مبحث ۱۰ — طرح و اجرایِ ساختمانهایِ فولادی
درسنامه — الزاماتِ عمومی
خلاصهیِ بندهایِ ۱۰-۱، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
هدف، ساختار و دامنهیِ کاربردِ مبحث (۱۰-۱-۱)
•هدف: تعیینِ حداقل ضوابطِ لازم در تحلیل، طراحی و اجرایِ ساختمانهایِ فولادی برایِ تأمینِ ایمنی و بهرهبرداریِ مناسب.
ساختارِ مبحث: ۴ فصل — ۱۰-۱ الزاماتِ عمومی، ۱۰-۲ الزاماتِ طراحی، ۱۰-۳ الزاماتِ طراحیِ لرزهای، ۱۰-۴ الزاماتِ ساخت، نصب و کنترل.
و ۶ پیوست: (۱) استانداردهایِ معتبرِ مصالح، (۲) ضریبِ طولِ مؤثرِ اعضایِ فشاری، (۳) تحلیلِ مرتبهیِ دوم از طریقِ تحلیلِ الاستیکِ مرتبهیِ اولِ تشدیدیافته، (۴) اعضایِ کششی با تسمهیِ لولاشده یا سرپهن، (۵) تیرهایِ با جانِ باز، (۶) حفاظت در برابرِ آتش.
•دامنه: ساختمانهایِ فولادی با کاربریهایِ مندرج در قانونِ نظامِ مهندسی و کنترلِ ساختمان.
خارج از دامنه: سازههایِ خاص مانندِ پلهایِ فولادی، مخازنِ هوایی و زمینی، دکلهایِ مخابراتی و انتقالِ نیرو — اینها مشمولِ ضوابطِ این مبحث نیستند.
•همراه با این مبحث باید ضوابطِ سایرِ مباحثِ مقرراتِ ملّیِ ساختمان هم رعایت شود.
در موردِ ابهام یا سکوتِ ضوابط: پاسخِ استعلام از دبیرخانهیِ شورایِ تدوینِ مقرراتِ ملّیِ ساختمان ملاکِ عمل است.
مبانیِ طراحی و حالتهایِ حدی (۱۰-۱-۲)
•مبنایِ طراحی در این مبحث: بررسی و کنترلِ سازه در حالتهایِ حدیِ مقاومت و بهرهبرداری.
•حالتهایِ حدیِ مقاومت: حالتهایی که سازه پس از رسیدن به آنها با خرابیهایی نظیرِ تسلیم، گسیختگی و کمانش، مقاومت و شکلپذیریِ موردنیازِ خود را از دست میدهد.
•حالتهایِ حدیِ بهرهبرداری: حالتهایی نظیرِ تغییرشکل و لرزش که قابلیتِ نگهداری، شرایطِ ظاهری، دوام و کاراییِ سازه را از بین میبرد و آسایشِ بهرهبردار را تأمین نمیکند.
•پیکربندی، ابعاد و مشخصاتِ اجزا باید چنان باشد که سازه تحتِ ترکیباتِ بارگذاریِ محتمل به هیچیک از این حالتها نرسد.
•حفاظت در برابرِ آتش (۱۰-۱-۲-۴) هم بخشی از مبانیِ طراحی است و جزئیاتش در پیوستِ ۶ آمده.
دو روشِ طراحی و ضرایبِ ایمنیِ آنها
•برایِ تأمینِ حالتهایِ حدیِ مقاومت، هر دو روشِ LRFD و ASD قابلِ قبولاند.
نکتهیِ بسیار پرتکرار: در یک سازهیِ فولادی، بهکارگیریِ همزمانِ دو روش قابلِ قبول نیست — باید یکی را انتخاب کرد و تا آخر با همان جلو رفت.
•در LRFD دو دسته ضریب: ضرایبِ بار (اکثراً بزرگتر از یک، نادراً مساوی یا کوچکتر از یک) و ضرایبِ کاهشِ مقاومت φ (عموماً کوچکتر یا حداکثر مساویِ یک).
•در ASD دو دسته ضریب: ضرایبِ بار (اکثراً مساویِ یک، نادراً کوچکتر از یک) و ضرایبِ اطمینان Ω.
نکتهیِ کلیدی: مقادیرِ ضریبِ اطمینان Ω عموماً بینِ ۱٫۵ تا ۲٫۰ است.
مبنایِ ترکیباتِ بارگذاریِ هر دو روش، مبحثِ ششمِ مقرراتِ ملّیِ ساختمان است — نه خودِ مبحثِ ۱۰.
•مقادیرِ φ و Ω برایِ هر عضو، اتصال یا جزء، در فصلهایِ ۱۰-۲ و ۱۰-۳ ارائه شدهاند.
