طراحی سوله
ساختمان های فولادی تک طبقه عموما با یک پوشش روکش خارجی ساخته می‌شوند که در بسیاری موارد در اعضای فولادی ثانویه نسبتا کوتاه تکیه داده می‌شوند که به نوبه خود بر اعضای فولادی اصلی تکیه می‌کنند. چهار پیکربندی ساختاری اساسی وجود دارد که یک فضای داخلی روشن را برای یک طبقه در طراحی سوله فراهم می کند:
- سازه های قاب های صلب (قاب های پرتال و خرپاهای صلب)
- ساختارهای تیر و ستون قاب
- سقف های پشتیبانی شده با کابل
- سقف های قوس دار
برای سه حالت اول، طراح امکان ارائه یک سقف تخت یا سقف شیب دار را دارد.
قاب های صلب با ارائه یک اتصال خمشی گیردار بین انتهای تیرها (rafter) سقف (یا خرپاها) و ستون ها به دست می آیند. قاب که ایجاد میشود در حمل بارهای اعمال شده بر روی سقف بسیار موثرتر از یک سقف مستطیلی (با اتصالات مفصلی در قسمت انتهایی آن) است و قاب همچنین مقاومت در برابر نیروهای باد در طرف سوله را فراهم می‌کند. از آنجا که قاب‌ها در صفحه خود پایدار هستند، مهارها در پشت بام می تواند در مقایسه با یک ساختار با تیرهای مفصلی سقف به سادگی کاهش داده شود شود.
سازه های قابی سوله به طور گسترده ای به دو دسته، سازه‌های قاب های پرتال و سازه های قاب خرپایی تقسیم می‌شوند.
طراحی سوله قابهای پرتال
قابهای پرتال به طور معمول از تیرها و ستون‌های گرم نورد شده با مقطع I و ستون برای رفتر سقف و ستون های تکیه‌گاهی استفاده می‌کنند، اگر چه مقاطع سرد نورد شده ممکن است برای سازه‌های کوچک مناسب باشند. قابهای پرتال در انواع مختلفی از اشکال و اندازه های مختلف، با سقف مسطح و شیبدار هستند. یک پیکربندی معمول در شکل ۱ نشان داده شده است. پوشش سقف و دیوار بر روی پرلین‌ها و ریل های جانبی که بین قابهای پرتال قرار دارد متکی می شود. مهار بین هر قاب مورد نیاز نیست، اما حداقل در یک دهانه برای انتقال نیروهای طولی (عادی به قاب ها) به دیواره‌های جانبی و به این ترتیب سطح زمین مورد نیاز است.
در برخی از شرایط طراحی خاص، روکش فلزی را می توان به عنوان مهار استفاده کرد – این به عنوان طراحی پوسته تنش دار شناخته شده است. طراحی روکش و اتصالات به اعضای متکی توسط مهندس سازه ارزیابی خواهد شد. در اغلب موارد، مهار ارائه می شود که روی ورق تکیه نمی کند. انواه این قابهای سوله در “انواع سوله اسکلت فلزی” بیان شده است.
شکل۱ – قاب پرتال شیبدار سوله
در اغلب موارد، رفتر (و احتمالا ستون) محدودیت های محلی دارند، همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است. در بعضی از کشورها هنگام استفاده از این نوع محدودیت، باید اطمینان حاصل شود که اتصالات با سیستم سقف سازگار باشد. مکان این محدودیت ها توسط مهندس سازه مشخص می شود.
شکل ۲ – الزامات محلی اعضای سوله
قابهای سوله خرپایی
هنگامی که استفاده از خرپا مسطح، هر دو تار بالا و پایین به راحتی می توانید به ستون های تکیه‌گاهی متصل شوند، بنابراین یک قاب صلب ایجاد میشود. برای پوشش بزرگتر، سقف کاذب یک جایگزین موثر و اقتصادی را ارائه می دهد.
توسعه یک راه حل طراحی برای یک ساختمان یک طبقه سوله، مانند محوطه بزرگ یا تاسیسات صنعتی، بیشتر وابسته به فعالیت انجام شده و نیازهای آینده برای فضا نسبت به سایر انواع ساختمان ها، مانند ساختمان های تجاری و مسکونی است. اگر چه این نوع ساختمانها عمدتا کاربردی هستند، اما معمولا با معماری قوی که الزامات طرح و برد کارفرما را اعمال می‌کند طراحی شده‌اند.
