اصول طراحی پایداری سازه فولادی

چکیده: به عنوان فرم اصلی ساخت و ساز در طراحی معماری، اسکلت فلزی به طور گسترده ای در طراحی استفاده می شود کارگاه های بزرگ، پل ها و ساختمان های بلند. فولاد ساختمانی مورد استفاده در اسکلت فلزی دارای مزایای بسیاری از جمله ضد تغییر شکل، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر زلزله و الزامات حفاظت از محیط زیست است، بنابراین می تواند به طور گسترده در زمینه طراحی معماری استفاده شود.

هنگامی که سازه های فولادی در پروژه های ساختمانی مورد استفاده قرار می گیرند، پایداری سازه آنها به عنوان یک شاخص حیاتی، مستقیماً کیفیت و عمر مفید ساختمان ها را تعیین می کند. بر اساس K-homeاین مقاله با سال‌ها تجربه طراحی معماری، پایداری سازه‌های فولادی در مهندسی ساخت‌وساز را مورد بحث قرار می‌دهد و مراجعی برای مسائل مربوطه ارائه می‌دهد.

مقدمه

در توسعه طولانی فناوری مهندسی ساخت و ساز، سازه فولادی جایگاه مهمی را اشغال می کند. در حال حاضر، به عنوان یک سازه اصلی معماری، به طور گسترده در طراحی های مختلف معماری، به ویژه در کارخانه، پل ها، فرودگاه ها، تئاترها، ساختمان های فوق العاده مرتفع. و ساختمان های بزرگ دیگر

در قرن گذشته، به دلیل توسعه نیافتن تکنولوژی ذوب فولاد و محتوای کربن بالای فولاد ساختمانی، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی آن باعث شد که سازه های فولادی در زمینه طراحی معماری ارزشی نداشته باشند و زمانی به حاشیه رفته و تقریباً حذف شوند.

در سال های اخیر با پیشرفت مداوم تکنولوژی ذوب فلزات، فولاد ساختمانی با مقاومت بالا، چقرمگی بالا و مقاوم در برابر خوردگی به طور گسترده ای تولید شده است و سازه های فولادی مجددا مورد پسند معماران قرار گرفته و به طور فزاینده ای در پروژه های مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. در طول ساخت و ساز، نقش مثبتی در کاهش وزن کلی سازه ساختمان و ارتقای ایمنی کلی ساختمان داشته است.

با پیشرفت مداوم تکنولوژی ساخت و ساز، استفاده از سازه های فولادی روز به روز گسترده تر شده است و شرایط مختلف کاربری پیچیده آزمون سختی را برای پایداری آن به وجود آورده است.

مفهوم سازه فولادی

همانطور که از نام آن پیداست اسکلت فلزی نوعی سازه ساختمانی است که از فولاد به عنوان ماده اولیه اصلی برای ساخت سازه استفاده می شود. از طریق اجزای مختلف فولادی مانند تیرهای فولادی، صفحات فولادی و ستون‌های فولادی، جوشکاری، پرچکاری و سایر روش‌های اتصال برای اتصال و مونتاژ برای ساخت ساختمان‌های بزرگ استفاده می‌شود. سازه های فولادی از انواع مختلفی از فولاد به عنوان ماده اصلی استفاده می کنند.

فولاد متفاوت از بتن معمولی و سایر مصالح ساختمانی، دارای ویژگی های وزن سبک، چقرمگی قوی و غیره است و می تواند نیروهای بیشتری را تحمل کند. بنابراین از طراحی سازه های فولادی اغلب در طراحی ساختمان های بزرگ و متوسط ​​استفاده می شود. سازه فولادی سازه ای پایدار دارد و به راحتی تغییر شکل نمی دهد که می تواند ایمنی و پایداری خوبی برای ساختمان ایجاد کند. اما در برخی موارد خاص ممکن است ناپایداری سازه فولادی نیز رخ دهد.

دو حالت متداول وجود دارد: یکی این که فشار بیش از حد مستقیماً بر نقطه تعادل نیرو تأثیر می گذارد و در نتیجه تنش ناهموار بر ساختار به عنوان یک کل ایجاد می شود. دیگر اینکه به دلیل استفاده طولانی مدت از اعضای سازه ای فولادی، سازه داخلی دچار مشکلاتی از جمله خستگی روحی می شود و سازه داخلی عملکرد حمایتی خود را از دست می دهد و در نتیجه سازه کلی ناپایدار می شود.

قبل از طراحی اسکلت فلزی لازم است ویژگی های پایداری این سازه روشن شود تا فرآیند طراحی هدفمندی داشته باشد، از ضعف های سازه ای جلوگیری شود، مزیت های سازه های فولادی کاملاً به نمایش گذاشته شود و سازه های فولادی در ساختمان ها بهتر بازی کنند. نقش.

