مقدمه
قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) یک سیستم ساختمان سازی مدرن می باشد که اجزای اسکلتی آن از جنس فولاد سرد نورد CFS سی اف اس (Cold-Formed Steel) بوده و باربری ثقلی آن توسط قاب فضایی و باربری جانبی فقط و فقط توسط قاب خمشی ویژه با اتصالات پیچ و مهره انجام می گیرد.
در خصوص ساختمان سازی با قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) که در ایران با نام سازه CFS سی اف اس شناخته می شود، به دلیل عدم درک صحیح برخی پیمانکاران ایرانی نسبت به ماهیت قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) و عدم آگاهی از الزامات و ضوابط فنی تعیین شده از سوی مراجع ذی صلاح و استانداردهای مطرح شده دنیا پیرامون طراحی و اصول اجرایی آن، متداولاً قضاوت های مهندسی اشتباه و خطر آفرینی صورت می گیرد که در نهایت پیامدها و خسارات مالی و جانی جبران ناپذیر بسیاری را به هنگام وقوع حوادثی چون زلزله به دنبال دارد.
ما در مقاله اشتباهات رایج پیرامون سازه CFS سی اف اس به طور کامل به ریشه اشتباهات متداول در زمینه قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF)و بررسی دقیق آنها پرداخته ایم.
اکنون در این مقاله قصد داریم به صورت تخصصی به الزامات و ضوابط طراحی و اجرایی ساختمان سازی با قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF)بپردازیم.
قاب خمشی cfs سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS-SBMF)
قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) چیست؟
قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (Special Bolted Moment Frames) یا به اختصار CFS – SBMF یک متد طراحی و ساخت سازه های فولادی سرد نورد CFS سی اف اس (Cold-Formed Steel) می باشد که در استاندارد AISI-S400-20 آمریکای شمالی تعریف شده است.
مطابق استاندارد AISI-S400-20 سیستم باربری جانبی قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) تنها قاب خمشی ویژه با اتصالات پیچ و مهره می باشد.
در نتیجه برای تامین استحکام لرزه ای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) در طراحی و اجرای تیرها و ستون ها الزامات ویژه ای درنظر گرفته شده است. همچنین به دلیل آن که ضعف تمامی سیستم های سازه ای در اتصالات می باشد، این استاندارد به ارائه ضوابط و الزامات اکتفا نکرده و جزئیات کامل تری از اتصالات قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) را نشان داده است.
نکته بسیار مهم این می باشد که استفاده از سایر سیستم های مقاوم جانبی مانند دیوارهای برشی یا مهاربندها در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) به دلیل تفاوت سختی جانبی سیستم های مقاوم جانبی مجاز نبوده و در هیچ شرایطی نمی توان قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) را با اثرات لرزه ای دیوار های بنّایی و بتنی مقاوم کرد.[۱]
[۱] AISI-S400-20
از مزایای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) نسبت به سازه LSF ال اس اف می توان به اجرای طرح های معماری متنوع که در آن بازشوهای بزرگ تعریف شده، اشاره کرد. همچنین قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) نسبت به سایر سازه های فولادی و بتنی به دلیل عدم نیاز به اتصالات جوشی سرعت ساخت بالاتری دارد.
الزامات کلی طراحی و ساخت قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF)
ضوابط فنی و الزامات سازه ای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) برای طراحی و اجرای اصولی و تامین نیازهای استحکامی سازه به شرح زیر می باشد[۱]:
[۱] AISI-S400-20
۱)با توجه به نتایج آزمایشات صورت گرفته پیرامون بررسی استحکام و مقاومت لرزه ای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) و همچنین محدودیت های آزمایشات، ساختمان سازی با قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) تنها تا یک طبقه و حداکثر به ارتفاع ۱۰.۷ متر مجاز می باشد.
۲)کاربری های مجاز برای ساختمان سازی با قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) مسکونی، سوله های بزرگ (دهنه بزرگتر از ۱۵ متر)، ویلاهای مدرن یک طبقه و سازه های نیم طبقه مانند سکوهای صنعتی، سکوی فرودگاه و یا سکوی نمایش می باشد.
۳)سیستم باربر ثقلی قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) قاب فضایی و سیستم مقاوم جانبی آن فقط و فقط قاب خمشی ویژه با اتصالات پیچ و مهره می باشد. برای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) نمی توان از فلسفه طراحی ستون قوی و تیر ضعیف استفاده کرد.
با توجه به ضوابط مندرج در آئین نامه طراحی عملکردی و بهسازی لرزه ای سازه های CFS سی اف اس، تیرها و ستون ها در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) با ظرفیت الاستیک شان درنظر گرفته می شوند و مکانیزم اتلاف انرژی در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) بر اساس عملکرد غیر الاستیک اتصالات تیر و ستون و از طریق ایجاد سایش و برش در پیچ و مهره ها به عنوان مکانیزم تسلیم شکل پذیر صورت می گیرد.[۲]
۴)تیرهای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) از جنس CFS سی اف اس (فولاد گالوانیزه سرد نورد منطبق بر استاندارد ASTM-A653 – Grade 55) و با مقاطعی C شکل لبه دار بوده که بر اساس استاندارد AISI S100 (CSA S136) طراحی می شوند.
حداقل ضخامت تیرهای به کار رفته در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) 2.67 میلی متر بوده و عمق آنها نباید کمتر از ۳۰۵ میلی متر و بیشتر از ۵۰۸ میلی متر باشد (نسبت عمق مسطح به ضخامت جان از مقدار (E⁄Fy )√*۶.۱۸ تجاوز نمی کند). باید توجه داشت که در قاب هایی که تیر آنها بصورت تک مقطع اجرا می شود، اثرات پیچشی در طراحی تیر لحاظ گردد.
[۲] NIST GCR 16-917-38
قاب خمشی cfs سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS-SBMF)
۵)در بیشتر مواقع ظرفیت باربری تیرها برای ایجاد لغزش در اتصالات کافی نمی باشد و جان تیر دچار لهیدگی می شود؛ در نتیجه به منظور افزایش ظرفیت باربری جان تیرهای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) در اتصال آنها به ستون، آنها را با ورق های فولادی تقویت می کنند.
۶)ستون های قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) از جنس CFS سی اف اس (منطبق بر استاندارد ASTM-A500 – Grade B&C و ASTM-A108 ) و به شکل مقاطع تو خالی HSS (Hollow Structural Section) بوده که بر اساس استاندارد AISI S100 (CSA S136) طراحی می شوند. عمق و عرض ستون نباید کمتر از ۲۰۳ میلی متر و یا بیشتر از ۳۰۵ میلی متر باشد (نسبت عمق به ضخامت مقاطع از مقدار (E⁄Fy )√*۱.۴۰ تجاوز نمی کند).
۷)در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) تمامی ستون ها الزاماً درگیر بوده و اتصالات آنها به تیرها به صورت مفصلی می باشد. باید در نظر داشت که قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) می بایست بر روی فونداسیون تراز اجرا شود.
۸)قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) برای سازه هایی مورد استفاده قرار می گیرد که فاصله ستون های آن یکسان و منظم می باشد. به عبارت دیگر ستون ها و تیرهای هر قاب از قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) دارای طول یکسان می باشند. همچنین مشخصات مقاطع و اتصالات در هر قاب می بایست، یکسان باشد.
قاب خمشی cfs سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS-SBMF)
۹)پیچ های به کار گرفته شده در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) می بایست از مقاومت بالایی برخوردار بوده و حتی در صورت وجود اتصالات جوشی در قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF)، اتصالات پیچی آن می بایست مستقلاً برای تحمل و انتقال بار طراحی گردند. فاصله پیچ ها از یکدیگر و همچنین فاصله پیچ ها از لبه مقاطع باید مطابق ضوابط تعیین شده در بخش J3 استاندارد AISI S100 (CSA S136) باشد.
قاب خمشی cfs سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS-SBMF)
اگر چه الزاماتی که برای طراحی و اجرای قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF) تعیین شده پیچیده و دشوار نمی باشد، اما رعایت جز به جز آن از اهمیت بالایی برخوردار بوده و عملکرد آنها در کنار هم استحکام و ایمنی لازم سازه را تامین می کند.
جمع بندی مطالب
امروزه با پیشرفت دانش و تکنولوژی در صنعت ساختمان، ابزارها و سیستم های طراحی و ساخت به روزتری ارائه می شود که ساختمان سازی با آن نسبت به ساختمان سازی های گذشته به جهت بهینه بودن مصالح ساختمانی، افزایش سرعت ساخت، تسهیل اجرای سازه، صرفه اقتصادی و سایر پارامترهای دیگر مناسب تر و مطلوب تر می باشد.
اما استفاده از این ابزارها و سیستم های ساختمان سازی بسیار مهم است که مطابق اصول مهندسی و استانداردهای تعریف شده برای آن تکنولوژی باشد تا در کنار ویژگی هایی مطلوبشان، از کیفیت و استحکام مناسبی برخوردار باشند و پناهی ایمن را برای انسان در مدت بهره برداری و به هنگام وقوع حوادث فراهم کنند.
لازم به تذکر می باشد که تصاویر استفاده شده در این مقاله از پروژه های طرح، تولید و ساخت آسراکو نمی باشد. ولیکن به دلیل اینکه یک نمونه اجرای موفق و اصولی از قاب خمشی CFS سی اف اس ویژه با اتصالات پیچ و مهره (CFS – SBMF)می باشد، در این مقاله از تصاویر آن استفاده شده است.
آسراکو طراح، سازنده و مجری تخصصی سازه های فولادی سبک (LSF ال اس اف و CFS سی اف اس)