چکیده مقاله:

در این مقاله بنا داریم عوامل تعیین کننده در وزن ساختمانهای صنعتی را، در دو گروه عوامل محدود کننده و عوامل سلیقه‌ای مورد بحث و بررسی قرار دهیم و از آن نتیجه گیری کنیم که آیا ما مجاز هستیم دو قاب صنعتی را که ظاهراً از نظر دهانه یا ارتفاع و یا تناژ جرثقیل مشابه یکدیگر هستند با هم از نظر وزن واحد سطح سوله طراحی شده مقایسه کنیم، یا نه و اصولاٌ آیا میتوانیم پیش از طراحی یک سوله پیش‌بینی کنیم که وزن تقریبی آن چقدر می‌شود و اگر چنین است چه عواملی را باید در آن پیش بینی مد نظر قرار دهیم.

 

مقدمه:

بعضی وقتها از زبان برخی مهندسین و سازندگان سوله و گاهاً از زبان برخی کارفرمایان شنیده می‌شود که اگر وزن واحد سطح سوله‌ای مثلاً از 30 کیلوگرم بر مترمربع بیشتر باشد، محاسبات آن سنگین و طرح غیر اقتصادی می‌شود و یا وزن و ابعاد ورقه‌ای یک سوله را با سوله‌ای دیگر مقایسه می‌کنند. در این مقاله سعی داریم به بررسی این نظرات بپردازیم و اینکه تا چه حدی این گفته‌ها منطقی و فنی است و میخواهیم یک بررسی کلی بر عواملی که طراحان برای سبک‌سازی سوله‌ها باید در نظر بگیرند انجام دهیم. عوامل را به دو گروه محدود کننده و سلیقه‌ای تقسیم بندی می‌کنیم:

عوامل محدود کننده مجموعه شرایط، محدودیت‌ها و بایدهایی است که بر طرح حاکم‌اند و طراح در تعیین آن نقشی ندارد و معمولاٌ توسط کارفرما به طراح ابلاغ می‌شود. مانند ارتفاع سوله یا تراز جرثقیل یا محل احداث سوله و … .

عوامل سلیقه‌ای عواملی است که در شکل کلی و عملکرد سازه نقش دارند اما به سلیقه طراح انتخاب می‌شوند و قابل‌تغییر هستند مثل شیب سقف سوله ، طرح کلی سوله ، ابعاد جان مقاطع ، محل استقرار کلافه‌ای طولی و …

1- عوامل محدودکننده: 

1-1- ارتفاع ستون‌ها: ارتفاع ستون‌ها از سه بخش در تعیین وزن واحد سطح سوله‌ها تأثیر دارد بنابراین، اولین و مهم‌ترین موضوع در بحث وزن سوله، ارتفاع آن است.

1-1-1- هر چه ارتفاع سوله‌ای بیشتر باشد باد بیشتر به آن فشار می‌آورد (با افزایش چشمه باربر) و  ممکن است مقاطع آن سنگین‌تر شود.

1-1-2- مشخص است که با افزایش ارتفاع ستون‌ها و ثابت ماندن دهانه سوله (و به تبع آن زیربنای سوله) بر وزن ستون‌ها و در نتیجه وزن واحد سطح سوله افزایش می‌یابد. در واقع اگر تصور کنیم که مقاطع تیر و ستون با افزایش ارتفاع سوله تغییر نکند، تنها به دلیل افزایش طول ستون و مصرف مصالح بیشتر وزن فولاد مصرفی بیشتر خواهد شد.

1-1-3- هرچه ارتفاع سوله بالاتر رود علاوه بر افزایش سطح چشمه باربر سوله، فشار باد نیز افزایش می‌یابد و برای ارضای ضوابط آئین‌نامه در محدودیت جابجایی قاب نیاز است مقاطع سوله به‌طور قابل توجهی تقویت شوند. به‌عنوان مثال آئین‌نامه بارگذاری ایران ضریب اثر تغییر سرعت باد را در محدوده خارج از شهرها به صورت  Ce=2.0 (Z/10)0.16 پیشنهاد می‌دهد که با ارتفاع نسبت مستقیم دارد.

