فلزي شيبدار در پوشش دهانه هاي بزرگ در ساختمانهاي صنعتي مانند كارخانه ها ، انبارها، آشيانه هواپيما، سالنهاي ورزش و غيره مورد استفاده قرار مي گيرد. اين نوع پوشش نسبت به انواع خرپاسازي داراي مزاياي چندي است كه مهمترين آنها عبارتند از : صرفه جويي در مصالح و مدت ساخت و نصب، نماي زيباتر و استفاده بيشتر از فضاي زير پوشش.

بنابراين، قابهاي شيبدار در مهندسي مدرن اهميت ويژه اي كسب كرده است و به تدريج جاي ساختمانهاي سيستم خرپايي را گرفته و مي گيرد. شكلهاي زير انواع مختلف قابهاي شيبدار را نشان مي دهد.

وقتي كه دهانه قاب بيش از ۱۵ متر است و يا در مواردي كه نسبت ارتفاع به طول دهانه كوچك است، رانش افقي پايه ها كه بر شالوده تاثير مي كند، بزرگ مي شود. در نتيجه براي مقابله با آن، استفاده از شالوده هاي منفرد معمولي غير عملي است. در چنين حالتي، از شالوده هاي منفرد با شكل هندسي مخصوص مطابق شكل استفاده مي شود.

در حالت كلي و در دهانه هاي بزرگ رانش بين دو پايه، بايد با گذراندن كش فلزي در بين دو پايه گرفته شود. اين كشها براي تمام ران بين دو پايه محاسبه مي شود و با اتصال پنجه مفصلي به صفحه پاي ستون متصل مي گردد و اغلب لازم است كه با گذاردن بست قورباغه اي آنها را به حالت تنيده در آورد.

وقتي كه كش در محل صحيح خود قرار گرفت و به اندازه لازم تنيده شد، مي توان براي جلوگيري از زنگ زدگي، تمام آن را در بتن قرار داد.

روش ساخت قابها و مونتاژ آنها
قابها را مي توان از نيمرخهاي نورد شده، مقاطع مركب و يا تركيب اين دو ساخت. قابهاي شيبدار ساخته شده از نيمرخهاي نورد شده تا دهانه هاي حدود ۱۰ متر با سادگي و صرفه جويي مخصوص به خود كاربردهاي فراواني دارد. از طرف ديگر ، اتصال جوش از نظر ساخت شكلهاي مركب با ارتفاع متغير در مقطع، يا ماهيچه هاي منحني در گوشه،

تسهيلات خوبي را فراهم مي كنند؛ همچنين اتصال جوش در اين گونه قابها به مقدار زيادي به ظرافت و زيبايي ظاهر آنها كمك مي كند؛ بنابراين، توصيه مي شود در سخت قابهاي شيبدار از اتصال جوش استفاده گردد. در كارگاه ( كارخانه سازنده )، شكل قاب مورد نظر بر سطح مسطحي پياده مي شود و از روي شكل الگو برداشته شده با استفاده از پروفيلهاي انتخاب شده و ورق آهن برابر الگو بريده شده و سپس جوش مي گردد.

ابعاد ساختماني :
قابهاي فلزي را مي توان با صرفه جويي در دهانه هاي حدود ۸ تا ۶۰ متر و بيشتر به كار برد. فاصله قابها از يكديگر بر حسب مقدار بار و دهانه، معمولا بين ۵/۴ تا ۱۰ متر است و مي توان ارقام زير را به عنوان راهنما در طرح ساختمان در نظر داشت :
دهانه به متر فاصله قابها به متر
۹ تا ۱۲ ۵/۴
۱۲ تا ۱۸ ۵/۵
۱۸ تا ۳۰ ۶
بيش از ۳۰ ۵/۱ تا ۶/۱ دهانه

بادبندي قابهاي فلزي شيبدار ( بادبندي قائم و افقي )
همانطور كه قبلا در مبحث بادبندي قابهاي خرپايي گفته شد، در مورد ساختمانهاي با قاب فلزي شيبدار عيناً عمل مي شود. لازم به يادآوري است كه بادبندي افقي در سقف قابها معمولا با ميلگرد انجام مي گيرد. پروفيلهاي مورد مصرف در بادبنديهاي قائم در قابهاي يك طبقه معمولا از ميلگرد، نبشي تك يا نبشي دوبل هستند.