اصول بهبود پایداری طراحی سازه های فولادی

پایداری اسکلت فلزی مهمترین عامل در طراحی اسکلت فلزی می باشد. در عمل مهندسی طولانی مدت و تحقیقات نظری، مهندسان و تکنسین ها سه اصل طراحی را برای بهبود پایداری سازه فولادی خلاصه کرده اند.

1. اصل ثبات

اصل پایداری طراحی اسکلت فلزی ایجاب می کند که در مرحله ترسیم نقشه پلان طراحی اسکلت فلزی، نقشه پلان سازه فولادی با توجه به الزامات مربوط به ساختمان های مختلف با تمرکز بر حصول اطمینان از قطعات تکیه گاهی ترسیم شود. نقشه طراحی پلان سازه فولادی و اطمینان از پایداری تکیه گاه در صفحه سایت.

پایداری سازه فولادی در صفحه، هسته و پایه پایداری کلی کل سازه فولادی است. تنها با اطمینان از پایدار ماندن اجزای سازه فولادی در صفحه می‌توان از ناپایداری موقعیت‌های فردی در طول فرآیند ساخت‌وساز سه بعدی بعدی جلوگیری کرد.

2. اصل وحدت

محاسبه دقیق مقدمه و اساس طراحی سازه فولادی است. هنگام طراحی قاب های سازه فولادی، روش محاسبه و مقادیر پارامترهای مورد انتظار باید با توجه به رابطه متعادل بین قاب خاص و قاب تعیین شود.

این مرحله کلید محاسبه نیرو در کل طراحی سازه فولادی است. ارتباط دادن. با این حال، در عمل، بسیاری از طراحان بیش از حد به تجربه شخصی تکیه می کنند و مستقیماً محاسبه پایداری قاب اسکلت فلزی را طبق تجربه خود انجام می دهند و مراحل محاسبه تعادل را نادیده می گیرند.

این روش عملکرد فاقد داده های محاسباتی علمی و جامع است و به راحتی می توان در محاسبه رابطه پایدار خطا ایجاد کرد. در نتیجه، طراحی اسکلت فلزی نمی تواند الزامات مقاومت سازه ای ساختمان را برآورده کند و در نتیجه خطرات بالقوه ایمنی را به همراه دارد.

بنابراین، محاسبه تعادل و محاسبه پایداری باید همزمان انجام شود و این دو ضروری هستند و باید با هم متحد شوند.

3. اصل همکاری

کل سازه فولادی از طریق جوشکاری، پرچ کردن، ثابت کردن پیچ و سایر وسایل اتصال از چندین جزء سازه فولادی منفرد تشکیل شده است و در نهایت یک سازه ساختمانی بزرگ را تشکیل می دهد. [3] بنابراین، در فرآیند طراحی سازه فولادی، هماهنگی اجزای مختلف سازه ای باید در نظر گرفته شود، خواه اجزای بزرگ یا کوچک نیاز به همکاری با یکدیگر داشته باشند و در نهایت می توانند به طور کامل در یک سازه فولادی جامد به عنوان یک کل ترکیب شوند. در طراحی اسکلت فلزی نمی توان تنها به پایداری یک جزء سازه فولادی توجه کرد و باید شرایط همه اجزا به طور جامع در نظر گرفته شود و محاسبه ترکیبی دقیق انجام شود. تنها زمانی که هر جزء کاملاً مطابقت داشته باشد، کل سازه می تواند بسیار پایدار باشد، نقش هر جزء را به حداکثر برساند و از استحکام کلی سازه اطمینان حاصل کند.

نکات کلیدی طراحی پایداری سازه فولادی

1. طراحی نیرو

یکی از مهمترین شاخص های یک سازه فولادی سطح تنش آن است. در هنگام طراحی، ظرفیت باربری سازه فولادی اولین مورد توجه است.

سازه فولادی به طور کلی طراحی T یا L شکل را اتخاذ می کند که پایداری سازه در نظر گرفته می شود. استفاده از این دو شکل به خوبی می تواند وزن کلی ساختمان را پراکنده کند و به هدف حمایت متعادل دست یابد.

در عمل مهندسی ساختمان سازه فولادی سازه ای رایج در حاشیه ساختمان است که در نگهدارنده ساختمان نقش دارد. در طراحی کلی ساختمان استفاده از سازه های فولادی باید تا حد امکان از اصل تقارن پیروی کند.

