نحوه محاسبه تحمل بار قوطی
همان طور که می دانید برای ساخت هر سازه فلزی نیاز به مصالح مختلفی مانند تیرآهن داریم تا بتوانیم یک سازه پایدار را بسازیم. اجزای این سازه باید طوری باشند که به خوبی بتوانند همه بارهای وارد بر سازه را تحمل کرده و از طریق دیوارها و ستون ها بارهای اضافی را به زمین انتقال دهند. اگر این اجزا به درستی انتخاب شوند ایمنی سازه افزایش پیدا کرده و در برابر نیروهای دینامیکی ناگهانی مانند نیروی باد یا زلزله مقاوم خواهد بود. در غیر این صورت احتمال بروز حوادث و ایجاد خسارات جانی و مالی زیاد است. یکی از اجزای مهم برای تحمل بار سازه نیز قوطی نام دارد که میزان تحمل بار قوطی در تعداد مورد نیاز آن و نحوه عملکردش تأثیر می گذارد. قوطی علاوه بر کاربرد در سازه ها در صنایع گوناگون مانند صنایع دریایی، پزشکی و نیروگاه ها نیز در ساخت محصولات و تجهیزات کاربرد دارد.
قوطی چیست و چه کاربردی دارد؟
برای اینکه بتوانیم میزان تحمل بار قوطی را بهتر بررسی کنیم باید ابتدا با خود مفهوم قوطی آشنا شوید. قوطی نوعی مصالح فلزی است که به صورت مقاطع مختلف مانند مستطیل یا مربع توخالی تولید می شود. جنس فلز قوطی عموماً از فولاد است و در بسیاری از صنایع و حرفه ها به خصوص ساختمان سازی کاربردهای مختلفی دارد. از پروفیل های قوطی علاوه بر صنایع پزشکی و نیروگاهی در اتومبیل سازی نیز استفاده می کنند. یکی از مهمترین مزیت های قوطی که آن را منحصر به فرد می کند این است که بدنه ای کاملاً یکنواخت و کیفیت بسیار بالایی دارد و سطح جوش پذیری آن امکان استفاده این مصالح را در بسیاری از بخش های مختلف صنایع به تولیدکنندگان می دهد. در کنار این مزایا میزان تحمل بار قوطی و استحکام آن بالا بوده و به همین دلیل امروزه در موارد گوناگونی از آن استفاده می کنند.
آیا قوطی همان پروفیل است؟
پروفیل و قوطی هر دو به معنای اجزایی با سطح مقطع یکسان و طول های متفاوت می باشد؛ بنابراین انواع تیرآهن، نبشی، تسمه، لاپه، ورق و قوطی که در مقاطع مختلف هندسی تولید می شوند همگی نوعی پروفیل هستند. از پروفیل های Z و ابرو در ساختمان سازی و راه سازی استفاده می شود؛ اما از پروفیل ها و قوطی های با مقاطع کوچک تر در ساخت نرده های فلزی، درب و پنجره، پیاده روها و موارد مشابه استفاده می کنند. همگی این پروفیل ها به نوعی نیروهای وارده را تحمل کرده و در سازه های فلزی به عنوان قسمت های اصلی تحمل بار یا تقویت کننده ظرفیت باربری قسمت های اصلی استفاده می شوند.
انواع پروفیل های قوطی برای تحمل بار وارد شده بر سازه
از قوطی ها در مقاطعی با شکل های هندسی متفاوت برای تحمل بار وارد شده استفاده می کنند. انواع قوطی ها عبارتند از:
- قوطی های با ضخامت های مختلف که برای ماشین سازی، تیر در ساختمان و ستون وال پست استفاده می شود.
- قوطی های مربع و مستطیل که با مقطع های کوچک به عنوان نرده های فلزی برای درب و پنجره، کنار راه پله ها و نرده کشی اطراف دیوار استفاده می شوند.