بادبندها
بادبندها و هدف از به كارگيري آنها
در ساختمانهاي بلند اسكلت فلزي مركب از تير و ستون استحكام و مقاومت آنها در مقابل نيروهاي جانبي ( باد و يا زلزله ) بستگي به درجه گيرداري اتصالات تير و ستونشان دارد.
اگر اتصالات بين تير وستون طوري مستحكم باشند كه زاويه ميان آنها تغيير نكند، ساختمان مي تواند نيروهاي عرضي را تحمل كند و از حالت شاغولي خارج نشود.

اگر گيرداري بين تير و ستون موجود نباشد و مثلا اتصالات نزديك به حالت مفصلي باشند، با وارد شدن نيروهاي جانبي، زاويه بين تيرها و ستونها تغيير خواهد كرد. واضح است كه در اين وضع، حالت تعادل پايدار نيست و سرانجام به خرابي ساختمان منجر خواهد شد.

در حالت اخير، اگر يك دهانه از قابهاي ساختمان را در ارتفاع، با گذرادن قطعات چپ و راست به صورت شكلهاي مثلثي در آوريم تغيير ناپذيري را به وجود خواهد آورد و قسمتهاي ديگر با تكيه بر روي آن حالت پايدار به خود خواهند گرفت، زيرا زواياي هر مثلث بدون تغيير طول اضلاع آن تغيير نخواهد كرد؛ به ديگر سخن، نيروي بسياري لازم است تا طول اضلاغ تغيير يابد.

شكلهاي مثلثي از نوع گفته شده را مهاربندي يا بادبندي چپ و راست ( Bracing ) مي نامند. معمولا بادبندي به اين صورت در ساختمانها، هميشه امكان پذير نيست، زيرا در سطوحي كه بادبند قرار داده مي شود، احداث در يا پنجره دچار اشكال مي گردد. كه در اين صورت ، ميزان تاثير آنها به اندازه بادبندي ضربدري نخواهد بود.

پروفيلهاي مورد مصرف در بابندها
در نيمرخهاي زير ، انواع پروفيلهاي مختلف كه قطعات قطري بادبند را معولا از آنها انتخاب مي كنند، مشاهده مي شود.
IPE IPB ناوداني سپري قوطي دايره ورق

شيوه نصب بادبندها اعم از خار مغزي و جوشي
اتصال بادبندها در گوشه ها به قاب فلزي، با يك صفحه ( ورق فلزي ) انجام مي گيرد. ساخت و نصب به اين گونه است كه با پروفيلهاي مورد نظر چپ و راستها را بر روي سطح صاف نظير كف كارگاه يا زمين معمولا به وسيله ورق فلزي مربع مستطيل كه در ناحيه وسط جوش مي شود، اجرا مي كنند.

چپ و راستها به وسيله بالابر يا جرثقيل يا كشيدن طناب در محل اتصال قرار مي گيرند.
سر پروفيلهاي چپ و راست در محل خود، در روي ورق فلزي كه به ستون و پل وصل است جوش مي گردد.

در شكلهاي زير ، نمونه اي از نماي بادبندي و اتصالات بادبندها را ملاحظه مي كنيد.
در بعضي موارد، اتصالات چپ و راست به وسيله ميلگرد و در محل اتصال به صورت مفصلي ( خار مغزي ) متصل مي گردد. اين نوع اتصالات معمولا در ساختمانهاي قابي فلزي يك طبقه و منابع هوايي فلزي به كار مي رود .

