آیا سازه های با ستونهای ساخته شده از تیرآهن و ورق تقویتی در برابر زلزله مقاوم اند؟

برای ساختمانهای فلزی که ستون های آنها از تیرآهن و ورق تقویتی ساخته می شوند خواه ساختمانهای متشکل ازقاب های خمشی و خواه ساختمانهای متشکل از قابهای ساده و بادبندی ، آنچه در عمل و روشهای طرح و اجرای متعارف شاهدیم در اکثریت قریب به اتفاق مواردبه عنوان ساختمانی مقاوم دربرابرزلزله  موارد قابل دفاع نبوده و متقاعدکننده نمی باشد.  اما پرسش اینست که: آیا اساسا با ستون ساخته شده ازتیرآهن وورق تقویتی می توان قاب خمشی مقاوم دربرابر زلزله ساخت ؟

 قاب مفصلی همراه با بادبند چطور ؟

برای آنکه ساختمانی مقاوم دربرابرزلزله باشد ، لازم است هم اعضای اسکلت ساختمان وهم اتصالات ، پاسخگوی تلاش های ناشی از اعمال بارهای ثقلی وجانبی بویژه زلزله باشد . برای اثبات این ادعا که ساختمانهای طراحی یا اجرا شده بااین نوع ستون ها ، مقاوم در برابر زلزله نیستند ، ضرورتی بدان نیست که عدم کفایت خوداین ستون ها را زیر سئوال رود زیرا آئین نامه ها منجمله مبحث 10 درصفحه 42 دراین خصوص ضوابطی دارند که اگر طراحی سازه براساس این ضوابط صورت گیرد ، مشکلی پیش نخواهد آمد .  آنچه اما با ابهاماتی همراه است کفایت اتصال بین ستونها با تیرها یا بادبندهاست .

دراین نوشته ضعفهای اتصال در این نوع مقاطع برای ستونها زیر ذره بین قرار می گیرد و معایب جدی و غیرقابل اغماض آنها شناسانده می شود. بدیهی است چنانچه نتیجه این بررسی پذیرفته شود ، عدم کفایت سازه برای مقاومت دربرابرزلزله تائیدشده است .

اما این بحث در دونوع ساختمان قابل طرح است .

   1-   ساختمان فلزی با سازه متشکل ازقاب خمشی 

   2 - ساختمان فلزی با سازه متشکل ازقاب مفصلی (ساده ) همراه بابادبند

حالت 1  :   ساختمان فلزی باسازه متشکل ازقاب خمشی 

1 - الف ) ورق گیردار درسمت بال تیرآهن ستون  وورق تقویتی آن بدان متصل می شود .

برای آنکه دریک اتصال گیردار انتقال لنگر درست صورت گیرد وکشش ایجادشده ناشی ازخمش درمحل اتصال تیربه ستون درنیمه راه عبور ، به پارگی حلقه ای اززنجیره اتصال منتهی نگردد . لازم است این اتصال دارای ورق پیوستگی باشد .   اجزا مقطع ستون یکپارچه باشند . وبااندک کشیدگی درورق تقویتی ستون جوش آن بریده نشود . سطح مقطع ورق گیردارکافی باشد . بعد وطول جوش گوشه این ورق به بال تیرکافی باشد . جوش نفوذکامل لبه ورق گیرداربه ستون دارای مقاومت لازم باشد . ورق تقویتی ستون باورق گیردار تناسب ضخامت داشته باشد . ضخامت جان ستون ارضاءکننده ضابطه چشمه اتصال مندرج درص 133 از ویرایش دوم مبحث10برای قاب خمشی مربوطه درترازطبقه باشد . جوش اتصال بال تیربه ورق گیردارضعیف نباشد .و . . . اگرنه این اتصال مصداق واقعی یک اتصال گیردار یا صلب نخواهد بود .

بعنوان مثال : فرض کنیم مقطع ستون ساختمانی 2IPE180+PL باشد. مطابق شکل 1 ، لبه cd ی ورق گیردارابتدابه ورق تقویتی ستون اتصال می یابد . آنگاه ورق تقویتی فوق باجوش های دوطرف خودبه تیرآهن ستون اتصال می یابد . عیب بزرگ این اتصال که تیررابه ورق تقویتی ستون می دوزد آن است که هرگاه به کشش ( ناشی ازخمش ) بیفتد ، به راحتی جوش ورق تقویتی ازتیرآهن ، بازمی شود . وورق طبله می کند . وفرصت مقاومت ازاتصال گرفته میشود . یا . . .

