loader

بررسی راندمان جایگزینی برای فولادی ساختمانی

منتشر شده در 18 آذر 1396

 استفاده از فولادهای پرمقاومت در سازه های فولادی بسیار متداول است اما متاسفانه در صنعت ساختمان تجربیات و اطلاعات دقیقی از میزان اثربخشی آنها در مقاطع مختلف ساختمان در ایران وجود ندارد

در این مقاله اثر جایگزینی فولاد پرمقاومت st52 به جای فولاد st37 بررسی شده است بررسی راندمان جایگزینی بر اساس محل استفاده مقطع در ساختمان و نیروی وارد بر آن محاسبه شده است.

منظور از فولاد 37 در تمام مقاله st37 و منظور از فولاد 52 تماما st52 است.

نتایج نشان می‌دهد ۲۴ درصد وزن ساختمان در اثر جایگزینی کاهش یافت.

علاوه بر جایگزینی کلی مقطع، شش حالت شامل جایگزینی ترکیبی تیرها و ستون ها بر حسب محل استفاده در ساختمان نیز بررسی شد.

جایگزینی تیرها و ستونها در محل استفاده در ساختمان جایگزینی های جزئی نشان داد که تیرهای کوتاه تر اثر بیشتری در کاهش وزن ساختمان در اثر جایگزینی با فولاد مقاوم تردارند و این به دلیل تأثیر بارگذاری در مقاطع برمیگردد که مقاطعی که تحت کشش وخمش قرار می گیرند نسبت به مواضعی که تحت فشار قرار می گیرند، جایگزینی توجیه اقتصادی بیشتری دارد.

واژگان کلیدی: فولاد نرمه st37 ، فولاد پرمقاومت st52 ، جایگزینی مقاطع مختلف ساختمان، نرم افزار etabs

 

مقدمه یکی از دغدغه‌های تولیدکنندگان، مهندسان و مشاوران کاهش هزینه‌های اضافی بهینه سازی مواد و انرژی در صنعت ساختمان و غیره می‌باشد.

کاهش حجم فولاد مصرفی از طریق جایگزینی فولاد مقاومت ۵۲ فولاد نرمه در ساختمان بزرگ باشد و تنها مورد استفاده از فولاد در ساختمان سازی فولاد کربن دار نرم فولاد ساختمانی و سایر انواع فولادها سال‌ها شناخته شده در مورد تولید قرار گرفته بود.

لیکن هنوز آزمایش‌های لازم برای شناخت مشخصات مکانیکی، جوش پذیری و رفتار اعضای ساخته شده از آنها به حد تکامل نرسیده است

امروزه با استاندارد شدن انواع مختلف فولاد و تولید الکترود های مناسب برای جوشکاری آنها اجازه استفاده از انواع مختلف فولاد در ساختمان سازی سازی در آیین نامه های معتبر داده شده است با این وجود متاسفانه به دلیل عدم شناخت کافی مهندسین ایرانی از ویژگی های آن رشد چندانی در صنعت ساختمان و ساخت و ساز ایران نداشته است.

افزایش روند رشد کاربرد مستلزم تحقیق و بررسی بیشتر در زمینه شناخت ویژگی های آن ها و عملکردشان در برابر نیروهای خارجی مانند نیروهای لرزه ای می باشد تا زمانی که محققان در این زمینه تحقیقات به عمل نیاورند استفاده از این نوع فولاد که باعث کاهش هزینه های پروژه های ساختمانی می‌شود توسعه نخواهد یافت

 استفاده از فولادهای پر مقاومت مانند ۵۲ مزایای بسیاری دارد و مزایای آن کاهش وزن سازه و کاهش ابعاد فونداسیون ، کاهش حجم و زمان و هزینه های ساخت و ساز صرفه جویی در تولید ملی و مسائل زیست محیطی می‌باشند.