- قوطی های مربع و مستطیل با مقاطع بزرگ تر که به قوطی های ستونی معروف هستند و در ساختن ستون و اسکلت فلزی ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرند.
- از قوطی های با مقاطع مربع و مستطیل در ساخت انواع پایه های میز و صندلی نیز استفاده می شود؛ زیرا میزان تحمل بار قوطی برای این وسایل طوری است که آن ها را به خوبی در سطح تعادل نگه می دارد.
میزان تحمل بار قوطی در ستون ها
یکی از مهمترین کاربردهای انواع مقطع های مستطیل و مربعی قوطی، در ستون های یک ساختمان است. ستون یکی از اعضای اصلی ساختمان می باشد که به صورت عمودی نصب می شود تا بتواند بار ناشی از سقف طبقه یا طبقات را به فونداسیون و سپس به زمین انتقال دهد. یکی از مهم ترین نیروهای وارد بر سازه که باید بر اساس میزان تحمل بار قوطی و ستون و سایر تیرآهن ها مهار شود نیروهای محوری می باشد که به صورت نیروهای فشاری است و شامل بارهای مرده و زنده وارد بر سطح کف طبقات بوده و به طور مستقیم و یا از طریق تیرها و قوطی ها به ستون و بعد به زمین منتقل می شود. شایان ذکر است علاوه بر نیروهای فشاری در قاب های خمشی مورد استفاده در سازه نیروهای لنگری ناشی از بارهای قائم و جانبی نیز به علت اتصال صلب تیر به ستون ها وارد می شود.
بنابراین ستون های فولادی اگر با مصالح دیگر تقویت نشوند ممکن است با این لنگرها دچار کمانش شوند. کمانش به این معنی می باشد که تحمل باربری یک ستون به دلیل انحنای بیش از حد از بین برود. این موضوع به میزان تحمل بار قوطی نیز بستگی دارد و اگر پروفیل هایی مانند قوطی ها به درستی انتخاب شوند احتمال کمانش و آسیب به سازه کم خواهد شد. لازم به ذکر است که پدیده کمانش با مقطع ستون نسبت مستقیم و با ارتفاع طبقات نسبت عکس دارد؛ یعنی هر چه ابعاد مقطع قوطی ها و ستون بیشتر باشد میزان تحمل بار قوطی بیشتر بوده و احتمال کمانش کمتر می شود؛ اما هر چه در یک مقطع مشخص ارتفاع بین طبقات بیشتر شود احتمال کمانش افزایش پیدا خواهد کرد.
شکل مقطع هایی که برای ستون ها و قوطی ها استفاده می شود معمولاً به وضعیت بارهای وارد شده بر سازه و مقدار این بارها بستگی دارد. معمولاً برای ستون ها از قوطی هایی با مقاطع مستطیل یا مربع استفاده می شود. البته گاهی نیز از مقاطع دایره ای و چند ضلعی نیز استفاده می گردد اما این مقاطع بیشتر برای تأمین ملاحظات طرح های خاص معماری به کاربرده می شوند و پر مصرف نیستند.
انواع ستون های تقویت شده با قوطی ها و پروفیل های دیگر
ستون های تقویت شده با قوطی ها پروفیل های دیگر معمولاً از نظر ظاهری به دو نوع زیر تقسیم می شوند:
پروفیل یا نیمرخ نورد شده
پروفیل های نورد شده شامل انواع قوطی ها و تیرآهن ها می باشند. بهترین نوع پروفیل نورد شده برای تقویت ستون، تیرآهن بال پهن یا قوطی های با سطح مقطع مربع هستند؛ زیرا این مصالح از نظر استحکام و میزان تحمل بار قوطی نسبت به سایر مصالح عملکرد بهتری دارد. همچنین استفاده از آن ها در مواقع اتصال تیرها و ستون ها به راحتی انجام می شود.
