ساختمان فلزي

منظور از ساختمان فلزي، ساختماني است كه بار سقفها، ديوارها و جداكننده ها توسط تيرهاي اصلي به ستون منتقل شده و بوسيله ستونها به زمين منتقل مي گردد. بديهي است كليه اسكلت اصلي اين نوع ساختمانها از پروفيلهاي مختلف فلزي تهيه و ساخته مي شود.

در ايران براي اتصال قطعات فلزي، معمولاً از جوش الكتريكي (جوشكاري) استفاده مي شود. بعد جوش به وسيله محاسبه تعيين مي گردد ولي در هر حال نبايد از ۶mm كمتر باشد. در موقع انتخاب الكترود جوشكاري بايد دقت كافي به عمل آيد و الكترودي انتخاب شود كه متناسب با جوشكاري بوده و بعد لازم را به راحتي ايجاد نمايد. همچنين بايد توجه نمود تا آمپر دستگاه به نحوي انتخاب گردد كه قادر به ذوب نمودن الكترود انتخاب شده باشد. حداقل قطر الكترود جوشكاري براي اسكلت فلزي ۴mm پيشنهاد مي گردد. بايد دقت شود كه جوشكاري در كليه قسمتها يكنواخت بوده و با بعد مساوي انجام گردد و به اصطلاح زنجيره اي باشد.

 

اجزاء تشكيل دهنده ساختمانهاي فلزي
ساختمانهاي فلزي از اجزاء مهم زير تشكيل مي شوند :
۱- ستونها
۲- پل يا تيرهاي اصلي

۳- تيرچه ها
۴- پروفيلهاي اتصال مانند نبشي و تسمه و…

۱- ستونها
ستونها از مهمترين و حساس ترين اجزاء ساختمانهاي فلزي مي باشند. بار سقف به وسيله پلها به ستون منتقل شده و به وسيله ستون به زمين انتقال مي يابد. براي ساختن ستونها مي توان از پروفيلهاي مختلف استفاده نمود مانند دو عدد تيرآهن I معمولي و يا يك عدد آهن بال پهن، و يا دو عدد ناوداني يا يك عدد قوطي چهارگوش و يا چهار عدد نبشي و… . در ايران براي ساخت ستونها معمولاً از دو عدد تيرآهن I معمولي استفاده مي شود و آنها را به وسيله تسمه به يكديگر متصل مي نمايند.

براي ساختن ستونها از دو عدد تير I معمولي بايد دقت كافي نمود تا ستونها كاملاً مستقيم و راست ساخته شود زيرا كوچكترين انحناي ستون ممكن است بعد از بارگذاري منجر به كمانش ستون گشته در نتيجه باعث تخريب ساختمان گردد. انحنا در ستون به دو دليل ممكن است ايجاد شود :‌ اول آنكه امكان دارد تير آهن هاي مورد استفاده براي ساختن ستون در اثر حمل و نقل داراي پيچيدگي باشد. دوم آنكه ممكن است در اثر جوشكاري غير فني و نادرست در ستون پيچيدگي ايجاد شود.

 

ورق بست
در بالا و پايين و همچنين در محل عبور پلها در طبقات براي ستونهاي سراسري به جاي تسمه از ورق بست استفاده مي شود.
پهناي ورق بست (b) به اندازه پشت تا پشت ستون مي باشد (قدري كمتر براي جوشكاري) و ارتفاع آن (h) حداقل در ابتدا و انتهاي ستون برابر b مي باشد. همچنين ضخامت آن حداقل ۵۰/۱ ارتفاع (h/50) در نظر گرفته مي شود. ارتفاع ورق بست در قسمت مياني به اندازه ارتفاع پل به علاوه پهناي دو عدد نبشي تكيه گاهي بالا و پايين پل مي باشد.

 

صفحه هاي تقويتي
گاهي ممكن است ستون انتخاب شده از لحاظ شماره تيرآهن براي كليه طبقات مناسب بوده و نقطه براي يك يا دو طبقة پايين كه بار بيشتري را تحمل مي نمايد ضعيف باشد. در اين صورت ممكن است براي تقويت ستون، ورقهاي تقويتي سراسري پيشنهاد گردد.

