ضعف فولاد

ضعف‌ها و اشکالات اجرایی ساختمان‌های فولادی در حال ساخت

سید مهدی زهرائی، استادیار گروه عمران دانشکده فنی دانشگاه تهران و مدیر بخش مهندسی سازه مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، دوره آموزشی، ضعف‌ها واشکالات اجرایی ساختمان‌های در حال ساخت.

چکیده مقاله

با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله های اخیر مانند زلزله های منجیل و بم، احتمال وقوع زمین لرزه‌های بزرگ در بیشتر مناطق پرجمعیت کشور و نیاز جدی به اعمال کنترل کیفی در طراحی و اجرای ساختمان ها، هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است.

بقیه در ادامه مطلب ....

سید مهدی زهرائی، استادیار گروه عمران دانشکده فنی دانشگاه تهران و مدیر بخش مهندسی سازه مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، دوره آموزشی، ضعف‌ها واشکالات اجرایی ساختمان‌های در حال ساخت.

چکیده مقاله
با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله های اخیر مانند زلزله های منجیل و بم، احتمال وقوع زمین لرزه‌های بزرگ در بیشتر مناطق پرجمعیت کشور و نیاز جدی به اعمال کنترل کیفی در طراحی و اجرای ساختمان ها، هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است.
ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می دهد. در این مقاله مرور مختصری بر وضعیت اجرای این ساختمان ها در کشور می شود و موارد نقاط ضعف اجرایی که به‌طورمعمول بعلت سهل انگاری یا عدم تسلط کافی مهندس ناظر به اصول اجرایی ساختمان مقاوم در برابر زلزله رخ می دهد مورد توجه قرار داده و راهکار های مناسب و ممکن جهت بهبود ساخت و ساز ارائه شود.

مقدمه
با وجود لرزه خیزی بالای اغلب نقاط پر جمعیت کشور و آسیب پذیری ساختمان های موجود در برابر زلزله بر اساس تجربیات زلزله های اخیر مثل منجیل و بم و... هنوز توجه کافی به ساخت و ساز صحیح نشده است.از نظر مهندسی زلزله در حال حاضر احداث بناهای مقاوم در برابر زلزله به راحتی امکان پذیر است. لیکن درعمل مشکلاتی شکل گرفته که رسیدن به ساختمان های مقا وم تضمین نمی گردد. بیشتر ساختمان های کوچک مسکونی با نظارت صحیح مهندسان ساختما نی که دانش فنی لازم را دارند ساخته نمی شود و حتی اگر ساختمان مورد نظر درست طراحی و محاسبه شده باشد، به‌طورمعمول در اجرا به علت سهت انگاری مهندس ناظر و یا عدم تسلط وی به اصول اجرایی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله طرح دچار خطا های گاهی اساسی می‌گردد.
مشکل اصلی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان ها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا میباشد. بسیاری از مهندسان کشور نه تنها اطلاعات کاملی در مورد اسیب پذیری و مقاوم سازی لرزه‌ای ندارند، بلکه در مواجهه با غالب مسایل اجرایی معمول ساختمان نیز کوتاهی می کنند. لذا بایستی سطح آگاهی در اطلاعات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مکانیزمی برای اعمال قاطعیت اجرایی و کنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری که حق مهندسی ناظر حفظ شده و مسئو لیتها به درستی تقسیم گردد. ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می دهد. لذا در این مقاله وضعیت ساخت و ساز ساختمان های فولادی در کشور مختصرا مرور شده و یکسری علل ضعف اجرای این ساختمان ها بررسی شده و توصیه هایی جهت بهبود اجرا ارائه می‌گردد.
معایب و ضعف های ساختمان های فولادی موجود ضعف های عمده ساختمان های فولادی با توجه به نحوه طراحی و اجرای آنها در پی ها، ستونها، تیرها، اتصالات تیرها به ستونها، اتصال تیر به تیر اصلی، سیستم باربر جانبی، اعضای مهار بندی، اتصالات باد بند ها، سیستم دیافراگم، کف دیوار ها و تیغه های داخلی و راه پله می باشد.



پی ها و شناژ ها
در ساختمان های فولادی به ‌طور معمول از پی های مستطیلی منفرد یا باسکولی و یا گاهی نواری استفاده می گردد که با شناژ های حداقلی به هم متصل می‌گردند. ابعاد این پی ها حتی گاهی برای بار های ثقلی کفایت نمی کند و تنش حداکثر وارد به خاک بیش ازمقاومت مجاز خاک می باشد.در عمل به جز برای ساختمان های بزرگ هیچ گونه ازمایشی جهت تعیین مقاومت خاک صورت نمی گیرد و اغلب ابعاد پی ها بر اساس مقاومت فرضی 2kg/cm2 به دست می آید. این عدد به‌طورمعمول به صورت محافظه کارانه انتخاب می شود. ولی برای ساختمان هایی که روی خاک های سست ساخته می شوند، دور از اطمینان خواهد بود.
ابعاد این پی ها در اثر وجود بار جانبی به ‌طور معمول افزایش می یابد که در اجرای خیلی از ساختمان ها اعمال نمی شود. مشکل دیگری که در اجرای پی و شناژ ساختمان ها زیاد پیش می آید شناژ هایی است که با مقطعی بزرگتر وآر ماتور های بیشتر مثل یک تیر عمیق برای پی های کناری ساختمان نقش پی باسکولی را ایفا می کنند. ستون های موجود بر این پی ها با توجه به مجاورت زمین همسایه لنگر خمشی قابل توجهی به پی اعمال می کنند که به کمک پی نواری یا باسکولی تحمل می گردد. بعضی از طراحان در این زمینه از یک شناژ قوی استفاده می کنند که متاسفانه در عمل با همان شناژ حداقل اتصال بین پی ها (مقطع 40 در 40 و دارای 4 آرماتور نمره‌ی 14)
اشتباه می شود. چنین مساله ای همچنین ممکن است برای تحمل وضعیت اجتناب ناپذیر نیروهای به طرف بالا (uplift) در پای یک ستون بعلت نیرو های موجود در اعضای مهار بندی پیش آید.

