عنوان : آسیب های سازه های فولادی و ترمیم و بهسازی آن ها
استاد:
دانشجو:
فهرست مطالب
چکیده
مقدمه
معایب سازه های فولادی
خطاهای طراحی
خطاهای اجرایی
آسیب ها و اشکالات رایج در سازه های اسکلت فولادی
خوردگی در اسکت فلزی
پی ها و شناژ ها
اتصال ستون ها به پی ها
ستون ها
تیر ها
اتصال تیر به ستون و تیر به تیر
سیستم مقاوم جانبی در ساختمان های فولادی
سیستم مهاربندی
اشکالات اجرایی در جوشکاری
مقررات و قواعد مربوط به حصول یک جوش سالم
اشکالات سیستم سقف
دیوار های داخلی و خارجی
اشکالات اجرایی راه پله
پیشنهادات
نتیجه گیری
منابع و مراجع
2
چکیده
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله های اخیر مانند زلزله های منجیل و بم، احتمال وقوع زمین لرزه های بزرگ در بیشتر مناطق پرجمعیت کشور و نیاز جدی به اعمال کنترل کیفی در طراحی و اجرای ساختمان ها، هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است.
ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می دهد. در این مقاله مرور مختصری بر وضعیت اجرای این ساختمان ها در کشور می شود و موارد نقاط ضعف اجرایی که به طورمعمول بعلت سهل انگاری یا عدم تسلط کافی مهندس ناظر به اصول اجرایی ساختمان مقاوم در برابر زلزله رخ می دهد مورد توجه قرار داده و راهکار های مناسب و ممکن جهت بهبود ساخت و ساز ارائه شود.
3
مقدمه
با وجود لرزه خیزی بالای اغلب نقاط پر جمعیت کشور و آسیب پذیری ساختمان های موجود در برابر زلزله بر اساس تجربیات زلزله های اخیر مثل منجیل و بم و… هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است. از نظر مهندسی زلزله در حال حاضر احداث بناهای مقاوم در برابر زلزله به راحتی امکان پذیر است.
لیکن درعمل مشکلاتی شکل گرفته که رسیدن به ساختمان های مقاوم تضمین نمی گردد. بیشتر ساختمان های کوچک مسکونی با نظارت صحیح مهندسان ساختمانی که دانش فنی لازم را دارند ساخته نمی شود و حتی اگر ساختمان مورد نظر درست طراحی و محاسبه شده باشد، به طورمعمول در اجرا به علت سهت انگاری مهندس ناظر و یا عدم تسلط وی به اصول اجرایی ساختمان ها ی مقاوم در برابر زلزله طرح دچار خطا های گاهی اساسی می گردد.
4
مشکل اصلی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان ها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا میباشد. بسیاری از مهندسان کشور نه تنها اطلاعات کاملی در مورد اسیب پذیری و مقاوم سازی لرزه ای ندارند، بلکه در مواجهه با غالب مسایل اجرایی معمول ساختمان نیز کوتاهی می کنند. لذا بایستی سطح اگاهی در اطلاعات فنی این افراد افزایش یافته ونیز مکانیزمی برای اعمال قاطعیت اجرایی و کنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری که حق مهندسی ناظر حفظ شده و مسئو لیتها به درستی تقسیم گردد.
ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می دهد. لذا در این مقاله وضعیت ساخت و ساز ساختمان های فولادی در کشور مختصرا مرور شده و یکسری علل ضعف اجرای این ساختمان ها بررسی شده و توصیه هایی جهت بهبود اجرا ارائه می گردد.
معایب و ضعف های ساختمان های فولادی موجود ضعف های عمده ساختمان های فولادی با توجه به نحوه طراحی و اجرای آنها در پی ها، ستونها، تیرها، اتصالات تیرها به ستونها، اتصال تیر به تیر اصلی، سیستم باربر جانبی، اعضای مهار بندی، اتصالات باد بند ها، سیستم دیافراگم، کف دیوار ها و تیغه های داخلی و راه پله می باشد.
5
6
کامل نبودن مسیر بار و نداشتن مهاربند
کافی نبودن سختی جانبی ساختمان
کافی نبودن مقاومت برشی جانبی طبقات
طراحی نامناسب ابعاد پی
وجود طبقه نرم
نامنظمی در پلان و ارتفاع
طراحی نامناسب بادبند
طراحی نامناسب ستونها
طراحی نامناسب تیرها
طراحی نامناسب اتصالات
خطاهای طراحی
7
خطاهای اجرایی
عدم نظارت صحیح و کنترل کیفیت اجرایی
احداث ساختمانها توسط پیمانکاران غیر حرفه ای
اجرای نامناسب مهاربند
اجرای نامناسب سقف
اجرای نامناسب اتصالات
مشکلات جوشکاری
8
9
خوردگی در اسکت فلزی
خوردگی اسکلت فلزی یک روند الکتروشیمیایی است که نیازمند حضور همزمان رطوبت و اکسیژن می باشد. اساسا، آهن موجود در فولاد برای تولید زنگ اکسیده می شود، که تقریبا ۶ برابر حجم مصالح اصلی را اشغال می نماید. نرخی که فرآیند خوردگی اتفاق می افتد به چند فاکتور بستگی دارد، اما اصولا به آب و هوای منطقه اطراف سازه بستگی دارد.