1-2- محل استقرار سوله: از دیگر فاکتورهای مؤثر در وزن سوله باید به منطقه‌ای که قرار است سوله در آنجا نصب شود اشاره کنیم. چیزی که معمولاً سازندگان به آن توجه ندارند. محل استقرار سوله نیز از پنج نظر می‌تواند مفید باشد:

1-2-1- بارمبنای برف: در حقیقت فرق زیادی بین وزن سوله ساخته شده در منطقه کم بارش برف مثل نایین، با سوله‌ای مشابه که در منطقه‌ای با بارش برف بر مبنای متوسط مثل اصفهان یا با بارش برف سنگین مانند گلپایگان ساخته می‌شود، وجود دارد. در ایران این بار از25 تا 300 کیلوگرم بر مترمربع متغیر است.

1-2-2- فشارمبنای باد: که در واقع تحت تأثیر سرعت باد در هر منطقه‌ای است نیز می‌تواند نقشی تعیین‌کننده باشد. به عنوان مثال فشار مبنای باد در ایران طیفی از 32 تا 84 کیلوگرم بر مترمربع را در برمی‌گیرد.

1-2-3- موقعیت پروژه و بادگیربودن محل: به‌عنوان مثال ضریب متغیر سرعت در ایران برای داخل شهر یا محل‌هایی با ساختمان‌های زیاد یا درختان فراوان،‌ با مناطقی که در خارج شهر، با درختان فراوان و ساختمان‌های زیاد که آنها را احاطه ننموده، متفاوت است.

1-2-4- ضریب منطقه‌ای یا شتاب مبنای زلزله (A): که بسته به سطح لرزه‌خیزی منطقه در ایران از 0.2 تا 0.35 تغییر می‌کند و در تعیین ضریب زلزله و برش پایه سازه مؤثر است.

1-2-5- نوع زمین محل و پریود خاک آن نیز امکان دارد در تغییر ضریب بازتاب ساختمان (B) و بالطبع ضریب زلزله سازه مؤثر باشد.

1-3- کاربری سوله: که از دو مورد مؤثر واقع می‌شود:

1-3-1-  ضریب اهمیت سوله: اهمیت کاربری از حیث آئین‌نامه 2800 ایران(کم تا خیلی زیاد) و این که آیا سوله محل تجمع خواهد بود یا نه. بحثی که با تغییر ضریب اهمیت سوله (I) می‌تواند ضریب زلزله را افزایش دهد.

1-3-2-  دیوارچینی: برخی اوقات ساخت دیوار دور تا دور سوله از واجبات طرح است مانند سوله‌هایی که برای تولید مواد غذایی یا سردخانه بکار می‌روند. در این صورت هر چه ارتفاع یا وزن دیوار بیشتر باشد نیروی زلزله بیشتری را جذب می‌کند و احتمال افزایش مقاطع آن نیز هست. در صورتی که با استفاده از مصالح سبک برای پوشش اطراف می‌توان از این موضوع جلوگیری کرد.

1-4-  طول سوله: شاید برایتان عجیب باشد، اما یکی دیگر از عوامل تعیین‌کننده در وزن واحد سطح سوله طول آن است. چیزی که اکثریت به آن توجهی نمی‌کنند و دلیل آن این است که اعضایی که در هر سوله بدون توجه به طول آن وجود دارند و وزن آنها ثابت است مانند وجود بادبند در ابتدا و انتهای سوله و ستون‌های باد و تیر نعل درگاه و پل جرثقیل و کنسول سقف در ابتدا و انتهای سوله و…. در سوله‌های با طول بالا و متراژ زیادتر تأثیر کمتری بر عدد وزن واحد سطح سوله می‌گذارند تا سوله مشابهی که طول کمی دارد. همچنین عامل طول می‌تواند از نظر وجود درز انقطاع در سوله تعیین کننده باشد.

1-5- عمر مفید: عمر مفید برای سوله و خصوصاً جرثقیل و تعداد دفعات استفاده از آن در روز عامل مهم دیگری است که با معیار خستگی و دخالت در تنش مجاز اعضای تحت اثر خستگی در مقطع و وزن آنها مؤثر می‌باشد.

1-6-  جرثقیل: وجود جرثقیل و تناژ آن و ارتفاع قرارگیری آن هم به شدت می‌تواند در وزن سوله مؤثر باشد. آن هم نه تنها از این حیث که باری دو برابر به سوله وارد می‌کند، بلکه به خاطر اضافه شدن اعضایی جدید همچون حماله‌ها، پل جرثقیل، اتصالات آنها، نشیمن جرثقیل و حتی تغییر فرمی که ممکن است در نوع ستون داده شود. به‌عنوان مثال برای جرثقیل‌های با تناژ بالا مرسوم نیست که از جوش دادن کربل به ستون به‌عنوان نشمن جرثقیل استفاده شود.