1- ب ) ورق گیردار درسمت جان ستون  آن بدان متصل می شود :

این شکل ازاتصال که درآن ورق ضخیم روسری (باضخامت متعارف 10-25 میلی متر ) مطابق شکل7 به جان نازک تیرآهن ستون(باضخا مت متعارف5-6 میلی متر ) اتصال می یابد ، به هیچ وجه نمی تواند به مثابه یک اتصال گیردارموردقبول باشد . و لذا جهت ایجاد تناسب در ضخامت ورق ها ی متصله ، به روشهای مندرج دربند 2و3 قسمت "سایر نکات" عمل می شود .

حالت 2  :   ساختمان فلزی باسازه متشکل ازقاب مفصلی (ساده ) همراه بابادبند  

دراین نوع ساختمانها نیز مشابه مشکلات فوق درمحل اتصال قاب به بادبندها قابل مشاهده است . بادبند به  یکی از دوشکل زیربه ستون اتصال می یابد .

2 – الف )  اتصال بادبند ازسمت  بال تیرآهن ستون وورق های تقویتی آن به ستون

دراین حال ، دراثرکشش عضوبادبندی ، ورق تقویتی ستون مطابق شکل 12-الف دچارکشیدگی وخمش می شود ودراثرفشار عضوبادبندی ، ورق تقویتی ستون دچارپدیده فشردگی وخمش مطابق شکل12- ب می شود  این موضوع ایجاب می کند که درداخل مقطع ستون ، تعبیه سخت کننده ( ورق پیوستگی ) ضرورت یابد، تابتواند بر کشش وارده غلبه نماید . کاری که در اجرا هیچگاه شاهدش نیستیم. (جوش ورق بادبندبه ستون تنها آنچنان که قدیم عمل می شد ، درمعرض برش نیست . وتحت تاثیر خمش وکشش وفشار نیزمی باشد.)

2- ب )  اتصال بادبند ازسمت جان به ستون    

 که دراین صورت جان تیرآهن ستون عموما دارای آنچنان ضخامتی نیست که ورق اتصال بادبند با ابعاد معقولی بتواند با آن اتصال مناسب و قابل دفاعی بسازد. ( شکل12 )

مثالی می زنیم :

 اگر مقطع ستون ساختمانی 2IPE180+PL باشد. و ورق mm15 گوشه بادبند بخواهد به جان mm 3/5 تیرآهن ستون جوش شود در این صورت هیچ تضمینی وجود نداردکه بادبند بتواند اتصال درستی باستون برقرار نماید . زیرا به دلیل کم بودن ضخامت ورق جان ستون نمی توان ظرفیت کششی منتقله از بادبند به ورق گوشه را باجوشی مناسب و قابل قبول به ستون منتقل نمود . زیرا برای اتصال ورق گوشه بادبند (Gusset pl) که mm15 ضخامت دارد نیازبه بعدجوش حداقل mm6 طبق جدول 10-1-10-1 از ویرایش دوم مبحث 10 صفحه106 است ، ازطرفی حداکثر بعدجوش روی ورقmm 3/5 طبق همان ضوابط برابر mm3/5 است .اما این حداقل با آن حداکثر نمی خواند .و لذا جوش با بعدmm6 را نمی توان روی ورق mm3/5 جان تیرآهنIPE180 ستون انجام داد . زیرا در این صورت بعدجوش از ضخامت ورق بیشتر خواهدشد .همچنین اگر استفاده ازبعدجوش mm 5 مجاز بود ، نیاز به طول جوش زیادی می بود . واین موضوع باعث میشد که طول ورق گوشه بادبند زیادشود تاامکان تامین طول جوش فراهم گردد .

لذا بایستی به روش های مندرج درردیف  1و2و3 ازقسمت "سایرنکات " ،  سعی در رفع عیب آن  شود .

سایر نکات در نسخه کامل ...

نویسنده:

مهندس مجتبي صادقي اشكوري

طراح و ناظر سازه ساختمانهای بلند و پل 

بازرس اصلی انجمن ایرانی مهندسان محاسب و انجمن مهندسان راه و ساختمان

email  address

جهت مطالعه و دریافت نسخه کامل این مقاله در قالب یک فایل PDF ؛ بایستی با صرف 1200 تومان از اعتبار خود ؛ بر روی لینک زیر "پرداخت و مشاهده محتوا" کلیک نمایید