کارایی فولاد های پر مقاومت در مواردی که تنش کنترل کننده باشد و به آنها اجازه تسلیم کامل داده شود بسیار به صرفه می باشد

با توجه به نمودار تنش کرنش، با افزایش تنش تسلیم مدول یانگ افزایش نمی یابد و این عامل ممکن است مشکلاتی را در خدمت پذیری سازه به وجود آورد
[2]

(گرامی و همکاران ۱۳۸۴ ) با استفاده از مدل سازی قاب های ساده فولادی به همراه باد بلند های فولادی برون محور و انجام آنالیز بار افزون به صورت استاتیک با نرم افزار sap2000 مقایسه ای میان رفتار لرزه ای سازه های فولادی در دو حالت استفاده از فولاد نرمه و مقاومت صورت پذیرفته است.
[3]

(باقرزاده ۱۳۸۴ ) در مطالعه خود ویژگی ها و استانداردهای فولاد های استحکام بالا و تاثیر پارامترهای مختلف از قبیل اندازه دانه و سرعت سرد کردن های گوناگون و تاثیر آنها بر افزایش است کامل و به منظور جایگزینی این فولادها فولاد های معمولی در صنعت ساختمان و سازه های فلزی مورد بحث قرار می گیرد
[4]

(در تحقیق دیگری گرامی و همکاران ۱۳۸۴ ) ساختمانهای با ارتفاع های متفاوت ۵ و۱۲و۲۰ مورد مطالعه قرار دادند و نتیجه گیری و ارزیابی اقتصادی نشان داد که فولاد های مقاومت بالا بیشتر در کاهش وزن های کوتاه موثر هستند و گاهی مواقع استفاده از ترکیب فولاد های مقاومت بالا و معمولی می تواند موجب اقتصادی شدن سازه شود
[5]

(کوالهو و بیجارد، 2006) در مطالعه ای که بر روی با ورق انتهایی و فولاد مقاومت ساخته شده بودند انجام دادند دریافتند که ویژگی های اصلی شرکت پذیری اتصال به عواملی همچون هندسه سال مساله برای مقاومت ورق و کیفیت جوشکاری بستگی دارد از دیدگاه کلی استفاده از فولادهای با تنش تسلیم بالاتر در بسیاری از موارد منجر به کاهش وزن فولاد مصرفی گشته و دارای صفحه ای از اعضای که بر اساس معیار مقاومت میشوند و مسئله پایداری در آنها تهیه کننده از استفاده از نوع مقاوم ترین فولاد باعث کاهش هزینه‌ها نخواهد شد و به صورت کوتاه و مختصر می‌توان نتیجه گیری کرد سازه و معیارهای حاکم در آن و قیمت فولاد استحکام فولاد معمولی و امکان تهیه آن در مدت زمان اجرای پروژه از عوامل موثر در انتخاب نوع فولاد مصرفی می باشند
[6]

لذا در این مقاله بر خلاف مطالعات پیشین به صورت کلی اقدام به جایگزینی فولاد مقاومت در ساختمان نموده اند در این مطالعه راندمان جایگزین بر اساس محل قرارگیری مقطع مقطع و کاربرد آن محاسبه شده است مطالعه اطلاعات جزئی تری در خصوص چگونگی جایگزینی فولادهای پر مقاومت در ساختمانهای متداول بر اساس نوع فولاد های تولیدی در داخل کشور را در اختیار میگذارد

2-  روش تحقیق

 

در این مطالعه با استفاده از نرم افزار etabs تحلیل و طراحی سازه ها یک نمونه ساختمان ابتدا با فولاد ۳۷ طراحی و تحلیل شده است

حالت یک سپس با طراحی تیرها و ستونهای بخش های مختلف ساختمان با فولاد ۵۲ شرکت فولاد اکسین خوزستان حالت ۲

شرایط ساختمان از لحاظ وزن و مقاومت بهبود یافته است شکل یک و دو پلان و نمای از ساختمان مورد مطالعه در نرم افزار را نشان میدهند
مشخصات ساختمان مورد مطالعه:

اسکلت فولادی با سقف تیرچه بلوک و بلوک سفالی

طول ساختمان ۲۰ متر و عرض آن ۱۲ متر می‌باشد

تعداد طبقات ۵ طبقه به همراه پارکینگ

ارتفاع پارکینگ 1.4 متر و ارتفاع طبقات مسکونی 2.8 متر

تیرها و ستونها از ساخته شده اند محل ساختمان شهر اهواز می‌باشد ترکیبات بار بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان معرفی شده اند

مهمترین مسئله در این مطالعه محاسبه وزن فولاد مصرفی در هر کدام از ساختمان ها و مقایسه آنها با یکدیگر می‌باشد در حالت یک برای طراحی ساختمان از تیر ورق های ساخته شده با فولاد ۳۷ استفاده شده است دارای دو هزار و ۴۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و سه هزار و ۷۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع در محورهای نیرو می باشد

در حالت دوم از تیر ورق های ساخته شده با فولاد ۵۲ استفاده شده که دارای ۳ هزار و ۶۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع و ۵۲۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع در محورهای نیرو می باشد.