اتصال ستون ها به پی ها
مسائل متعددی در اجرای اتصال ستون ها به پی ها پیش می آید. غالباً ابعاد و ضخامت صفحات زیر سری کافی نیست و گاهی تعداد پیچ های مهاری و قطر انها کم می باشد و به طورمعمول از یک پیچ با جوش بالای آن استفاده می گردد. بعضی اوقات بدنبال سهل انگاری در استقرار صفحه ستون ها و یا جابجایی احتمالی صفحه در حین بتن ریزی پی صفحه ستون در محل صحیح خود قرار نمی گیرد و یکی از مشکلات عمده ساختمان های فولادی را به وجود می آورد.
برای ساختمان های 4 طبقه یا بیشتر به‌طورمعمول باید ضخامت صفحات از 2.5 سانتی متر بیشتر باشد و یا اینکه از سخت کننده ها روی صفحه ستون برای افزایش مقاومت خمشی ان استفاده نمود. در عمل این ورق های تقویتی بدرستی بکار نمی روند و اغلب گیرداری ناخواسته‌ای را به صفحه ستون تحمیل می نماید.

اتصال نامناسب ستون به صفحه ستون در یک ساختمان فولادی که بطور ناخواسته قدری گیرداری بوجود آمده است.

نحوه اتصال ستون به صفحه ستون نیز بایستی مورد توجه بیشتری قرار گیرد. برای ساختمان های فولادی در امتداد بدون باد بندی یک اتصال گیر دار در این موقعیت انتظار می رود، در صورتی که در اجرا ممکن است چنین اتصالی تامین نشود. عکس چنین وضعیتی برای امتداد باد بندی شده (اتصالات ساده تیر ها به ستون ها) مورد انتظار است.
ستون ها
به ستون ها بعنوان عضو اصلی هر ساختمان بایستی توجه خاصی صورت گیرد.غالبا به دلیل سهولت اجرایی از دو پرو فیل بهم چسبیده که تا حدی
غیر اقتصادی است و یا با فاصله و بکمک ورق های بست افقی استفاده می شود که گاهی فواصل و ابعاد ورق های بست بدرستی اجرا نمی شود.

ابعاد و ضخامت ورقهای بست افقی در ستون مرکب فولادی بدرستی اجرا نشده است.


برای ساختمان های بزرگ بلند تر از 5 طبقه ستون ها به‌طورمعمول از ورق ساخته می شوند.در بیشتر موارد طول جوش مطابق با محاسبات و دستور العمل های ایین نامه ای صورت نمی گیرد. به عنوان مثال طول جوش نشده از ورق 20 سانتی متر یا بیشتر دیده می شود که بویژه برای ستون ها بسیار بحرانی خواهد بود.
هر گونه خمیدگی و تابیدگی پرو فیل های فولادی مورد استفاده در ستونهای مرکب بایستی جلو گیری شود. برای ساختمان های 5 طبقه یا بیشتر نیاز به اتصال ستون ها بر روی یکدیگر پیش می آید که وصله این ستون ها در خیلی موارد در محل مقطع بحرانی (نزدیکتر از طبقه) اتفاق می‌افتد. گاهی اوقات و اضافه برآن ابعاد و جوش این ورق های وصله نیز کافی نمی باشد.

ابعاد و جوش ورقهای وصله ستون کافی نمی باشد.

در بعضی ساختمان های فولادی برای راحتی اجرا از یک یا دو ستون برای همه ستون ها استفاده می گردد حال آنکه چنین مقطعی برای خیلی از ستون ها جوابگو نمی باشد.اشکال غیر مناسب از ترکیب سه پرو فیل و یا نا موزون بودن ابعاد ورق های تقویتی در مقایسه با ضخامت بال خود پروفیل‌ها و نیز استفاده از ورق در لبه بال های مقطع (به موازات جان) در اجرای بعضی ساختمان های فولادی دیده می شود.
تیر ها
در اکثر موارد از تیر های لانه زنبوری در ساختمان های فولادی استفاده می شود. این تیر ها در مقابل برش ضعیف هستند و در محل اعمال بار های متمرکز مثل دو انتهای تیر بایستی جان را با ورق تقویتی پر نمود. لیکن با توجه به ایجاد نیروی برشی در تمام طول تیر ها در سیستم قاب خمشی کاربرد تیر های لانه زنبوری برای ساختمان های فلزی در مناطق زلزله خیز در راستای بدون باد بندی مناسب نمی باشد.

تیرهای لانه زنبوری در خیلی ازساختمانهای فولادی استفاده می شود لیکن کاربرد آنها در قاب خمشی قابل قبول نیست.

خیلی از تیر ها در سیستم قاب صلب از مقاطع زوج باورقهای تقویتی بالها در دو انتها تشکیل می شود. منتها این ورق ها با جوش منقطع و به‌طورمعمول با ساق ضعیف به بالهای تیر وصل می شوند. از آنجا که نیروهای کششی بزرگی در بال ها ناشی از خمش تیر در دو انتهای تیر توسط این ورق ها بایستی به ستون منتقل گردند. در طول و بعد جوش این ناحیه دقت خاصی نیاز است و غالبا ورق های تقویتی بالها باید به صورت ممتد به بال ها جوش شوند. مشکل متداول دیگر در تیر های ساختمان های فولادی طول نامناسب آنهاست. رواداری مجاز در انتهای تیر و در محل اتصال به ستون به‌طورمعمول حدود 1 سانتیمتر می باشد. لیکن در خیلی از ساختمان ها به علت ضعف کیفیت اجرایی این فاصله حتی به 5 سانتیمتر می رسد که خروج از محوریت زیاد و در نتیجه لنگر خمشی بزرگی را به نبشی نشیمن زیر تیر اعمال می نماید.
مهندسان ناظر بایستی مراقب باشند که این فاصله ها در حد مجاز باقی بماند ودر صورت لزوم در خواست تغییر تیر ویا حداقل از نشیمن تقویت شده (در صورتی‌که رواداری چندان از مقدار مجاز تجاوز نکرده باشد) استفاده بنمایند.