اتصال ستون به صفحه فونداسيون
در مورد پي نقطه اي و نصب صفحه زيرستون، مطالبي ذكر گرديده است. يادآوري ميگردد كه صفحه زير ستون بايد كاملاً تراز و در يك سطح كار گذاشته شود. حال متذكر مي گردد كه سطح انتهايي ستون يعني محل اتصال آن به صفحه زيرستون بايد كاملاً مستوي بوده بطوريكه در هنگام قرار دادن آن روي صفحه، تمام نقاط آن با صفحه در تماس باشد. آنگاه ستون را بلند كرده و در محل خود قرار مي دهند. آنگاه ستون توسط دوربين و يا شاقول بنايي، شاقول مي شود و دور تا دور آن به صفحه زيرستون Base plate جوش مي خورد. آنگاه براي تكميل كار، ستون را توسط چند عدد نبشي به صفحه جوش مي دهند. طول و عرض كلي اين اتصالات نبايد از روي صفحه زيرستون تجاوز نمايد.

 

۲- پلها و يا تيرهاي اصلي
پلها آن قسمت از ساختمان فلزي هستند كه بار سقف توسط آنها به ستونها منتقل مي گردد. به زبان ديگر به عضوي از ساختمان فلزي كه بين ستونها قرار مي گيرد، پل و يا تيراصلي مي گويند.

طريقه اتصال پل به ستون
ساده ترين شكل اتصال پل به ستون آن است كه پل در جهت بال تيرآهن ستون امتداد پيدا كند. در اين حالت معمولاً از پلهاي سراسري استفاده مي شود. اين پلها به وسيله يك عدد ورق بست كه در محل عبور پل به ستون جوش مي شود و همچنين يك عدد نبشي ۱۰ يا ۱۲ كه روي ورق بست جوش مي گردد به ستون متصل مي شود. چنانچه بار پل در محل اتصال به ستون زياد باشد و امكان خم نمودن نبشي تكيه گاهي وجود داشته باشد، بهتر است يك عدد صفحه مثلثي شكل بين دو بال نبشي جوش داده تا از خم شدن آن جلوگيري گردد. اين روش اتصال پل به ستون را اتصال خورجيني
مي نامند.

حالت دوم آن است كه پل از وسط ستون عبور نمايد. در اين حالت بايد دقت شود تا در هنگام ساختن ستون، فاصله لب به لب دو عدد تيرآهن I حداقل ۰٫۵cm از بال پلي كه مي خواهد از داخل آن عبور كند بيشتر باشد تا امكان عبور پل فراهم گردد. اصولاً امكان عبور پلهاي سراسري در اين نوع اتصال قدري مشكل مي باشد زيرا اگر دو طرف ساختمان احداثي باز نباشد به سختي مي توان يك عدد پل سراسري را از بين ستونها عبور داد. بدين لحاظ در اين نوع مواقع، پل را به قطعات كوچك بريده و در جاي خود قرار داده و سپس دوباره آن را جوش مي دهند. اين عمل چنانچه اتصالات به خوبي انجام شود اشكال نداشته و اين پل مانند پل سراسري يكپارچه عمل خواهد كرد.

حالت سوم موقعي است كه پل به جان ستون ختم مي شود. در اين حالت امكان ايجاد پلهاي سراسري تقريباً ممكن نيست. زيرا در صورت اجراي پل سراسري بايد سوراخي در جان تير ايجاد شود كه اين خود باعث ضعف ستون مي گردد. بدين لحاظ بهتر است پل در اين حالت قطعه قطعه سوار گردد.

۳- تيرچه ها
در سقفهاي طاق ضربي از تيرچه هاي آهني (تير آهن) و در سقفهاي تيرچه و بلوك، از تيرچه هاي بتني استفاده مي شود.
تيرچه هاي بتني موجود در سقفهاي تيرچه و بلوك، از مقداري ميلگرد آجدار كه به وسيله بتن با عيار زياد پوشيده شده، تشكيل گرديده است. ميلگردهاي مصرفي در تيرچه از دو قسمت تشكيل مي شود، يك سري از اين ميلگردها در پايين تيرچه در ناحيه كششي قرار دارند كه تعداد و قطر اين ميلگردها توسط محاسبه تعيين مي گردد. دوم ميلگردهايي كه به صورت ۷ و ۸ به ميلگردهاي اول متصل است. اين ميلگردها براي اتصال بتن بالاي تيرچه به تيرچه و يكپارچه شدن آنها بكار مي رود.