شکل 1_ خوردگی اسکلت فلزی
10
شکل 2_ شماتیک ارائه شده برای مکانیزم خوردگی در سازه فلزی
خوردگی به هر فرایندی اطلاق می گردد که موجب فرسایش یا فساد اجزای فلزی شود و رایج ترین نمونه آن، زنگ زدن فولاد است. فرآیندهای خوردگی غالباً الکتروشیمیایی هستند و ضروریات یک باتری (پیل) را به همراه دارند، فلزات مختلف در حضور یک سیال هادی که الکترولیت نامیده می شود، پتانسیل الکتریکی ایجاد می کنند که در زمان مناسب، سبب جریان الکتریکی می گردد.
این پتانسیل های الکتریکی همچنین ممکن است بین دو قسمت از یک سازه که از فلزی واحد ساخته شده، در اثر تفاوت های جزئی در ترکیب یا ساختار فلز ایجاد شوند. بخشی از سازه فلزی که خورده می شود ″ آند ″ و آن قسمت که نقش قطب دیگر را بازی می کند و خورده نمی شود اما وجودش برای سیستم ضروری است، ″ کاتد ″ نام دارد .
11
در خوردگی های رایج ساختمانی، غالباً یک نوع فلز به همراه آبی که کمی نمک در خود حل کرده (به عنوان الکترولیت) دخالت دارند. خوردگی گاهی در حضور اکسیژن با آب خالص صورت می پذیرد. در چنین مواردی، اکسیژن با هیدروژنی که در کاتد تولید می گردد ترکیب شده و به واکنش اجازه تداوم می دهد .
عوامل دیگر از جمله باکتری های خاص موجود در خاک که هیدروژن را جذب می کنند نیز ممکن است به عنوان عوامل دپولاریزه کننده عمل کرده و باعث پیشرفت واکنش خوردگی شوند.
فولاد به خاطر قیمت پایین و قابلیت هایش، فلزی رایج در ساختمان هاست. با استفاده از پوشش های مناسب، اغلب می توان فولاد را به نحوی مطلوب محافظت کرد. البته برای کاربردهای خاص فلزات مقاوم تر بسته به قیمت و عمر مفیدشان ممکن است انتخاب های بهتری باشند.
اجزای فلزی به کار رفته در ساختمان ها را بر حسب احتمال ایجاد خوردگی می توان به چهار گروه تقسیم کرد :
آن هایی که در خارج ساختمان به عنوان روکار، پوشش بام، آفتاب شکن و سایبان به کار می روند.
آن هایی که در اسکلت ساختمان به عنوان فولاد سازه ای یا به صورت ترکیبی با مصالح بنّایی به کار می روند.
آن هایی که در تاسیسات ساختمان مانند لوله کشی، مخزن آب گرم، کانال ها و غیره استفاده می شوند.
آن هایی که در خاک دفن می شوند.
12
روش های حفاظت از فولاد
۱ـ رنگ آمیزی:
قبل از رنگ آمیزی، روغنکاری یا عملیات مشابه دیگر روی قطعات فلزی، باید آن ها را کاملا” خشک کرد وسطوح آن ها را از هر نوع رنگ زدگی، خوردگی وآلودگی های دیگر به کمک برس سیمی دستی یا روش های دیگر پاک نمود. در پاره ای موارد ماسه پاشی با فشار نیز لازم خواهد بود. رنگ های مورد مصرف به نام رنگ های ضد زنگ معروفند .باید دقت شود قسمت هایی از اسکلت که قرار است جوشکاری شود تا فاصله مناسب از محل جوشکاری وقسمت هایی که قرار است در بتن مدفون گردد، نباید رنگ آمیزی شوند. بدیهی است پس از جوشکاری ، رنگ آمیزی قسمت های جوش شده الزامی است.
۲ـ پوشش های فلزی :
متداول ترین پوشش فلزی استفاده از روی است که می تواند به صورت گالوانیزه کردن به روش مذاب، پیش از احداث سازه یا به صورت پاشیدن فلز پس از ساختمان مورد استفاده قرار گیرد. از آلومینیوم نیز برای حفاظت فولاد استفاده می شود و عمل آن نیز کم و بیش مشابه عمل روی می باشد. استفاده از آلومینیوم در محیط های صنعتی که به شدت آلوده است موفقیت آمیز بوده است.
