سازه های فولادی

اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولادی

چکیده

باگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشی در صنعت شاختمان در ایران هنوز نقایص زیادی در اجرای ساختمانهای فولادی جدید مشاهده می شود. در یک بررسی اولیه عوامل زیر را می توان به عنوان دلایل اصلی نقایص ذکر کرد:

1- عدم طرح دقیق اتصالات جوشی با توجه به عملکرد مورد نظر آنها

2- عدم انطباق اجرای معمول ساختمان با آیین نامه ها و دستورالعملها

3- کیفیت پایین جوش به علت عدم وجود آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای مهندسان و جوشکاران

4- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور.

در این مقاله بعد از مرور خرابیهای سازه های فولادی در زلزله های گذشته ایران و جهان سعی گردیده تا طراحی و اجرای معمول و سنتی سازه های فولادی جوش شده در کشور با حالت قابل قبول آن مقایسه گردد. برای این منظور از آیین نامه های معمول طراحی سازه های فولادی ایران و آیین نامه های طراحی کشورهای صنعتی زلزله خیز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردی از اجرا یا آیین نامه ها و دستورالعملهای اجرایی همخوانی ندارد. علاوه بر آن مطالعه ای بر روی نقاط ضعیفی که ناشی از اجرای جوش می باشد انجام گرفته و در پایان پیشنهاداتی برای بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشی از زلزله ها در این نوع سازه ها ارایه گردیده است.

مقدمه

سازه فولادی از مجموعه ای از اعضای باربرساخته شده از نیمرخهای فولادی یا ورق می باشد که به کمک اتصالات به یکدیگر متصل می گردند.با توجه به روشهای تکامل یافته ای که برای تولید نیمرخ های فولادی به کار گرفته می شود این مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاری از خود نشان می دهند. مساله بسیار مهم رفتار اتصالاتی است که الف) برای ساخت اعضای مرکب از نیمرخ و ورق برای یکپارچه نمودن اعضا(شامل تیر و ستون و مهاربندها)در محل گره ها مورد استفاده قرار می گیرد.وسایلی که برای ساخت اعضا و اتصال آنها به یکدیگر به کار می رود شامل پیچ و پرچ و جوش است.در این میان استفاده از جوش در ساختمان سازی متعارف در ایران بسیار رایج است.تا زمان وقوع زلزله نورث ریچ(1994)تصور بر این بود که در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی جوشی این سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولی از خود نشان می دهند.اما وقوع این زلزله این فرض رازیر سوال برد.در این زلزله مشاهده شد که در بسیاری از اتصالات , در محل درز جوش اتصال , فلز مادر(Base metal) دچار ترک یا یعضا شکست شده است.اسن مساله باعث شد تا تحقیقات گسترده ای در مورد علت این پدیده صورت گیرد که این تحقیقات تا به امروز ادامه دارد.از طرف دیگر مشاهده و تحقیق درباره وضعیت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی نشان می دهد که اتصالات جوشی متداول در ایران از کیفیت مناسبی برخوردار نیستند و با وجود سابقه نسبتا طولانی در استفاده از جوشکاری در صنعت ساختمان هنوز نقایص زیادی در این زمینه مشاهده می شود.