تيرچه ها را در سقف به فاصله تقريبي ۴۰cm از يكديگر قرار مي دهند سپس داخل آنها را به وسيله بلوك پر مي كنند.
براي اينكه تيرچه بوسيله وزن خود و همچنين وزن بلوك و بتن روي آن قبل از سخت شدن ايجاد شكم ننمايد، (قوس به سمت پايين)، قبلاً‌ زير آن را به وسيله تيرهاي چوبي مي بندند.

۴- پروفيلهاي اتصال
ميله مهار : در سقفهاي طاق ضربي باتوجه به خيز طاق كه در حدود ۲ الي ۳ سانتيمتر مي باشد، طاق نيرويي در جهت محود xها به تيرهاي جانبي خود وارد
مي نمايد كه اين نيرو در طاق هاي مياني بوسيله طاق پهلويي خنثي مي شود ولي اين نيرو در آخرين دهانه باعث مي شود كه تير آهن را به كنار رانده در نتيجه طاق فرو ريزد. براي جلوگيري از اين كار آخرين تيرآهن را حداقل در دو نقطه به تيرآهن ماقبل آخر

مي بندند و اينكار معمولاً بوسيله ميلگردهايي به قطر ۱۰ الي ۱۲ ميليمتر انجام مي شود. به اين ميلگردها، ميل مهار گفته مي شود. مصرف ديگر ميلگرد در فونداسيون مي باشد كه در بخش پي توضيح داده شده است.

از نبشي براي تكيه گاه پلها و همچنين براي اتصال تيرچه ها به پلها و اتصال ستون به صفحه زيرستون استفاده مي شود.
محل استفاده صفحه، براي ورق بست و وصله نمودن دو تيرآهن و… ميباشد.

سقفهاي تيرچه و بلوك
سقفهاي تيرچه و بلوك اغلب براي ساختمانهايي است كه اسكلت اصلي آن از فولاد ساخته مي شود. يكي از مزاياي استفاده از سقفهاي تيرچه و بلوك آن است كه ميتوان دهانه هايي تا ۹m را پوشاند ولي معمولاً‌ در سقفهاي طاق ضربي اگر دهانه از ۶m بيشتر باشد، بايد از تيرهاي مركب و خرپا و… استفاده نمود. سقفهاي تيرچه و بلوك كاملاً تخت و صاف بوده ولي سقفهاي طاق ضربي به علت اختلاف نمره تيرآهن،‌ ناهموار است كه بايد با بتن سبك پر شود.

در سقفهاي تيرچه و بلوك بايد قبلاً‌ محل دقيق عبور تمام لوله هاي تأسيساتي پيش بيني شده و با وسيله اي قبل از بتن ريزي در سقف سوراخهاي لازم را ايجاد كرد. زيرا در غير اين صورت بايد توسط قلم و چكش بتن را سوراخ نمود كه اين خود باعث ضعف و ايجاد تركهايي در بتن مي گردد.
لايه هاي سقفهاي تيرچه و بلوك به قرار زير است :

۱- تيرچه
۲- بلوك
۳- آرماتور
۴- بتن

۱- تيرچه
تيرچه تشكيل شده است از مقداري ميلگرد آجدار كه بوسيله بتن با عيار زياد پوشيده شده است. ميلگردهاي مصرفي در تيرچه از دو قسمت تشكيل شده است : يك سري از اين ميلگردها در پايين ترين قسمت تيرچه در ناحيه كششي قرار دارند. تعداد و قطر اين ميلگردها بوسيله محاسبه تعيين مي شود. سري دوم ميلگردهايي كه به صورت ۷ و ۸ به ميلگردهاي اول متصل است. اين ميلگردها براي اتصال بتن بالاي تيرچه به تيرچه و يكپارچه شدن آنها بكار مي رود.

