نحوه محاسبه تحمل بار قوطی

همان‌‌طور که می‌‌دانید برای ساخت هر سازه فلزی نیاز به مصالح مختلفی مانند پروفیل قوطی 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 ستون‌ها 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 این‌صورت احتمال بروز حوادث و ایجاد خسارات جانی و مالی زیاد است. یکی از اجزای مهم برای تحمل بار سازه نیز قوطی آهن نام دارد که میزان تحمل وزن قوطی در تعداد مورد نیاز آن و نحوه عملکردش تأثیر می‌گذارد. قوطی علاوه بر کاربرد در سازه‌ها در صنایع گوناگون مانند صنایع دریایی، پزشکی و نیروگاه‌ ها نیز در ساخت محصولات و تجهیزات کاربرد دارد. در ادامه ضمن معرفی فرمول محاسبه تحمل بار قوطی، جدول تحمل بار قوطی پروفیل نیز برای شما ارائه خواهدشد.

فرمول محاسبه تحمل بار قوطی

پروفیل قوطی یکی از مهمترین مصالح بوده که استفاده از آن در سازه‌های فلزی اجتناب‌ناپذیر است. پروفیل‌ها بسته به نوع کاربردشان در ابعاد و طول‌های مختلفی در کارخانه‌های آهن و فولاد تولید می‌شوند و قیمت پروفیل به‌ صورت جهانی تغییر می‌کند. یکی از مهمترین ویژگی‌های فنی هر پروفیل ظرفیت باربری آن است، یعنی باید از قبل مشخص باشد پروفیل مورداستفاده در یک سازه قادر است تا چه اندازه بارهای خارجی و داخلی وارد شده بر سازه را تحمل کند. بر اساس این ظرفیت و میزان بارهای محاسبه‌ شده برای سازه نوع و تعداد پروفیل‌های موردنیاز مشخص می‌شود. نکته‌ای که کارفرمایان عزیز باید در مورد پروفیل به آن توجه کنند این است که در حال‌حاضر کارخانه‌های مختلف ایرانی در حال تولید این محصول هستند، بنابراین مانند هر محصول دیگری رقابت در بازار آهن و پروفیل نیز وجود دارد و باید هنگام خرید به مشخصات فنی پروفیل نظیر میزان تحمل بار پروفیل توجه ویژه داشته باشند. برای دریافت جدول وزن پروفیل به همراه فرمول محاسبه وزن آن به لینک مربوطه مراجعه نمایید.

قوطی پروفیل دارای بدنهای کاملا یکنواخت بوده و سطح جوش‌پذیری مناسبی دارد. در کنار این مزایا میزان تحمل بار قوطی و استحکام آن بالا بوده و به همین دلیل امروزه در موارد گوناگونی از آن استفاده می‌کنند. نخستین نکته‌ای که باید در هنگام کار با پروفیل در نظر داشته باشید قابلیت تحمل وزن موردنظر توسط این محصول است. چراکه پروفیل‌ها به طورمستقیم با جان انسان‌ها در ارتباط هستند و ایمنی سازه به آن‌ها بستگی دارد. در صورتی که پروفیل براساس استانداردهای مشخص تولید نشده باشد قادر به تحمل بار موردنظر نبوده و ایمنی سازه را به خطر می‌اندازد. عدم استاندارد پروفیل ممکن است در ابتدا باعث بروز خسارت نشود ولی پس از مدتی با افزایش فشار وارده و کاهش تحمل آن سبب کاهش طول عمر سازه خواهد شد. برای دستیابی به میزان تحمل بار قوطی به صورت دقیق لازم است از فرمول‌های مشخصی استفاده شود. به دست آوردن عدد دقیق میزان تحمل بار پروفیل می‌تواند سازه را در برابر بلایای طبیعی مانند سیل و زلزله ایمن سازد. همچنین وزن پروفیل‌های فولادی را می‌توان به آسانی محاسبه نمود و از این طریق میزان تحمل بار آن را مشخص کرد.

وزن پروفیل قوطی = وزن مخصوص پروفیل ها برحسب کیلوگرم * طول پروفیل برحسب متر * تعداد

جدول تحمل وزن و بار قوطی پروفیل

همان‌‌طور که قبلاً هم اشاره کردیم پروفیل‌ها طبق استانداردهای متفاوت و در ابعاد و اندازه‌های مختلفی از نظر سطح مقطع تولید می‌شوند. معمولاً طول استاندارد پروفیل‌های تولیدشده 12 متر است که برحسب نیاز باید متراژ مشخص برای یک پروژه تهیه شود. اگر شرکت سازنده پروفیل موردنظر استانداردهای لازم را برای ساخت پروفیل‌ها رعایت کرده باشد می‌توانید میزان تحمل بار هر پروفیل را از طریق جداول استاندارد مشخص به دست آورید تا بتوانید مناسب‌ترین آن‌ را انتخاب کنید. دو قسمت لبه و جان بال‌های پروفیل که ضخامت و طول متفاوتی دارند بیشترین تأثیر را روی میزان تحمل بار پروفیل می‌گذارند.

