موضوع: طراحی سوله

طراحی سوله

تحلیل تقریبی اجزائ بر اساس فرمولهای قابها انجام و برای تحلیل دقیقتر از نرم افزار استفاده خواهیم کرد .
از اونجا که آئین نامه ایران برای طراحی قطعات هنوز کمی مشکل داره برای طراحی از آئین نامه امریکا استفاده می کنیم .
در مورد مشخصات مصالح عرض کنم که : فولاد مصرفی از نوع اس تی 37 با حداقل تنش جاری شدن 2400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع
پیچ و مهره اتصالات از نوع آ 325 با تنش مجاز کششی 2800 کیلوگرم بر سانتی متر مربع .

بارگذاری :
1 – بارگذاری سرویس
الف - بار مرده بار زنده (برف ) در تمام دهانه
DL+ SL
ب - بار مرده بار زنده (برف ) بصورت نامتقارن در نصف دهانه
DL +DRIFT
توضیح : بارگذاری ردیف ب باین جهت است که ممکن است وضعیت استقرار سوله طوری باشد که یک طرف سقف آفتاب گیر بوده و برف آن اب شود و طرف دیگر آن باقی بماند .

2 - بارگذاری فوق العاده :
الف - بار مرده بار باد
DL +WL
ب - بار مرده ½ بار زنده (برف) بار باد
DL+ ½ SL+ WL


نمونه : انباری را با دهانه 30 متر و طول 48 متر طراحی میکنیم . انبار در تهران واقع و طول قابها از هم 6 متر میباشد . فاصله پرلین ها از یکدیگر 1 متر است . قابها از نوع سوله بوده و پرلین ها توسط دو ردیف میل مهار بیکدیگر مرتبط می باشند . تنش مجاز زمین 1 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است .




بارگذاری :
1 - با مرده :
وزن معادل قاب : 25 کیلوگرم بر متر بربع
وزن معادل پرلین : 10 کیلوگرم بر متر مربع
وزن معادل پوشش سوله : 25 کیلوگرم بر متر مربع
جمع : 60 کیلوگرم بر متر مربع
DL = 60 KG/M2
2 – بار برف :
LL = 130 KG /M2
3 - بار باد :
فشار مبنائ سرعت باد بر اساس آئین نامه تابع ارتفاع سازه می باشد .
H = 6 < 10 M → qe = 75 KG/M2
جهت مقایسه تاثیر نیروی باد در مقابل تاثیر نیروی زلزله اثر نیروی باد را در انتهای ستون سوله بصورت متمرکز در نظر میگیریم و مقدار معادل آنرا بصورت زیر بدست میاوریم .
qe = 75 kg/m2
F= (0.45 0.8 ) * 6*75 = 563 kg /m = 0.563 t/m
مکش = 0.45
فشار = 0.8
لنگر حول پایه ستون برابر صفر است بنابر این :
∑M=0 → (F)*6 = 0.563 * 9 * 9/2 → F = 3.8 ton



بار زلزله :
25 درصد بار برف را در نظر می گیریم و وزن دیوار به ضخامت 35 سانتی متر را در محاسبات منظور مینمائیم .
ضریب زلزله برابر با 0.12
C = 0.12
شدت بار افقی در بام :
F2 = {60 kg/m2*6 m * 30 m 130 kg/m2 * 6 m * 30 m * 25%} * 0.12*103= 2.0
DL = 60 KG/M2
LL = 130 KG/M2
شدت بار افق در روی ستون بعلت وزن دیوار :
F = {6 m * 0.35 m * 6 m * 1.85 t/m2} * 0.12 = 2.8 ton


اکنون داریم :
∑M = 0 → 2.8(6/2) = f1(6) → f1 = 1.4
F = f1 f2 = 1.4 2.0 = 3.4 ton

چون اثر نیروی باد ( 3.8 ) بیشتر از اثر نیروی زلزله ( 3.4 ) میباشد پس نیروی باد در مقابل نیروی زلزله کنترل کننده میباشد و از اثر زلزله صرف نظر می کنیم .



جهت طراحی و تعیین نیروهای وارد بر مجموعه ستون های طبقه همکف وزن نیمی از دیوار بالای کف اول و نیمی از وزن دیوار زیر کف اول محاسبه و به دیافراگم سقف اول اعمال می گردد تا بر اثر توزیع نیروهای افقی بوجود آمده بتوان مقاطع ستون های ساختمان را بدست آورد . بنابر این در محاسبه سوله نیز همین امر صادق بوده و وزن دیوار محاسبه و بصورت یک بار متمرکز در وسط ستون اعمال می گردد . البته قبول دارم که اعمال کل وزن دیوار پیرامونی کمی محافظه کارانه است اما جهت تامین ایمنی به دلیل ارتفاع بیش از حد معمول دیوارهای جانبی ستون ها بهتر است کل وزن دیوار محاسبه و اعمال گردد . البته توجه دارین که در بسیاری موارد دوستان طراح از تعبیه کلافهای افقی در ارتفاع تعیین شده به دلیل خواست کارفرما امتناع مینمایند و محل مربوطه با استفاده از بازشوهای وسیع و نورگیرهای بزرگ اشغال می گردد بنابر این تجربه نشان داده که برای تامین پایداری لازم بهتر است کل بار دیوار محاسبه و اعمال گردد.


