دسترسی سریع به محتوای این مطلب
پروفیل هایی با مقطع مستطیل و یا مربع و به صورت توخالی را قوطی می نامند. این محصول یکی از پرکاربرد‌ترین مصالح مورد استفاده در صنایع مختلف است. از جمله کاربرد این مقطع می‌توان به صنعت خودروسازی، تولید لوازم پزشکی، لوازم آموزشی؛ لوازم خانگی و عمران و ساختمان سازی اشاره کرد. دلیل تنوع در کاربرد قوطی فلزی را می توان مقاومت بالا، کیفیت سطحی و جوش پذیری خوب و در عین حال فرم و شکل پذیری مناسب این محصول دانست.
سوالی که عموما مطرح می شود این است که کاربرد قوطی در سازه های فلزی چیست و آیا برای ساختمان های چند طبقه نیز می توان از پروفیل قوطی استفاده نمود یا نه؟ همچنین قیمت قوطی و قیمت قوطی آهن بر چه اساسی تعیین شده و کیفیت آنها چه تاثیری بر کیفیت نهایی پروژه دارد؟ در ادامه به بررسی پاسخ این پرسش خواهیم پرداخت.
همانطور که پیش تر گفتیم به پروفیل های توخالی با مقطع مستطیل و یا مربع قوطی گفته می شود. از جمله رایج ترین موارد استفاده از این مصالح می توان به کاربردهای گسترده آن در صنایع مختلف اشاره کرد. این مقاطع فولادی که با عنوان قوطی آهن یا پروفیل آهنی نیز شناخته می شوند، به دلیل استحکام بالا، مقاومت فشاری مناسب و شکل پذیری مطلوب، در پروژه های گوناگون از جمله ساخت اسکلت فلزی با قوطی آهن و سازه های فلزی سبک و سنگین کاربرد دارند.
یکی از عوامل مؤثر در انتخاب این نوع مقاطع، قیمت آهن و نوسانات آن در بازار است، زیرا تغییرات قیمت مستقیماً بر هزینه نهایی اجرای اسکلت فلزی و خرید قوطی مناسب برای ستون تأثیر می گذارد. استفاده از قوطی در ساختمان علاوه بر صرفه جویی در وزن سازه، موجب تسهیل اجرای اتصالات قوطی فلزی نیز می شود. همچنین در برخی سازه ها برای بهبود عملکرد، از روش پر کردن قوطی با بتن استفاده می گردد که باعث افزایش دوام و مقاومت نهایی می شود. از مهم ترین حوزه های کاربرد قوطی پروفیل می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
نامگذاری قوطی پروفیل به این صورت است که ابتدا طول و عرض آن و سپس ضخامت بیان می گردد. ابعاد این محصول عموما میان 10 تا 140 میلی‌متر و در ضخامت های 1 تا 6 میلی متر موجود است. تولید قوطی پروفیل به صورت نورد سرد است به طوری که ابتدا کلاف ورق به وسیله قیچی به نوارهای نازک بریده شده و سپس وارد دستگاه فرمینگ می شود و به لوله تبدیل می گردد.
پس از آن از غلطک های سایزینگ عبور داده شده و به شکل قوطی در می آید. سایز قوطی ستونی و کاربردهای آن متفاوت بوده و در هنگام خرید لازم است به برند تولیدی نیز توجه نمایید برای مثال قیمت قوطی ستونی 10 در 10 با قیمت قوطی ۱۴ متفاوت بوده و دارای کاربردهای متنوعی است.
در سازه‌های فولادی برای انتخاب مقاطع تنوع زیادی وجود دارد. این در حالی است که در سازه بتنی محدودیت زیادی وجود ندارد چرا که با بتن سر و کار داریم و در اجرای بتن مهم است که اجزای آن جدا نشود و به همه قسمت‌های قالب نفوذ کند و اگر قالب شکل خاصی داشته باشد در تراکم بتن مشکل ایجاد می‌شود به همین دلیل معمولا برای مقاطع بتنی اشکال ساده‌ای را انتخاب می‌کنیم مانند مربع مستطیل و یا دایره.