در جدول‌های استاندارد برای هر نوع پروفیل استانداردهایی در نظر گرفته می‌شود که با توجه به‌ اندازه این پارامترها می‌توان میزان تحمل بار پروفیل را محاسبه کرد. البته در هنگام محاسبه این ظرفیت باربری باید به مواردی مانند نحوه بارگذاری و شرایط قرار گرفتن پروفیل روی تکیه‌گاه نیز توجه داشته باشیم. اگر در سازه موردنظر بر روی یک نقطه از پروفیل بار متمرکزی اعمال می‌شود در هنگام محاسبه میزان تحمل بار پروفیل باید بیشتر دقت کنید و در صورتی‌ که بارها به‌ صورت گسترده باشند می‌توان از پروفیل‌های کوچک‌تر نیز استفاده کرد. در زیر جدول تحمل بار پروفیل را مشاهده می‌کنید. با بررسی این جدول به راحتی می توانید از مقاومت قوطی 4*8 و سایر پروفیل ها مطلع شوید.

جدول تحمل بار قوطی‌های مربعی:

جدول تحمل بار قوطی‌های مستطیل:

فرمول محاسبه تحمل وزن پروفیل

به‌ طور کلی از مقاطع سازه‌ای پروفیل بیشتر به‌ صورت افقی یا شیبدار در سازه استفاده می‌کنند تا بتوانند بارهای قائم وارد شده بر محور خود را به ستون‌ها و از آنجا به زمین انتقال دهند. زمانی که پروفیل تحت بارهای استاتیکی و دینامیکی قرار می‌گیرد در لایه‌های متفاوت دچار تنش‌های فشاری و کششی می‌شود که اگر میزان تحمل بار پروفیل کمتر از نیروهای وارد شده باشد دچار آسیب یا شکستگی ناگهانی خواهد شد.

از قوطی‌ها در مقاطعی با شکل‌های هندسی متفاوت برای تحمل بار وارد شده استفاده می‌کنند. انواع قوطی‌ها عبارتند از:

• قوطی‌های با ضخامت‌های مختلف که برای ماشین‌سازی، تیر در ساختمان و ستون وال پست استفاده می‌شود.
• قوطی‌های مربع و مستطیل که با مقطع‌های کوچک به‌ عنوان نرده‌های فلزی برای درب و پنجره، کنار راه‌ پله‌ها و نرده‌کشی اطراف دیوار استفاده می‌شوند.
• قوطی‌های مربع و مستطیل با مقاطع بزرگ‌تر که به قوطی‌های ستونی معروف هستند و در ساختن ستون و اسکلت فلزی ساختمان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.
• از قوطی‌های با مقاطع مربع و مستطیل در ساخت انواع پایه‌های میز و صندلی نیز استفاده می‌شود؛ زیرا میزان تحمل بار قوطی برای این وسایل طوری است که آن‌ها را به‌ خوبی در سطح تعادل نگه می‌دارد.

فرمول محاسبه تحمل بار قوطی پروفیل در محاسبات سازه‌ا‌ی از اهمیت بالایی برخوردار بوده و مهندسان بهتر است پیش از استفاده از طریق فرمول و یا جدول تحمل بار قوطی از مقدار دقیق این عدد مطلع شوند.

میزان تحمل بار قوطی در ستون‌ ها

یکی از مهمترین کاربردهای انواع مقطع‌های مستطیل و مربعی قوطی، در ستون‌های یک ساختمان است. ستون یکی از اعضای اصلی ساختمان است که به‌ صورت عمودی نصب می‌شود تا بتواند بار ناشی از سقف طبقه یا طبقات را به فونداسیون و سپس به زمین انتقال دهد. یکی از مهم‌ترین نیروهای وارد بر سازه که باید بر اساس میزان تحمل بار قوطی و ستون و سایر تیرآهن‌ها مهار شود نیروهای محوری بوده 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 قوطی‌ها به ستون و بعد به زمین منتقل می‌شود. شایان‌ ذکر است علاوه بر نیروهای فشاری در قاب‌های خمشی مورداستفاده در سازه نیروهای لنگری ناشی از بارهای قائم و جانبی نیز به علت اتصال صلب تیر به ستون‌ ها وارد می‌شود.