اتصال تیر به ستون و تیر به تیر
شاید مشکل ترین قسمت از وظایف مهندس ناظر در کنترل کیفیت اجرایی یک ساختمان فولادی اطمینان از درستی اتصال تیر به ستون باشد به ویژه در امتدادی که سیستم مهار بندی وجود ندارد و صرفا قاب خمشی قرار است در مقابل بار های جانبی زلزله مقاومت نماید. در چنین حالتی اگر ستونهای قوطی ساخته شده از ورق استفاده می شود، بایستی به نصب ورقهای پیوستگی در داخل ستون قوطی ودر تراز ورقهای زیر و روی تیرتوجه خاصی گردد. غالبا اجرای این ورق ها فراموش شده و یا در تراز صحیح خود صورت نمی گیرد. مطلب مهم دیگر جوش صحیح آن به داخل 4 وجه ستون می باشد و متاسفانه در عمل سه طرف جوش شده ودر وجه چهارم به ورق های پیوستگی متصل نمی شود. برای رفع این مشکل می توان ورق وجه چهارم قوطی ستون را در یک طول مشخص یک متری به صورت منقطع اجرا نمود تا امکان جوشکاری ورقهای پیوستگی به وجه چهارم نیز به وجود آید.

در قاب خمشی (راستای بدون بادبندی) از تیرهای لانه زنبوری استفاده شده است که کاربرد آن با توجه به ایجاد نیروی برشی در تمام طول تیرها در این سیستم، منطقی نیست. ضمنا ورق تحتانی نیز درست اجرا نشده است.


در خیلی از سا ختمان های فولادی برای ستون های واقع در قاب خمشی از مقطع زوج متشکل از دو نیم رخ IPE و ورقهای تقویتی روی بال ها استفاده می گردد. در این حالت به هنگام اعمال کشش به ورقهای تقویتی بال ها براحتی این ورق خمیده شده و فلسفه اتصال گیر دار زیر سوال می‌رود. برای رفع یا حداقل کاهش مشکل در چنین حالاتی می توان از جوشکاری ورق تقویت بالها استفاده نمود که این جزئیات بایستی در نقشه های اجرایی سازه آمده باشد.
اتصال گیردار نامناسب تیر به ستون مرکب از دو نیمرخ IPE و ورقهای تقویتی روی بالها.


جوش شیاری اتصال ورق های فوقانی و تحتانی به ستون برای تامین اتصال گیردار نیز اهمیت زیادی دارد و در عمل نسبت به جزئیات آن مثل داشتن پخ 45 درجه لبه ورق و شرایط جوش نفوذی سهل انگاری می شود. خیلی اوقات ورق فوقانی به صورت مستطیلی بکار می رود و لذا جوش شیاری از مقاومت کافی برخوردار نخواهد بود. برای رفع این مشکل بهتر است پهنای این ورق به صورت ذوزنقه ای در محل اتصال به ستون افزایش یابد.
نبشی های نشیمن زیر تیر ها در خیلی موارد برای تحمل نیروهای تکیه گاهی کافی نیستند و لذا بایستی آنها با افزودن سخت کننده های مثلثی تقویت نمود. مشکل دیگر اتصال تیر به ستون در سیستم اتصال خورجینی (اگر چه در حال حاضر به ندرت به کار می رود) است که همواره تا حدی لنگر خمشی از تیر به ستون منتقل می شود لیکن عملا ستون ها برای این لنگر اضافی محاسبه و طراحی نمی‌شوند.
اتصال نامناسب تیرچه یا شمشیری پله به تیر اصلی از نیمرخ لانه زنبوری یکی از موارد عمده مشکلات اجرائی اتصال تیر به تیر می باشد.


سیستم مقاوم جانبی در ساختمان های فولادی
تعداد قابل توجهی از ساختمان های فلزی موجود در کشوربکلی فاقد هر گونه سیستم باربر در برابر بارهای زلزله هستند در غالب انها بدون هیچ سیستم مهار بندی از قاب ساده یا قاب با اتصالات خورجینی استفاده شده است که صرفا برای تحمل بار های قائم طراحی شده اند. در حالت باد بندی شده نیز گاهی اوقات به صورت متقارن باد بندی نمی شود که موجب ایجاد کوپل پیچشی بزرگی در طبقات ساختمان می گردد. بعنوان یک مساله مهم حذف عنصر مقاوم در طبقه همکف به علت ورودی ساختمان سبب شکل گیری طبقه نرم و ضعیف در این طبقه که قرار است حداکثر نیروی برشی ناشی از زلزله را تحمل نماید می شود.

اتصال نامناسب مهاربند در یک قاب با اتصالات خورجینی که تنها به ستون متصل شده است.

مهاربندی
اشکالات متعددی در سیستم مهاربندی ساختمان های فولادی در حال اجرا دیده می شود. اتصال عضو باد بند به صورت خارج از مرکز با نصب ورق اتصال در لبه بال ستون و تیر اتصال این ورق به تنهایی به ستون یا تنها به تیر و نیز ضعف عضو مهاربند و ابعاد غیر کافی ورق های اتصال باد بند از موارد معمول می باشد که بایستی با هشیاری مهندس ناظر از انها اجتناب گردد.

اتصال نامناسب عضو بادبند به صورت خارج از مرکز با نصب ورق اتصال در لبه بال ستون و تیر.


اتصال نامناسب اعضای بادبندی (به شکل هشت یا شورن) به صورت خارج از مرکز با نصب ورق اتصال در لبه بال تیر. در ضمن جان تیر لانه زنبوری نیز تقویت نشده است.