الزامات طراحی کلی زیر باید در مرحله طراحی طراحی ساختمان های صنعتی و محوطه های بزرگ، بسته به نوع ساختمان و استفاده از آن ها مورد توجه قرار گیرد:
برای مثال، استفاده از فضای مورد نیاز برای حمل مواد یا اجزاء در یک مرکز تولید
- انعطاف پذیری فضا در استفاده فعلی و آینده
- سرعت ساخت و ساز
- عملکرد محیطی، از جمله الزامات خدمات و عملکرد حرارتی
- زیبایی شناسی و تاثیر بصری
- ایزاله صوتی، به ویژه در تسهیلات تولیدی
- دسترسی و امنیت
- ملاحظات پایداری
- طراحی الزامات عمر و نگهداری، از جمله مسائل مربوط به پایان عمر.
برای فعال کردن طرح مفهومی که باید توسعه یابد، لازم است این ملاحظات را براساس نوع ساختمان سوله بررسی کنیم. برای مثال، الزامات یک مرکز توزیع به یک تولید متفاوت خواهد بود.
انتخاب نوع قاب براساس کاربری در طراحی سوله یک طبقه
در طراحی سوله ، قابهای پرتال فولادی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند زیرا آنها کارایی سازه با فرم عملکردی را ترکیب می‌کنند. پیکربندی های مختلف قاب پرتال را می توان با استفاده از یک مفهوم سازه‌ای همانطور که در شکل ۳ نشان داده شده است طراحی شده است
شکل ۳ – (۱) قاب پرتال جفت شیبدار (۲) قاب پرتال قوسی (تیر جان باز حفره‌دار) (۳) قاب پرتال با دفتر اداری داخلی (۴) قاب پرتال با جرثقیل (۵) قاب پرتال دو دهانه (۶) قاب پرتال با دفتر اداری خارجی
طراحی سوله – بارگذاری سوله ۲
در این مطلب به معرفی انواع بارهای وارده بر سوله‌های صنعتی یا در واقع بارگذاری سولهمی‌پردازیم. این بارهای دارای ماهیت استاتیکی و دینامیکی می‌باشند. بارها وارده بر سوله‌ها به صورت زیر می‌باشند:
- بارهای عمومی – چگالی، وزن خود اسکلت، بارهای اعمالی مانند بار زنده
- بار برف
- بار باد
- بار زلزله
- بارهای حرارتی
- بارهای ناشی از جرثقیل و ماشین‌آلات
بار مرده
وزن خود اعضای سازه سوله عموما به عنوان بار ثابت اصلی است. این بار باید به عنوان یک بار دائمی ثابت طبقه بندی شود. در اغلب موارد، باید با یک مقدار مشخص تعیین شود. مجموع وزن اعضای سازه ای و غیر سازه ای از جمله تاسیسات ثابت، باید در ترکیب بارها به عنوان یک بار واحد مورد توجه قرار گیرد. عناصر غیر‌سازه‌ای شامل سقف، سطوح و پوشش‌ها، پارتیشن و پوشش، ریل ، موانع ایمنی، جان‌پناه، روکش دیوار، سقف کاذب، عایق حرارتی، ماشین آلات ثابت و تمام تاسیسات ثابت (گرمایش، تهویه، تجهیزات تهویه مطبوع، برق و تهویه مطبوع، لوله بدون محتویات‌آنها، کانال‌های کابل و لوله آب).
مقدار مشخصی از وزن باید از ابعاد و تراکم عناصر تعریف شود. مقدار چگالی مصالح ساختمانی در مبحث ششم ارائه شده و همچنین به صورت زیر است:
فولاد : ۷۷ تا ۷۸٫۵ کیلونیوتن بر مترمکعب
آلومینیوم : ۲۷ کیلونیوتن بر مترمکعب
بارهای حین ساخت سوله
تائید بارهای حین ساخت سوله باید در مورد هر دو حد بهره‌برداری و نهایی مد نظر قرار گیرد.:
- پرسنل و ابزارهای دستی
- انبار آیتم‌های متحرک
- تجهیزات غیر ثابت
- تجهیزات و ماشین‌های سنگین قابل حمل
- تجمیع مصالح دورریز
- بار از بخش‌های سازه در حالت موقت
در ساختمان‌های سوله، یک مثال بار ساخت بار پوشش سقف‌های که هنوز بر سازه نصب نشده‌اند می‌باشد.
بار زنده
به طور کلی، بارهای اعمال شده در سوله‌ها باید به عنوان اقلام متغیر طبقه بندی شوند. آنها شامل استفاده عادی توسط افراد، مبلمان و وسایل جابجایی، وسایل نقلیه، پیش بینی رویدادهای نادر (تراکم افراد و یا مبلمان، حرکت موقت یا انباشته اشیاء و غیره) می شوند. پارتیشن های متحرک باید به صورت بارهای اعمالی منظور شوند. بارهای اعمال شده بوسیله بارهای یکنواخت توزیع شده، بارهای خطی یا بارهای نقطه اعمال شده روی سقف ها یا طبقه ها یا ترکیبی از این بارها بیان میشود. بار سطوح کف و سقف به دو حالت طبقه بندی می شوند: بارهای یکنواخت و متمرکز.