آنالیز تقریبی :
بر گرفته از کتاب : steel designecs manual
K = I2 / I1 * H / S

S = √ 152 32 = 15.30

با فرض :
I1 = I2
K = H/S = 6.00 / 15.30 = 0.392
Φ=f/h →φ = 2/6 = 0.5
M=1 φ = 1 0.5 = 1.5
B= 2(K 1) m = 2(0.392 1) 1.5 = 4.284
C = 1 2m = 1 2*1.5=4
N= B mc = 4.284 1.5*4 = 10.284

بار مرده :
W= 60 kg/m2 * 6 m = 360 kg/m = 0.36 t/m
MB = MD = -{wl2(3 5m)}/16n = -{0.36(30)2(3 5*1.5)}/16*10.284 = -20.68 t.m
MC=wl2/8 m MB= 0.36*(30)2/8 1.5(-20.68) = 9.48 t.m
HA=HE= -MB/h = 3.45 ton
VA = VE = wl/2 = 0.36*30/2 = 5.4 ton
بار برف :
W = 130 kg/m2 * 6m = 780 kg/m = 0.78 t/m
MB=MD=-{wl2(3 5m)}/16n = -{0.78(30)2(3 5*1.5)}/16*10.284 = -44.8 t.m
MC=wl2/8 m MB = 0.76*302/8 1.5(-44.8)=20.55 t.m
HA=HE=-MB/h = -(-44.8)/6 = 7.47
VA=VE=wl/2 = 11.7 t

DRIFT :

برای یافتن حالت بحرانی تر همیشه بارگذاری برف نامتقارن در جهت مخالف وزش باد در نظر گرفته می شود .
W=130 kg/m2 * 6 m = 780 kg/m = 0.78 t/m
MB = MD = -{wl2(3 5m)}/32n = -{0.36(30)2(3 5*1.5)}/32*10.284 = -22.4 t.m
MC=wl2/16 m MB= 0.36*(30)2/16 1.5(-22.4) = 10.27 t.m

HA=HE=-MB/h = -(-22.4)/6 = 3.73 TON
VE=3wl/8=3*0.78*30/8=8.77 ton
VA=WL/8=0.78*30/8 = 2.92 ton

Wind load :

W=(75 kg/m2 * 6 m * 1.25)*0.75 = 422 kg/m = 0.422 t/m
X=wf2(c m)/8n = 0.422(3)2(4 1.5)/8(10.284) = 0.254
MB=X wfh/2 = 0.254 (0.422*3*6)/2 = 4.05 t.m
MC=-wf2/4 mX= - 0.422*32/4 1.5*0.254 = -0.57 t.m

MD=X-wfh/2 = 0.254 - (0.422*3*6)/2 = -3.54 t.m
VA=-VE=-wfh(1 m)/2l = -0.422*3*6(1 1.5)/2*30 = -0.32 ton
HE= - X/h wf/2 = -0.254/6 0.422*3/2 = 0.59 ton
HA=0.676


انتخاب :
در اغلب موارد طراحی سوله ها ترکیب بارگذاری ( بار مرده بار برف ) حالت تعیین کننده می باشد. با توجه به تعیین عکس العمل های ناشی از بارگذاری بحرانی می توان در مرحله اول مقاطع را طراحی نموده و متعاقب آن آنالیز های مجدد را بر اساس همان بارگذاری بحرانی انجام داد .

طراحی اولیه مقاطع :
در قابهای شیبدار معمولا با ساخت کارخانه ای و ساخت از روی الگو روبرو هستیم . تعداد زیادی قاب از روی این الگو ساخته می شوند و بنابر این میتوان توجه داشت که طرح این الگو تا چه میزان در اقتصادی بودن نتیجه کار میتواند موثر باشد . جهت طراحی قابهای شیبدار که با ورق ساخته می شوند , روشی را باید اتخاذ کرد که کمترین میزان هدر رفتن مواد مصرفی را داشته باشد . از اینرو در ابتدا و قبل از شروع عملیات طراحی با در نظر گرفتن ارتفاع تیر و ستون در نقاط حداکثر و یکنواخت به برش ورق پرداخته و بعد از اطمینان یافتن یک برش صحیح آنگاه وارد محاسبه می شویم . معمولا ارتفاع گوشه قاب بین 25/1 تا 30/1 دهانه و ارتفاع قسمت ثابت وسط تیر بین 30/1 تا 40/1 در نظر می گیرند . ضخامت ورقهای مصرفی در مورد جان ورق 6 و 8 و حداکثر 10 میلیمتر و ورق های بال بین 6 تا 20 میلیمتر معمول است . ورق های ضخیم تر جان و بال فقط در مورد قابهای سنگین و دارای جراثقال بکار برده می شود .
مشخصات گره B :
1/25 ( 3000)=120
→ dw = 110 cm
1/30(3000) = 100
Bf = 20 cm
Tf = 1.0
Tw = 0.7
I = 1/12 (0.7)(110)3 2*20*1.0*55.52 = 200851
S = 200851/56 = 3586 موجود
S = 65.47 *105 / 1440 = 4546 لازم
مشخصات قسمت ثابت و متغیر :
1/30 ( 3000 ) = 100
→ dw = 60 cm
1/40 ( 3000 ) = 75
Bf = 20 cm
Tf = 1.0
Tw = 0.7
مشخصات گره A :
Dw = 30
Bf = 20 cm
Tf = 1.0
Tw = 0.7

حال با تعیین مقادیر اولیه مقاطع و تغییرات خطی المانهای آن برای آنالیز دقیق با کامپیوتر قاب را به فواصلی تقسیم کرده و خصوصیات مقاطع را تعیین و در جدول تنظیم و بصورت اطلاعات ورودی برای آنالیز دقیق که بر اساس منحنی اعضاء توزیع لنگر خواهد بود به کامپیوتر داده می شود .