در بعضی ساختمان ها مالک تر جیح می دهد که از پروفیل های I شکل قدیمی به جای اعضای مهاربندی ( به طور معمول مقاطع زوج از ناودانی یا نبشی ) داده شده در نقشه ها استفاده گردد. باید توجه داشت که این مقاطع اغلب حتی جوابگوی شرط لازم لاغری اعضای فشاری نیز نیستند ودر صورت ارضا شرط لاغری تنها شاید بتوان در طبقات فوقانی ساختمان که نیرو های ناشی از زلزله در باد بند ها کاهش می یابد از انها استفاده نمود. مشکل دیگر اجرایی در این رابطه عدم اتصال دو نیمرخ (ناودانی یا نبشی) به یکدیگر در طول اعضای باد بندی با مقاطع زوج می باشد که لازم است در فواصل مشخص با تسمه به یکدیگر وصل شوند.
اتصال نادرست ورق مهاربند به تنهائی به ستون و آن هم به شکل غیر صحیح


ضعف عضو مهاربند و ابعاد غیر کافی ورقهای اتصال بادبند در یک ساختمان فولادی

ضعف اتصال و نامناسب بودن عضو مهاربندی که باعث کمانش آن در یک ساختمان فولادی در زلزله بم شده است.

در سیستم مهاربندی واگرا (ذوزنقه) علاوه بر توجه کافی به مشخصات لازم برای اعضای مهاربند بایستی به محل اتصال این اعضا به تیر و مقاومت خود تیر دقت نمود. اغلب دیده می شود که برای تامین بازشو بزرگتر زاویه مهاربند ها با افق زیاد شده و نه تنها از راندمان سیستم مقاوم جانبی در تحمل بارهای جانبی می کاهد بلکه نیروی برشی بزرگتری را به تیر پیوند تحمیل می نماید. درضمن بدین ترتیب تیر پیوند به صورت خمشی عمل خواهد نمود.در صورتی‌که بهتر است تحت نیروی برشی به محدوده تغییر شکل های غیر ارتجاعی وارد شده و انر ژی زلزله را مستهلک می نماید.
متاسفانه در خیلی از ساختمان های فولادی در حال اجرا با سیستم مهاربندی واگرا از یک تیر لانه زنبوری بعنوان تیر پیوند استفاده می گردد.که به هیچ وجه جوابگوی ضوابط طراحی در خصوص جاری شدن برش جان تیر پیوند نمی باشد.

از یک تیر لانه زنبوری بعنوان تیر پیوند استفاده شده که جوابگوی ضوابط طراحی در خصوص جاری شدن برش جان نمی باشد. ضعف مقطع مهاربند استفاده شده و در یک راستا نبودن عضو بادبندی ضربدری نیز جالب توجه است.



کاربرد تیر لانه زنبوری بعنوان تیر پیوند و آن هم به صورت نا متقارن که شرایط بحرانی را بوجود می آورد.


جوشکاری
یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی کنترل جوش آن می‌باشد. جوش ها در همه بخش ها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسی گردد. در این خصوص حتی ممکن است در یک ساختمان فولادی کوچک به انجام ازمایشات غیرمخرب NDT بر روی جوش نیاز باشد.

سیستم سقف
در حال حاضر اغلب از سقف های تیرچه بلوک در ساختمان‌های فولادی استفاده می شود که در این صورت بایستی میلگرد های تیرچه ها به خوبی در بتن محصور گردند و پوشش بتن تامین گردد. درضمن در خیلی از ساختمان‌های فولادی که از مقاطع لانه زنبوری IPE180 استفاده می شود. ضخامت سقف سازهای معادل 25 سانتی متر می باشد لایه بتنی و آرماتور گذاری حرارتی به درستی روی پل های مزبور را نمی گیرد و دیافراگم صلب کف نمی‌تواند به خوبی عمل کند.
در سقف های طاق ضربی که برای غالب ساختمان های قدیمی استفاده شده بایستی از مهاربندی با میلگرد و 5 سانتی متر بر روی سقف به منظور تامین صلبیت دیافراگم کف کمک گرفت که حتی به‌طورمعمول در نقشه های سازه ای فراموش می شود.
سقف های مرکب به خصوص درصورت اجرای مناسب بهترین عملکرد صلب را می توانند از خود نشان دهند. موارد ضعف اجرایی این سقف ها بیشتر به قرار گیری اتصالات برشی و ارماتور گذاری دال بتنی آن مربوط می‌شود.
در اجرای تاسیسات مکانیکی و برقی طبقات بایستی حتی المقدور سعی شود تا ضخامت تمام شده کف کاهش یابد. بدین منظور می توان از روی هم شدن لوله ها جلوگیری نمود. مساله دیگر در این رابطه استفاده از پوکه معدنی سبک برای کف سازی طبقات و شیب بندی بام میباشد که در صورت سهل انگاری مهندس ناظر ممکن است حتی از نخاله های ساختمانی استفاده گردد.

دیوار های داخلی و خارجی
مشکل اصلی اجرایی در خصوص دیوار ها عدم اتصال مناسب آنها به اسکلت فلزی ساختمان می باشد و لذا احتمال خسارت آنها به هنگام زلزله زیاد است. برای جلوگیری از فرو ریختن این دیوار ها می توان از پروفیل نبشی یا سپری به صورت قائم یا افقی در فواصل مشخص به عنوان مثال در هر 50 سانتی‌متر استفاده نمود.
دیوار چینی با آجر فشاری به جای آجر مجوف سبک نیز نمونه دیگر اشتباهات اجرایی است و به‌طورمعمول از آجر فشاری بعلت وزن بیشتر ان فقط در دیوار چینی طبقه زیر زمین ساختمان استفاده می شود. بعضی اوقات در اجرا محل دیوار ها و تیغه ها نسبت به آنچه در نقشه ها آمده است تغییر می کند. تا ثیر تغییر بار گذاری تیرها در چنین مواردی بایستی توسط مهندس ناظر بررسی گردد.

راه پله
از معایب معمول در اجرای راه پله فولادی اشتباه در طول مناسب شمشیری پله می باشد که موجب شیب نا مناسب پله و شرایط نامناسب ابعاد پاگرد می گردد. برای حل این مشکل گاهی از کف سازی زیاد در قسمت شیب‌دار پله استفاده می کنند که خطای بزرگی است و بار مرده ی زیادی را به تیرهای شمشیری پله و نیز به‌طور کلی به ساختمان تحمیل می نماید.

