بررسی و شناخت سازه های فولادی

تاریخچه سازه های فولادی
استفاده از فلز به عنوان مصالح اصلی یک سازه در ابتدای امر کاربرد گسترده ای در پل سازی و کشتی سازی و ساخت بنادر داشته است تا ساخت ساختمان های مسکونی امروزی. استفاده از فلز به عنوان مصالح سازه ای به پل قوسی در انگلستان به دهانه۳۰ متر با استفاده از اعضای چدنی بین
 سال های ۱۷۷۷ تا ۱۷۷۹ میلادی برمی گردد.
بین ساله های ۱۷۸۰ تا ۱۸۲۰ میلادی پل های متعددی به همین شیوه ساخته شد. حدوداً از سال ۱۸۴۰ به تدریج آهن کم کربن چکش خوار جایگزین چدن معمولی در امر ساختمان سازی شد.
امروزه با پیشرفت تکنولوژی آهن هایی با کربن بالاتر با عناوین اختصاری ۱A و ۲A و ۳A و ۴A و … با استاندارهای مختلف تولید و در امر ساختمان سازی و … استفاده می گردد.
محاسن سازه های اسکلت فلزی
سازه های اسکلت فلزی به دلیل داشتن مزایای زیاد، به وفور از آنها استفاده می شود. از آن جمله  می توان به استحکام و خواص خوب مکانیکی و مقاومت بالای فولاد در کشش و فشار، همچنین به دلیل تولید فولاد در کارخانه و کنترل کیفیت آن نسبت به بتن و سایر مصالح بنایی اشاره کرد.
معایب سازه های اسکلت فلزی
از جمله معایب فلزات برای استفاده از آنها در سازه مقاومت کم آنها در برابر رطوبت هوا و زنگ زدگی می باشد. برای جلوگیری از این موارد باید آن را توسط ضد زنگ رنگ آمیزی کرد. همچنین باید فولاد را در مقابل آتش سوزی حفاظت کرد.
در ضمن در طراحی سازه های اسکلت فلزی نهایت دقت را مبذول داشت و اتصالات آن نیز باید به شکلی مناسب و با کیفیت صورت گیرد.
قالب بندی فونداسیون
پس از ریختن بتن مگر در فونداسیون نوبت به قالب گذاری اطراف پی قبل از آرماتورگذاری می شود. بسته به نوع طرح مهندس طراح قالب های اطراف پی می تواند از بلوک های ۲۰ سانتی یا ۱۰ سانتی و یا آجر فشاری باشد که روی بتن مگر با احتساب و در نظر گرفتن عرض مفید پی جهت آرماتورگذاری توسط استادکار یا معمار کار گذاشته می شود.
قابل ذکر است که این نوع قالب بندی از نوع آجر پس از بتن ریزی و گرفتن بتن و سخت شدن از اطراف فونداسیون تخریب و جدا می شوند و یا ممکن است باقی بمانند.
شمع بندی (نصب تکیه گاههای موقت)
می توان گفت در سقف تیرچه بلوک تیرچه ها علاوه بر وظیفه ی اصلی خود نقش پشت بندهای قالب کف و بلوک ها نقش قالب های کف را ایفا می کنند. چون تیرچه ها نمی توانند بار تحمل کنند، در زیر آنها چهارتراشهایی (کش) به ابعاد حداقل cm5×10 به فاصله حدود ۱ متر بر روی شمع های چوبی یا جک های سقفی قرار می دهند. فاصله شمع ها از یکدیگر حدود ۱ متر است که شمع های چوبی باید بر روی گوه ها قرار گیرند تا امکان باز شدن آنها پس از اجرای کامل سقف فراهم شود. تیرچه ها را با یک خیز معکوس (به سمت بالا) و حداکثر یک سیصدم طول دهانه نصب می کنند تا پس از بارگذاری سقف و برداشتن شمع ها به حالت مسطح درآید. این خیز در تیرچه ها توسط شمع ها یا جک های سقفی (قبل از نصب بلوک ها) تامین می شود.
دیوار آجری
دیواری است که با آجر و ملات ساخته می شود. ابعاد آجرها در کشور ما و حتی مناطق مختلف متفاوت است. اندازه مناسب برای آجر آن است که طولش دو برابر عرض به اضافه یک سانتیمتر که به علت ضخامت بند ملات می باشد، دارا می باشد. هر چه ابعاد آجر بزرگتر باشد مقامت آجرکاری نیز بیشتر می شود آن هم به این خاطر است که مقاومت آجر از ملات که در آن استفاده می شود بیشتر است و علاوه بر آن سرعت دیوارچینی افزایش می یابد و البته اگر ابعاد آجر از مقداری معین بیشتر باشد کارکردن با آن مشکل است و از نظراقتصادی هم به صرفه نیست.