در حالت یک ساختمان با فولاد st۳۷ طراحی شده است و در حالت ۲ چند نمونه ساختمان با ابعاد و بارگذاری ساختمان حالت 1 بار به طور کامل با فولاد ۵۲ و حالت های دیگر به صورت ترکیبی از ۳۷ و ۵۲ طراحی شده است

نمونه یک ستون های پوشه با استفاده از ۵۲ و دیگر مقاطع با استفاده از ۳۷ طراحی شده اند

نمونه دو ستون های کناری با استفاده از اس تی ۵۲ با استفاده از اس تی ۳۷ طراحی شده اند

نمونه سوال های کناری با استفاده از ۵۲ و دیگران با استفاده از هفته شده اند نمونه ۴ تیر های میانی با ۵۲ و دیگر مقاطع  با استفاده از ۳۷ طراحی شده اند نمونه ۵ تیر های با طول بلند با استفاده از ۵۲ مقاله با استفاده از ۳۷ طراحی شده اند نمونه های بازی های کوتاه با استفاده از ۵۲ مقاله با استفاده از ۳۷ طراحی شده اند

 جدول 1 نمونه هایی از تیر ورق های مورد استفاده در ساختمان در هر دو حالت

موقعیت در محور ها
ابعاد ورق (میلیمتر)
حالت 2
ابعاد ورق (میلیمتر)
حالت 1
تیر پارکینگ B-2-3  10*100 15*160
تیر طبقه دوم C-2-3  12*100 10*160
تیر طبقه اول
2_C-D 
10*160 15*180
 ستون پارکینگ
4-F
10*160 10*240
ستون طبقه سوم
3_B 
15*160 12*180
ستون طبقه اول
1_ E
15*180 15*250

 

 

 
 
جدول 2 مقایسه وزن دو ساختمان در دو حالت مختلف
 
درصد کاهش فولاد

وزن حالت 2 تن

وزن حالت 1
تن
کاربرد
25.4 217.62 291.73 تیر
22.8 201.7 261.36 ستون
24.18 419.32 553.09
کل
 
 
 

 

 جدول 3 درصد کاهش وزن مقاطع فولادی در اثر جایگزینی با فولاد پر مقاومت در بخش های مختلف ساختمان

 
درصد تغییر وزن وزن مقطع با فولاد st52 (وزن)
 
وزن مقطع با فولاد st37 (وزن)
شماره نمونه
5.6 246.7 261.4 1
8.5 239.42 261.4 2
9.2 265 291.7 3
14.5 249.1 291.7 4
2.3 285.1 291.7 5
15.3 247.1 291.7 6

یافته ها

در این تحقیق با استفاده از ورق های موجود در بازار تیر ورق هایی به نرم افزار معرفی شده اند که ملاک طراحی تیر و ستون های ساختمان قرار گرفتند نمونه هایی از تیر ورق های مورد استفاده در ساختمان در حالت در جدول ۱ آمده است.

در این طرح سعی شده تا حد ممکن از مقاطعی استفاده شود و تا نسبت تنش آنها به عدد یک نزدیک شود

 پس از تحلیل ساختمان ابتدا با همان مقاطع  حالتی یک مشاهده شد که به طور کامل از ظرفیت تیرها و ستونها استفاده نشده است و برای اقتصادی شدن طرح می‌توان مقاطع را کوچک تر انتخاب کرد بنابراین مقاطع موجود به صورت تک تک با مواد جدید و کوچکتری جایگزین شدن نمونه‌های از آنها در جدول ۱ مشاهده شد پس از اینکه ساختمان در هدف در حالت یک تیر ورق های ۳۷ معرفی شده،

طراحی شده ساختمان حالت دو طراحی می‌شود در ادامه ۲ دیدگاه مطالعه شده است در دیدگاه اول جایگزینی تمام مقاطع با فولاد ۵۲۸ پس از طراحی تمام مقاطع موجود در ساختمان با در نظر گرفتن اینکه تمامی ظرفیت استفاده شود نوبت به استخراج داده ها می شود در جدول ۲ و نهایی تیرها و ستونها در هر دو حالت به تفکیک آمده است نشان می‌دهد در حالت دوم به میزان چشمگیری در مصرف فولاد صرفه جویی شده است.