نكات كلي در اجراي اسكلت فلزي
در اين قسمت، به ذكر نكاتي مي پردازيم كه در بيشتر پروژه هاي اسكلت فلزي مي تواند وجود داشته باشد؛ از قبيل بند انبساط، چگونگي اتصال ديوارهاي آجري به ستونهاي فلزي، اتصال وادار و ساير نكات اجرايي كه بايد به آنها توجه كافي نمود.

درز انبساط
براي جلوگيري از خرابيهاي ناشي از نبساط و انقباض ساختمان بر اثر تغيير درجه حرارت محيط خارج يا جلوگيري از انتقال بار ساختمان قديمي مجاور به ساختماني كه جديد احداث مي شود، همچنين در مواردي كه ساختمان بزرگ است و از چند بلوك متصل به هم تشكيل ميشود، بايد به كار بردن درز انبساط در محل مناسب پيش بيني شود. حداقل فاصله اي از ساختمان با اجزاي ساختماني كه بايد در آن درز انبساط پيش بيني شود، به نوع ساختمان، تعداد طبقات ،

مصالح مصرفي و آب و هواي محل احداث بستگي دارد؛ بنابراين بايد با مطالعه كافي محل اندازه آن را مهندس طراح تعيين كند. در كليه ساختمانهاي فلزي كه طول آنها بيشتر از ۵۰ متر باشد، بايد در طول ساختمان درز انبساط پيش بيني كرد.

اين طول مربوط به ساختمانهاي فلزي و بدون پوشش محافظ است كه نبايد از ۵۰ متر و يا در ساختمانهايي با پوشش محافظ و در حالات خاص نبايد از يكصدمتر تجاوز كند. براي پوشاندن و پر كردن فواصل درز انبساط از موادي استفاده مي كنند كه قابليت ارتجاعي داشته باشد. بايد دقت شود كه فاصله درز انبساط به هيچ وجه با مصالح بنايي يا ملات پر نگردد.

اگر در هنگام استقرار اسكلت فلزي، ستونهايي كه در مجاورت يك درز انبساط قرار دارند، به طور موقت به وسيله قطعات فلزي متصل شده اند، پس از استقرار، بايد اين اتصالات بريده شوند تا ساختان در محل درز انبساط به كلي از قسمت مجاور خود جدا باشد.

درز انقطاع
براي جلوگيري از خسارت و كاهش خرابي ناشي از ضربه ساختمانهاي مجاور به يكديگر، بويژه در زمان وقوع زلزله، ساختمانهايي كه داراي ارتفاع بيش از ۱۲ متر يا داراي بيش از چهار طبقه هستند، بايد به وسيله درز انقطاع از ساختمانهاي مجاور جدا شوند؛ همچنين حداقل عرض درز انقطاع در تراز هر طبقه برابر يك صدم ارتفاع آن تراز از روي شالوده است. اين فاصله را مي توان در محلهاي لازم با مصالح كم مقاومت كه در هنگام زلزله در اثر برخورد دو ساختمان به آساني مصالح مزبور خرد مي شوند، پر كرد.

نحوه اتصال ستون فلزي با آجركاري
هنگامي كه آجركاري با ضخامت ۲۲ سانت بالاتر در مجاورت ستون فلزي قرار مي گيرد، بايد حداقل يك قطعه اتصال در هر متر ارتفاع ديوار به ستون جوشكاري شود در داخل ملات قرار گيرد.

نكات اجرايي ديوارهاي غير باربر در اسكلت فلزي
براي اجراي ديوارهاي غيرباربر با تيغه ها بايد ضوابطي را به اين شرح در نظر گفت:
حداكثر طول مجاز و ديوار غير باربر با تيغه بين دو پشت بند عبارت است از ۴۰ برابر ضخامت ديوار با تيغه و يا ۶ متر ، هر كدام كمتر است.