البته اشکال دایره‌ای شکل نیز برای ساختمان‌های معمولی چندان متداول نیست زیرا میله گذاری در آن مشکل‌تر است. معمولا در ستون‌های پل‌ها و یا ساختمان‌های خاص از ستون‌ها یا مقاطع دایره استفاده می‌گردد. البته بتن‌های خاصی نیز تحت عنوان بتن‌های خود متراکم شونده وجود دارد که این قابلیت را دارند که در قالب‌های خاص مانند قالب‌های تونلی جای بگیرند.
یا اینکه در بتن از فوق روان کننده استفاده می‌گردد که روانی بتن را خیلی بالا می‌برد و می‌تواند در قالب‌هایی با اشکال خاص نیز جای بگیرد که در حال حاضر موضوع بحث ما نیست. این محدودیت در مقاطع فلزی خیلی کمتر است و در این بخش کاربرد پروفیل قوطی و دیگر مقاطع فولادی ساختمانی اهمیت پیدا می کند. به عنوان مثال در برخی پروژه ها برای اسکلت فلزی با قوطی یا استفاده از قوطی فلزی ساختمانی به‌عنوان قوطی برای ستون، طراحان می توانند مقاطعی انتخاب کنند که هم سبک باشند و هم ممان اینرسی مناسبی داشته باشند.
یکی از مقاطع متداول در سازه‌های فلزی مقاطع I شکل است و به خصوص در تیرها مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، در مواردی که نیاز به مقاومت دوطرفه وجود دارد، استفاده از پروفیل قوطی ساختمانی یا مقاطع باکس فولادی می تواند عملکرد سازه را بهبود دهد و باعث افزایش پایداری در برابر بارهای جانبی شود.
مقطع I به دلیل شکل ویژه‌ای که دارد بهترین کارکرد را برای استفاده در سازه‌های فلزی دارد. طبق قضیه گشتاور سطح مقاطع I شکل بیشترین میزان ممان اینرسی را به ما می‌دهند. ممان اینرسی به معنای صلابت و یا سختی مقطع است و در طراحی اسکلت با قوطی یا دیگر مقاطع فولادی، نقش مهمی در تعیین پایداری سازه دارد. به طور کلی در انتخاب مقطع بهینه، بهترین مقطع برای ستون فلزی آن است که بتواند با حداقل وزن و مصالح، بیشترین مقاومت خمشی و فشاری را ایجاد کند.
مقطع بهینه و اقتصادی مقطعی است که با حداقل مصالح بیشترین ممان اینرسی را ایجاد کند. مقطع I حول محور اصلی خود بهترین عملکرد را دارد. هم در برش که جان تیر عمل می‌کند هم در خمش که بال‌ها عمل می‌کنند بهترین عملکرد را دارا است. در مقابل، در بخش هایی از سازه که نیاز به مقاومت دوطرفه یا پایداری بیشتر دارند، استفاده از کاربرد پروفیل قوطی یا قوطی برای ستون می تواند گزینه ای مناسب باشد. این نوع مقاطع معمولاً در اسکلت فلزی با قوطی یا ستون های ترکیبی استفاده می شوند تا سختی کلی سازه افزایش یابد. جهت اطلاع از قیمت قوطی ستونی 14 سنگین میتوانید به لینک مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
در سازه های بتنی نمی توان از مقطع توخالی استفاده کرد اما در سازه های فلزی یا همان سازه های فولادی می توان از این نوع مقاطع بهره برد. مقطع باکس یا مقطع قوطی فلزی ساختمانی یکی از بهترین مقاطع است. استفاده از این مقاطع زمانی توصیه می شود که بخواهیم نسبت به هر دو محور و جهت، ممان اینرسی بالایی داشته باشیم. مثلا زمانی که در سازه در هر دو جهت اتصال گیردار است و قاب خمشی داریم استفاده از مقطع قوطی ستونی ساختمانی مطلوبیت دارد و باعث افزایش استحکام کلی اسکلت می شود.
در بسیاری از پروژه ها مانند اسکلت فلزی با قوطی، از این مقاطع به عنوان قوطی مناسب برای ستون سه طبقه یا حتی ساختمان های بلند تر استفاده می شود. در چنین سازه هایی، طراحی دقیق اتصالات قوطی اهمیت بالایی دارد، زیرا اتصالات صحیح نقش تعیین کننده ای در انتقال نیروها و عملکرد سازه در برابر زلزله دارد. همچنین در زمان طراحی نقشه اسکلت فلزی با قوطی، لازم است مهندس طراح به ابعاد قوطی آهنی ستونی و ضخامت ورق ها توجه کند تا ظرفیت فشاری و خمشی ستون ها کافی باشد.