برای طراحی یک طبقه یا یک سقف، بار تحمیل زنده باید به عنوان یک بار آزاد در بخش ناخوشایند با بیشترین اثر در نظر گرفته شده مورد توجه قرار گیرد. برای بارهای زنده برای کفها و سقفها ممکن است توسط ضرایب کاهشی با توجه به سطح بارگیر و تعداد طبقه تقلیل داده شوند. بارهای زنده اعمالی در محل‌ها زیر وجود دارد.
- مناطق مسکونی، اجتماعی، تجاری و اداری
- مناطق برای ذخیره سازی و فعالیت های صنعتی
- گاراژ ها و مناطق ترافیکی خودرو
- سقف.
در مورد سوله، به دلیل یک طبقه بودن، بارهای زنده اعمال نشده و صرفا برای طراحی پی سازه و همچنین منظور نمودن وزن دیوارهای پیرامونی بر وزن لرزه‌ای سازه اعمال می‌شوند.
بار جرثقیل
اکثر ساختمان‌های صنعتی باید به دستگاه های بارگیری مجهز باشند تا اجازه حرکت و حمل بار را از طریق ساختمان فراهم کنند. یک جرثقیل معمولی که در ساختمان های صنعتی استفاده میشود در شکل ۱ با شرایط فنی اصلی نشان داده شده است.
یکی از راه حل‌های مناسب نصب جرثقیل ها است. سازه تحت بارهایی به صورت عمودی و افقی قرار می‌گیرد. چنین باری می‌تواند غالب بر سازه باشد.
شکل ۱ – جرثقیل سوله
- محور چرخ‌ها
- چرخ جفتی
- تیر حمال اصلی جرثقیل
- پل
- واحد موتور
- قلاب
- محور تیر حمال
- محور تیر پل و چرخ‌ها
تعیین بارهای ناشی از جرثقیل پیچیده است، زیرا شامل پارامترهای بسیاری از جمله:
- وزن جرثقیل و بار ایمن کار
- سختی هر دو سازه جرثقیل و تیر حمال آن
- سرعت و شتاب جرثقیل
- طراحی جرثقیل (درایوهای چرخ، سیستم های هدایت و غیره).
خصوصیات جرثقیل معمولا توسط تولید کنندگان جرثقیل تامین می شود.
استاندارد مربوطه که این بارها را مشخص می کند. بارها در سازه – بارهای ناشی از جرثقیل و ماشین آلات’. بارهای متغیر جرثقیل به موارد زیر تقسیم می شوند:
- بار جرثقیل متغیر عمودی ناشی از وزن خود جرثقیل و بار بالابرنده.
- فعالیت های افقی متغیر ناشی از شتاب و یا تسریع، یا از ترمز یا سایر اثرات دینامیکی.
بار قائم چرثقیل
بارهای عمودی شامل بارهای مرده (وزن خود جرثقیل، بار کاری ایمن، بلوک قلاب و غیره). توزیع این بارهای مرده به طور کلی بر اساس فرض تیر ساده مفصلی است که برای هر دو تیر ورق اصلی و تیرهای ثانویه حمل کننده ارابه جرثقیل، فرض می شود.
به طور کلی دو موقعیت از اتاقک برای به دست آوردن بحرانی‌ترین وضعیت بار در باند حرکت جرثقیل در نظر گرفته می شود: ارابه جرثقیل در وسط دهانه جرثقیل یا واقع شده در حداقل فاصله از لبه باند است.
با توجه به موقعیت‌های ارابه، حداکثر و حداقل بار در هر چرخ بر روی باند جرثقیل تاثیر می گذارد. یک خروج از مرکزیت برای این بارها، به طور کلی به صورت ¼ بخشی از سر ریل گرفته شده است.
برای در نظر گرفتن برخی از ویژگی های مانند اثر ضربه چرخ در اتصالات ریل، پوشش ریل و چرخ ها، آزاد شدن یا بلند کردن بار کاری و غیره، ضرایب دینامیکی به مقادیر بار استاتیک اعمال میشود. برای عمل عمودی، دو عامل دینامیکی اعمال میشود.
بار افقی
انواع نیروهای افقی زیر باید مورد توجه قرار گیرند:
- نیروهای افقی ناشی از شتاب و کاهش سرعت جرثقیل در رابطه با حرکت آن در امتداد تیرهای حمال
- نیروهای افقی ناشی از شتاب و کاهش سرعت ارابه در ارتباط با حرکت آن در طول پل جرثقیل
- نیروهای افقی ناشی از انحراف جرثقیل در ارتباط با حرکت آن در امتداد تیرهای حمال
- نیروهای ضربه‌گیرها مربوط به حرکت جرثقیل
- نیروهای ضربه‌گیر مربوط به حرکت ارابه.