پشت بند ( وادار ) بايد به ضخامت حداقل معادل ضخامت ديوار و به طول حداقل يك ششم بزرگترين دهانه دو طرف پشت بند باشد. به جاي پشت بند مي توان ستونكهاي قائم فولادي، بتن آرمه يا چوبي در داخل تيغه يا ديوار قرار داد و دو سر ستونكها را به طور مناسبي در كف و سقف طبقه مهار كرد.

حداكثر ارتفاع مجاز ديوارهاي غيرباربر و تيغه ها از تراز كف مجاور ۵/۳ متر است. در صورت تجاوز از اين حد، بايد همراه با تيغه توسط كلافهاي افقي و قائم به طور مناسبي به تقويت ديوار اقدام كرد.
تيغه هايي كه در تمام ارتفاع طبقه ادامه دارند، بايد كاملا به زير پوشش سقف مهر شوند؛ يعني رگ آخر تيغه همراه با فشار كافي در سقف جاي داده شود. لبه فوقاني تيغه هايي كه در تمام ارتفاع طبقه ادامه ندارند، بايد با كلاف فولادي يا بتن آرمه يا چوبي كه به سازه ساختمان يا به كلافهاي احاطه كننده تيغه متصل است، كلاف بندي شود.

لبه قائم تيغه ها نبايد آزاد باشد. اين لبه ها بايد به يك تيغه ديگر يا يك ديوار عمود بر آن، با يكي از اجزاي سازه يا ستونكي كه به همين منظور از فولاد، بتن آرمه يا چوب تعبيه مي شود، با اتصال كافي تكيه داشته باشد. ستونك مي تواند از يك ناوداني حداقل نمره ۶ يا معادل آن از فولاد، بتن آرمه يا چوب تشكيل شده باشد. اگر طول تيغه پشت بند كمتر از ۵/۱ متر باشد، لبه آن مي تواند آزاد باشد.

در صورتي كه ديوار و تيغه متكي به آن به طور همزمان يا به صورت لاريز يا هشتگير چيده شوند، اتصال تيغه به ديوار كافي تلقي مي گردد، ولي چنانچه تيغه بعد از ساختن ديوار و بدون اتصال به آن ساخته شود، بايد در محل تقاطع در داخل ملات بين رگها با ميلگرد به قطر ۸ ميليمتر ( يا تسمه فولادي معادل آن ) كه حداقل در طول ۲۵ سانتيمتر در داخل ديوار و ۵۰ سانتيمتر در داخل تيغه قرار مي گيرد، به ارتفاع حداكثر ۶۰ سانتيمتر تيغه را به ديوار مهر كرد. در غير اين صورت، لبه كناري تيغه آزاد تلقي مي شود و طبق مطالب قبلي بايد ستونكي در اين لبه تعبيه گردد. ضمنا دو تيغه عمود بر هم بايد با يكديگر قفل و بست شوند.

– اتصال سپري : اين نوع اتصال در ساخت , نيمرخهاي مركب به شكل I , T و نيز ساختن تير ورقها , آويزها , لچكيها و عموماً قطعاتي كاربرد دارد كه با زاويه با هم جفت مي‌گردند.
– اتصال گوشه : اين نوع اتصال به طور عمده در ساخت مقاطع جعبه‌اي مستطيل شكلي كه به صورت تير يا ستون ساخته مي‌شود , كاربرد دارند.

– اتصال پيشاني : اين اتصال نقش باربري ندارد و بيشتر در نگهداري دو يا چند صفحه در يك سطح يا نگهداري امتداد اوليه كاربرد دارد.

انواع جوش
جوشها به طور كلي به چهار نوع اجرا مي‌شوند :
۱- جوش شياري
۲- جوش گوشه

۳- جوش انگشتانه
۴- جوش كام
در كارهاي اسكلت فلزي از چهار نوع جوش گفته شده به نسبت زير استفاده مي‌شود :
۱- جوش شياري۱۵ درصد ,
۲- جوش گوشه ۸۰ درصد ,
۳- جوش انگشتانه ,

۴- جوش كام
در كارهاي اسكلت فلزي از چهار نوع جوش گفته شده به نسبت زير استفاده مي‌شود :
۱- جوش شياري ۱۵ درصد ,
۲- جوش گوشه ۸۰ درصد ,
۳- جوشهاي كام و انگشتانه مجموعاً ۵ درصد .