اتصال نادرست تیر پاگرد پله به تیر اصلی



در حالت غیر معمول پلکان در پلان (مثلا به صورت مثلثی یا ذوزنقه ای) بایستی به تفاوت طول قسمت های دو تیر شمشیری پله توجه نمود. در صورت سهل انگاری در چنین مواردی مقطع عرضی راه پله کج اجرا می گردد و دوباره بار مرده قابل توجهی به پله تحمیل می نماید.
سهل انگاری در تفاوت طول قسمتهای دو تیر شمشیری که موجب کج شدن مقطع عرضی راه پله با سه پاگرد شده، در ضمن شمشیری داخلی بدرستی روی پی مهار نشده است.

نتیجه گیری
ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساختمان های در حال احداث را تشکیل می دهند و متاسفانه هنوز علیرغم عنایت به زلزله خیزی از یک سو و افزایش بیش از حد قیمت مسکن از طرف دیگر اشکالات اجرایی زیادی در آن ها دیده می شود. بکار گیری اصول صحیح اجرایی می تواند کارایی ساختمان را به خصوص در برابر بارهای فوق العاده زلزله افزایش دهد. در مناطق با لرزه خیزی زیاد با توجه به شرایط اجرایی در کشور بهتر است از سیستم باد بندی در هر دو راستای ساختمان استفاده شود. در این حالت کار برد تیر های لانه زنبوری برای تیر پیوند در سیستم مهاربندی واگرا مناسب نمی باشد.
چنانچه عرض پلان ساختمان خیلی کم باشد طوری‌که در آن راستا ناچار به استفاده قاب خمشی باشیم در امتداد مزبور از تیر ها با اتصالات خور جینی و درکل تیرهای لانه زنبوری استفاده نشود. شرایط خاص گیر دار اتصال تیر به ستون در این رابطه بایستی توسط مهندس ناظر دنبال شود. جوشکاری به عنوان مهمترین مساله در اجرای یک ساختمان فلزی بایستی مورد توجه قرار گیرد و روش های مختلف کنترل کیفیت جوش در این خصوص به‌کار گرفته شود. کاهش بار مرده کف سازی و دیوار ها نیز می تواند به کاستن نیرو های جانبی ناشی از زلزله کمک نماید و بدین ترتیب اثر بعضی اشکالات اجرایی اجتناب نا پذیر را تا حدودی جبران نمود.

سازه نگهبان

 


1- گود برداری و سازه های نگهبان
در بسیاری از پروژه های ساختمانی لازم است که زمین به صورتی خاکبرداری شود که جداره های آن قائم یا نزدیک به قائم باشد. این کار ممکن است به منظور احداث زیر زمین ، کانال ، منبع آب و .. صورت گیرد. فشار جانبی وارد بر این جداره ها ناشی از رانش خاک بر اثر وزن خود آن ، و نیز سر بار های (surcharge) احتمالی روی خاک کنار گود می باشد. این سربارها می توانند شامل خاک بالاتر از تراز افقی لبه ی گود ، ساختمان مجاور ، بارهای ناشی از بهره برداری از معابر مجاور و ... باشند. به منظور جلوگیری از ریزش ترانشه و تبعات منفی احتمالی ناشی از این خاکبرداری ، سازه های موقتی را برای مهار ترانشه اجرا می کنند که به آن سازه های نگهبان (retaining structures;support systems) می گویند.

اهداف اصلی ایمن سازی جداره های گود با استفاده از سازه های نگهبان عبارتند از : حفظ جان انسانهای خارج و داخل گود ، حفظ اموال خارج و داخل گود و نیز فراهم آوردن شرایط امن و مطمئن برای اجرای کار.
موضوع گودبرداری و طراحی و اجرای سازه های نگهبان در
مهندسی عمران دارای گستره وسیعی است و نیاز به بررسی ها و مطالعات و ملاحظات ژئوتکنیکی، سازه ای ، مواد و مصالح، تکنولوژیکی و اجرایی و اقتصادی و اجتماعی دارد. در نتیجه می توان گفت که انتخاب روش مناسب بستگی به جمیع شرایط تأثیرگذار دارد و می توان در شرایط مختلف، به صورت های گوناگونی باشد. از سوی دیگر، تئوری ها و روش های اجرایی گود برداری و سازه های نگهبان، هم مبتنی بر اصول تئوریک و هم متأثر از ملاحظات اجرایی و تجربی، توأماً است.
پایدارسازی جداره های گودبرداری به صورتها و روشهای مختلفی صورت می گیرد که از جمله آنها به روشهای : مهار سازی (anchorge) ، دوخت به پشت (tie back) ، دیواره دیافراگمی (diaphragm wall) ، مهار متقابل (reciprocal support) ،
اجرای شمع