نیمرخ های مرکب
اگر سطح مقطع و مشخصات فنی یک پروفیل یا نیمرخ به تنهایی برای تحمل بارهای وارد شده و لنگرهای احتمالی که اصطلاحاً به آن ایستایی ستون می گویند مناسب نباشند از اتصال چند پروفیل به یکدیگر ستون مورد نظر را تقویت می کنند. به این پروفیل ها که حاصل چند نوع نیمرخ هستند نیمرخ های مرکب گفته می شود. سایر کاربردهای نیمرخ های مرکب عبارتند از:
- هنگام نیاز به مقاطع با شکل های هندسی خاص
- در زمان های عدم دسترسی به نیمرخ های IPB یا قوطی های مورد نیاز از بازارهای داخلی
- هنگام نیاز به افزایش سطح مقطع ستون و عدم وجود سطح مقطع های لازم در نیمرخ های نورد شده
- نصب سریع تر و راحت تر مقاطع مرکب نسبت به حالت یکنواخت
مقاطع مرکب قوطی ها و پروفیل ها با توجه به میزان تحمل بار قوطی و پروفیل ممکن است به شکل های مختلفی ساخته شده و مورد استفاده قرار بگیرد. متداول ترین این نیمرخ های باربر عبارتند از:
اتصال دو قوطی یا پروفیل به یکدیگر با روش دوبله کردن
برای تقویت ستون ها با این نوع پروفیل ابتدا دو تیرآهن یا قوطی را در کنار همدیگر و روی یک سطح صاف به نام شاسی می چسبانند. در گام بعدی دو سر وسط ستون را به تیرآهن یا قوطی جوش می دهند و ستون را برمی گردانند تا ادامه کار را با جوشکاری معمولی انجام دهند. سپس دوباره ستون را معکوس کرده و قسمت وسط را جوشکاری می کنند. این کار را در دو طرف ستون نیز تکرار خواهند کرد. به همین ترتیب جوشکاری ستون و تیرآهن یا قوطی ادامه دارد تا جوش و اتصال مورد نیاز بین پروفیل ها و ستون انجام شود.
اتصال دو قوطی یا پروفیل به یکدیگر با به کارگیری ورق های سراسری روی بال ها
در این مقاطع مرکب ورق اتصال روی دو نیمرخ قوطی متصل می شود سپس مقطع مرکب مورد نظر در طول این ورق با فواصل 30 سانتیمتری به ستون مورد نظر به صورت منقطع جوش داده می شود.
قوطی ها یا پروفیل های مرکب با قیدهای مورب یا موازی
پرکاربردترین و معمولی ترین قوطی های مورد استفاده برای ستون ها قوطی های مرکبی است که در آن دو قوطی با فاصله معین از همدیگر قرار خواهند گرفت و قیدهای افقی یا چپ و راست، این دو سطح مقطع را به هم وصل خواهند کرد. در این حالت پست های چپ و راست که شکل های مثلثی را ایجاد می کنند مقاومت بالاتری نسبت به پست های موازی دارند.
قیمت پروفیل های قوطی
میزان تحمل بار قوطی بیشترین تأثیر را بر قیمت قوطی ها دارد. خود میزان تحمل بار قوطی به عواملی مانند ضخامت، سطح مقطع و کیفیت مواد اولیه استفاده شده بستگی دارد. به علاوه جنس این مقاطع از آهن و فولاد است که قیمت جهانی آهن، نرخ ارز و وضعیت سیاسی کشور نیز بر روی قیمت آن تأثیر می گذارد.
آیا لوله ها همان قوطی های با سطح مقطع دایره ای هستند؟
با اینکه قوطی هایی که با سطح مقطع دایره تولید می شوند از نظر ظاهری شباهت هایی با لوله ها دارند نمی توان گفت دقیقاً همان لوله ها هستند. لوله ها نیز اجزایی توخالی بوده که تنها با سطح مقطع دایره ای شکل و با مواد اولیه مقاوم تولید می شود که از آن ها بیشتر در سیستم های لوله کشی برای انتقال سیالات مایع یا گاز استفاده می شود. این مقاطع برحسب کاربرد دارای ضخامت و قطرهای متفاوتی هستند؛ اما از آن ها مانند قوطی ها برای تحمل بار استفاده نمی شود.