بنابراین ستون‌های فولادی اگر با مصالح دیگر تقویت نشوند ممکن است با این لنگرها دچار کمانش شوند. کمانش به این معنی است که تحمل باربری یک ستون به دلیل انحنای بیش‌ از حد از بین برود. این موضوع به میزان تحمل وزن قوطی نیز بستگی دارد و اگر پروفیل‌هایی مانند قوطی‌ها 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 قوطی‌ها و ستون بیشتر باشد میزان تحمل بار قوطی بیشتر بوده و احتمال کمانش کمتر می‌شود، اما هرچه در یک مقطع مشخص ارتفاع بین طبقات بیشتر شود احتمال کمانش افزایش پیدا خواهد کرد.

شکل مقطع‌هایی که برای ستون‌ها و قوطی‌ها استفاده می‌شود معمولاً به وضعیت بارهای وارد شده بر سازه و مقدار این بارها بستگی دارد. معمولاً برای ستون‌ها از قوطی‌هایی با مقاطع مستطیل یا مربع استفاده می‌شود. البته گاهی نیز از مقاطع دایره‌ای و چند ضلعی نیز استفاده می‌گردد اما این مقاطع بیشتر برای تأمین ملاحظات طرح‌های خاص معماری به‌ کاربرده می‌شوند و پر مصرف نیستند.

سطح بارگیر پروفیل‌ ها

بارهایی که بر پروفیل‌های مختلف وارد می‌شود براساس مکان قرارگیری پروفیل و نقشی که باید در سازه ایفا کنند متفاوت خواهد بود، مثلاً ممکن است بار به‌ صورت متمرکز، گسترده، یکنواخت، غیریکنواخت ترکیبی و یا خطی بر پروفیل وارد شود. اگر نسبت طول به عرض دال سقف بیشتر از 2 باشد به آن دال یک‌ طرفه می‌گویند و اگر کمتر باشد به آن دال دو طرفه گفته می‌شود. بارهایی که به پروفیل‌ها یا تیرهای اصلی یا شاه‌ تیر وارد می‌شوند به یک‌ طرفه یا دو طرفه بودن دال‌ ها وابسته هستند.

به این شکل که اگر بار وارد شده بر شاه‌ تیر از طریق دال یک‌ طرفه باشد عرض بارگیر وسط به وسط دو دهانه مجاور خواهد بود، اما در صورتی‌ که بار وارد شده بر شاه‌ تیر از طریق دال دو طرفه باشد میزان تحمل بار پروفیل از طریق ترسیم نیم‌ ساز گوشه‌ها به دست می‌آید، یعنی در این حالت بار وارد شده بر شاه‌ تیر به شکل ذوزنقه یا مثلث خواهد بود. دال‌های متفاوتی از جمله طاق ضربی، تیرچه‌ بلوک، دال‌های مرکب و کامپوزیت نیز در سازه‌ها استفاده می‌شوند که رفتار همه آن‌ها مانند دال یک‌ طرفه است، اما دال‌های بتن مسلح دارای رفتاری دو طرفه هستند.

تغییر شکل یا افتادگی پروفیل زمانی رخ می‌دهد که به دلیل وارد شدن بارهای مختلف یک حالت شکمی روی تیر ایجاد شود. اگر این پروفیل‌ها یا تیرآهن‌ها دارای رفتار ارتجاعی باشند در صورتی‌ که بارهای وارد شده از یک حد مشخصی بیشتر نشود بعد از اینکه بارهای اضافی برداشته شوند پروفیل به حالت اولیه خود بر می‌گردد، اما در صورتی‌ که تیر رفتار ارتجاعی نداشته باشد به‌ محض وارد شدن بارهای اضافی که خارج از تحمل پروفیل است احتمال ترک‌ خوردگی و یا شکست ناگهانی در پروفیل یا تیرآهن و تخریب سازه وجود دارد. پروفیل تنها از آهن ساخته نمی‌شود بلکه از آلیاژهای فولادی که دارای درصدهای متفاوت کربن هستند تهیه می‌شوند. به همین دلیل مقاومت بالایی در برابر نیروهای خمشی، بارهای محوری و جانبی دارد. همچنین این قابلیت را دارد که ارتعاش‌ها را به‌ صورت مناسب جذب نماید، به همین دلیل بهترین مصالح برای تحمل بارهای وارد شده برسازه هستند. با محاسبه خمش قوطی و تحمل بار این محصول به راحتی می‌توان بهترین قوطی پروفیل مناسب پروژه را انتخاب کرد.