آجری که برای دیوارسازی بکار می رود باید مقاوم و مرغوب باشد و ملات مصرفی آن نیز می تواند از ماسه آهک  و با تارد یا ماسه سیمان باشد.
پیوند اصطلاحی است که به انواع آرایش های شناخته شده آجرهایی اطلاق می شود نوع آرایش پیوندها برای دیوارهایی که بارهای سنگین را تحمل می کنند امری اساسی است که می تواند تا حد امکان از تخریب سازه جلوگیری کند و برای اجرای درست این کار باید پیوند آجری طوری باشد که بار را به شکلی یکنواخت در تمام طول دیوار پخش کند تا هر بخش از دیوار مقدار کمی از بار را تحمل کند و از انواع این پیوندها می توان به پیوند بلوکی، پیوند خاجی، پیوند هلندی، پیوند کله و راسته، پیوند راسته، پیوند کله و غیره اشاره کرد.
در هنگام دیوارچینی باید به تعدادی نکات توجه کرد که عبارتند از اینکه ردیف راسته با آجر سه قدی شروع شود تا همپوشانی مناسب در رج ها بوجود آید، آجرهایی که در داخل ضخامت دیوار قرار
 می گیرند تا حد امکان به صورت کله ای کار گذاشته شود، حتی الامکان از آجرهای کامل ونشکسته استفاده شود.
آجرها قبل از مصرف زنجاب شوند یعنی از آب اشباع شوند، برای داشتن دیواری با مقاومت بیشتر تمامی درزهای داخلی دیوار در هر ردیف کاملاً با ملات پر شود، باید در هنگام آجرچینی دقت کرد تا بندهای عمودی در یک خط تراز نباشند.
شاقول کردن
شاقول وسیله‌ایست ساده که وزنه‌ای مخروطی شکل، معمولاً از جنس برنج یا فولاد که به انتهای ریسمانی وصل شده است تشکیل می‌شود. شاقول را برای کنترل قائم بودن دیوارها، بخصوص در گوشه و نبشها استفاده می‌کنند.
 هشت و گیر
در محلی که دو قسمت دیواری باید  به  یکدیگر وصل  شوند لازم  است که محل  اتصال آنها را  طوری بسازیم که اتصال آنها کامل و به هم قفل و بست شوند. برای اجرای این کار انتهای دیوار اول در محل اتصال را به صورت هشت و گیر در می‌آورند .
ریسمانی کردن کار
درزهای افقی ردیفهای آجری باید کاملاً بصورت افقی و تراز باشد زیرا افقی بودن هرزه ملاتها و درزهای افقی علاوه بر افزودن بر استحکام دیوار بر زیبایی آن نیز مؤثر می‌باشد. برای آنکه بندها کاملاً افقی باشند از ریسمانی که به دو انتهای کار محکم شده است، استفاده می‌کنند.
 ریسمان را باید طوری به کار برد که علاوه بر افقی بودن، به اندازه ضخامت یک آجر به اضافه کلفتی ملات از ردیف آجر قبلی بالاتر قرار گرفته و امتداد آن به اندازه ۲ تا ۳ میلیمتر از لبه کار جلوتر قرار گیرد تا امکان نصب آجرهای ردیف و کنترل آن براحتی صورت گیرد. به این عمل در بنایی ریسمانی کردن کار می‌گویند

انواع میلگرد
ـ میلگرد های ساده
ـ میلگردهای عاج دار
ـ میلگردها عاج دار تابیده
میلگرد های عاج دار به میلگرد هایی گفته می شود که میلگردهای استاندارد با عاج ها نورد می شود . این عاج ها باعث افزایش چسبندگی و عدم لغزش در میلگردها و بتن می شوند   اندازه میلگرد فولادی عاجدار استاندارد با شماره میلگرد مشخص می شود .
شماره میلگرد بر اساس مضربی از ۱۲۵/۰اینچ در قطر اسمی میلگرد است. قطر اسمی میلگرد عاج دار برابر با قطر یک میلگرد صاف هم وزن با آن است .      