مقطع I تنها حول محور اصلی، ممان اینرسی بالایی دارد و برای تیرها مناسب تر است؛ اما برای ستون ها که از هر دو جهت تحت تأثیر نیروها هستند، این نوع مقطع چندان مناسب نبوده و باید از مقطعی استفاده گردد که در دو جهت اینرسی بالایی داشته باشد، مانند مقاطع باکس و یا مقاطع I شکل بال پهن. در چنین مواردی، استفاده از قوطی برای ستون می تواند گزینه‌ای اقتصادی و مقاوم باشد. همچنین اگر مقاطع I شکل را به صورت دوبل طراحی کنیم، ممان اینرسی در دو جهت تقویت می گردد و عملکرد سازه بهبود می یابد. در برخی موارد نیز برای تقویت ستون قوطی از بتن ریزی داخلی یا سخت کننده های جوشی استفاده می شود تا مقاومت فشاری و پایداری آن افزایش یابد.
پروفیل قوطی به دلیل استحکام بالا و ممان اینرسی مناسب، یکی از گزینه های محبوب در ساختمان های فولادی است. استفاده از قوطی در ساختمان باعث می شود ستون ها و اسکلت فلزی مقاومت کافی در برابر بارهای جانبی و محوری داشته باشند. همچنین، این مقاطع قابلیت اتصال با سایر عناصر فولادی را دارند و می‌توانند به عنوان استفاده از قوطی برای ستون در ساختمان های یک طبقه یا سازه های صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. از آنجا که پروفیل قوطی حول دو محور مقاومت نسبتا بالایی دارد، در طراحی قاب‌های خمشی و اسکلت فلزی با قوطی، توزیع نیروها به شکل بهینه صورت می گیرد.
یکی دیگر از مزایای این مقاطع، امکان پرکردن قوطی با بتن است که موجب افزایش مقاومت فشاری قوطی و جلوگیری از کمانش موضعی ستون می شود. به این ترتیب، ستون های قوطی شکل پر شده با بتن در ساختمان های چند طبقه نیز قابل استفاده بوده و به عنوان ستون فلزی برای ساختمان یک طبقه و حتی ساختمان های بلند با طراحی ویژه، عملکرد مناسبی دارند. همچنین، استفاده از پروفیل قوطی در اسکلت ساختمان با قوطی، باعث کاهش وزن اسکلت و سرعت بالای اجرای پروژه می شود.
با وجود مزایای متعدد، استفاده از پروفیل قوطی در ساختمان با محدودیت هایی همراه است. یکی از مشکلات اصلی، اتصالات قوطی فلزی است؛ به ویژه در محل اتصال تیر به ستون، دسترسی به داخل مقطع ستون برای تقویت و اجرای ورق های پیوستگی محدود است. به همین دلیل در ساختمان های چند طبقه نمی توان به راحتی از قوطی مناسب برای ستون سه طبقه استفاده کرد، مگر اینکه مقطع در ناحیه اتصال تغییر داده یا تقویت شود، که این کار پر هزینه و پیچیده است.
علاوه بر این، اگر ستون های قوطی به صورت خالی استفاده شوند، در زمان زلزله یا بارگذاری جانبی، شکل مقطع ممکن است تغییر کند و مقاومت آن کاهش یابد. بنابراین برای دستیابی به استفاده از قوطی به عنوان ستون با مقاومت کافی، معمولاً لازم است داخل قوطی با بتن پر شود یا از سیستم های ترکیبی استفاده گردد. همچنین، طراحی و اجرای اسکلت فلزی با قوطی نیازمند دقت بالای مهندسین و تحلیل مکانیزم انتقال نیرو در اتصالات است، که این موضوع ممکن است هزینه و زمان اجرای پروژه را افزایش دهد.
البته در ستون ساختمان های چند طبقه از پروفیل استاندارد قوطی نمی توان استفاده کرد زیرا در محل اتصال تیر به ستون، باید داخل مقطع ستون تقویت انجام گیرد (مانند ورق پیوستگی یا ورق مضاعف) و این کار را نمی‌توان در مقطع قوطی انجام داد زیرا به داخل مقطع دسترسی نداریم. مگر اینکه مقطع را در ناحیه اتصال تیر به ستون برش دهیم که این کار نیز ممنوع است. در چنین شرایطی، مهندسان سازه معمولاً از قوطی فلزی ساختمانی تقویت شده یا قوطی ستونی ساختمانی مخصوص پروژه های چند طبقه استفاده می کنند که دارای ضخامت و استحکام بالاتری هستند.