1-7- دهانه سوله: عامل مؤثر دیگری که با افزایش آن وزن و مقاطع سوله به‌طور تصاعدی افزایش پیدا می‌کند (همان‌طور که می‌دانیم خمش ایجاد شده در تیرها  با مربع دهانه تیر نسبت مستقیم دارد.) که این افزایش دهانه با افزایش خمش و برش تیر و ستون‌ها ناشی از بار مرده، برف و حتی جرثقیل ارتباط پیدا می‌کند.

1-8- آئین‌نامه: آئین‌نامه مورد استفاده برای طرح سوله و شماره ویرایش آن بسیار در طرح مهم است. آئین‌نامه‌ها ممکن است از نظر توزیع بار برف، باد، زلزله، ضرایب ضربه بارهای جرثقیل، محدودیت جابجایی، روش و ضوابط طراحی اسکلت فولادی و بتنی و … متفاوت باشند. همین‌طور مرجع کنترل یا تصویب کننده طرح یک سوله از جمله عوامل مهم دیگر تأثیرگذار می‌باشند. مثلاٌ ممکن است در یک مرجع کنترل اجرای بادبند دورتادور سقف سوله اجبار شود و در جایی دیگر نه.

 

2- عوامل سلیقه‌ای:

2-1-  فاصله چرخه‌ای راهبر پل جرثقیل: که به شدت در تعیین مقطع حماله‌های جرثقیل و ستون‌های سوله و حتی در ابعاد فونداسیون تأثیر دارد. در واقع با افزایش فاصله چرخه‌ای راهبر بار پل و جرثقیل در هر چرخ راهبر به تکیه‌گاه (ستون) نزدیک‌تر می‌شود و برای همین علاوه بر کاهش لنگر ماکزیمم در تیر حماله نیروی وارد بر ستون یا فونداسیون را هم کاهش می‌دهد. البته فاصله چرخه‌ای راهبر  تابع تناژ جرثقیل، تک پل یا دو پل بودن جرثقیل و علی‌الخصوص دهانه سوله نیز می‌باشد. در واقع هر چه دهانه سوله بزرگتر باشد باید این فاصله را بیشتر در نظر بگیریم تا ضربه زدن جرثقیل در هنگام حرکت طولی (ناشی از گیر کردن چرخه‌ای یک طرف یا نامساوی بودن سرعت موتور راهبر در دو طرف) و یا خارج شدن راهبر از ریل کمتر شود.

1-3-  نوع پل جرثقیل (تک پل – دوپل) و مقطع آن: معمولاٌ با توجه به تناژ جرثقیل و دهانه سوله تعیین می‌شود و باید دقت کرد. معمولاً در جرثقیل دوپل ارابه روی پلها حرکت می‌کند و به فضای بیشتری بین پل و کنج سوله نیاز دارد و در حالت تک پل وینچ بالابر به بالهای پایینی پل آویزان است. اگرچه با دوبل شدن پل‌ها وزن آنها بیشتر می‌شود ولی معمولاٌ مقطع هر پل بهینه و سبک است. طراح باید، با تغییر عرض و ضخامت ورقه‌ای بال و جان و کنترل تنش پل و اثرات خستگی و خیز آن سبک‌ترین و بهترین حالت ابعاد را برای پل انتخاب کند معمولاً هر پل مقطع I شکلی است که البته دارای دو جان (WEB) است.

2-3-  نوع اتصال حماله‌های جرثقیل: (مفصلی – یکسره). گرچه معمولاً از اتصالات مفصلی به این منظور استفاده می‌شود، ولی برای جرثقیل‌های سنگین می‌توان با روش‌های خاصی از اتصالات گیردار تیر به تیر (خورجینی) استفاده کرد و مقطع حماله را بهبود بخشید. البته باید توجه داشت در این صورت تحلیل تیر حماله بدلیل نامعین شدن مشکل خواهد شد و باید از نرم‌افزارهای مناسب برای این کار استفاده شود.

2-4- مقطع حماله: معمولاٌ تیر حماله مقطع I شکل دارد ولی در تناژهای سنگین‌تر ممکن است از مقاطع دیگری هم استفاده شود (مانند BOX). از آنجا که این عضو تحت خمش دو محوره و نیروی محوری قرار دارد باید حالات مختلف را برای مقاطع بال و جان امتحان کرد و مقطع بهینه را انتخاب نمود.