میلگردهای ضخیم (۱۸-۱۴) بطور معمول کاربرد نداشته و تنها در ستون های با مقادیر فولاد زیاد مورد استفاده قرار می گیرند.
میلگردهای فولادی صاف که اولین شکل می گیرد ها بودند در حال حاضر به عنوان دور پیچ ستون ها و میلگردها ی درز انبساط کار برد داشته و برای ساختن شبکه های میلگرد ساخته می شوند.
ترازسازی سطح برای کار گذاشتن سنگ ازاره
تراز کردن با شمشه چوبی یا فلزی و یا ریسمانکار، با رعایت فاصله و با اندازه برداری از دو طرف سفت کاری به اندازه ۵ سانتیمتر برای شمشه گیری انجام می شود.
سپس به وسیله ملات ماسه سیمان فاصله بین شمشه و سفت کاری پر شده و با ماله و یا کمچه کشیدن یکنواخت، سطح شمشه صاف و تراز شده تا برای کار گذاشتن سنگ آماده شود.
توجه: چنانچه سطح دارای ناهمواری باشد می توان با گذاشتن گوه چوبی نازک رج اول سنگ کاری را مستقر کرد.
سنگ قرنیز
هر نوع سایبان را که بالای پنجره ها یا درهای ساختمان شود و قسمت پایین دیوار که آن را با مصالح سختی چون سنگ ، سیمان بپوشانند و از قسمتهای دیگر متمایز باشد را قرنیز گویند .
با توجه به اینکه گچ در مقابل رطوبت مقاوم نبوده و به سرعت فاسد می شود برای جلوگیری از رسیدن رطوبت به دیوار گچی در موقع شستن کف دور اتاق ها را معمولا به ارتفاع ۱۰ سانتی متر یک رگ سنگ پلاک کار می گذارند برای قرنیز می توان از سنگ های مختلفی مانند سنگ تراورتن ، باغ ابریشم ، مرمر و غیره استفاده نمود .
به این نکته نیز باید توجه داشت که مصالح تشکیل دهنده قرنیز باید با محل مورد مصرف هماهنگی کامل داشته باشند و قرنیزهای خارجی باید از مقاومت کافی در مقابل آب باران ، برف و ضربه های احتمالی برخوردار باشند  .
برای نصب قرنیز سنگی و موزاییکی ابتدا باید سنگهای مناسب و مقاوم به قطر ۱ تا ۵/۱ سانتی متر به عرض ۷ تا ۱۰ سانتی متر را به فاصله ای از دیوارروی فرش کف معمولا موزاییک یا سنگ قرار می دهند و با ملات ماسه سیمان پشت آنها را یعنی فاصله بین سنگها و دیوار را پر می کنند این قرنیز را نسبت به سطح دیوار (اندود سطح دیوار) به حالتهای گود ، همرو یا برجسته نصب می کنند .
بنابراین فاصله از ازاره تا دیوار (مقدار ملات خور) بستگی به نوع نصب آن دارد که به هر حال نباید کمتر از ۱ سانتی متر باشد . طول سنگهای قرنیز متفاوت است و آنها را بدون بند در کنار هم نصب می کنند و در موارد ضروری برای درگیری بیشتر سنگها با دیوار می توان از پیچ و روپلاک استفاده کرد طریقه نصب قرنیز موزاییکی مانند قرنیز سنگی می باشد .
در نصب سنگ قرنیز باید به این نکته توجه شود که هم سطح گچ دیوار نصب گردد بهتر است اگر جلوتر از گچ دیوار نصب شود به علت پیش آمدگی همیشه جای گرد و خاک خواهد بود و اگر عقب تر از گچ کاری نصب شود در نتیجه گچ لبه تیزی پیدا خواهد کرد که در اثر مرور زمان لب پریده شده و منظره زشتی پیدا خواهد نمود و بهتر است از نظر زیبایی در محل برخورد سنگ قرنیز و گچ فرورفتگی کوچکی که به آن چفت می گویند در گچ ایجاد نمود .