همانطور که پیش‌بینی می‌شد میزان کاهش مصرف فولاد در حالت سوخت نسبت به حالت یک چشمگیر و میزان ۲۴.۸ درصد بوده است در دیدگاه دوم با توجه به اینکه کاهش وزن از طریق جایگزینی فولاد قابل دستیابی است نه تنها اختلاف در مقاومت به طریقه بارگذاری نیز بستگی دارد واگذاری و محل قرارگیری مقطع طولانی و سایر مشخصات طراحی مد نظر قرار گرفت همانطور که در مطالعات قبلی آورده شده است در بارگذاری کشش مستقیم کاهش وزن با مقاومت مناسب می باشد افزایش مقاومت تسلیم در برابر فولاد را کاهش دهد وضعیتی که در میلگردهای تقویت کننده وجود دارد برای انواع دیگر واگذاری دو برابر شدن سبب کاهش ۳۴ درصدی وزن بیشتر کردن شاید شایان ذکر است که در مواقعی که پدیده کمانش در طراحی قطعه عامل تعیین کننده باشد ملاحظات دیگری را باید مد نظر قرار داد

پس از طراحی میزان صرفه جویی ۶ حالت مشخص کردن میزان صرفه‌جویی در جدول نشان داده شده است همانطور که در جدول مشاهده می‌شود در تغییر شماره یک که تنها ستونهای گوشی ساختمان با فولاد ۵۲ طراحی شده اند میزان درصد تغییرات در حدود ۵.۶ درصد می‌باشد و این نشان می‌دهد که در مقاطع فشاری به دلیل بحث کمانش نمی‌توان به میزان قابل توجهی مواد را کوچک کرد.


در تغییر شماره های کناری با است ۵۲ طراحی شده که میزان درصد کاهش وزن آنها نسبت به ستون های گوشی بیشتر می باشد و تعداد بیشتری ستونهای کناری می تواند یکی از دلایل این مورد باشد در تغییر شماره ۳ و ۴ به ترتیب تیر های کناری و میانی با استفاده از ۵۲ طراحی شده اند میزان صرفه جویی نسبت به تغییرات یک طرفه باشد به زیر بار گذاری در این تاثیر بارگذاری در مقاطع  برمی‌گردد که تحت کشش و خمش قرار می‌گیرند نسبت به مواضع تحت فشار قرار می گیرند توجیه اقتصادی بیشتری دارد در تغییرات پنج و شش زمانه ملاک ارزیابی قرار گرفته است مشاهده می‌شود که تیرهایی که با دهانه بلند ساخته شدند جایگزینی ۵۲ دارد و این موضوع در طراحی به این شکل ظاهر شده در حالت های زنانه بلند مورد بررسی قرار گرفتند پس از فروش مقاطع  ی مورد نظر از لحاظ مقاومت و نسبت تنش توجیه خوبی دارد ولی از لحاظ مناسب نیست و نمی‌توان مقاطع کوچک با 52 را جایگزین مقاطع بزرگ با 37 کرد.

در بررسی‌های انجام شده مشاهده می‌شود که تغییر شماره ۶ بیشترین توجیهی استفاده از ۵۲ به جای ۳۷ در مقاطع ساختمانی متداول را دارد

نتیجه گیری ملاحظه کردید در ساختمان های ایران در مراحل ابتدایی خود است اطلاعات دقیقی از میزان صرفه جویی در مقاطع مختلف ساختمان وجود دارد مطابق با این تحقیق بررسی میزان صرفه جویی در مراحل اولیه طراحی استان بر ضرورت هزینه‌های اولیه ساختمان بخش‌های خاصی را با فولاد پرمقاومت طراحی نمود که در این نمونه مطالعاتی های کوتاه بیشترین راندمان جایگزینی را دارد اگرچه جایگزینی ۲۴ درصد در بر دارد با تصویر از جایگزینی بخش‌های درمان جایگزین آن پایین مانند های بلند صرف نظر کرد.

st37 via st52

 

صفحه اصلی

ورود به پنل مدیریت