13
۳ـ پوشش های قیری :
رنگ های قیری که به صورت غلیظ شده قیر وقیر زغالی است بسیار مفید هستند و حداقل در سه لایه به کار می روند. به طور کلی این رنگ ها برای حفاظت قطعاتی که در معرض تابش نور خورشید قرار دارند مناسب نیستند و روی سطح آنها غالبا” ترک خوردگی هایی ظاهر می شود. این اشکال را می توان با استفاده از یک لایه رویه از مواد قیری آلومینیوم دار کاهش داد .
۴ـ پوشش های پلاستیک :
این مواد به صورت خمیر استفاده شده وبه وسیله غلتک پخش می شود. سپس با استفاده از حرارت یا چسب به فلز اتصال می یابد. گاه به صورت پودر و استفاده از حرارت، سخت می شود و پوشش های با مقاوم شیمیایی بالا را به وجود می آورد. لایه های ضخیمی را که با استفاده از این روش ها بدست می آیند، چه نرم و ارتجاعی و چه سخت و شکننده می توان “پوشش پلاستیک ” نام گذاری کرد .
۵ـ پوشش بتنی :
فولادی که در درون بتن جاگذاری می کنند با محیط های قلیایی احاطه می شود. این میزان قلیایی بودن قطعه فلز را به نحوی مناسب در مقابل اکثر انواع خوردگی محافظت می کند. گازهای اسیدی موجود در هوا بویژه دی اکسید گوگرد ودی اکسید کربن با بتن که حالت بازی دارد ترکیب می شوند. درنتیجه باید فولاد در فاصله ای از جدار بتن قرار گیرد که از نفوذ گازهای اسیدی تا حد امکان مصون باشد و محافظت در برابر خوردگی در دراز مدت تامین گردد. مرز مشترک بتن با فولادی که قسمتی از آن در معرض عوامل جوی خورنده قرار گرفته است اغلب ممکن است منشا ایجاد خوردگی و زنگ زدگی باشد. یعنی از انواع زنگ زدگی به علت ناخالصی های فلزی (آهنی) موجود در مصالح شنی است و به خوردگی فولاد مربوط نمی شود.
14
شکل 3_ خوردگی فلزات و رنگ آمیزی فلزات
15
پی ها و شناژ ها
در ساختمان های فولادی به طورمعمول از پی های مستطیلی منفرد یا باسکولی و یا گاهی نواری استفاده می گردد که با شناژ های حداقلی به هم متصل می گردند.ابعاد این پی ها حتی گاهی برای بار های ثقلی کفایت نمی کند و تنش حداکثر وارد به خاک بیش ازمقاومت مجاز خاک می باشد.در عمل به جز برای ساختمان های بزرگ هیچ گونه ازمایشی جهت تعیین مقاومت خاک صورت نمی گیرد و اغلب ابعاد پی ها بر اساس مقاومت فرضی 2 kg/cm2 به دست می آید. این عدد به طورمعمول به صورت محافظه کارانه انتخاب می شود. ولی برای ساختمان هایی که روی خاک های سست ساخته می شوند، دور از اطمینان خواهد بود.
ابعاد این پی ها در اثر وجود بار جانبی به طورمعمول افزایش می یابد که در اجرای خیلی از ساختمان ها اعمال نمی شود.
مشکل دیگری که در اجرای پی و شناژ ساختمان ها زیاد پیش می آید شناژ هایی است که با مقطعی بزرگتر وآر ماتور های بیشتر مثل یک تیر عمیق برای پی های کناری ساختمان نقش پی باسکولی را ایفا می کنند. ستون های موجود بر این پی ها با توجه به مجاورت زمین همسایه لنگر خمشی قابل توجهی به پی اعمال می کنند که به کمک پی نواری یا باسکولی تحمل می گردد. بعضی از طراحان در این زمینه از یک شناژ قوی استفاده می کنند که متاسفانه در عمل با همان شناژ حداقل اتصال بین پی ها (مقطع 40در40 و دارای 4 آرماتور نمره ی 14)اشتباه می شود. چنین مساله ای همچنین ممکن است برای تحمل وضعیت اجتناب ناپذیر نیروهای به طرف بالا (uplift) در پای یک ستون بعلت نیرو های موجود در اعضای مهار بندی پیش آید.
16
اتصال ستون ها به پی ها
مسائل متعددی در اجرای اتصال ستون ها به پی ها پیش می آید. غالباً ابعاد و ضخامت صفحات زیر سری کافی نیست و گاهی تعداد پیچ های مهاری و قطر انها کم می باشد و به طورمعمول از یک پیچ با جوش بالای آن استفاده می گردد. بعضی اوقات بدنبال سهل انگاری در استقرار صفحه ستون ها و یا جابجایی احتمالی صفحه در حین بتن ریزی پی صفحه ستون در محل صحیح خود قرار نمی گیرد و یکی از مشکلات عمده ساختمان های فولادی را به وجود می آورد.