2- انواع روشهای پایدارسازی گود
2-1- روش مهار سازی
در این روش، برای مهار حرکت و رانش خاک، با استفاده از تمهیداتی خاص، از خود خاک های دیواره کمک گرفته می شود. ابتدا در حاشیه زمینی که قرار است گودبرداری شود، در فواصل معین چاههایی حفر می کنیم. عمق این چاهها برابر با عمق گود به اضافه ی مقداری اضافه برای شمع بتنی انتهای تحتانی این چاهها است.
پس از حفر چاهها، در درون آنها پروفیل های شکل یا شکل قرار می دهیم. به منظور تأمین گیرداری و مهاری کافی برای این پروفیل ها، انتهای پروفیل ها را به میزان 0.25 تا 0.35 عمق گود، پایین تر از رقوم کف گود در درون بخش شمع ادامه می دهیم و در انتهای پروفیل ها نیز شاخکهایی را در نظر می گیریم.
سپس، شمع انتهای تحتانی را ، که قبلاً آرماتوربندی آن را اجرا کرده و کار گذاشته ایم، بتن ریزی می کنیم. بدین ترتیب پروفیل های فولادی مزبور در شمع مهار می شوند و پروفیل های فولادی همراه با شمع نیز در خاک مهار می گردند. پس از اجرای مراحل فوق، عملیات گودبرداری را به صورت مرحله به مرحله اجرا می کنیم. در هر مرحله، پس از برداشتن خاک در عمق آن مرحله، برای جلوگیری از ریزش خاک، با استفاده از دستگاههای
حفاری ویژه، در بدنه ی گود چاهکهایی افقی یا مایل، به قطر حدود 10 تا 15 سانتیمتر، دزر جداره ی گود حفر می کنیم. آنگاه درون این چاهکها میلگردهایی را کار گذاشته و سپس درون آنها بتن تزریق می کنیم. طول این چاهکها، به نوع خاک و پارامترهای فیزیکی و مکانیکی آن، و نیز به عمق گود بستگی دارد و مقدار آن در حدود 5 تا 10 متر است.
پس از انجام این مرحله، پانلهای بتنی پیش ساخته ای را در بین پروفیلهای قائم قرار داده و آنها را از سویی به میلگردهای بیرون آمده از چاهکها به نحو مناسبی متصل می کنیم و از سویی دیگر پانلها را به پروفیلهای قائم وصل می کنیم. به جای استفاده از این پانلهای پیش ساخته می توانیم آنها را به صورت درجا اجرا کنیم. همچنین می توانیم ابتدا بر روی دیواره آرماتور بندی کرده و سپس بر روی آن بتن پاشی (shotcrete) کنیم.
برای اتصال پانلها به میلگردهای بیرون آمده از چاهکها می توانیم سر میلگردهای مزبور را رزوه کرده با استفاده از صفحات سوراخ دار تکیه گاهی و مهره، آنها را با پانل درگیر کنیم.
کلیه عملیات فوق را به صورت مرحله به مرحله، از بالا به پایین اجرا می کنیم. ملات یا خمیری که برای تزریق استفاده می کنیم، مخلوطی است از سیمان و آب یا سیمان و آب و ماسه که ممکن است در آن از مواد


افزودنی نیز استفاده کنیم. همچنین می توانیم از مواد پلیمری و دوغاب های با پایه غیر از سیمان پرتلند و با ترکیبات خاص نیز برای تزریق استفاده کنیم. در تزریق با استفاده از سیمان پرتلند، نسبت آب به سیمان در ابتدا در حدود 1.5 است که به تدریج آن را کاهش داده و به حدود 0.5 می رسانیم. طراحی و برنامه ریزی و اجرای عملیات تزریق باید توسط متخصصان آشنا به موضوع و با استفاده از دستگاههای خاص و طبق استانداردها و ضوابط خاص صورت گیرد. همچنین باید توجه داشته باشیم که در صورتی که فشار به کار برده شده برای تزریق بیش از حد لزوم باشد، ممکن است ناپایداری ها و شکستهایی در خاک ایجاد شود.

2-1-1- مزایای روش مهار سازی
1. مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن در درون چاهکها بهبود می یابد،لذا بر اثر این امر، علاوه بر کمک گرفتن از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک، میزان رانش خاک نیز بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاهش می یابد.
2. سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست.
3. از خاک موجود برای مهار دیواره گود استفاده می شود.

2-1-2- معایب روش مهار سازی
1. استفاده از بدنه ی خاک مجاور دیواره گود ضروری است. لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، از این روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.
2. به دلیل ضرورت اجرا عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمالن زیادی نیاز دارد. البته این امر ممکن است در پروژه های بزرگ مطرح نباشد بلکه برعکس ممکن است زمان کلی اجرا کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.
3. هزینه اجرای عملیات، به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر، در مقایسه با روشهای ساده تر بیشتر است. ولی در پروژه های بزرگ و در احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشد و برعکس هزینه کلی کار کاهش یابد.
4. به دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهکها، تزریق، حمل پانلها و ... نیاز دارد.
5. به افراد با تخصص های بالاتر در رده های مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه، در مقایسه با روشهای ساده تر نیاز دارد.
 
2-2- روش دوخت به پشت
این روش، مشابهت زیادی به روش مهارسازی دارد. در این روش نیز حفاری را به صورت مرحله به مرحله و از بالا به پایین گود اجرا می کنیم.
در هر مرحله به کمک دستگاههای حفاری ویژه، چاهکهای افقی یا مایل در بدنه ی دیواره ی گود حفر می کنیم. سپس، درون این چاهکها کابلهای پیش تنیده قرار می دهیم و با تزریق بتن در انتهای چاهک، این کابلها را کاملاً در خاک مهار می کنیم. سپس کابلهای مزبور را به کمک جکهای ویژه ای می کشیم و انتهای بیرون آمده ی کابل را بر روی سطح جداره ی گودمهار می کنیم. آنگاه به درون چاهکهای مزبور بتن تزریق می کنیم. پس از سخت شدن بتن و کسب مقاومت کافی آن، کابلها را از جک آزاد می کنیم. این کار موجب آن می شود که نیروی پیش تنیدگی موجود در کابل خاک را فشرده سازد، و در نتیجه خاک فشرده تر و متراکم تر شده و رانش ناشی از آن کاهش یابد، و در عین حال که نیروی رانش خاک در جداره گود به خاکهای داخل بدنه ی دیواره منتقل شده و خاک بدنه ی انتهایی، به عنوان سازه ی نگهبان عمل کرده و رانش خاک بدنه ی مجاور جداره را تحمل می کند.
عمق گودبرداری در هر مرحله، بستگی به نوع خاک و فاصله ی بین چاهکها دارد و معمولاً در حدود 2 تا 3 متر است.

2-2-1- مزایای روش دوخت به پشت
1. مشخصات مکانیکی خاک بر اثر تزریق بتن به درون چاهکها و نیز پیش تنیده شدن خاک بهبود می یابد. در نتیجه هم از خاک اطراف جداره برای مهار رانش خاک استفاده می شود و هم میزان رانش خاک بر اثر بهبود مشخصات مکانیکی خاک کاسته می شود.
2. سازه نگهبان در داخل گود جاگیر نیست.
3. از خاک موجود برای مهار دیواره ی گود استفاده می شود.