•φ با توجه به دقتِ تئوریِ مقاومتِ مصالح، نوعِ حالتِ حدی، تغییراتِ احتمالیِ مشخصاتِ مصالح و رواداریهایِ ابعادیِ مقطع تعیین میشود.
پذیرشِ مصالحِ فولادی (۱۰-۱-۴-۱)
•مصالحِ قابلِ بهکارگیری: نیمرخها، ورقها، پیچ و مهرهها، الکترودها، گلمیخها و مصالحِ مصرفیِ جوشکاری — همه باید با استانداردهایِ پیوستِ ۱ منطبق باشند.
•بندِ الف: تولید توسطِ تولیدکنندهیِ باصلاحیت، موادِ اولیهیِ باکیفیت، حاکمیتِ سیستمِ تضمین و کنترلِ کیفیت، رسیدنِ محصول مستقیماً از تولیدکننده یا فروشندهیِ رسمی، و داشتنِ گواهینامهیِ انطباق.
•بندِ پ: اگر گواهینامه با استانداردِ معتبرِ دیگری (خارج از پیوستِ ۱) صادر شده باشد، میتوان با آزمونهایِ معادلسازی آن را با یکی از استانداردهایِ پیوستِ ۱ منطبق کرد؛ نحوهیِ معادلسازی در ۱۰-۴-۲ آمده.
بندِ ت: مصالحِ غیرمنطبق با استانداردهایِ پیوستِ ۱ قابلِ استفاده نیست و باید از حیطهیِ کار خارج شود — استثنا ندارد.
مشخصاتِ فولادِ سازهای (۱۰-۱-۴-۲)
•فولادِ سازهای باید مقاومت و شکلپذیریِ مناسب داشته و کاملاً جوشپذیر باشد؛ در بعضی کاربردها طاقتِ ضربهایِ مطلوب و مقاومت در برابرِ جداشدگیِ لایهای هم لازم است.
نکتهیِ کلیدی: مدولِ الاستیسیتهیِ فولاد E = ۲۰۰٬۰۰۰ مگاپاسکال (۲×۱۰⁵ MPa).
نکتهیِ کلیدی: نسبتِ پواسونِ فولاد ν = ۰٫۳.
نکتهیِ کلیدی: تنشِ تسلیمِ مشخصهیِ فولادِ سازهای نباید از ۴۶۰ مگاپاسکال بیشتر باشد — سقفِ مجازِ این مبحث.
•تبصره: کاربردِ میلهها و کابلهایِ بسیار پرمقاومتِ غیرقابلِ جوشکاری برایِ عناصرِ کششی، با اتصالِ دندانهشده و مهره یا اتصالاتِ مخصوص، مجاز است.
ردهبندیِ طاقتِ شارپی: JR، J0 و J2
•مبنا: استانداردهایِ ISIRI 14262، EN 10025 و ISO 630-2.
هر سه رده حداقلِ طاقتِ ۲۷ ژول را میخواهند — تفاوت فقط در دمایِ آزمایش است.
•ردهیِ JR: ۲۷ ژول در دمایِ +۲۰ درجهیِ سلسیوس — آسانترین شرایطِ پذیرش.
•ردهیِ J0: ۲۷ ژول در دمایِ صفر درجهیِ سلسیوس — سختگیرانهتر از JR.
•ردهیِ J2: ۲۷ ژول در دمایِ −۲۰ درجهیِ سلسیوس — سختگیرانهترین رده.
•هرچه دمایِ آزمایش پایینتر باشد، تضمینِ مقاومت در برابرِ تردشکنی بیشتر است.
ردههایِ فولادِ ساختمانی (جدولِ ۱۰-۱-۱)
•معادلسازیِ نامها: S235 = St-37، S275 = St-44، S355 = St-52 — و ردهیِ قدیمیِ St-34 که معادلِ جدید ندارد.
تنشِ تسلیمِ مشخصه در ضخامتِ ≤ ۱۶ میلیمتر: S235 → ۲۳۵، S275 → ۲۷۵، S355 → ۳۵۵، S460 → ۴۶۰ مگاپاسکال.
قاعدهیِ عمومیِ جدول: با افزایشِ ضخامت، تنشِ تسلیمِ مشخصه کاهش مییابد (مثلاً S235 از ۲۳۵ به ۲۲۵ و سپس ۲۱۵ مگاپاسکال).
•تنشِ کششیِ نهایی بهصورتِ بازه داده میشود: S235 → ۳۶۰-۵۱۰، S275 → ۴۱۰-۵۶۰، S355 → ۴۷۰-۶۳۰، S460 → ۵۴۰-۷۳۰ مگاپاسکال.
•کرنشِ نهایی هم با افزایشِ رده کاهش مییابد: S235 حدودِ ۲۲-۲۶٪، S355 حدودِ ۱۸-۲۲٪، S460 حدودِ ۱۷٪ — یعنی فولادِ قویتر، شکلپذیریِ کمتری دارد.
•St-34 (قدیم): تنشِ تسلیمِ ۲۰۵ مگاپاسکال در ضخامتِ ≤ ۱۶ میلیمتر و ۱۹۵ در ضخامتِ بینِ ۱۶ تا ۴۰ میلیمتر.
ردههایِ پیچ (جدولِ ۱۰-۱-۵)
•پیچهایِ معمولی: ردههایِ ۴٫۶، ۴٫۸، ۵٫۶، ۵٫۸ و ۶٫۸ — ردهیِ ۴٫۶ معادلِ ASTM A307 است.
•پیچهایِ پرمقاومت: ردههایِ ۸٫۸، ۱۰٫۹ و ۱۲٫۹.
ردهیِ ۸٫۸ معادلِ ASTM A325 و F1852، با تنشِ کششیِ نهاییِ ۸۰۰ مگاپاسکال.
ردهیِ ۱۰٫۹ معادلِ ASTM A490 و F2280، با تنشِ کششیِ نهاییِ ۱۰۰۰ مگاپاسکال.
•ردهیِ ۱۲٫۹ با تنشِ کششیِ نهاییِ ۱۲۰۰ مگاپاسکال، بالاترین ردهیِ جدول است.
•منطقِ نامگذاری: عددِ اول × ۱۰۰ = تنشِ کششیِ نهایی (مثلاً ۸٫۸ → ۸۰۰ مگاپاسکال) — یک میانبرِ حفظیِ مفید.
نکتهیِ کلیدی: در اتصالاتِ پیشتنیده و لغزشِ بحرانی فقط از پیچهایِ پرمقاومتی میتوان استفاده کرد که طبقِ استاندارد قابلیتِ پیشتنیدگی داشته باشند (پیچ، مهره و واشر مطابقِ استانداردی نظیرِ EN ISO 14399).
•پیچِ ردهیِ ۴٫۶ با تنشِ تسلیمِ ۲۴۰ و تنشِ کششیِ نهاییِ ۴۰۰ مگاپاسکال، پایینترین ردهٔ جدول است.
مدارکِ فنی و سایرِ ارجاعاتِ فصل (۱۰-۱-۵ تا ۱۰-۱-۸)
•۱۰-۱-۳ روشهایِ تحلیلِ سازه، ۱۰-۱-۶ الزاماتِ طراحیِ لرزهای و ۱۰-۱-۷ الزاماتِ ساخت، نصب و کنترل، در این فصل فقط معرفی میشوند و تفصیلشان در فصلهایِ ۱۰-۲، ۱۰-۳ و ۱۰-۴ آمده است.
•۱۰-۱-۵ مدارکِ فنی: نقشههایِ طراحی و مشخصاتِ فنی باید حدودِ کمیِ مشخصههایِ موردنیازِ مصالح را معرفی کنند یا به استانداردِ محدودکننده ارجاع دهند.
•۱۰-۱-۸ علائم، اختصارات و واحدها: مبنایِ نمادگذاریِ کلِ مبحث؛ واحدها در سیستمِ SI و تنشها بر حسبِ مگاپاسکال است.
•میلههایِ دندانهشده و میلمهارها (۱۰-۱-۴-۴) هم باید با استانداردهایِ پیوستِ ۱ منطبق باشند.
جدولِ مرورِ سریع
تعدادِ فصلها و پیوستهایِ مبحثِ ۱۰۴ فصل و ۶ پیوست
مرجعِ رفعِ ابهامدبیرخانهیِ شورایِ تدوینِ مقرراتِ ملّیِ ساختمان
مرجعِ ترکیباتِ بارگذاریمبحثِ ششم
بهکارگیریِ همزمانِ LRFD و ASDمجاز نیست
محدودهیِ ضریبِ اطمینان Ωعموماً ۱٫۵ تا ۲٫۰
مدولِ الاستیسیتهیِ فولاد۲۰۰٬۰۰۰ مگاپاسکال
نسبتِ پواسونِ فولاد۰٫۳
سقفِ تنشِ تسلیمِ مشخصه۴۶۰ مگاپاسکال
طاقتِ شارپیِ هر سه ردهحداقل ۲۷ ژول
دمایِ آزمایشِ JR / J0 / J2+۲۰ / صفر / −۲۰ درجهیِ سلسیوس
معادلِ St-37 / St-44 / St-52S235 / S275 / S355
پیچِ ۸٫۸ / ۱۰٫۹A325 با Fu=۸۰۰ / A490 با Fu=۱۰۰۰ مگاپاسکال
پیچِ مجاز در اتصالِ لغزشِ بحرانیفقط پرمقاومتِ دارایِ قابلیتِ پیشتنیدگی
سازههایِ خارج از دامنهپل، مخزن، دکلِ مخابراتی و انتقالِ نیرو
برو به آزمونِ همین فصل