برای ساختمان های 4 طبقه یا بیشتر به طورمعمول باید ضخامت صفحات از 2.5 سانتی متر بیشتر باشد و یا اینکه از سخت کننده ها روی صفحه ستون برای افزایش مقاومت خمشی ان استفاده نمود. در عمل این ورق های تقویتی بدرستی بکار نمی روند و اغلب گیرداری ناخواسته ای را به صفحه ستون تحمیل می نماید.(شکل 4)
نحوه اتصا ل ستون به صفحه ستون نیز بایستی مورد توجه بیشتری قرار گیرد. برای ساختمان های فولادی در امتداد بدون باد بندی یک اتصال گیر دار در این موقعیت انتظار می رود، در صورتی که در اجرا ممکن است چنین اتصالی تامین نشود. عکس چنین وضعیتی برای امتداد باد بندی شده (اتصالات ساده تیر ها به ستون ها) مورد انتظار است.
17
شکل 4_ اتصال نامناسب ستون به صفحه ستون
18
ستون ها
به ستون ها بعنوان عضو اصلی هر ساختمان بایستی توجه خاصی صورت گیرد.غالبا به دلیل سهولت اجرایی از دو پرو فیل بهم چسبیده که تا حدی غیر اقتصادی است و یا با فاصله و بکمک ورق های بست افقی استفاده می شود که گاهی فواصل و ابعاد ورق های بست بدرستی اجرا نمی شود(شکل5)
برای ساختمان های بزرگ بلند تر از 5 طبقه ستون ها به طورمعمول از ورق ساخته می شوند.در بیشتر موارد طول جوش مطابق با محاسبات و دستور العمل های ایین نامه ای صورت نمی گیرد. به عنوان مثال طول جوش نشده از ورق 20 سانتی متر یا بیشتر دیده می شود که بویژه برای ستون ها بسیار بحرانی خواهد بود.
هر گونه خمیدگی و تابیدگی پرو فیل های فولادی مورد استفاده در ستونهای مرکب بایستی جلو گیری شود. برای ساختمان های 5 طبقه یا بیشتر نیاز به اتصال ستون ها بر روی یکدیگر پیش می آید که وصله این ستون ها در خیلی موارد در محل مقطع بحرانی (نزدیکتر از طبقه) اتفاق می افتد (شکل6) گاهی اوقات و اضافه برآن ابعاد و جوش این ورق های وصله نیز کافی نمی باشد.
19
در بعضی ساختمان های فولادی برای راحتی اجرا از یک یا دو ستون برای همه ستون ها استفاده می گردد حال آنکه چنین مقطعی برای خیلی از ستون ها جوابگو نمی باشد. اشکال غیر مناسب از ترکیب سه پرو فیل و یا نا موزون بودن ابعاد ورق های تقویتی در مقایسه با ضخامت بال خود پروفیل ها و نیز استفاده از ورق در لبه بال های مقطع (به موازات جان) در اجرای بعضی ساختمان های فولادی دیده می شود.
شکل 5- اجرای نادرست ورق های بست
شکل 6- وصله ی نامناسب
20
تیر ها
در اکثر موارد از تیر های لانه زنبوری در ساختمان های فولادی استفاده می شود. این تیر ها در مقابل برش ضعیف هستند و در محل اعمال بار های متمرکز مثل دو انتهای تیر بایستی جان را با ورق تقویتی پر نمود. لیکن با توجه به ایجاد نیروی برشی در تمام طول تیر ها در سیستم قاب خمشی کاربرد تیر های لانه زنبوری برای ساختمان های فلزی در مناطق زلزله خیز در راستای بدون باد بندی مناسب نمی باشد(شکل7).
خیلی از تیر ها در سیستم قاب صلب از مقاطع زوج باورقهای تقویتی بالها در دو انتها تشکیل می شود. منتها این ورق ها با جوش منقطع و به طورمعمول با ساق ضعیف به بالهای تیر وصل می شوند. از آنجا که نیروهای کششی بزرگی در بال ها ناشی از خمش تیر در دو انتهای تیر توسط این ورق ها بایستی به ستون منتقل گردند. در طول و بعد جوش این ناحیه دقت خاصی نیاز است و غالبا ورق های تقویتی بالها باید به صورت ممتد به بال ها جوش شوند. مشکل متداول دیگر در تیر های ساختمان های فولادی طول نامناسب آنهاست. رواداری مجاز در انتهای تیر و در محل اتصال به ستون به طورمعمول حدود 1سانتیمتر می باشد.
لیکن در خیلی از ساختمان ها به علت ضعف کیفیت اجرایی این فاصله حتی به 5 سانتیمتر می رسد که خروج از محوریت زیاد و در نتیجه لنگر خمشی بزرگی را به نبشی نشیمن زیر تیر اعمال می نماید.