جوشهاي شياري : مورد استفاده اصلي جوش شياري متصل ساختن قطعات سازه‌اي است كه در روي يك سطح و در امتداد هم قرار گرفته‌اند . جوش شياري بيشتر به منظور انتقال كل نيرويي است كه به وسيله قطعاتي كه با اين جوش به هم متصل مي‌شوند , به كار مي‌رود , از اين رو جوش بايد داراي مقاومتي هم‌اندازه با مقاومت قطعات متصل شونده باشد .

چنين جوشي را (( جوش شياري با نفوذ كامل )) مي‌گويند . وقتي درز جوش طوري طراحي شود كه جوش شياري در تمام عمق قطعات متصل شونده گسترش نيابد , به جوش , ((جوش شياري با نفوذ ناقص )) گفته مي‌شود .

– جوش گوشه : جوش گوشه به دليل سادگي انجام كار و قابليت استفاده از آن در اغلب موارد داراي بيشترين كاربرد است .

جوشهاي كام و انگشتانه : اين نوع جوش گاه به تنهايي و گاه با تركيب ديگر جوشها نظير جوش گوشه يا براي كمك در انتقال برش در صفحات روي هم به كار مي‌رود.

– حداقل اندازه جوش : چون هنگام جوشكاري حرارت ايجاد شده باعث تاب خوردن و پيچيدگي فلز مي‌شود , براي كنترل تاب‌خوردگي و نيز اطمينان از ذوب كامل كه منجر به جوش درست مي‌شود آيين‌نامه‌هاي مختلف , اندازه حداقلي را براي جوش , تعيين كرده‌اند. از جمله مقررات ملي ساختمان حداقل ضخامت گلوگاه جوش لب به لب و حداقل بعد جوش گوشه را در اين جدولها ارائه نموده است.

حداقل ضخامت گلوگاه جوش لب‌به لب
ضخامت قطعه ضخيمتر حداقل گلوگاه جوش
تا ۶ ميليمتر
۶ تا ۱۲ ميليمتر
۱۲ تا ۲۰ ميليمتر
۲۰ تا ۳۸ ميليمتر

۳۸ تا ۵۷ ميليمتر
۵۷ تا ۱۵۲ ميليمتر
بالاتر از ۱۵۲ ميليمتر ۳ ميليمتر
۵/۴ ميليمتر
۶ ميليمتر

۸ ميليمتر
۱۰ ميليمتر
۱۲ ميليمتر
۱۶ ميليمتر

حداقل بعد جوش گوشه

ضخامت قطعه ضخيمتر متصل شونده حداقل بعد جوش گوشه
تا ۷ ميليمتر
۷ تا ۱۲ ميليمتر
۱۲ تا ۲۰ ميليمتر
بيش از ۲۰ ميليمتر ۳ ميليمتر
۵ ميليمتر
۷ ميليمتر
۸ ميليمتر

منظور از اندازه جوش گوشه طول ساق آن است . ضمناً اندازه جوش نبايد از ضخامت قطعه نازكتر بيشتر باشد.

– حداكثر اندازه جوش گوشه در طول لبه‌ها : آيين‌نامه AISC حداكثر اندازه جوش گوشه را كه در طول لبه‌هاي قطعات متصل شونده مورد استفاده قرار مي‌گيرد , به اين شرح محدود مي‌كند :
۱- در طول لبه‌هاي قطعاتي به ضخامت ۴ الي ۴/۶ ميليمتر حداكثر اندازه مجاز جوش مساوي ضخامت قطعه باشد.

۲- در طول لبه‌هاي قطعاتي به ضخامت ۴/۶ ميليمتر و ضخيمتر حداكثر اندازه جوش بايد
۶/۱ ميليمتر كمتر از ضخامت صفحه متصل شونده باشد.