انواع ستون‌ های تقویت‌ شده با قوطی‌ پروفیل

ستون‌های تقویت‌ شده با قوطی‌ها و پروفیل‌های دیگر معمولاً از نظر ظاهری به دو نوع زیر تقسیم می‌شوند:

پروفیل یا نیمرخ نورد شده

پروفیل‌های نورد شده شامل انواع قوطی‌ها و تیرآهن‌ها هستند. بهترین نوع پروفیل نورد شده برای تقویت ستون، تیرآهن بال‌ پهن یا قوطی‌های 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 آن‌ها در مواقع اتصال تیرها و ستون‌ها به‌ راحتی انجام می‌شود.

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 می‌گویند مناسب نباشند از اتصال چند پروفیل به یکدیگر ستون مورد نظر را تقویت می‌کنند. به این پروفیل‌ها که حاصل چند نوع نیمرخ هستند نیمرخ‌های مرکب گفته می‌شود. سایر کاربردهای نیمرخ‌ های مرکب عبارتند از:

• هنگام نیاز به مقاطع با شکل‌های هندسی خاص
• در زمان‌های عدم دسترسی به نیمرخ‌های IPB یا قوطی‌های مورد نیاز از بازارهای داخلی
• هنگام نیاز به افزایش سطح مقطع ستون و عدم وجود سطح مقطع‌های لازم در نیمرخ‌های نورد شده
• نصب سریع‌تر و راحت‌تر مقاطع مرکب نسبت به حالت یکنواخت

مقاطع مرکب قوطی‌ها و پروفیل‌ها با توجه به میزان تحمل بار قوطی و پروفیل ممکن است به شکل‌های مختلفی ساخته‌ شده و مورد استفاده قرار بگیرد. متداول‌ترین این نیمرخ‌های باربر عبارتند از:

اتصال دو قوطی یا پروفیل به یکدیگر با روش دوبله کردن

برای تقویت ستون‌ها با این نوع پروفیل ابتدا دو تیرآهن یا قوطی را در کنار همدیگر و روی یک سطح صاف به نام شاسی می‌چسبانند. در گام بعدی دو سر وسط ستون را به تیرآهن یا قوطی جوش می‌دهند و ستون را برمی‌گردانند تا ادامه کار را با جوشکاری معمولی انجام دهند. سپس دوباره ستون را معکوس کرده و قسمت وسط را جوشکاری می‌کنند. 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 پروفیل‌ها و ستون انجام شود.

اتصال دو قوطی یا پروفیل به یکدیگر با به‌ کارگیری ورق‌ های سراسری روی بال‌ها

در این مقاطع مرکب ورق اتصال روی دو نیمرخ قوطی متصل می‌شود سپس مقطع مرکب مورد نظر در طول این ورق با فواصل 30 سانتیمتری به ستون مورد نظر به‌ صورت منقطع جوش داده می‌شود.

قوطی‌ها یا پروفیل‌های مرکب با قیدهای مورب یا موازی

پرکاربردترین و معمولی‌ترین قوطی‌های مورداستفاده برای ستون‌ها قوطی‌های مرکبی است که در آن دو قوطی با فاصله معین از همدیگر قرار خواهندگرفت و قیدهای افقی یا چپ و راست، این دو سطح مقطع را به هم وصل خواهند کرد. در این حالت پست‌های چپ و راست که شکل‌های مثلثی را ایجاد می‌کنند مقاومت بالاتری نسبت به پست‌های موازی دارند.

جمع‌بندی

همانطور که ملاحظه کردید پروفیل‌های قوطی با سطح مقطع‌های مختلف مانند مستطیل یا مربع به‌ وفور در سازه‌ها برای تقویت ستون‌ها استفاده می‌شوند. 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 ستون‌ها منتقل کنند تا در نهایت به زمین وارد شود، بنابراین اگر قوطی‌ها از طریق مهندسین طراح به‌ درستی انتخاب نشوند و میزان تحمل بار قوطی کمتر از بارهای وارد شده باشد می‌تواند به سازه آسیب بزند. در این مقاله به بررسی فرمول محاسبه تحمل بار قوطی، جدول تحمل وزن قوطی و جدول تحمل بار پروفیل پرداختیم تا از این طریق بتوانید عمر سازههای خود را افزایش دهید. اگر میزان تحمل بار پروفیل به‌ درستی محاسبه‌ شده و نوع مناسبی را بر اساس طراحی پروژه انتخاب کنید یک سازه پایدار خواهید داشت. در غیر این صورت این امکان وجود دارد که حتی با ناچیزترین بارهای اضافی وارد شده بر سازه پروفیل‌ها نتوانند آن را تحمل کرده و دچار شکستگی و آسیب‌های جبران‌ناپذیر بر سازه شوند.