مهندسان ناظر بایستی مراقب باشند که این فاصله ها در حد مجاز باقی بماند ودر صورت لزوم در خواست تغییر تیر ویا حداقل از نشیمن تقویت شده (در صورتی که رواداری چندان از مقدار مجاز تجاوز نکرده باشد) استفاده بنمایند.
21
شکل 7- استفاده از تیرآهن لانه زنبوری در سیستم قاب خمشی
22
اتصال تیر به ستون و تیر به تیر
شاید مشکل ترین قسمت از وظایف مهندس ناظر در کنترل کیفیت اجرایی یک ساختمان فولادی اطمینان از درستی اتصال تیر به ستون باشد به ویژه در امتدادی که سیستم مهار بندی وجود ندارد و صرفا قاب خمشی قرار است در مقابل بار های جانبی زلزله مقاومت نماید. در چنین حالتی اگر ستونهای قوطی ساخته شده از ورق استفاده می شود، بایستی به نصب ورقهای پیوستگی در داخل ستون قوطی ودر تراز ورقهای زیر و روی تیرتوجه خاصی گردد. غالبا اجرای این ورق ها فراموش شده و یا در تراز صحیح خود صورت نمی گیرد.
مطلب مهم دیگر جوش صحیح آن به داخل 4 وجه ستون می باشد و متاسفانه در عمل سه طرف جوش شده ودر وجه چهارم به ورق های پیوستگی متصل نمی شود. برای رفع این مشکل می توان ورق وجه چهارم قوطی ستون را در یک طول مشخص یک متری به صورت منقطع اجرا نمود تا امکان جوشکاری ورقهای پیوستگی به وجه چهارم نیز به وجود آید. در خیلی از سا ختمان های فولادی برای ستون های واقع در قاب خمشی از مقطع زوج متشکل از دو نیم رخ IPE و ورقهای تقویتی روی بال ها استفاده می گردد. در این حالت به هنگام اعمال کشش به ورقهای تقویتی بال ها براحتی این ورق خمیده شده و فلسفه اتصال گیر دار زیر سوال می رود. برای رفع یا حداقل کاهش مشکل در چنین حالاتی می توان از جوشکاری ورق تقویت بالها استفاده نمود که این جزئیات بایستی در نقشه های اجرایی سازه آمده باشد.
23
جوش شیاری اتصال ورق های فوقانی و تحتانی به ستون برای تامین اتصال گیردار نیز اهمیت زیادی دارد و در عمل نسبت به جزئیات آن مثل داشتن پخ 45 درجه لبه ورق و شرایط جوش نفوذی سهل انگاری می شود. خیلی اوقات ورق فوقانی به صورت مستطیلی بکار می رود و لذا جوش شیاری از مقاومت کافی برخوردار نخواهد بود. برای رفع این مشکل بهتر است پهنای این ورق به صورت ذوزنقه ای در محل اتصال به ستون افزایش یابد (شکل8)
شکل 8- ورق به صورت ذوزنقه ای در محل اتصال به ستون
24
نبشی های نشیمن زیر تیر ها در خیلی موارد برای تحمل نیروهای تکیه گاهی کافی نیستند و لذا بایستی آنها با افزودن سخت کننده های مثلثی تقویت نمود (شکل9) مشکل دیگر اتصال تیر به ستون در سیستم اتصال خورجینی (اگر چه در حال حاضر به ندرت به کار می رود) است که همواره تا حدی لنگر خمشی از تیر به ستون منتقل می شود لیکن عملا ستون ها برای این لنگر اضافی محاسبه و طراحی نمی شوند.