عملکرد لرزه ای ساختمانهای فولادی

براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هایی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پایداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمایند.با توجهبه منحنی نیرو-تغییر مکان سازه ها و توجه به این مطلب که سطح بین منحنی نیرو-تغییرمکان و محور تغییرمکان نشان دهنده میزان انرژی جذب شده توسط سازه است.هر چه سازه شکل پذیرتر باشد انرژی بیشتری را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتری دارد.فولاد نرمه به علت طبیعت شکل پذیر از این نظر ماده مناسبی می باشد و می تواند میزان زیادی انرژی جذب کند.اما تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و یا انهدام خواهد شد.در زلزله منجیل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمانهای فولادی دچار تخریب کامل شدند. رفتار این سازه ها در این زلزله ثابت کرد که در بسیاری از موارد سازه های موجود دارای سیستم مقاوم زلزله مناسبی نیستند.استفاده از تیرهای خورجینی(تیرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سیستم حاصل و مدل صحیح برای این اتصالات باعث شده این سیستم از نظر مهندسی زلزله بسیار آسیب پذیر تلقی گردد.درس حاصل از این زلزله کیفیت پایین ساخت و ساز شهری بودکه در سالهای اخیر تلاشهایی برای اصلاح آن به عمل آمده است.در زلزله نورث ریچ آمریکا مشاهده شد که در بسیاری ازساختمانهای فولادی اتصال تیرها و ستونها دچار ترک و یا بعضا شکست شد.بیشتر این ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.

صنعت جوشکاری ساختمان در ایران

با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهایی که با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید.در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایرن به ناگهان سر از زمین برآورد.گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروز انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که باید از کیفیت مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل دخیل در طرح و ساخت سازه های فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان به صورت زیر بیان نمود :

1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها

2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان

3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور

4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها

1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها

در بسیاری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزییات ارایه شده در آیین نامه تطابق ندارد.این موارد ناشی از موارد متعددی است که از میان آنها به موارد زیر می توان اشاره کرد:

الف) آشنا نبودن مهندسین سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارایه نقشه ها و

جزییات غیرقابل اجرا

ب) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا

پ)آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم

توانایی در تمیز دادن حالات مختلف از یکدیگر

بعد از اجباری شدن آیین نامه2800(1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیتهای معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روزافزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در این سیستم اتصال تیر به ستون از نوع گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگراز تیر به ستون وجود داشته باشد.در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجاییکه متاسفانه عملیات جوشکاری در محل کارگاههای ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گیرد کنترل کیفیت جوش بخصوص در هنگام مونتاژ درارتفاع زیاد از سطح زمین حتی به صورت عینی(Visual) امکان پذیر نمی باشد. همچنین معمولا در محل اتصال ورق به ستون به جای جوش نفوذی از جوش گوشه استفاده می شود در نتیجه هنگام زلزله این نقاط علاوه بر تحمل نیروی کمتر در حالت تردشکن گیسخته خواهد شد. زمانی که در یک عضو فشاری ازدومقطع در کنار یکدیگر استفاده می شود باید هم پایداری کل عضوبه عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تاخیچکدان تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند.برای این منظور این مقاطع باید در فواصل مشخص به یکدیگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش یابد. بسیاری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به یکدیگر وصل نمی شوند و در نتیجه دومقطع بایکدیگر عمل نمیکنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بین جوش دومقطع در ستونهای ترکیبی را مقرر نموده است.اما در موارد زیادی مشاهده می شود که فاصله بین جوش ستونها بیشتراز این مقدار است.

2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان

یکی از مهمترین اشکالات موجوددر اجرای ساختمانهای فولادی در کشور کیفیت پایین جوشکاری ساختمان می باشد.عوامل مختلفی در این امر تاثیر می گذارند.استفاده ازجوشهای کارگاهی حتی در مورد جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری درکارگاه ساختمانی و استفاده از نیروی انسانی غیرمجرب از عولمل اصلی پایین آمدن کیفیت جوشکاری ساختمان می باشد.در نتیجه عوامل برشمرده شده مشکلات عدیده ای گریبانگیر اتصالات جوشی می باشد.

در بسیاری از موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن یا مواد نامناسب دیگر است و یا اینکهروی فلززنگ زده یا رنگ خورده جوش داده می شود.گاه در فاصله بین پاسهای متوالی جوش حتی از جدا نموده گل جوش نیز خودداری می شود و یابدون برداشتنگل جوشکاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود.از انواع جوشهایی که در کارهای ساختمانی بسیار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب موارد این نوع جوش از کیفیت پایینی برخوردار است. در بسیاری از موارد در اثر استفاده از تکنیکهای نامناسب جوشکاری نقایصی چون تابیدگی و پیچش در قطعات اتفاق می افتد.

عیوبی نظیر نفوذ ناقص بریدگی کناره جوش اختلاط سرباره تخلخل و وجود ترک درفلز مادر باعث کاهش ظرفیت باربری قطعات می شود. یکی از متداولترین اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تیرهای لانه زنبوری می باشد.بسیاری از مجریان طرح این تیرها را در وضعیت نامطلوبی در کارگاه ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسیاری از موارد جوش میانی تیر از کیفیت پایینی برخورداراست و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت و تقویتهای لازم درمجل تکیه گاه تیر و وسط آن صورت نمی پذیرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمانها نیز از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول نمی شود .

3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور

با توجه به اهمیتی که شهرداری برای مسایلی از قبیل پارکینگ و نورگیرها و مسایلی از این دست قایل است مشاهده می شود که بیشتر توجه مهندسان نیز به این امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسایل سازه ای نمی شود.البته باید به این نکته نیز اشاره شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجویان عمران مهندسینی که از دانشگاه فارغ التحصیل می شوند در این زمینه دارای اطلاعات کافی نیستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسوولیت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته باید به این موارد مساله سختی کار را نیز افزود.به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسین از انجام بازدید از این جوشها طفره می روند. در نهایت امر اینکه آنطور که از ظواهر امر مشخص است شهرداریها نیز در این زمینه کوچکترین نقشی ایفا نمی کنند و هیچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.

4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها

بسیاری از کارفرمایان عمل طراحی سازه و ایجاد تمهیدات مقابله با زلزله را یک امر زاید می دانند و تلاش می کنند تا کمترین هزینه ممکن را صرف این کار نمایند.از طرف دیگر شهرداریها کمترین نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسایل معماری دقت می کنند. این عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسین سازه اهمیت داشته باشد و طرح از حداقل اهمیت برخوردار باشد به خاطر همین موضوع مهندسین سازه اغلب کمترین وقت را صرف این عمل می نمایند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی نبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای یک ساختمان در نقشه های دیگر ساختمانها استفاده می شود. در بسیاری از موارد جزییات اتصالات موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.

نتیجه گیری و پیشنهادات

از بررسی های انجام شده بر روی ساخت وساز ساختمانهای فلزی در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زیادی در طرح و اجرای این سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقایص مربوط به اتصالات جوشی است.اجرای جوش کارگاهی و نبود آموزش کافی برای مهندسان عمران و عدم نظارت کافی بر حسن اجرای جوش و ... مشکلاتی است که این صنعت را رنج میدهد.و برای رفع این موارد بهترین راه

1- در صورت امکان استفاده از جوش در کارخانه به جای جوش کارگاهی

2- بالابردن سطح آگاهی عمومی جامعه درباره زلزله بر ساختمانها

3- آموزش جوشکاری به جوشکاران و دادن گواهینامه به جوشکاران ماهر ساختمانی

4- آموزش جوشکاری به عنوان واحد درسی به مهندسین عمران و یا ایجاد شاخه جدیدی

تحت عنوان بازرسی جوش اسکلت برای مهندسیت ناظر

5- تقویت سیستم نظارتی موجود و ایجاد سیستم های نظارتی ناظربر کار مهندسین عمران

رضا دانشجوی مهندسی عمران ( از جایی گیر آوردم )

Concrete Technology

DeepSeal Natural - Product Specification

The Effects Reduction inwater uptake Reduction in water-vapor permeability Reduced concrete corrosion Resistance to alkalis &Carbon's UV Resistance Surfaces not left shiny or caused to yellow Lower building maintenance costs

Unlike film-forming coatings such as those based on acrylic, polyurethane or epoxy resins, water repellents do not seal the pores at the surface of masonry.They form a very thin layer on the capillary pore walls. Water can no longer penetrate in liquid form into capillaries that have been
rendered water-repellent, since, as a polar liquid, it is unable to interact with a non-polar, hydrophobic surface. In other words, pores, which have been DeepSealed are therefore
hydrophobic and can no longer, bewetted bywater.