قسمت خارجی دیوار در محل اتصال به کف به دلیل تماس مستقیم با آب باران و برق و احتمال ضربه معمولا با مصالح مقاومی مانند پلاک های سنگی یا بتنی یا سنگهای قواره پوشیده می شود حداقل ارتفاع آن ۳۰ سانتی متر است که این مقدار با توجه به میزان بارندگی هر منطقه متغیر است حداقل ضخامت پلاکهای سنگی ۳ سانتی متر و از نوع سنگهای مقاوم در مقابل ضربه با میزان کم جذب رطوبت در نظر گرفته می شود که میزان سیمان در متر مکعب بتن غیر مسلح ۲۰۰ کیلوگرم و در بتن مسلح ۲۵۰ کیلوگرم است
صفحه ی کف ستون
در سازه های اسکلت فلزی بارها از طریق ستون به فنداسیون منتقل می شود. بارها از طبقات فوقانی و توسط ستونها به صفحات زیر آن وارد می شود. صفحه کف ستون موجب می شود که سطح تماس ستون با پی افزایش یابد و همچنین باعث توزیع بارها به سطح پی نیز می گردد. برای اتصال صفحات زیر ستون پا بتن از بولت استفاده می گردد که برای اتصال بهتر انتهای ان خم می شود. معمولاً‌‌‌ تعداد بولتها۲ عدد و نمره آنها ۲۰ به بالا انخاب می گردد و طریقه ی قراردادن این صفحات در بتن به سه صورت است.
۱-    در ابتدا توسط صفحه نازکی شبیه ورق کف ستون که شابلون نامیده می شود، قسمت فوقانی بولت و قسمت پایین توسط نسبی به هم بسته می شوند. و صفحه زیر ستون با بولتها جوش خورده می شوند و در هنگام بتن ریزی داخل پی قرار می گیرند. ولی بعلت اینکه بتن پس از بتن کاهش حجم دارد تا مقداری زیر این صفحات خالی می ماند و برای کمتر کردن این نقیصه سوراخ بزرگی در وسط صفحه ایجاد می کنند تا هوای زیر صفحه خارج شود و سپس صفحه را کوبیده تا بتن از اطراف سوراخ به بیرون ریزد.
۲-    دراین حالت ۴ میلگرد که از میان صفحه عبور کرده توسط پیچ و مهره در جای خود ثابت می گردد و پس از خشک شدن می توان با باز کردن مهره ها صفحات را خارج نمود و زیر آنرا با یک قشر نازک بتن پر نمود و دوباره صفحه را در محل نصب نماییم. باز کردن مهره ها نباید از یک هفته زودتر انجام گیرد.
۳-    در این حالت صفحه باید قدری بالاتر از محل اصلی خود قرار گیرد تا محل میله های مهار دقیقاً مشخص گردد برای این کار آرماتورهای ساده ای را به اندازه معین بریده و ۳ تا از آنها را در زیر صفحه کف ستون قرار می دهند تا هم سطح کف ستون به اندازه ۱۰ سانتیمتر بالاتر قرار گیرد و هم وسیله ای برای تراز کردن صفحه باشد.
در کارگاه فوق برای کف ستونها از پلیت های به ابعاد ۳×50×55 سانتیمتر که دارای ۶ سوراخ بودند استفاده می شود و نمره بولتها جهت محکم کردن صفحات ۲۵ است که توسط مهندس محاسبه و اجرامی گردد.
پس عمل تخلیه بتن را انجام می دهند و در این حالت صفحه هنوز در محل خود ثابت است
بعد از تخلیه بتن عمل تراز کردن صفحات با پیچاندن پیچها صورت می گیرد پس فواصل بین زیر صفحه بیس پلیت و بتن پی با ملات سیمان به ضخامت ۲ الی ۳ سانتیمتر و به نسبت ۱ به ۲ و از ماسه نرم (گردت) پر می گردد.
لازم به ذکر است انتهای بولتها که به صورت گونیا هستند با سیم آرماتوربندی به قفسه های شناژ محکم می شوند.
اتصال ستون به کف ستون
اولین نکته حائز اهمیت این است که صفحه زیر ستون قبلاً کاملاً بایدتراز باشد و محل اتصال آن به صفحه زیرستون باید کاملا مستوی بوده بطوریکه در موقع قراردادن آن روی صفحه تمام نقاط آن با صفحه در تماس می باشد.
نکته مهم دیگر اینکه ستونها قبل از جوش خوردن باید حتما با شاقول تراز شوند و سپس دور تا دور آن به ورق پشت بند جوش داده می شوند.