شکل 9- عدم استفاده از سخت کننده مثلثی در نبشی نشیمن
25
سیستم مقاوم جانبی در ساختمان های فولادی
تعداد قابل توجهی از ساختمان های فلزی موجود در کشور به کلی فاقد هر گونه سیستم باربر در برابر بارهای زلزله هستند در غالب انها بدون هیچ سیستم مهار بندی از قاب ساده یا قاب با اتصالات خورجینی استفاده شده است که صرفا برای تحمل بار های قائم طراحی شده اند. در حالت باد بندی شده نیز گاهی اوقات به صورت متقارن باد بندی نمی شود که موجب ایجاد کوپل پیچشی بزرگی در طبقات ساختمان می گردد. بعنوان یک مساله مهم حذف عنصر مقاوم در طبقه همکف به علت ورودی ساختمان سبب شکل گیری طبقه نرم و ضعیف در این طبقه که قرار است حداکثر نیروی برشی ناشی از زلزله را تحمل نماید می شود (شکل10)
شکل 10- طبقه نرم در زلزله بم
26
سیستم مهاربندی
اشکالات متعددی در سیستم مهاربندی ساختمان های فولادی در حال اجرا دیده می شود. اتصال عضو باد بند به صورت خارج از مرکز با نصب ورق اتصال در لبه بال ستون و تیر اتصال این ورق به تنهایی به ستون یا تنها به تیر و نیز ضعف عضو مهاربند و ابعاد غیر کافی ورق های اتصال باد بند از موارد معمول می باشد که بایستی با هشیاری مهندس ناظر از انها اجتناب گردد(شکل11)
شکل قدیمی به جای اعضای مهاربندی) به طور معمول مقاطع زوج از ناودانی یا نبشی( Iدر بعضی ساختمان ها مالک تر جیح می دهد که از پروفیل های داده شده در نقشه ها استفاده گردد. باید توجه داشت که این مقاطع اغلب حتی جوابگوی شرط لازم لاغری اعضای فشاری نیز نیستند ودر صورت ارضا شرط لاغری تنها شاید بتوان در طبقات فوقانی ساختمان که نیرو های ناشی از زلزله در باد بند ها کاهش می یابد از انها استفاده نمود. مشکل دیگر اجرایی در این رابطه عدم اتصال دو نیمرخ (ناودانی یا نبشی) به یکدیگر در طول اعضای باد بندی با مقاطع زوج می باشد که لازم است در فواصل مشخص با تسمه به یکدیگر وصل شوند.
شکل 11- استفاده از ناودانی تک و اجرای نادرست
27
در سیستم مهاربندی واگرا (ذوزنقه) علاوه بر توجه کافی به مشخصات لازم برای اعضای مهاربند بایستی به محل اتصال این اعضا به تیر و مقاومت خود تیر دقت نمود.
اغلب دیده می شود که برای تامین بازشو بزرگتر زاویه مهاربند ها با افق زیاد شده و نه تنها از راندمان سیستم مقاوم جانبی در تحمل بارهای جانبی می کاهد بلکه نیروی برشی بزرگتری را به تیر پیوند تحمیل می نماید(شکل12) درضمن بدین ترتیب تیر پیوند به صورت خمشی عمل خواهد نمود.در صورتی که بهتر است تحت نیروی برشی به محدوده تغییر شکل های غیر ارتجاعی وارد شده و انرژی زلزله را مستهلک می نماید.
متاسفانه در خیلی از ساختمان های فولادی در حال اجرا با سیستم مهاربندی واگرا از یک تیر لانه زنبوری بعنوان تیر پیوند استفاده می گردد.که به هیچ وجه جوابگوی ضوابط طراحی در خصوص جاری شدن برش جان تیر پیوند نمی باشد.
شکل 12- زاویه زیاد مهاربند واگرا با افق
28
اشکالات اجرایی در جوشکاری
شکل اصلی آسیب پذیرى لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران ، عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد.
دستورالعملهای اتصالات جوشکاری شده و ضوابط طراحی ساختمانهای فولادی، گاهی در طراحی و اجرا سهل انگاری میشود. لذا بایستی سطح معلومات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مکانیزمی براى اعمال قاطعیت اجرایی و کنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری که حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد.
یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی کنترل جوش آن می باشد. جوش ها در همه بخش ها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسی گردد. در این خصوص حتی ممکن است در یک ساختمان فولادی کوچک به انجام ازمایشات غیرمخرب NDT بر روی جوش نیاز باشد (شکل13)
شکل 13 – بریدن جوش اتصال در زلزله بم
29
مقررات و قواعد مربوط به حصول یک جوش سالم
برای به دست آوردن یک جوش سالم باید شرایط زیر تامین شود:
فلز جوش در ریشه و پهلوهای درز نفوذ کرده و با فلز مبنا ممزوج شود.
برای این منظور باید درزها در مناسب ترین وضع ممکن از حاظ جوشکاری و در بهترین شرایط دید قرار گیرد. و جوشکار به آن مسلط باشد. به علاوه طول قوس و شدت جریات و ولتاژ باید متناسب با نوع الکترود و نوع و ضخامت قطعات مورد اتصال تنظیم شود.
اتصال قطعاتی که اختلاف ضخامت زیاد دارد، باید با دقت زیاد انجام گیرد. زیرا سرعت گرم شدن دو قطعه یکسان نبوده و شدت جریانی که برای ذوب لبه قطعه نازک کافی است قطعه ضخیمتر را ذوب نمی کند و نفوذ جوش ناقص است. بالعکس اگر شدت جریان برای ذوب قطعه ضخیم کافی باشد قطعه نازکتر را می سوزاند و برای رفع این اشکال در کارهای کم اهمیت می توان قوس را بیشتر روی قطعه ضخمیتر متمرکز نمود. ولی در کارهای مهم باید قطعه ضخمیتر را زیر پیش گرمایش قرار داد، و درجه حرارت آن را در تمام مدت جوشکاری حفظ کرد.