فقط یکی از ۵ نوع نیروی افقی بالا باید به صورت همزمان مورد توجه قرار گیرد. به طور کلی، سومی به طور کلی فرض می شود که توسط پنجمی تحت پوشش قرار گیرد. دو مورد آخر به عنوان نیروهای تصادفی در نظر گرفته می شوند. جزئیات زیر با توجه به دو نوع اول به طور کلی مواردی است که به تنظیمات ابعاد باند جرثقیل منجر می شود:
نیروهای ناشی از شتاب و کاهش سرعت جرثقیل در طول مسیر جرثقیل.
آنها در سطح تماس بین ریل و چرخ عمل می کنند. آنها باید توسط یک ضریب دینامیکی φ۵ تقویت شوند که ارزش آن ممکن است از ۱ تا ۳ متفاوت باشد، مقدار ۱٫۵ به طور کلی مرتبط است.
این نیروها شامل نیروهای طولی (K1 و K2 ) و نیروهای عرضی (HT,1 و HT,2) هستند که در شکل ۲ نشان داده شده است. نیروهای طولی مربوط به نیروی محرکه حاصل K می باشد. چنین نیرویی باید از طریق چرخ های جلو بدون سرخوردگی حتی در زمانی که جرثقیل هیچ بار کار را حمل نمی کند، انتقال یابد. نتیجه حاصل از نیروی درایو از طریق مرکز جرم ” S عبور نمی کند، یک جفت تولید می‌کند که باعث لنگر کج کننده هر بار که جرثقیل شتاب و یا ترمز می‌کند، میشود. این لنگر در هر ریل با توجه به فاصله خود از مرکز جرم توزیع می شود.
شکل ۲ – لنگر شتاب جرثقیل
نیروهای ناشی از کجی جرثقیل در رابطه با حرکت آن در امتداد تیر ریل.
نیروهای توضیح داده شده در زیر به علت حرکت مبهم جرثقیل، زمانی که به هر دلیلی به موقعیت کجی می انجامد، به هر دلیلی، و سپس به طور مبهم ادامه می دهد تا زمانی که وسیله راهنمایی در تماس با کناره راه آهن باشد.
نیروی جانبی در کنار ریل افزایش می یابد تا به حداکثر مقدار ‘S ‘ برسد؛ به دلیل اعمال این نیرو، جرثقیل حداقل به صورت موقت به حالت مناسب خود بازمی گردد.
سیستم های هدایت می تواند یا رولر راهنمای خاص یا فلنج چرخ باشد. محاسبه نیروهای متناظر بستگی به نوع سیستم درایو (واحدهای درایو بدون هماهنگ سازی چرخ های جرثقیل یا واحد مرکزی درایو همراه با چرخ‌ها)، تنظیم چرخ ها با توجه به حرکت جانبی و محل چرخش لحظه ای است.
نیروهای ناشی از کجی شامل نیروهای طولی و عرضی هستند مانند در شکل ۳ نشان داده شده است.
شکل ۳ – نیروی ناشی از کج شدگی جرثقیل
بارهای دیگر یا نیروها
برای دادن یک تصویر کلی از بارهای ناشی از جرثقیل، لازم است ذکر شود:
- بارهای باد در سازه جرثقیل و در بار باد معمولا با سرعت ۲۰ متر بر ثانیه در نظر گرفته شده همراه با بار مصرف (استفاده خارجی).
- بارهای تست
– بار آزمون تست دینامیکی: حداقل ۱۱۰٪ بار اسمی بارگیری، تقویت شده توسط یک ضریب دینامیکی φ۶
– بار آزمایشی استاتیک: حداقل ۱۲۵٪ بار اسمی بارگیری بدون ضریب دینامیکی.
- نیروهای تصادفی
– نیروی کج شدگی: هنگام بارگذاری یا پیاده سازی بالابرها با یک مانع برخورد می شود.
– و در صورت لزوم: خرابی مکانیکی (شکست یک ترمز، شکست محور چرخ، و غیره).
بار جرثقیل چندگانه
اغلب بیش از یک جرثقیل در یک ساختمان وجود دارد؛ آنها می توانند در همان باند یا در سطوح مختلف در یک تیر همانند یا در سطوح چندگانه حرکت کنند. جرثقیل های چندگانه باید در موقعیت نامطلوب قرار گیرند:
- مسیر جرثقیل
- سازه تکیه‌گاهی.
شکل ۴ – سوله با چند جرثقیل
بارهای افقی دیواره ها
مقدار مشخصه از بار خطی که در ارتفاع دیوارهای پارتیشن یا جان پناه‌ها باید مد نظر قرار گیرد.