تيرچه ها را در سقف به فاصله تقريبي ۴۰cm از يكديگر قرار مي دهند و سپس داخل آنها را با بلوك پر مي كنند. براي آنكه تيرچه به وسيله وزن خود و همچنين وزن بلوك و بتن روي آن قبل از سخت شدن ايجاد شكم ننمايد (قوس به قسمت پايين) زير آن را به وسيله تيرهاي چوبي مي بندند. حتي توسط اين تيرهاي چوبي، وسط تيرچه را چند سانتيمتر بلندتر از حالت تراز قرار مي دهند تا پس از بتن ريزي و برداشتن تيرهاي چوبي، كاملاً به حالت تخت در آيد.

برخي مواقع براي ساختن سقف از ميلگردهاي مرغوب تر از فولاد ST37 استفاده مي شود كد حد رواني آن تا ۵۶۰۰ kg/cm2 مي رسد. بتني كه براي ساختن تيرچه مصرف مي شود بسيار ريز دانه بوده و به همين دليل با سيمان ۵۰۰ تا ۶۰۰ كيلوگرم در مترمكعب ماسه ساخته مي شود.

۲- بلوك
بين تيرچه ها،‌ بوسيله قطعاتي كه به نام بلوك معروف است پر مي شود. بلوك قطعه اي است توخالي به پهناي تقريبي ۴۰cm. بلوك را معمولاً از خاك رس مي سازند. گاهي نيز در ساختن بلوك از بتن استفاده مي شود. بلافاصله بعد از چيدن تيرچه و بلوك بايد اقدام به آرماتوربندي و بتن ريزي نمود. زيرا باتوجه به اينكه بلوك جسم بسيار شكننده اي است،‌ چنانچه بين بلوك چيني و بتن ريزي فاصله زماني ايجاد شود، بلوكها در اثر عبور و مرور و عوامل جوي شكسته و از بين مي رود.

۱- آرماتوربندي
علاوه بر آرماتورهاي داخل تيرچه، يك سري آرماتورهاي شبكه اي (از چپ و راست) نيز قبل از بتن ريزي روي سقف مي بندند. كه اين شبكه بايد به آرماتورهاي ۷ و ۸ مانند تيرچه ها متصل گردد. فاصله و قطر اين آرماتورها بوسيله محاسبه تعيين
مي گردد. در محل اتصال سقف اصلي به قسمتهايي از كنسول مي شود، بايد از ميلگردهاي تقويتي استفاده نمود. براي سقف نيز بعضي مواقع از ميلگردهايي با حد رواني بالا استفاده ميشود.

۲- بتن
روي شبكه مذكور، به ضخامت حدود ۵ الي ۱۰ سانتيمتر و همچنين حد فاصل بين بلوكها را با بتن عيار ۳۰۰ يا ۳۵۰ پر مي نمايند. بايد دقت شود كه كليه منافذ به وسيله بتن پر گردد. براي اين كار بهتر است از ويبراتور استفاده شود.
قبل از بتن ريزي بايد ترتيبي اتخاذ گردد كه محل عبور كانالها و لوله ها و… از بتن پر نشود.

بادبند
در ساختمان هاي فلزي براي اينكه ستونها و پل ها (فرمها) در مقابل نيروي واژگوني مقاومت داشته باشند،‌ بين ستونها را بوسيله پروفيلهاي فلزي، معمولاً‌ به صورت x به يكديگر متصل مي كنند. نيروي واژگوني در اثر باد بوجود مي آيد. در ساختمانهاي بلند اگر سطح وسيعي از آن در مقابل باد قرار داشته باشد،‌ نيروهايي درجهت موازي با افق در بالاترين نقطه ستون به وجود مي آيد كه مايل به واژگون كردن ستون مي بادش. اين نيرو كه بصورت مثلثي به ستون اثر كرده و در پايين آن مساوي صفر است،‌ بوسيله بادبند از بالاي ستون به پايين آن منتقل مي شود.
براي افزايش سطح جوش در بادبند،‌ در محل اتصال تيرهاي بادبند به ستون،‌ از صفحه هاي فلزي استفاده مي شود.