كيفيت جوش و جوشكاري : ظاهر سطح جوش مشخصه مهمي از كيفيت جوش است . جوش خوب بايد داراي ظاهري با اين مشخصات باشد :
– در آن ترك وجود نداشته باشد .

– حفره سطحي , روي هم‌آمدگي گل جوشكاري با جوش وجود نداشته باشد .
– عرض و موج يكنواخت داشته باشد.
– اگر جوش لب به لب است , سطح جوش با سطح ورق يكسان باشد يا اندكي برآمده بدون آنكه گرده ماهي شود .

– اگر جوش گوشه است , پاي جوش روي دو ورق مساوي باشد.
لازم به يادآوري است كه مقدار جوش در روي نقشه‌هاي اجرايي مشخص است و انجام جوش اضافي ممكن است سبب ازدياد نيروهاي انقباضي گشته و باعث تاب برداشتن قطعه شود , بنابراين , جوشكاران بايد عمليات جوشكاري را زير نظر مهندسان و مطابق نقشه‌هاي اجرايي انجام دهند.

ترك در جوش : عواملي كه سبب خوردن در حين جوشكاري مي‌گردند , عبارتند از :
۱- درگير بودن اتصال كه سبب تنشهاي بالايي در جوش مي‌‌گردد.
۲- چنانچه سطح جوش مقعر باشد , ممكن است در سطح جوش شدت تنش بالايي به وجود آيد كه سبب ترك طولي در نوار جوش مي‌شود.

۳- خنك شدن سريع جوش باعث تَرَك خواهد شد , خصوصاً وقتي كه همراه با رطوبت و آلودگي سطح جوش باشد.

با رعايت اين نكات مي‌توان از ايجاد تَرَك در سطح جوش جلوگيري كرد :
۱-اجراي يك تحدب حداقلي در سطح خارجي نوار جوش و نسبت عرض به عمق جوش را در حد معقولي حفظ كرد.

۲- با كنترل مقدار حرارت داده شده به فلز كه شامل حرارت پيش‌گرمي , حرارت جوشكاري , حرارت پاسهاي بعدي جوش است , مي‌توان تنشهاي انقباضي جوش را به حداقل رساند و سرعت خنك‌شدن جوش را پايين آورد . دو عامل ياد شده علل مهمي در ترك خوردن جوش هستند . به طور كلي , شناسايي جوش خوب و قابل قبول بر اثر تجربه و با انجام آزمايشهاي گوناگون ميسر است كه در صفحات بعد اشاراتي مختصر خواهد شد.

اندازه‌گيري و كنترل جوش : ايمني يك سازه اسكلت فلزي مرهون جوشكاري و اجراي صحيح اتصالات است. عمليات بازرسي و كنترل جوش قبل از برقراري اولين قوس آغاز مي‌گردد و در حين جوشكاري ادامه مي‌يابد. در صورت نياز امكان دارد از اتصالات انجام شده يك آزمون نيز به عمل آيد. چون اجراي چنين نظارتي عملاً امكان‌پذير نيست , بايد كوشيد.

اولاً : از روشهاي صحيح جوشكاري استفاده كرد:
ثانياً : از جوشكاران با صلاحيت در انجام كار استفاده نمود
ثالثاً : ناظران با تجربه و با صلاحيت حضور دائمي بر اجراي كار داشته باشند
رابعاً : از روشهاي خاص بازرسي و كنترل در مواقع مقتضي استفاده شود.

براي سازه‌هاي كم اهميت , با استفاده از ابزار خاص به نام گرده سنج , ابعاد جوش بررسي و اندازه‌گيري مي‌شود , اما براي سازه‌هاي مهم و براي جوشهايي كه شكست آنها ممكن است فاجعه‌آفرين باشد , از روشهاي بازرسي سختگيرانه‌تر نظير : روش ماوراي صوت , روش پرتونگاري و روش ذرات مغناطيسي استفاده مي‌شود.