روباره یا ناخالصی های دیگر در فلز جوش غوطه ور نشده و در روی آن جمع شود.
30
فضاهای کوچک و بزرگ حاوی گاز در فلز جوش به وجود نیاید.
در موقع سرد شدن به علت انقباض فلز جوش، در داخل فضاهای خالی ایجاد نشود.
فلز جوش و مناطق مجاور آن ترک نخورد.
در حاشیه جوش درز گود افتادگی و بیرون زدگی به وجود نیاید.
در محل قطع قوس، گودهای انتهایی ایجاد نشود.
وضع درز مورد توجه قرار گیرد، مثلاً در یک درز قائم برای تامین نفوذ کامل بهتر است پاس اول از بالا به پایین و پاس های دیگر از پایین به بالا جوش داده شود.
در صورتی که جوش لب در منطقه ای قرار گیرد که تنش ها حداکثر است یا در حالتی واقع شود که جوش لب اتصال کامل قطعات کار را تامین می نماید باید جوشکاری از دور انجام گیرد. قبل از شروع جوشکاری روی دیگر باید ریشه جوش سنگ زده شده و کاملاً برای پذیرش رشته جوش جدید آماده شود. اگر سنگ زدن ریشه جوش میسر نباشد، باید از پشت بند استفاده شود که حین جوشکاری ذوب شده و با فلز جوش مخلوط شود و سلامت جوش درز را تامین نماید.
31
اشکالات سیستم سقف
در حال حاضر اغلب از سقف های تیرچه بلوک در ساختمان های فولادی استفاده می شود که در این صورت بایستی میلگرد های تیرچه ها به خوبی در بتن محصور گردند و پوشش بتن تامین گردد. درضمن در خیلی از ساختمان های فولادی که از مقاطع لانه زنبوری IPE180 استفاده می شود. ضخامت سقف سازهای معادل 25 سانتی متر می باشد لایه بتنی و آرماتور گذاری حرارتی به درستی روی پل های مزبور را نمی گیرد و دیافراگم صلب کف نمی تواند به خوبی عمل کند.
در سقف های طاق ضربی که برای غالب ساختمان های قدیمی استفاده شده بایستی از مهاربندی با میلگرد و 5 سانتی متر بر روی سقف به منظور تامین صلبیت دیافراگم کف کمک گرفت که حتی به طورمعمول در نقشه های سازه ای فراموش می شود.
سقف های مرکب به خصوص درصورت اجرای مناسب بهترین عملکرد صلب را می توانند از خود نشان دهند. موارد ضعف اجرایی این سقف ها بیشتر به قرار گیری اتصالات برشی و ارماتور گذاری دال بتنی آن مربوط می شود.
در اجرای تاسیسات مکانیکی و برقی طبقات بایستی حتی المقدور سعی شود تا ضخامت تمام شده کف کاهش یابد. بدین منظور می توان از روی هم شدن لوله ها جلوگیری نمود. مساله دیگر در این رابطه استفاده از پوکه معدنی سبک برای کف سازی طبقات و شیب بندی بام میباشد که در صورت سهل انگاری مهندس ناظر ممکن است حتی از نخاله های ساختمانی استفاده گردد.
32
دیوار های داخلی و خارجی
مشکل اصلی اجرایی در خصوص دیوار ها عدم اتصال مناسب آنها به اسکلت فلزی ساختمان می باشد و لذا احتمال خسارت آنها به هنگام زلزله زیاد است. برای جلوگیری از فرو ریختن این دیوار ها می توان از پروفیل نبشی یا سپری به صورت قائم یا افقی در فواصل مشخص به عنوان مثال در هر 50 سانتی متر استفاده نمود.
دیوار چینی با آجر فشاری به جای آجر مجوف سبک نیز نمونه دیگر اشتباهات اجرایی است و به طورمعمول از آجر فشاری بعلت وزن بیشتر ان فقط در دیوار چینی طبقه زیر زمین ساختمان استفاده می شود. بعضی اوقات در اجرا محل دیوار ها و تیغه ها نسبت به آنچه در نقشه ها آمده است تغییر می کند. تا ثیر تغییر بار گذاری تیرها در چنین مواردی بایستی توسط مهندس ناظر بررسی گردد.
اشکالات اجرایی راه پله
از معایب معمول در اجرای راه پله فولادی اشتباه در طول مناسب شمشیری پله می باشد که موجب شیب نا مناسب پله و شرایط نامناسب ابعاد پاگرد می گردد. برای حل این مشکل گاهی از کف سازی زیاد در قسمت شیب دار پله استفاده می کنند که خطای بزرگی است و بار مرده ی زیادی را به تیرهای شمشیری پله و نیز به طور کلی به ساختمان تحمیل می نماید.