در موقع جوشکاری های ستون به صفحه زیرستون باید توجه نمود چنانچه بعد جوش زیاد باشد مانع چسبیدن نبشی های اتصال به ستون و صفحه زیر ستون خواهد شد. با توجه با این که تقریباً‌ کلیه ممانهای وارده به پای ستون به وسیله نبشی های اطراف تحمل می گردد باید دقت شود که این جوشکاری فقط درز مابین پای ستون و صفحه زیر ستون را پر نماید و از آن خارج نشود.
در بعضی از ستونها که دارای خارج از محوری شدید می باشند به جای نبشی از صفحات مستطیل شکل که طول آن بیشتر از پشت تا پشت ستون است استفاده می گردد و بدین وسیله نبشی های اتصال را با ابعاد بزرگتر به وسیله صفحه در محل می سازند و به وسیله چند عدد صفحه لچکی که بین دو بال نبشی قرار می دهند سیستم قابل اطمینان در مقابل ممانهای وارده ایجاد می کند.
در هنگام اتصال ستون به کف ستون بعد از استقرار ستون و شاقولی کردن آن صفحه ی دیگر پشت بند که در طرف دیگر ستون باید قرار بگیرد  به پای ستون جفت و جوش می دهند.
لرزاندن بتن (ویبره کردن)
ویبراتور موتور بنزینی یا برقی کوچکی است که در بتن تولید ارتعاش نموده و بتن را به تمام
 گوشه های قالب هدایت می نماید و در نتیجه مانع ایجاد فضای خالی در داخل بتن می گردد. ولی باید توجه داشت که اگر بتنی را بیش از حد ویبره نمائیم دانه های درشت آن در زیر قرار گرفته و دانه های ریزتر  و همچنین دوغاب سیمان در روی قرار می گیرد که این خود باعث غیریکنواختی و ضعف قطعه بتنی می گردد.در موقع ویبره کردن بتن شیلنگ ویبراتور باید حتی المقدور در وضع قائم نگاهداشته شود درامتداد محورش جابه جا گردیده و خیلی آرام در حال کارکردن از بتن بیرون کشیده شود. اگر بتن را ویبره کنیم باید زمانی که شیلنگ ویبراتور را داخل  بتن قرار می دهیم به دفعات بوده و هر بار از یک دقیقه تجاوز نکند و بعد از یک دقیقه آن را در بتن جابه جا نمائیم و ویبره کردن بتن باید بعد از هر ۲-۱ متری که بتن ریخته می شود، ویبره شود.
ابزار زنی
گاهی برای زیبایی اطراف اتاق اقدام به خط کشی برجسته می نمایند که این خط کشی ها پهن و تعداد آن به چند خط موازی و یا نیم دایره های برجسته و یا مثلث های برجسته می باشد که آنها هر کدام به نامی معروف می باشند و به همه آنها ابزار می گویند.
پس از اینکه کار صاف کاری با گچ آماده انجام پذیرفت اطراف اتاق را به اندازه دلخواه پایین تر از سقف یک خط افقی کشیده و یک شمشه نازک با اندازه ضخامت ابزار مورد استفاده روی دیوار نصب
می کنند (ابزار از یک تخته ساده به فرم های دلخواه بریده شده است و جای برجستگی شمشه از روکار در دل ابزار عمق داده که بلندی شمشه در گودی ابزار می نشیند و حرکت ابزار را روی کار آسان می کند) ابزار را روی شمشه و عمود بر شمشه بطرفی که دست راست حرکت کند حرکت می دهیم.
در موقع حرکت با دست دیگر مقداری گچ ساخته شده (گچ زنده) در جلوی ابزار نگه می دارند و ابزار را با فشار دست به حرکت درآورده و روی گچ می کشند …

بخشی از منابع و مراجع پروژه بررسی و شناخت سازه های فولادی
        1- اجزاء ساختمان و ساختمان – سیاوش کباری
        2- اجزاء ساختمان – جلیل شاهی
        3- اصول فنی ساختمان – محمود ماهرالنقش
        4- ساختمان سازی۱ – رابین بری – ترجمه اردشیر اطیابی
        5- روشها و مدیریت کارهای ساختمانی – ترجمه محمدتقی بانکی
        6- مشخصات فنی عمومی کارهای ساختمان – نشریه شماره ۵۵ – سازمان مدیریت و برنامه ریزی
        7- مقررات ملی ساختمان ایران، مبحث۹، طرح و اجرای ساختمانهای بتن آرمه، وزارت مسکن و شهرسازی
        8- راهنمای قالب بندی ساختمانهای بتن آرمه – دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان وزارت مسکن و شهرسازی