Fig. 3: A mineral surface with

(a) a hydrophobic impregnation, (b) Filled pores,

and (c) a sealant film

The degree of wetting can be determined quantitatively as the contact angle, (fig. 4a,b).
Untreated surfaces of masonry building materials are wetted immediately by water, i.e., the drops of water spread out and are rapidly absorbed by the building material (fig. 4a). If the same building material is treated with impregnating agent, the drops of water retain their spherical shape and do
not penetrate into the substrate. The water is repelled in the form of beads (fig4b).

Fig 4a: Wetting of a hydrophilic porous surface

Fig. 4b: Water repellency of a hydrophobic porous

Water vapour can diffuse

Since the pores in DeepSeal hydrophobically treated masonry remain open, the building material retains its vapour permeability or “breath ability”. Accordingly, the passage of water vapour is impaired only slightly, if at all. This is of great importance, since moisture can diffuse to the outside without causing any damage, e.g., blistering and subsequent spalling, which frequently occurs with thick surface coatings.

Water under pressure

On the other hand, it is of course obvious that a water repellent treatment cannot render a building material resistant to groundwater or to prolonged driven rain, since the pores in the masonry are open. This can be a serious problem in cellars, and also with highly exposed facades. The larger the
pores in the building material the greater the problem. However, properly applied water repellents are
perfectly sufficient to render many standard building materials, such as sand-lime brick, clinker brick and concrete, resistant to wind driven rain.

Breathing new life into buildings

How “DeepSeal” functions
How can DeepSeal repel water so effectively and yet manage to remain permeable to water vapour? To use a simple analogy, they function rather like a leaf does in nature. Water is held at bay and runs off the surface, however the leaf can still exchange gases with the environment.
DeepSeal owes this property to its molecular structure. Chemically speaking, it falls midway between inorganic and organic compounds, with each molecule having an inorganic backbone, resembling quartz (SIO) in structure, to which are attached organic groups, denoted by (R).Thus the molecules have a highly specific structure.They align themselves on the building with their inorganic backbones (SIO) against the surface the organic groups (R) projecting outwards to present a barrier to moisture. The surface is hence rendered water repellent and very resistant to wetting. Nevertheless, the DeepSeal molecules do not clog the pores, therefore the surface retains its permeability to water vapour and “breathes”.

Therefore, treated buildings do not suffer from condensation damage. However the water repellency can be over come by water under pressure.

DeepSeal is available as a solvent based material as well as
an environmentally friendly water-based system.

DeepSeal Application

DeepSeal products are designed to be used on virtually any mineral surface so long as it contains a
calcium content, such as architectural paving shown below.

Chelmstone paving finished in DeepSeal Natural.

Service Life

Because the DeepSeal becomes part of the surface to which it is applied. It should give many years of service, however life expectancy will be dependent on the surface and environment in which it is placed.

Application

Is best with a low-pressure spray, by roller or brush, in a 2 coat system applied wet on wet, which means, the second coat is applied soon after the first coat. Apply only in temperatures between 5-30 Deg C. Deepseal is rain resistant in approximately 4 hours at 21 Deg C.

Coverage (m²/ltr/coat) Approximately

Concrete	4m2 – 6 m2
Brickwork	3m2 - 4m2
Sandstone	3m2 – 5m2
Cement render	3m2 – 5m2
Exposed Aggregate	4m2 – 7m2

Protective clothing, goggles, footwear and protective gloves should be worn when handling DeepSeal Products.

شروع

سلام به شما که دارین مطالب این وبلاگو میخونید ......