2-5- تعیین گیردار یا مفصلی بودن سوله: در این‌باره باید گفت، اگرچه استفاده از گیرداری در فونداسیون می‌تواند فوق‌العاده در کاهش مقاطع سوله و سبک شدن فولاد مصرفی خصوصاً در سوله‌های مرتفع مؤثر باشد ولی از آنجا که این کار مستلزم طراحی و اجرای فونداسیون‌های خاص، حجیم و بعضاً پرهزینه است در کل احتمال غیراقتصادی بودن طرح وجود دارد و بایستی آن را دقیق برآورد نمود. استفاده از فونداسیون‌های نیمه گیردار هم امری است که در صورت انجام تحقیقات و مطالعات وسیع‌تر می‌تواند باعث بهینه‌تر شدن طرح شده و حالت بینابینی باشد میان دو حالت مفصلی یا گیردار صرف و طراح می‌تواند از محاسن هر دو نوع استفاده کند.

2-6- مقاطع بهینه: بازی با مقاطع تیر و ستون (بال و جان) برای کسب اقتصادی‌ترین طرح ممکن (تا حد ممکن افزایش ارتفاع جان برای افزایش ممان اینرسی مقطع) و کشف بهترین حالت پاسخگو. که باید دقت شود مقاطع انتخابی منعی از نظر ضوابط آئین‌نامه طراحی نداشته باشند. مثلاٌ ضوابط کمانش موضعی را ارضا کنند. همچنین این بخش فوق‌العاده به تبحر، دانش و تجربه طراح بستگی دارد. تا هر بار تشخیص دهد کجای سازه را تقویت و کجا را سبک‌تر کند مثلاٌ برای محدود کردن جابجایی سوله می‌توان تیر یا ستون را قوی کرد اما عموماٌ تقویت تیر تأثیر بیشتری در آن دارد و… .

2-7- تحلیل سه بعدی:  استفاده از بادبند در قاب اول و آخر و تحلیل سه بعدی و تبدیل قاب خمشی به قاب دوگانه در برخی مواقع بسیار کارساز است. در این حال باید از آرماتور (بادبند)های دورتادور جهت دوختن قاب‌ها به همدیگر استفاده کرد. همینطور استفاده از چشمه باربر کمتری که برای قاب‌های ابتدا و انتها وجود دارد و بار باد کمتری را جذب می‌کند نیز در تحلیل سه بعدی می‌تواند جابجایی سوله را محدودتر کند.

2-8- عناصر مؤثر: تعبیه مناسب عناصر مهار جانبی مثل سینه‌بندها و قوطی‌ها در جاهای مناسب برای افزایش تنش‌های مجاز اعضای قاب. در واقع اگرچه این عناصر خود وزن سازه را زیاد می‌کنند اما می‌توانند مقاطع تیر و ستون را سبک‌تر کنند و استفاده از آنها نیازمند تجربه و برآورد دقیق است.

2-9-  شیب سقف: تعیین مناسب درصد شیب سقف (و تأثیر آن در جابجایی و تنش ایجاد شده در مقاطع سوله و مقطع لاپه‌ها و توزیع بار برف و تعداد و قطر میل مهارها و … )

2-10- شکل کلی سوله: تعیین مناسب شکل کلی سوله و تعداد دهانه و اندازه دهانه‌ها و تعداد ستون‌ها و …. (تک دهانه، دو دهانه، استفاده از ستون در زیر تاج، سقف قوسی یا دندانه‌ای، سوله کوچک چسبیده به سوله اصلی و…) که در واقع بسیاری مواقع قبل از مدل کردن و برآورد وزن سوله نمی‌توان اظهارنظر نمود که مثلاٌ برای پوشش یک زمین استفاده از سوله تک دهانه به عرض دهانه 30 متر بهتر است یا سوله دو قلو با دهانه‌های 15 متری یا حالات دیگر. البته باید دقت داشت با تغییر شکل کلی سوله ممکن است توزیع بار برف یا باد هم به نوعی دیگر شود و اثری متفاوت روی رفتار سازه داشته باشد.

