پارامترهای هندسی مقاطع فولادی

22 آبان 1402 توسط

مجید ذکری

پارامترهای هندسی مقاطع فولادی

سازه‌های فلزی به دلیل سرعت اجرای بالاتر و همچنین ابعاد کوچکتری که نسبت به سازه‌های بتنی می‌توانند داشته باشند مورد توجه زیادی قرار گرفته‌اند.

از مزایای سازه‌های فلزی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مقاومت بالا
شکل‌پذیری
سرعت اجرای بالا
وزن اسکلت پایین‌تر

از معایب سازه‌های فولادی نیز می‌توان موارد زیر را نام برد:

زنگ‌زدگی
خستگی تحت اثر بارهای تکرارشونده
در برابر آتش‌سوزی مقاومت چندانی ندارد

در سازه‌های فولادی از انواع پروفیل‌های ساختمانی استفاده می‌شود که در زیر مشخصات برخی از این مقاطع ارائه شده است:

پروفیل IPE:

از این مقاطع بیشتر در تیرها به دلیل ممان اینرسی بالا حول یکی از محورها استفاده می‌شود. این مقاطع با توجه به اینکه ممان اینرسی حول یک محور کم است مناسب برای استفاده در ستون‌ها نیستند و به صورت تکی مورد استفاده قرار نمی‌گیرند و برای استفاده از آن‌ها به عنوان ستون، آن‌ها را به صورت مرکب به کار می‌برند. ممان اینرسی حول محور قوی این مقاطع نسبت به محور ضعیف آن‌ها تقریباً بین 10 تا 23 است. همچنین در این مقاطع نسبت طول بال به ارتفاع کلی مقطع تقریباً برابر نیم است.

پروفیل INP:

این مقاطع نیز مشابه مقاطع IPE بوده ولی قسمت بال آن‌ها دارای شیب است.

پروفیل IPB :

این مقاطع به شکل I هستند و به آ‌ن‌ها مقاطع بال پهن نیز گفته می‌شود، عرض بال برای مقاطع بال پهن برای پروفیل‌های تا عمق 30 سانت برابر عمق مقطع است. ممان اینرسی این مقاطع حول محور قوی نسبت به محور ضعیف آن‌ها تقریباً بین 3 تا 4 است و نسبت به مقاطع IPE اختلاف ممان اینرسی آن‌ها حول محورهای ضعیف و قوی خیلی زیاد نیست.

نبشی پارامترهای هندسی مقاطع فولادی:

این مقاطع به صورت L شکل هستند و دارای بال‌های با ساق مساوی و نامساوی تولید می‌شوند. از این مقاطع برای اجرای وال پست (wall post)، اجرای نبشی کشی برای اتاقک آسانسور، اتصالات و… استفاده می‌شود. همچنین این مقاطع اکثرا به صورت مرکب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ناودانی :

این نیمرخ‌ها دارای یک محور تقارن هستند و اکثرا به صورت مرکب برای مهاربند‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و همچنین از این مقاطع می‌توان به عنوان برشگیر در مقاطع مختلط استفاده کرد.

سپری:

این مقاطع به صورت T شکل هستند و اکثرا در ساخت اعضای مرکب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مقطع لوله و قوطی:

این مقاطع به دلیل داشتن ممان اینرسی و شعاع ژیراسیون بالا، بیشتر به عنوان ستون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مقطع Z شکل:

این نوع مقطع درکارهای ساختمانی برای زیرسازی سقف‌های شیب دار به کار می‌رود و در کشتی‌سازی نیز استفاده می‌شود. در نقشه‌های فنی با Z نشان داده می‌شود و عدد بعد از آن ارتفاع پروفیل را نشان می‌دهد.

ورق‌ها:

ورق‌ها کاربرد بسیار زیادی در ساخت سازه‌های فولادی دارند به طوری که از آن‌ها می‌توان برای ساخت مقاطع فولادی به صورت تیر ورق استفاده کرد و ابعاد دلخواه را تهیه نمود. هچنین از ورق‌ها برای انجام وصله و در اتصالات گیردار استفاده می‌شود.

ورق و تسمه در نقشه‌های فنی با علامت اختصاری PL L✕w✕t نشان داده می‌شوند که اعداد بعد از PL به ترتیب بیانگر طول، عرض و ضخامت آن هستند.

روابط محاسباتی که در طراحی اعضای ساختمانی به کار می‌روند شامل ضرایبی هستند که خواص مصالح و مشخصات هندسی مقطع را در بر می‌گیرد. مشخصات هندسی مقطع، نشان دهنده موثر بودن مصالح است. از مهمترین مشخصات هندسی که در مسائل طراحی سازه به آن برخورد می‌شود می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
سطح مقطع (A)
ممان اینرسی (I)
اساس مقطع الاستیک (S)
اساس مقطع پلاستیک (Z)
شعاع ژیراسیون(r)
ثابت پیچش (J)

1- تعریف ممان اینرسی:

ممان اینرسی یا گشتاور دوم سطح در واقع نحوه توزیع سطح حول یک محور یا یک نقطه مشخص را نشان می‌دهد. برای محاسبه ممان اینرسی یک جسم ابتدا لازم است تا مرکز سطح آن محاسبه شود. هر چقدر مقدار ممان اینرسی یک جسم بیشتر باشد مقامت خمشی آن بیشتر خواهد بود و واحد آن طول به توان چهار است و به صورت رابطه زیر محاسبه می‌شود.

که در آن S فاصله بخش‌های مختلف جسم تا مرکز سطح کل جسم است.

2- محور خنثی الاستیک (y_e):

نقاطی از یک مقطع هستند که به هنگام خمش تغییر طول نخواهند داشت.

که در آن:

A_i: مساحت قسمت i و فاصله مرکز سطح قسمت i از یک محور مبنای فرض شده است.

مثال: فاصله محور خنثی از خط نشان داده شده در مقطع زیر چند cm است؟

3- اساس مقطع الاستیک (S):

اساس مقطع الاستیک از تقسیم ممان اینرسی مقطع به فاصله محور خنثی الاستیک از دورترین فاصله‌های مقطع بدست می‌آید. برای مقاطعی که حول یک محور دارای تقارن نیستند دو اساس مقطع الاستیک بدست می‌آید.