آنچه در لوله ها مهم است ظرفیت انتقال آن برای حمل و نقل مایعات و انواع گازها می باشد. در صورتی که در قوطی ها آنچه مهم است میزان تحمل بار قوطی می باشد. همان طور که گفتیم از این محصولات تنها در مقطع های دایره ای شکل استفاده می کنند تا هنگام عبور سیالات بهتر بتوانند فشار وارد شده را تحمل کنند؛ اما مقطع های قوطی در شکل های مربع، مستطیل و غیره برحسب نوع بارگذاری سازه و نیروهای وارد شده استفاده می شود.
سایر تفاوت های لوله و قوطی عبارتند از:
- تفاوت های خاص در ظاهر قوطی و لوله
- میزان دسترسی به اندازه های مختلف در لوله ها و قوطی ها
- میزان سختی که در قوطی ها به دلیل نیاز به تحمل بار زیاد باید بیشتر باشد. (انواع قوطی های تولید شده توسط کارخانه ها از جنس مس و برنج به راحتی شکل مورد نظر را به خود می گیرند و در عین حال بسیار سخت و محکم هستند؛ اما برای تغییر شکل لوله ها نیاز به تجهیزات ویژه ای خواهیم داشت.)
- موارد استفاده و کاربرد این دو محصول که قوطی ها بیشتر در ساخت تجهیزات در صنایع مختلف و تقویت سازه از نظر باربری به دلیل مقدار بالای میزان تحمل بار آن استفاده می شوند اما لوله ها بیشتر برای پل ها مورد استفاده قرار می گیرند.
روش های ساخت انواع قوطی ها و لوله ها
در حال حاضر تولیدکنندگان این مصالح از روش های مختلفی برای ساخت انواع لوله ها و قوطی ها استفاده می کنند. نکته مهمی که باید به آن توجه کنید این است که نوع روش مورد استفاده و فرایند تولید این مصالح تا حد زیادی در کیفیت محصول نهایی تأثیر می گذارد. به همین دلیل مهم است که هنگام خرید این مقاطع پروفیلی و لوله ها به ویژگی های آن توجه کافی داشته باشید و آن ها را تنها از تولیدکنندگان معتبر تهیه نمایید. معمولاً تولید این محصولات باید طبق یک سری استانداردهای مشخص در دنیا انجام شود. به همین دلیل اگر تولید کننده معتبری را انتخاب کنید دیگر نباید نگران کیفیت محصول و نوع فرآیند تولید آن ها باشید. به علاوه بسیاری از تولیدکنندگان این محصولات را با ضمانت به شما تحویل می دهند. محصولات معتبر اغلب در صورت نگهداری صحیح دارای طول عمر مفید هستند.
جمع بندی
همانطور که ملاحظه کردید پروفیل های قوطی با سطح مقطع های مختلف مانند مستطیل یا مربع به وفور در سازه ها برای تقویت ستون ها استفاده می شوند. میزان تحمل بار آن از این جهت اهمیت دارد که باید بتواند بارهای وارد شده بر سازه را گرفته و بدون ایجاد آسیب در سازه مقدار اضافی آن را به ستون ها منتقل کنند تا در نهایت به زمین وارد شود؛ بنابراین اگر قوطی ها از طریق مهندسین طراح به درستی انتخاب نشوند و میزان تحمل بار قوطی کمتر از بارهای وارد شده باشد می تواند به سازه آسیب بزند.
نوشته نحوه محاسبه تحمل بار قوطی اولین بار در مرکزآهن. پدیدار شد.
دیدگاه شما