در حالت غیر معمول پلکان در پلان (مثلا به صورت مثلثی یا ذوزنقه ای) بایستی به تفاوت طول قسمت های دو تیر شمشیری پله توجه نمود. در صورت سهل انگاری در چنین مواردی مقطع عرضی راه پله کج اجرا می گردد و دوباره بار مرده قابل توجهی به پله تحمیل می نماید (شکل های 14و15)
33
شکل 14 – اتصال نادرست شمشیری
34
شکل 15 – کج شدن مقطع عرضی راه پله به علت تفاوت طول دو تیر شمشیری
35
نمونه آسیب های سازه فولادی در زلزله بم
بادبند خیمه ای
ساختمان بانک با اسکلت فلزی که هنگام وقوع زلزله دیوارها و میانقابهای آن به دلیل سختی زیاد تخریب شده اند ولی اسکلت سازه پایدار مانده است.
36
اجرای سیستم طبقه نرم باعث کمانش جانبی ستون شده است.
37
گسیختگی محل اتصال تیر به ستون در اثر کمانش ستون
گسیختگی صفحات اتصال ستون مرکب ناشی از عدم کفایت جوش و کمانش جانبی ستون.
38
کنده شدن نبشی جان اتصال تیر نعل در گاه به پل.
39
پیشنهادات
1- آزمایشات آلتراسونیک ، مغناطیسی و رادیوگرافی برای کنترل اتصالات جوشی قابهای خمشی ویژه
2- افزایش اطلاعات فنی مهندسین طراح و ناظر با شناخت انواع ضعف ها و ناپیوستگی های جوش
3- کاهش بار مرده کف سازی و دیوارها جهت کاستن نیروهای جانبی ناشی از زلزله
4- بررسی عیبهای معمول جوشکاری در اجرای ساختمانهای فولادی
5- عدم کاربرد تیر ها با اتصالات خورجینی و کلا تیرهای لانه زنبوری
6- استفاده از سیستم بندی در هر دو راستای ساختمان
7- تعبیه آرماتورهای حرارتی در سقف های ضربی
8- رعایت اصول صحیح و کنترل کیفیت اجرایی
9- ارائه روشهای بازرسی و کنترل کیفیت جوش
10- ترویج فرهنگ صحیح جوشکاری
40
نتیجه گیری
ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساختمان های در حال احداث را تشکیل می دهند و متاسفانه هنوز علیرغم عنایت به زلزله خیزی از یک سو و افزایش بیش از حد قیمت مسکن از طرف دیگر اشکالات اجرایی زیادی در آن ها دیده می شود. بکار گیری اصول صحیح اجرایی می تواند کارایی ساختمان را به خصوص در برابر بارهای فوق العاده زلزله افزایش دهد. در مناطق با لرزه خیزی زیاد با توجه به شرایط اجرایی در کشور بهتر است از سیستم باد بندی در هر دو راستای ساختمان استفاده شود. در این حالت کار برد تیر های لانه زنبوری برای تیر پیوند در سیستم مهاربندی واگرا مناسب نمیباشد.
چنانچه عرض پلان ساختمان خیلی کم باشد طوری که در آن راستا ناچار به استفاده قاب خمشی باشیم در امتداد مزبور از تیر ها با اتصالات خور جینی و درکل تیرهای لانه زنبوری استفاده نشود. شرایط خاص گیر دار اتصال تیر به ستون در این رابطه بایستی توسط مهندس ناظر دنبال شود. جوشکاری به عنوان مهمترین مساله در اجرای یک ساختمان فلزی بایستی مورد توجه قرار گیرد و روش های مختلف کنترل کیفیت جوش در این خصوص به کار گرفته شود. کاهش بار مرده کف سازی و دیوار ها نیز می تواند به کاستن نیرو های جانبی ناشی از زلزله کمک نماید و بدین ترتیب اثر بعضی اشکالات اجرایی اجتناب نا پذیر را تا حدودی جبران نمود.
41
منابع و مراجع
1- کوهیان افضلی، رویا غفوری اشتیانی، نگاهی به تکنولوژی ساخت ساختمان های متداول مسکونی درکشور.
پژوهشنامه موسسه بین المللی زلزله 1375 : شناسی و مهندسی زلزله .شماره 5.6
2- تیو. مهران، نقدی بر فرایند طرح و اجرای ساختمان های فولادی در کشور: پژوهشنامه موسسه بین المللی
زلزله شناسی و مهندسی زلزله شماره 1379:2
3- زهرائی. سید مهدی جنبه های کاربردی مقاوم سازی: سمینار اموزشی مقاوم سازی ساختمان های فولادی
موجود :تبریز:مرداد 1381
4– Steel Buildings, 2003, The British Constructional Steelwork Association Ltd. Chapter
12– Corrosion Protection.
کانال تلگرامی
بانک پاورپوینت های مهندسی رشته عمران و معماری @Bankpptmohandesi