من رضا هستم 21 ساله دانشجوی مهندسی عمران

من از طرف خودم و بقیه ی همکلاسی ها که تو تهرانیم از زحمات آقا فرامرز تشکر می کنم .

منتظر مطالب من باشید … (‌ من بیشتر در باره ی عمران می نویسم )

 fatima.asheghat gashtam begofti asheghan divaneand,aghebat ashegh shodi didi ke khod divaneie.

اینم یه عکس خوب برای شروع!

مقدمه

 

     سلام

        من فرامرز هستم.۲۰ ساله.دانشجوی مهندسی برق و سیستم های کامپیوتر. مدتی بود که به فکر ایجاد دفتر خاطرات اینترنتی افتاده بودم. بعد از مدتی تحقیق تصمیم گرفتم وبلاگ بنویسم. با وبلاگ از طریق یکی از دبیران دوران دبیرستانم آشنا شدم.آقا منصور.ایشون خیلی سر ما حق دارن.ما همکلاسی ها هم خیلی دوسشون داریم.برای دیدن وبلاگ ایشون میتونید اینجا کلیک کنید.

       اول میخواستم تنهایی وبلاگ بنویسم و اسمشو بذارم « نبرد من » .بعد از درمیان گذاشتن ایده وبلاگ با همکلایسها با استقبالشون روبرو شدم و تصمیم گرفتیم گروهی بنویسیم.

      دفتر خاطرات که مینوشتم خیلی ناامید مینوشتم.نوشته هام همش غم داشت.ولی میخوام اینجا دیگه اینجوری نشه.یک نکته هم باید بهتون بگم که شما قرار سنگ صبور ما شید پس حرفهایی که اینجا ردوبدل میشه جایی غیر اینجا نباید بره!

     برای نوشتن وبلاگ یک سیلابس هایی برای خودم تعریف کردم که سعی میکنم رعایت کنم.اگر اشکالی در نوشته هایم دیدید خیلی خوشحال میشم بهم بگید.

ان شاءالله بتونیم حق مطلب رو ادا کنم...  

    


It is about 15 days that the government of Iran filtered the weblogs
 due to edition. and because of this, members of our web can not write. they are not active member though.

     I was in Kish  last week and I wrote IELTS exam there. I am in the North now and I’m enjoying my vacation….

     I am still waiting for your correction and comments…

     Did you miss my songs?!!

Faramarz

بایدها و نبایدها در زندگی من(قسمت سوم)

تحقیق . فکر . گفتگو . بحث . نتیجه گیری . تعیین هدف . تلاش...

در کارهایم باید تحقیق کنم . تفکر لازمه ی  انجام هر کاری است . با بچه هایم درباره ی کارهایی که میخواهند بکنند باید بحث و گفتگو کنم . تحقیق کنم . همه ی این کارها باید با آرامش همراه باشد . با داد و فریاد غیر از اینکه مسئله پیچیده تر شود چیز دیگری درست نمی شود . با داد وفریاد فقط غرور پسرم را میشکنم. فقط احساسات دخترم را خدشه دار میکنم . برای بچه هایم , برای علایقشان ارزش بگذارم .آنها را به عنوان انسان قبول کنم! . خانه را به عنوان مسافرخانه نبینم...

فرامرز 

Tomorrow is my birthday. my second birthday!. Last year I had a revolution  in myself . I’m happy because I still keep the rules that I’ve made and still wanna do it!!!

I made a game between me and GOD . if anyone wants to join the game here is the rules:

1)say your prayer on time.

2)read at least 2 pages of your holy book every day.

3)DO not lie(or die trying!)

4)you write!!!(if you want to join…)

Do you missed my songs?

Faramarz

سه جمله پر کاربرد :

1-     اگه اولش به فکر آخرش نباشی ، آخرش به فکر اولش میفتی .

2-     آغاز کسی باش که پایان تو باشد.

3-  در بازار خوشبختی از هیچکس نمی پرسند چه داری ، می پرسند چه هستی .

هادی