2-11-  فاصله قاب‌ها: تعیین فاصله مناسب بین قاب‌ها بر اساس شرایط متفاوت و خاص (معمولاً 5 تا 7 متر)

2-12- نوع مصالح: استفاده از فولادهای پر مقاومت مانند St-52 در ساخت برخی مقاطع سوله مثل ستون‌ها و حتی گاهی در ترکیب با فولاد معمولی برای کاهش هزینه‌ها. مثلاً جنس متفاوت فولاد بال و جان. البته باید دقت کرد با توجه به برابر بودن ضریب الاستیسیته فولادهای معمولی و پرمقاومت در سوله‌هایی که جابجایی غالب است، استفاده از فولاد پرمقاومت کمکی به سبک‌تر شدن طرح نمی‌کند و استفاده از این فولادها در سوله‌هایی که تنش و مقاومت در آنها تعیین کننده باشد منطقی است.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری:

نکته مهم این است که در هر سوله معمولاً یا تنش‌های بالا و معیار مقاومت در تعیین مقاطع سوله تعیین‌کننده می‌شوند (مانند سوله‌های با دهانه بزرگ یا دارای جرثقیل سنگین) و یا جابجایی قاب تحت بار باد و معیار بهره‌برداری تعیین‌کننده می‌شود (اکثر سوله‌های با ارتفاع بالای 8متر). بنابراین امکان دارد، مثلاً در سوله‌ای که در آن عامل جابجایی غالب بوده است تغییر جرثقیل از 2 تن به 15 تن یا افزایش بار برف یا ضریب زلزله یا استفاده از فولاد پرمقاومت هیچ‌گونه تغییری در مقاطع سوله ایجاد نکند. و بالعکس در سوله‌ای که تنش‌ها عامل تعیین‌کننده بوده تغییر ارتفاع یا افزایش بار باد تأثیری در مقاطع سوله نداشته باشد. همینطور ممکن است در سوله‌ای تنش ناشی از بار برف (معیار مقاومت) غالب باشد و افزایش بار زلزله تأثیری بر مقاطع نداشته باشد.

همچنین گاهی وزن واحد سطح سوله بدون احتساب لاپه‌ها یا حماله‌ها و پل جرثقیل اعلام می‌شود و گاهی با احتساب آنها. با توجه به وجود عوامل متعدد فوق وزن واحد سطح می‌تواند از عددی حول‌وحوش 30 شروع شود و تا بالای 100 کیلوگرم بر مترمربع هم به دست آید و آن عدد کاملاٌ منطقی است.

نکته مهم دیگر این است که همیشه سبک‌ترین وزن برای سوله بهترین حالت نیست، بلکه عامل دیگری هم در طرح خوب ملاک است و آن اینکه دورریز ورق برای ساخت سوله به حداقل ممکن کاهش پیدا کند. در واقع ممکن است یک سوله خیلی سبک طرح شود ولی ابعاد آن به نوعی باشد که با توجه به عرض ورقه‌ای موجود در بازار دورریز زیادی داشته باشد و عملاً ساخت سوله را پرهزینه کند. پس باید عامل کاهش پرت به عنوان یک هدف در کنار کاهش وزن سوله در ذهن طراح مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین طراح خوب، طراحی است که همزمان طرح بهینه و کارا، اقتصادی و سبک، ایمن، زیبا، بدون دورریز ورق و با کمترین ایجاد محدودیت برای استفاده کنندگان را ارائه دهد.

همان‌طور که می‌بینیم اگر برنامه‌ای باشد که در حین طراحی بلافاصله پس از دادن هر ایده توسط طراح و بعد از جواب گرفتن از طرح در مورد معیارهای مقاومت، بهره‌برداری و کمانش موضعی بلافاصله برآورد دقیقی از طرح را ارائه کند و علاوه بر وزن فولاد یا بتن مصرفی برآورد هزینه انجام پروژه را هم ارائه کند طراح می‌تواند بهترین طرح را از آن میان انتخاب کند که البته امروزه برنامه‌هایی مانند سوله پرداز به این منظور طراحی شده که به عنوان ابزاری در دست مهندسین طراح برای ارائه بهترین طرح‌ها می‌باشد.

نتیجه اینکه هرچند عوامل سلیقه‌ای زیادی در طراحی سوله‌های صنعتی وجود دارند که با انتخاب صحیح توسط طراح در بهبود و اقتصادی‌تر شدن طرح می‌تواند مؤثر باشد، اما عوامل محدودکننده دیگری نیز هست که باعث می‌شود طرح از سایر طرح‌های مشابه متمایز شود و به همین دلیل است که یا نباید وزن واحد سطح سوله‌های مشابه را باهم مقایسه کرد و یا باید برای مقایسه آن‌ها کلیه عوامل بالا را هم در این مقایسه بکار ببریم.

 

سازهسولهعمران

تناژ سولهساخت سولهسولهطراحی سولهوزن سولهوزن سوله مترمربعوزن واحد سطح سوله

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *