ستون دوبل: ضوابط، مزایا و معایب، موارد مجاز و غیرمجاز، عملکرد لرزه‌ای

• civil pro
• 0
• فولاد, مقالات عمران

یکی از نقاط ضعف طراحی سازه‌های فولادی عدم دقت در ضوابط، جهت ساخت قطعات کارگاهی مانند ستونها است. یکی از انواع ستون‌های متداول در ایران ستون دوبل می‌باشد.در این مقاله علاوه بر تشریح کامل ستون‌های دوبل، آن‌ها را از لحاظ لرزه‌ای و آسیب‌های وارده بر سازه به همراه عکس بررسی کرده‌ایم.

با مطالعه این مقاله چه می‌آموزیم؟

1. انواع ستون‌ها و علت استفاده از ستون دوبل
   – انواع ستون بر اساس شکل ظاهری
   – مقاطع مرکب
   – علل استفاده از مقاطع مرکب
2. بررسی معایب، ضوابط و نکات اجرایی انواع ستون دوبل
   – اتصال دو پروفیل به یکدیگر به طریقه دوبله کردن
   – اتصال دو پروفیل با یک ورق سرتاسری روی بال‌ها
   – اتصال دو پروفیل با بست های موازی و مورب
3. عملکرد ستون دوبل در قاب خمشی در برابر زلزله

انواع ستون های مورد استفاده در سازه

ستون‌ها از لحاظ شکل ظاهری به سه دسته تقسیم می‌شوند:

1.نیمرخ نورد شده

2.ستون مرکب از نیمرخ‌های نورد شده

 

 

3.ستون ساخته‌شده از ورق

 

 

مقاطع مرکب

پیشتر در مقاله “مقاطع لانه زنبوری” به نحوه ساخت و مدلسازی مقاطع لانه زنبوری پرداختیم که بررسی آن خارج از بحث ماست، اما در اینجا قصد داریم به مقاطع مرکب بپردازیم.

ترکیبی از نیمرخ‌های نورد شده و ورق را مقطع مرکب می‌گویند که تعدادی از انواع آن در شکل زیر نشان داده شده است. ستون‌های مرکب از ترکیب دو و یا چند نیمرخ مثل IPE، ناودانی یا نبشی به کمک ورق‌های سرتاسری و ممتد و یا تسمه‌های موازی یا مورب ساخته می‌شوند.

 

 

علل استفاده از مقاطع مرکب در ستون‌ها

استفاده از مقاطع مرکب در ستون ها به چه علت صورت می گیرد؟

1. عدم دسترسی به نیمرخ IPB یا قوطی به صورت تولید داخلی
2. افزایش سطح مقطع ستون، درصورتی‌که نیمرخ‌های نوردشده سطح مقطع لازم را نداشته باشد
3. اجرای سریع‌تر و آسان‌تر مقاطع مرکب نسبت به ستون‌های ساخته‌شده از ورق

انواع ستون‌های دوبل

در این مقاله ستون‌های دوبل را به جهت نحوه ساخت به سه گروه کلی تقسیم می‌کنیم:

1- اتصال دو پروفیل به یکدیگر به طریقه دوبله کردن (روش جفت)

ابتدا دو تیرآهن را در کنار یکدیگر و بر روی سطح صاف (شاسی) به هم می‌چسبانند. سپس دو بال و وسط ستون را جوش می‌دهند و سپس ستون را برمی‌گردانند و طرف دیگر ستون را نیز جوشکاری می‌کنند. علت اصلی این شیوه جوش‌کاری باعث می‌شوند که ستون از راستای خود در اثر حرارت دچار پیچش و اعوجاج نشود.

 

2-1- ضوابط و نکات اجرایی

• حداکثر فاصله بین طول‌های جوش در طول ستون به صورت غیر ممتد نباید از ۳۰ سانتی‌متر تجاوز کند. در عمل برای انجام جوش منقطع، یک الکترود آب‌شده و نوار جوشی در حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتیمتر ایجاد می‌نماید. فاصله دو قطعه جوش به اندازه یک الکترود یعنی حدود ۳۰ سانتیمتر منظور می‌شود.
• طول جوش ابتدایی و انتهایی ستون باید برابر با بزرگ‌ترین عرض طول مؤثر و هر قطعه از جوش منقطع نباید از ۴ برابر بعد جوش یا ۴۰ میلی‌متر کمتر باشد، درصورتی‌که از این مقدار کمتر شد باید در قسمت انتهایی یا ابتدایی خط جوش منقطع اجرا نشود و به خط جوش قبلی وصل شود.
• تماس میان بدنه‌ی دو پروفیل نباید از یک شکاف ۱٫۵ میلی‌متری تجاوز کند. اگر این شکاف (بادخور) از ۱٫۵ میلی‌متر بیشتر، اما از ۶ میلی‌متر کمتر باشد و بررسی‌های فنی نیز نشان دهد که مساحت لازم برای تماس وجود ندارد، در این صورت، این بادخور باید با مصالح پرکننده‌ی مناسب شامل تیغه‌های فولادی با ضخامت ثابت پر شود.

2- اتصال دو پروفیل با یک ورق سرتاسری روی بال‌ها

در مقاطع مرکبی که ورق اتصال بر روی دو نیمرخ متصل می‌شود تا مقطع مرکب تشکیل بدهد، فاصله جوش‌های منقطع (غیر ممتد) که ورق را به نیم‌رخ‌ها متصل می‌کنند، نباید از ۳۰ سانتی‌متر بیش‌تر شود. همچنین باید ورق تقویتی حداقل از هر طرف 2 سانتی‌متر از لبه بال ستون جهت انجام جوشکاری فاصله داشته باشد (می‌تواند بیشتر یا کمتر باشد).

در قسمت سوم مبحث دهم مقررات ملی ساختمان که ضوابط لرزه‌ای را شامل می‌شود، صراحتاً ذکر کرده است که تیرها و ستون‌های مربوط به سیستم باربر جانبی باید حتماً مقطع فشرده لرزه‌ای باشد که شرایط احراز فشرده لرزه‌ای سخت‌گیرانه‌تر از فشرده غیر لرزه‌ای است.

3- اتصال دو پروفیل با بست های موازی و مورب (ستون مشبک یا پا باز)

دو راه برای افزایش مقاومت فشاری ستون‌ها وجود دارد:

الف: افزایش ضخامت اجزاء مقطع

ب: افزایش ابعاد (طول و عرض) مقطع در ستون‌های بلند

افزایش ضخامت اثر قابل‌توجهی بر مقاومت فشاری و خمشی نداشته و باعث سنگینی و غیراقتصادی شدن طرح خواهد شد. در چنین مواردی بهتر است نیمرخ‌ها را با فاصله کافی از یکدیگر قرار داده و آن‌ها را به وسیله ورق یا تسمه (قید) به یکدیگر متصل کنیم، به این‌گونه ستون‌ها، ستون مشبک نیز می‌گویند (فاصله بین ستون‌ها باعث افزایش ممان اینرسی مقطع بدون افزایش سطح مقطع آن می‌شود)

3-1-ضوابط و نکات اجرایی

در بند 10-2-4-7-2 از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ضوابط و الزامات اجرایی محدودیت‌های ابعادی ستون دوبل با وصله‌های مورب و موازی ذکر شده است.

 

عملکرد ستون دوبل در قاب خمشی در برابر زلزله

 توصیه می‌شود از مقاطع متشکل از ترکیب پروفیل و ورق تقویتی (مقطع دوبل با تقویت) به دلایل زیر به عنوان ستون‌های قاب خمشی استفاده نشود:

• کمانش موضعی (عدم عملکرد یکسان دو مقطع به هم چسبیده در مقابل بارها خمشی ناشی از زلزله)
• ترد شدن
• کارگاهی بودن ساخت ستون
• عدم رعایت کامل ضوابط فشرده لرزه‌ای
• عدم رعایت فاصله وصله‌ها از یکدیگر
• عدم جوشکاری مناسب

همچنین اگر ضوابط فشردگی مطرح‌شده در جدول 10-2-2-3 و 10-2-2-4 حاکم نشود و ورق سرتاسری نباشد، بال ستون تحمل نیروی وارده را نداشته و مطابق شکل زیر دچار کمانش موضعی می‌شود. برای بهبود عملکرد ستون دوبل در برابر کمانش دو راهکار مطرح می‌شود: الف) افزایش سطح مقطع ب) افزایش شعاع ژیراسیون.

 

 

 

 

• لازم به ذکر است افزایش سطح مقطع سبب سنگینی سازه نیز می‌شود، لذا افزایش شعاع ژیراسیون راه حل بهتری جهت مقاوم‌سازی در برابر کمانش می‌باشد.
• به جهت تأمین فشردگی ستون همان‌طور که ضوابط در مبحث 10 مقررات ملی ساختمان بند 10-2-2-2-2 الف ذکر شد، باید جوش‌ها سرتاسری یا غیر منقطع باشد. لذا جوشکاری بیش‌ازاندازه باعث افزایش درصد کربن در ناحیه اتصال، ترد شدگی و کاهش شکل‌پذیری ستون می‌شود.
  از طرفی اگر جوشکاری صورت گرفته کارگاهی باشد به علت خطاهای حین جوشکاری نظیر عدم کفایت بعد جوش، تخلخل، عدم رعایت حداقل و حداکثر فاصله دو ستون و… که هر کدام باعث عملکرد نامطلوب اتصال و عدم تحمل نیروی کششی انتقال‌یافته از تیر به ورق می‌شود.
  بهتر است از مقاطع ساخته‌شده از ورق (قوطی و صلیبی برای ساختمان‌های در دو جهت قاب خمشی، یا H شکل برای ساختمان‌های یک جهت قاب خمشی و یک جهت بادبندی) بهره گرفته شود.
• در صورت استفاده از مقاطع مرکب از دو پروفیل I شکل و ورق تقویتی روی آن‌ها، باید به این نکته توجه شود که در محل اتصالات گیردار تیر به ستون به علت انتقال نیروی کششی بال تیر به ورق تقویتی ستون، ورق تقویتی تحت تأثیر خمش موضعی قرار می‌گیرد که این تغییر شکل خمشی باعث جاری شدن موضعی ورق و ضعیف شدن اتصال تیر به ستون می‌شود.
  برای جلوگیری از این امر باید ورق تقویتی طبق شکل زیر در بالا و پایین محل اتصال تیر با جوش نفوذی به پروفیل‌ها جوش شود و در پشت آن ورق سخت‌کننده مناسب استفاده شود. بقیه جزئیات لازم برای ورق‌های پیوستگی اتصال گیردار یا ورق‌های تقویتی چشمه اتصال نیز باید مطابق ضوابط شکل‌پذیری مقطع در نظر گرفته شود.

 

 

اما اگر در دو طرف قاب ساده باشد به دلیل اینکه در معرض لنگر خمشی ناشی از تیر قرار نمی‌گیرد، باعث جاری شدن ورق نمی‌شود و عملکرد بهتری دارد.

لینک های مرتبط

تفاوت روش طراحی تنش مجاز ASD با مقاومت نهایی LRFD

مقاومت فشاری بتن چیست؟