بنابراین در سازه های فلزی تلاش سازندگان بر این است که با حداقل مصالح و حداقل سطح مقطع بیشترین ممان اینرسی را داشته باشیم. به طور کلی هر چقدر بتوانیم یک مقطع را طوری بچینیم که بیشترین فاصله از مرکز سطح خود را داشته باشد بهتر است زیرا استحکام بیشتری خواهد داشت. در پروژه هایی مانند ساخت طبقه دوم با قوطی یا ساختمان های دو و سه طبقه، انتخاب قوطی مناسب برای ستون دو طبقه اهمیت زیادی دارد تا هم از نظر وزن بهینه باشد و هم مقاومت خمشی و فشاری کافی داشته باشد.
بنابراین استفاده از قوطی برای ستون ساختمان های یک طبقه بیش تر رایج است و ضعف آن در هنگام زلزله مشخص می گردد چرا که ممکن است شکل مقطع در این زمان تغییر یافته و مقاومت آن کاهش یابد. برخی از منابع معتقدند که بهتر است در هنگام استفاده از قوطی داخل آن با بتن و با عیار مناسب پر گردد. این عمل که به آن پرکردن قوطی با بتن یا بتن‌ریزی داخل ستون فلزی گفته می شود، سبب افزایش مقاومت فشاری، پایداری و شکل پذیری مقطع می شود.
برخی نیز معتقدند استفاده از دوبل تیرآهن IPE مناسب تر بوده و قوطی‌های موجود در بازار پاسخگوی بار ساختمان نیستند و بهتر است از آنها به عنوان کلاف رابط در سوله استفاده گردد. تنها در صورتی استفاده از این محصولات در ستون ترجیح داده می شود که نورد شوند و تقویت هایی بر روی آنها صورت گیرد و معادل تیرآهن‌های IPE گردند که فراهم کردن چنین امکاناتی مشکل است. با این حال، در طراحی های مدرن، ترکیب قوطی فلزی ساختمانی پر شده با بتن می تواند در بهبود عملکرد لرزه ای و افزایش دوام سازه های چند طبقه مؤثر واقع شود.
به طور کلی مقاطع را می‌توان به سه دسته زیر تقسیم کرد:
در اعضای سازه ای نمی توان از مقاطع لاغر استفاده کرد. برای مقاطع غیر فشرده نیز محدودیت هایی وجود دارد اما از مقاطع فشرده می توان بدون محدودیت استفاده کرد. پروفیل های استانداردی که در بازار وجود دارد همگی جزو مقاطع فشرده محسوب می شوند و نیازی به کنترل ندارند. بیشتر در مقاطع ساختنی مانند تیر ورق ها، طراح بایستی این کنترل ها را انجام دهد. بنابراین تنوع در مقاطع فولادی بسیار زیاد است. جهت اطلاع از قیمت قوطی ستونی می توانید به لینک مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.
در سال های اخیر استفاده از قوطی برای ستون در ستون های قوطی شکلِ پر شده با بتن در ساختمان ها و پل ها استفاده فراوانی می شوند. این ستون ها شکل پذیری و سختی قابل قبولی به واسطه فولاد مصرفی دارند. بتن محصور شده در فولاد مقاومت فشاری خوبی را فراهم می کند. برتری این ستون ها نسبت به دیگر سیستم های کامپوزیت یا ترکیبی این است که بتن داخلی مانع از کمانش موضعی ستون شده است و محصور شدگی بتن توسط فولاد باعث افزایش کرنش نهایی بتن می شود.
این ستون ها می توانند به عنوان یک المان عمودی در قاب های خمشی در مناطق با لرزه خیزی بالا مورد استفاده قرار گیرند، زیرا به نسبت وزن خود دارای مقاومت بالایی هم هستند. اما مانند دیگر سیستم های سازه‌ای اتصال این ستون ها به تیرهای فولادی دارای پیچیدگی های مخصوص به خود هستند، به دلیل آن که این اجزا ترکیبی از بتن و فولاد هستند، نمی توان مانند سازه های فولادی و بتنی تنش ها و مسیر آنها را در محل اتصال پیش بینی کرد.
برای این منظور تحلیل انواع شکست ها و مکانیزم انتقال نیرو در این سیستم بسیار مهم است. بررسی گسترده ای بر روی اتصالات ستون به تیر بال پهن صورت گرفته و در بعضی از آنها اتصال نیروها را از تیرها به طور مستقیم به بدنه قوطی فولادی منتقل کرده و در بعضی نیروها بین هسته بتنی و قوطی فولادی پخش شده اند.
ستون قوطی شکل که با جوشکاری ورق ساخته می شود، برای استفاده در قاب های خمشی در مناطق با خطر لرزه ای مناسب است. علل کارایی سازه ای این نوع مقطع عبارت است از سختی خمشی زیاد، حول کلیه محورهای مقاومت بالا محوری به سبب دارا بودن شعاع ژیراسیون بالا مقاومت خمشی مناسب در هر دو جهت شکل پذیری کافی این مقطع در صورت رعایت نسبت عرض به ضخامت و مقاومت پیچشی مناسب نیاز به مهارهای جانبی ستون را کاهش می دهد.
در طراحی ستون اسکلت فلزی با قوطی، انتخاب نوع و نحوه اجرای اتصال اهمیت زیادی دارد، به ویژه در اتصال قوطی به قوطی که باید با دقت بالا و رعایت اصول جوشکاری انجام شود تا انتقال نیروها به درستی صورت گیرد. در ساختمان های کوچک تر، استفاده از قوطی مناسب برای ستون یک طبقه مانند قوطی ۱۴ برای ستون متداول است و این مقاطع در سازه های سبک یا در ساخت خانه با قوطی آهن نیز کاربرد دارند.
با وجود کارایی بالای این مقطع قوطی شکل به عنوان ستون، برقراری اتصال خمشی مناسب تیر I به ستون قوطی چالش برانگیز است. برای سال ها استفاده از ورق پیوستگی داخلی کارآمد ترین روش جهت تقویت گره اتصال بوده. با این وجود تعبیه ورق پیوستگی داخلی، فرآیند مشکل و پر هزینه ای دارد.
جمع بندی
به طور کلی استفاده از قوطی در ساخت خانه و ستون بسیار رایج و متداول می باشد ولی این امر با چالش هایی نیز روبرو بوده که بایستی در هنگام اجرای پروژه آن را در نظر گرفت. در این مقاله به بررسی تمامی نکات در خصوص استفاده از این محصول به عنوان ستون و در ساخت اسکلت فلزی پرداخته ایم. برای اطلاع از قیمت قوطی ۲در۲ می توانید به سایت مرکزآهن مراجعه کنید.
سوالات متداول
مقاطع توخالی مستطیل یا مربع را قوطی پروفیل می گویند که در ساخت لوازم پزشکی، لوازم آموزشی، لوازم خانگی و ساختمان سازی کاربرد دارد
انتخاب نوع مقطع در سازه های فولادی متنوع بوده ولی در سازه های بتنی محدودیت ندارد.
در سازه های بتنی نمی توان از مقطع توخالی استفاده کرد ولی در سازه های فلزی می توان از مقاطع توخالی استفاده کرد. مقطع باکس یا مقطع قوطی یکی از بهترین مقاطع می باشد.
البته در ستون ساختمان های چند طبقه از پروفیل استاندارد قوطی نمی توان استفاده کرد زیرا در محل اتصال تیر به ستون باید ، باید داخل مقطع ستون تقویت انجام گیرد.
بهترین گزینه استفاده از اتصالات پیچی یا جوشی با ورق های تقویتی داخلی و ورق پیوستگی است تا انتقال نیروها به‌درستی انجام شود و ستون دچار کمانش موضعی نشود.
به طور معمول برای ستون های ساختمانی ضخامت بین ۶ تا ۱۶ میلی متر توصیه می شود و انتخاب دقیق آن باید بر اساس نوع سازه، ارتفاع و میزان بار وارد بر ستون تعیین گردد.
مرکزآهن، مرجعی تخصصی و به روز برای کسب دانش و اطلاع از آخرین تحولات بازار آهن و فولاد است. با وبلاگ جامع ما، همیشه از آخرین اخبار و اطلاعات این صنعت آگاه باشید.