هدف این است که به هر سازه فولادی اجازه داده شود تا نیروی کل ساختمان را به طور یکنواخت تحمل کند و از تحمل فشار بیش از حد یا خیلی کم سازه های فولادی منفرد جلوگیری شود.

علاوه بر این، الزامات تنش و پایداری برای قسمت های مختلف سازه فولادی نیز متفاوت است. برای مثال لازمه تکیه گاه ثابت در سازه فولادی جلوگیری از جابجایی است، بنابراین ظرفیت نگهدارنده این قطعه لازم است بالا باشد اما برای اسکلت تیر فولادی علاوه بر ایفای نقش نگهدارنده طولی، همچنین برای جلوگیری از وقوع آن در موقعیت افقی ضروری است.

ویژگی های تنش قسمت های مختلف سازه فولادی باید در طراحی منعکس شود تا از ناپایداری ناشی از توجه ناکافی جلوگیری شود. در نهایت، عملیات ساخت و ساز خاص اسکلت فلزی نیز بسیار مهم است. پرسنل ساخت و ساز در محل باید به شدت از نقشه های طراحی پیروی کنند، اشتباهات ساخت و ساز را به حداقل برسانند، همکاری متقابل بین بخش ها را تقویت کنند، ساخت و ساز را مطابق با استانداردها انجام دهند و مدیریت جزئیات را تقویت کنند.

2. طراحی ضد خوردگی

ساختمان ها در شرایط مختلف طبیعی زمانی که در محیط های مختلف استفاده شوند، فرسایش را تجربه خواهند کرد. در محیط‌های کاربری خاص مانند رطوبت و نمک پاشی، به دلیل ویژگی‌های ذاتی فلزات، به راحتی خورده می‌شوند و بر پایداری آنها تأثیر می‌گذارند.

به طور کلی، مواد فلزی هم در برابر خوردگی گالوانیکی و هم به خوردگی شیمیایی حساس هستند. علم مواد مدرن پوشش های ضد خوردگی را برای شرایط مختلف محیطی برای محیط استفاده از فلزات مورد استفاده در ساخت و ساز توسعه داده است.

در یک محیط مرطوب، مالش دادن رنگ ضد خوردگی بر روی سطح سازه فولادی می تواند آب و هوا را که دو عامل اصلی باعث خوردگی فلز می شوند، جدا کرده و از خوردگی سازه فولادی جلوگیری کند. برای سازه های فولادی مورد استفاده در محیط های با شوری بالا، ایجاد خوردگی الکتروشیمیایی با یون های سدیم در آب دریا آسان است.

طبق اصل واکنش الکتروشیمیایی، ماده فلزی یکی از محصولات می شود. این روش می تواند مشکل سازه های فولادی را حل کند. مشکل خوردگی، تا از استحکام خود سازه فولادی اطمینان حاصل شود و به پایداری سازه برسد.

3. طراحی مرتبط با ثبات

در فرآیند طراحی و ساخت اسکلت فلزی علاوه بر تکمیل محاسبات پایداری، تقویت بازرسی کل سازه فولادی نیز ضروری است. بازرسی دقیق، پیوند کلیدی برای حصول اطمینان از واجد شرایط بودن مصالح سازه فولادی و مطابقت با الزامات طراحی است. روش محاسبه فشار بحرانی یک روش رایج برای پیش‌بینی مقدار فشار سازه‌های فولادی در طول استفاده واقعی است و اغلب برای آزمایش سازه‌های فولادی استفاده می‌شود.

هنگامی که نتیجه اندازه گیری تنش روی سازه فولادی از مقدار بحرانی بیشتر شود، ثابت می کند که پایداری آن از بین رفته است و طراحی تنش سازه فولادی باید به موقع تنظیم شود تا از ناپایداری جلوگیری شود.

به تجزیه و تحلیل نیروی هر قسمت در داخل سازه فولادی توجه کنید، جزئیات نیروی قطعات را بهینه کنید، از مشکل نیروی ناهموار جلوگیری کنید و بر ایمنی کلی سازه تأثیر بگذارید. به طور خلاصه، پایداری سازه فولادی تأثیر تعیین کننده ای بر ایمنی کلی و عمر مفید ساختمان دارد.

در فرآیند طراحی سازه فولادی، طراح باید محاسبات دقیق را انجام دهد، رابطه نیرو بین اجزا را به طور جامع در نظر بگیرد و عملیات ضد خوردگی فولاد را به خوبی انجام دهد، از کاستی های سازه فولادی تا حد زیادی جلوگیری کند و به طور کامل ارائه دهد. با مزایای ساختار فولادی بازی کنید و در نتیجه پیشرفت مستمر طراحی معماری را ارتقا دهید.