2-2-2- معایب روش دوخت به پشت
1. استفاده از بدنه خاک مجاور دیواره ی گود ضروری است. لذا در مواردی که خاک مجاور گود در زیر یک ساختمان یا در حریم همسایه یا در حریم تاسیسات و معابر شهری باشد، از اینت روش نمی توان استفاده کرد یا استفاده از آن با محدودیت همراه است.
2.به دلیل ضرورت اجرای عملیات به صورت مرحله به مرحله، به زمان زیادی نیاز دارد. البته ممکن است در پروژه های بزرگ این امر مطرح نباشد بلکه برعکس ممکن است زمان کلی اجرای کار نیز، به ویژه با مدیریت صحیح، کاهش یابد.
3.هزینه ی اجرای عملیات،به دلیل تکنولوژی پیشرفته تر، در مقایسه با روش های ساده تر بیشتر است. ولی در پروژه های بزرگ و در احجام زیاد ممکن است این امر مطرح نباشدو برعکس هزینه ی کلی کار کاهش یابد.
4. به دستگاه های خاص نظیر دستگاه های لازم برای حفر چاهکها، تزریق، پیش تنیدگی کابلها و ... نیاز دارد.
5. به افراد با تخصص های بالاتر در رده های مختلف فنی برای اجرای عملیات مربوطه، در مقایسه با روشهای ساده تر نیاز دارد.
 
2-3- روش دیواره ی دیافراگمی (diaphragm wall)
در این روش ابتدا به کمک دستگاه های حفاری ویژه محل دیوار نگهبان را حفر می کنیم. سپس به طور همزمان محل حفر شده را با گل بنتونیت (bentonite slurry) و سیمان پر می کنیم تا از ریزش خاک دیواره محل حفر شده جلوگیری شود. سپس قفسه ی آرماتور های دیوار نگهبان را، که از قبل ساخته و آماده کرده ایم، در داخل محل حفر شده ی دیوار جا می دهیم. آنگاه بتن ریزی دیوار را انجام می دهیم. بتن مصرفی معمولاً از نوع بتن روان و با کارآیی زیاد است.
دیوارهای دیافراگمی به صورت پیش ساخته (precast diaphragm walls) و پس کشیده (post –tensioned diaphragm walls) نیز اجرا می شود.
2-3-1- مزایای روش دیواره ی دیافراگمی
1. سرعت اجرای کار بسیار زیاد است.
2. درجه ی ایمنی کار بسیار زیاد است.
3. دیوار دیافراگمی هم به عنوان سازه نگهبان گود رفتار می کند و هم در حین بهره برداری از آن به عنوان دیوار حایل استفاده می شود.
4.دیوار دیافراگمی به ویژه برای حفاری ها و گودهای با طول زیاد مناسب است.


2-3-2- معایب روش دیواره ی دیافراگمی
1. در احجام کم، هزینه ی اجرای کار بسیار زیاد است، ولی در احجام زیاد هزینه ی کلی کار می تواند از روشهای ساده تر کمتر تیز باشد.
2. در این روش، دستگاه های حفاری مربوطه نیاز به فضای کار زیادتری دارند و در صورتی که از نظر فضای دو طرف دیواره محدودیت داشته باشیم، اجرای کار ناممکن خواهد بودو یا اینکه به سختی صورت می گیرد.
3. در این روش به دستگاه های حفاری ویژه ای نیاز است.
4. در این روش به نیروهای با تخصص بالا برای کار با دستگاه های مورد نظر و سایر موارد نیاز است.


2-4- روش مهار متقابل
این روش برای گودهای به عرض کم مناسب است. در این روش ابتدا در دو طرف گود، در فواصای معین از یکدیگر چاهکهایی را حفر می کنیم. طول این چاهکها برابر با عمق گود به اضافه ی مقداری اضافه تر حدود 0.25 تا 0.35 برابر عمق گود است. این عمق اضافه به منظور تأمین گیرداری انتهای تحتانی پروفیلهایی است که در چاهک قرار داده می شوند.
سپس در درون این چاهکها پروفیلهای فولادی یا ، مطابق با محاسبات و نقشه های اجرایی، قرار می دهیم. طول این پروفیل ها را معمولاً به گونه ای در نظر می گیریم که انتهای فوقانی آنها تا حدی بالاتر ازتراز بالایی گود قرار گیرند.
آنگاه قسمت فوقانی هر دو پروفیل قائم متقابل مزبور را به کمک تیر ها یا خرپاهایی به یکدیگر متصل می کنیم. این کار موجب میشود که هر دو پروفیل قائم متقابل، به پایداری یکدیگر کمک کنند.
پس از آن، عملیات گودبرداری را به تدریج انجام می دهیم . در صورت لزوم، در نقاط دیگری از ارتفاع پروفیلهای قائم نیز سیستم مهار متقابل را اجرا می کنیم.
در صورتی که خاک خیلی ریزشی باشد باید در بین اعضای قائم از الوارهای چوبی یا اعضای مناسب دیگر استفاده کنیم.
سیستم مهار متقابل فوق الذکر باید در جهت عمود بر سیستم قابی آن، یعنی در جهت طول گود، نیز به صورت مناسب مهاربندی شود.

2-4-1- مزایای روش مهار متقابل
1. در گودبرداری های با عرض کم دارای مزایای بسیار زیادی است که از آن جمله سرعت زیادتر، هزینه ی
کمتر ، و جاگیری کمتر را می توان نام برد.
2. این روش، به ویژه در بسیاری از عملیات اجرای کانالها می تواند بسیار سودمند واقع شود.

2-4-2- معایب روش مهار متقابل
1. در صورتی که عرض گود زیاد، مثلاً بیش از حدود 10 متر، شود و نیز در صورتی که عمق گود زیاد باشد ممکن است مهاربندی های عرضی و یا مهار بندی های ترازهای مختلف دست و پاگیر شده و موجب بروز مشکل در اجرای کار بشود.


2-5- روش اجرای شمع
در این روش، در پیرامون زمینی که قرار است گودبرداری شود در فواصل معینی از هم، شمعهایی را اجرا می کنیم. این شمعها می توانند از انواع مختلف مصالح سازه ای نظیر فولاد، بتن و چوب باشند. همچنین شمعهای بتنی را می توان به صورت پیش ساخته یا درجا اجرا کرد.
در این روش، شمعها فشار جانبی خاک را به صورت تیرهای یک سر گیردار تحمل می کنند. طول گیرداری لازم در انتهای شمعها چیزی در حدود 0.3 است.
پس از اجرای شمعها، می توان عملیات گودبرداری را اجرا کرد. در صورت لزوم باید شمعها را در امتداد دیواره ی گود مهاربندی کرد.

2-5-1- مزایای روش اجرای شمع
1. سرعت عملیات اجرایی بسیار بالا است.
2. سیستم به هیچ وجه دست و پاگیر نیست.
3. در احجام زیاد، هزینه ی عملیات کاهش می یابد.
4.گاهی از اوقات می توان از شمع ها به عنوان سازه نگهبان دائم( نظیر دیوار حائل) یا بخشی از آن نیز استفاده کرد.
5. شمع های پیش ساخته را پس از جمع آوری می توان در پروژه های دیگر نیز استفاده کرد.
6. در گودهای با عمق تا حدود 5 متر، معمولاً اقتصادی اند.

2-5-2- معایب روش اجرای شمع
1. در صورتی که ارتفاع گودبرداری زیادباشد، هم باید فواصل شمعها از هم کم شود و هم باید از مقاطع سازه ای قویتری برای اجرای کار استفاده کرد.
2. در بسیاری از پروژه های شهری، به دلیل مشکلات شمع کوبی، نمی توان از شمعهای پیش ساخته استفاده کرد و فقط باید شمعها را به صورت درجا اجرا کرد.


2-6- روش سپرکوبی
در این روش، ابتدا در طرفین گود سپرهایی را می کوبیم و سپس خاکبرداری را شروع می کنیم. پس از آنکه خاکبرداری به حد کافی رسید در کمرکش سپرها و بر روی آنها، تیرهای پشت بند افقی (wales) را نصب می کنیم. سپس قیدهای فشاری قائم (struts) را در جهت عمود بر صفحه ی سپرها به این پشت بندهای افقی وصل می کنیم. سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری در عرضهای کم و خاکهای غیر سست، معمولاً از نوع چوبی است ولی در عرضهای بیشتر و خاکهای سست تر استفاده از سپرها و پشت بندها و قیدهای فشاری فلزی اجتناب ناپذیر است.

2-6-1- مزایای روش سپرکوبی
1. سرعت اجرای کار بسیار زیاد است.
2. درجه ی ایمنی کار بسیار زیاد است.
3. برای اجرای کانالها، به ویژه با طول های زیاد، بسیار مناسب است.

2-6-2- معایب روش سپرکوبی
1. در این روش به دستگاه های سپرکوبی، که به هر حال یک دستگاه ویژه است، نیاز است.
2. این روش به نیروهای با تخصص بالاتر، نسبت به روشهای ساده تر، نیا ز دارد.
3. دستگاه های سپرکوب به جای کافی برای اجرای کار نیاز دارند.
4. این روش برای عرض های کم مناسب تر است.


2-7- روش خرپایی
این روش، یکی از مناسب ترین و متداول ترین روش های اجرای سازه نگهبان در مناطق شهری است. اجرای آن ساده بوده و نیاز به تجهیزات و تخصص بالایی ندارد، و در عین حال قابلیت انعطاف زیادی از نظر اجرا در شرایط مختلف دارد.
برای اجرای این نوع سازه نگهبان، ابتدا در محل عضوهای قائم خرپا، که در مجاورت دیواره ی گود قرار دارند، چاههایی را حفر می کنیم.عمق این چاه ها برابر با عمق گود به اضافه مقداری اضافه برای اجرای شمع انتهای تحتانی عضو خرپا است.طول شمع (length of pile) را، که با نشان داده می شود از طریق محاسبه بدست می آوریم. آنگاه درون شمع را آرماتوربندی کرده و عضو قائم را در داخل شمع قرار می دهیم و سپس شمع را بتن ریزی می کنیم. پس از سخت شدن بتن، انتهای تحتانی عضو قائم به صورت گیردار در داخل شمع قرار خواهد داشت.
سپس خاک را در امتداد دیواره ی گود با یک شیب مطمئن بر می داریم. آنگاه فونداسیون پای عضو مایل را اجرا می کنیم. این فونداسیون در پلان به صورت مربعی است. بعد یا عرض فونداسیون (Breadth of foundation) را با و ضخامت یا ارتفاع آن را با نشان می دهیم. پس از آن، عضو مایل را از یک طرف به عضو قائم و از طرف دیگر به ورق کف ستون بالای فونداسیون متصل می کنیم.
عملیات فوق را برای کلیه ی خرپاهای سازه نگهبان در امتداد دیواره به صورت همزمان اجرا می کنیم.
حال خاک محصور بین اعضای قائم و افقی خرپاها را در سرتاسر امتداد دیواره، به صورت مرحله به مرحله برمی داریم و در هر مرحله اعضای افقی و قطری خرپا را بتریج نصب می کنیم تا آنکه خرپا تکمیل شود.

2-7-1- مزایای روش خرپایی
1. برای عموم گودهای واقع در مناطق شهری مناسب است.
2. از نظر اجرا در شرایط مختلف،قابلیت انعطاف زیادی دارد.
3. امکان استفاده مجدد از خرپا وجود دارد.
4. ساده است و به تخصص و دستگاه های خاص نیاز ندارد.


2-7-2- معایب روش خرپایی
1. سرعت اجرا، در مقایسه با روش های پیشرفته تر نسبتاً کمتر است.
2. خرپاها جاگیراند.
3. احتمال الزامی لودن برداشت بخشی از خاک با روشهای دستی وجود دارد.

منبع: کتاب اصول و مبانی گود برداری و سازه های نگهبان تألیف دکتر حمید رضا اشرفی
       به نقل از وب سایت مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن