اصول طراحی و بارگذاری سیستم های قالب بندی


توضیحات

 


























































 طراحی سیستم قالب بندی


همانطور که گفته شد «قالب‌بندی» یک سازه موقتی است و همانند هر سازه دیگری نیازمند طراحی است. طراحی قالب‌بندی با انتخاب سیستم قالب‌بندی آغاز می‌شود؛ که بر عهده مدیران با تجربه پروژه‌هاست، تجارب موجود بیانگر این مدعاست که انتخاب غلط سیستم قالب‌بندی می‌تواند منجر به مشکلات عدیده‌ای درکیفیت، زمان‌بندی و مسائل مالی پروژه گردد. چه‌بسا انتخاب و استفاده نا‌به‌جا از قالب‌های درجا در مواردی که استفاده از قالب‌های پیش‌ساخته مدولار توجیه‌پذیر است، و یا استفاده از سیستم‌های مدولار به جای سیستم‌های یکپارچه، می‌تواند مدیریت پروژه را دچار مشکل کند. بعد از انتخاب سیستم قالب‌بندی نوبت به طراحی آن می‌رسد.



بدیهی است که طراحی قالب‌بندی به عنوان زیرمجموعه‌ای از طراحی سازه‌ها، مبتنی بر همان اصولی است که طراحی سایر سازه‌ها بر آن استوار است. به عبارت دیگر روند طراحی قالب‌بندی همان روند طراحی سایر سازه‌هاست که تنها با مقتضیات این نوع خاص سازه هماهنگ شده است. در این فصل به ارائه توضیحاتی کلی در خصوص «طراحی قالب‌بندی» خواهیم پرداخت. پیش از آغاز گفتار لازم به ذکر است که هدف از ارائه این فصل آن نیست که خواننده را قادر سازد تا به راحتی و بدون عیب و نقص به طراحی سیستم قالب‌بندی بپردازد، بلکه این فصل برای آشنایی خواننده با اصول و روش‌های طراحی سیستم‌های قالب‌بندی ارائه می‌شود. همانطور که گفته شد طراحی قالب‌بندی نوعی طراحی سازه است؛ بنابراین نیاز است که طراح در وهله اول به روش‌های طراحی سازه‌ها آشنا باشد و سپس نسبت به طراحی قالب‌بندی اقدام نماید. از طرف دیگر با صنعتی شدن ساخت سیستم‌های قالب‌بندی و ارائه قالب‌های آماده از سوی شرکت‌های تولیدکننده، طراحی سازه‌ای این قالب‌ها نیز عمدتا توسط سازنده صورت گرفته و نتایج آن نیز به صورت دستورالعمل‌هایی مدون در اختیار مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرد. از آنجایی که تولید قالب فعالیت تخصصی این شرکت‌ها به شمار می‌رود و به منظور حصول رضایت و ایمنی مصرف‌کنندگان، این شرکت‌ها در طراحی‌های خود دقت ویژه‌ای را مبذول می‌دارند.



مهندسین و متخصصین این شرکت‌ها به صورت انحصاری روی سازه‌های قالب‌بندی مطالعه کرده و بارهای وارد بر آنها را به روشنی می‌شناسند و با رفتار المان‌های مختلف سیستم قالب‌بندی تحت این بارها آشنایی کامل دارند. لذا می‌توان گفت دستورالعمل‌های ارائه شده توسط این شرکت‌ها برای استفاده از تولیداتشان، بهترین راهنمای بهره‌برداری از این محصولات خواهد بود. امروزه حجم وسیعی از قالب‌بندی به صورت پیش‌ساخته مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ به این معنی که یا به صورت آماده توسط شرکت‌های سازنده ارائه می‌شود و یا به صورت سفارشی (در مورد قالب‌بندی‌های خاص) از سوی کارفرما به این شرکت‌ها سفارش داده می‌شود، بنابراین در اغلب موارد پیمانکاران و مجریان تنها سیستم قالب‌بندی را انتخاب کرده و در طراحی سیستم قالب‌بندی دخالتی ندارند.



علی‌رغم این موضوع نمی‌توان عدم آشنایی سایر مهندسین را با طراحی سیستم قالب‌بندی توجیه کرد. چه بسا قالب‌بندی‌های منحصر به فردی که به صورت درجا ساخته می‌شوند و طبعاً نیاز به طراحی منحصر به فرد دارند. همینطور عدم آشنایی بازرسین سیستم قالب‌بندی و یا مهندسین کارفرما و یا مجریانی که دارای مسئولیت در زمینه قالب‌بندی هستند با طراحی قالب‌بندی، می‌تواند باعث افزایش عدم اطمینان در اجرای صحیح قالب‌بندی شود؛ که این امر از منظر مدیریتی به هیچ وجه قابل پذیرش نیست. اگرچه طراحی قالب توسط پیمانکار (یا به سفارش او) انجام می‌گیرد، مسئولیت مهندسین مشاور ایجاب می‌کند که ایستایی قالب در کارگاه توسط مشاور کنترل و تایید گردد. با ذکر این توضیحات خاطر نشان می سازد که این فصل به ارائه توضیحاتی جهت آشنایی با طراحی قالب‌بندی به عنوان یک الزام پرداخته و به ارائه جزئیات و مثال‌های طراحی نخواهد پرداخت. علاقمندان می‌توانند جهت آشنایی کاربردی با این نوع طراحی به سایر مراجع موجود در این زمینه، مراجعه نمایند. 



گام‌های اساسی در طراحی قالب‌بندی عبارتند از:


 


    1- طراحی عمومی و هندسه قالب‌بندی


 


    2- تعیین بارهای وارده


    3- محاسبات استاتیکی و تغییرشکل


    4- تهیه جزئیات و نقشه‌های ساخت


 


 


طرح عمومی و هندسه قالب‌بندی:


طرح قالب باید ساده و در عین حال باثبات باشد. رفع اشکال بر روی کاغذ ساده‌تر از رفع نقص در حین ساخت است. لذا لازم است قبل از شروع به ساخت، طرح قالب به صورت نقشه تهیه شده و دقیقاً مورد بررسی قرار گیرد. بعد از تایید کلیات طرح و انجام محاسبات ایستایی، برای ساخت باید نقشه‌های کارگاهی (Shop drwing) تهیه شود.


 


 


بارهای طراحی:


 



 بارهایی که لازم است در طراحی قالب مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:



   1- بار مرده 


 


   2- بار زنده


   3- وزن بتن و آرماتور


 


   4- فشار جانبی بتن


 


 


در ادامه به توضیح هر یک از موارد فوق می‌پردازیم:


 


 


  1- بار مرده:


بار مرده وزن قالب می‌باشد که لازم است قبل از طراحی تخمین مناسبی از آن توسط طراح به عمل آید. معمولاً وزن هر قالب با تمام متعلقاتش بر حسب آنکه جنس آن از چوب، فولاد یا ... باشد از 20 تا 100 کیلوگرم بر متر مربع متغیر است.


 


 


  2- بارزنده:

در قالب‌های افقی مثل قالب دال در حین بتن‌ریزی، وزن گرده و تجهیزات بتن‌ریزی بر روی قالب اعمال می‌گردد. حداقل بارزنده طبق توصیه ACI معادل 250 کیلوگرم بر مترمربع می‌باشد. در صورت استفاده از تجهیزات موتوری سنگین‌تر این مقدار تا 350 کیلوگرم بر مترمربع قابل افزایش است.

 


 



  3- وزن بتن و آرماتور: 



در قالب‌‌های افقی مثل قالب دال وزن بتن از بارهای اساسی در طراحی است. بر حسب ضخامت دال وزن بتن مسلح بر حسب وزن مخصوص بتن قابل محاسبه است. وزن مخصوص بتن مسلح برابر 2500 کیلوگرم بر مترمکعب توصیه می‌شود.



 


 



  4- فشار جانبی بتن 



در طراحی قالب‌های قائم مثل قالب‌های دیوار یا ستون فشار جانبی بتن بار اصلی در طراحی است. بتن تازه و خمیری همانند مایعی با وزن مخصوص حدود 24 کیلو نیوتن بر مترمکعب رفتار می‌نماید؛ در نتیجه فشار جانبی آن در عمق y از تراز آزاد بتن برابر y24 کیلونیوتن بر مترمربع می باشد (که در آن y بر حسب متر است).



 


 



همچنین باید دانست که دو عامل زیر نیز بر میزان فشار هیدرواستاتیک ذکر شده تاثیرگزار است:



 


 



   الف) سرعت بتن‌ریزی (بر حسب متر عمق بر ساعت)



   ب) درجه حرارت بتن



باید توجه داشت که در حین گیرش، بتن به شکل جامد درآمده و فشار جانبی آن زایل می‌گردد. هر چه سرعت بتن‌ریزی بیشتر باشد عمقی از بتن که به صورت نگرفته و خمیری است بزرگتر شده و فشار جانبی به صورت خطی و هیدرواستاتیک افزایش می‌یابد. در مورد تاثیر درجه حرارت بتن بر فشار هیدرواستاتیک، می‌توان گفت که هر چه حرارت محیطی بتن بیشتر باشد، سیمان سریعتر هیدراته شده و نتیجتا بتن زودتر به حالت جامد درآمده و لذا فشار جانبی وارده به قالب کاهش می‌یابد.



 



علاوه بر دو عامل فوق عوامل دیگری بر فشار جانبی تاثیرگذار هستند که تعدادی از آن‌ها به شرح زیر است:



 


 


   1- نوع ارتعاش بتن (داخلی یا خارجی)


   2- ضربه ناشی از ریزش آزاد بتن بر روی قالب


 


   3- اسلامپ (روانی) بتن


 


 



منظور کردن تمام عوامل فوق در روابط طراحی بسیار مشکل است و می‌توان انتظار داشت که چنین رابطه‌ای بسیار پیچیده گردد. اما برای عملی ساختن طراحی، روابطی توسط کمیته ACI 347 به شکل ساده شده ارائه شده است. این روابط که بر پایه نتایج تجربی و رفتار سنجی فشار قالب‌ها آورده شده است به این شرح است: 



 




 



بر این اساس فشار جانبی بتن‌های ساخته شده از سیمان نوع یک با جرم واحد kg/m3 2400 که حاوی مواد پوزولانی یا افزودنی نباشند و اسلامپ آنها کمتر یا مساوی mm100 باشد، مساوی فشار هیدرواستاتیک مایعی با وزن مخصوص ton/m3 4/2 می‌باشد. 



  



در رابطه فوق y عمق از تراز فوقانی بتن می‌باشد و بر حسب متر اندازه‌گیری می‌شود. فشار حاصل از رابطه فوق لازم نیست از مقادیر حدی زیر بیشتر در نظر گرفته شود.



 


 



الف) دیوارها



 



در صورتی که سرعت بتن‌ریزی R کمتر از 2 متر بر ساعت در ارتفاع باشد:



    



در صورتی که R بین 2 تا 3 متر بر ساعت در ارتفاع باشد:



    



 



 


در صورتی که R بیش از 3 متر بر ساعت در ارتفاع باشد:


   


 


 


که در روابط فوق:


 


Pm = حداکثر فشار بر حسب (ton/m2 یا kN/m2)  



R = سرعت بتن‌ریزی (متر بر ساعت)



TC= درجه حرارت بتن تازه (درجه سانتی‌گراد)  



h = ارتفاع کل بتن‌ریزی (m) 



 



Pm لازم نیست بیشتر از ton/m2 10 یا 2.4h (یا 24h) در نظر گرفته شود و مقدار حداقل آن نیز ton/m2 3 می‌باشد. 



    



 


توزیع فشار در ارتفاع همانند شکل زیر است:


 


 



شکل 1-1        توزیع فشار جانبی بتن در ارتفاع 



 ب) ستون‌ها



    



     



Pm لازم نیست از مقادیر حدی زیر بزرگتر باشد:


    


 


برای تحلیل سازه قالب، همانند تحلیل هر سازه دیگر می‌توان از کلیه تئوری‌ها و ابزارهای تحلیل سازه (نظیر روش‌های رایانه‌ای) استفاده نمود. در اغلب اوقات سازه قالب ساده بوده و از روابط ساده استاتیکی می‌توان برای تحلیل آن استفاده نمود. در غیاب تحلیل‌های‌های دقیق‌تر برای تیرهای سراسری که تحت بارهای یکنواخت قرار دارند می‌توان از روابط ساده ولی قابل قبول استفاده نمود. در زیر تعدادی از روابط تحلیلی ارائه شده است:










 



شکل 1-2  روابط تحلیلی برای تیرهایی با بارگذاری‌های مختلف



 



روابط تحلیلی برای تیرهایی با بارگذاری‌های مختلف



 


روابط طراحی


 


بعد از تعیین بارهای وارده و تحلیل سازه و تعیین تلاش‌های داخلی، نوبت به محاسبات تنش می‌رسد. تلاش‌های داخلی در هر مقطع، در حالت کلی متشکل از لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری می‌باشند که تنش‌های ناشی از آن با استفاده از روابط شناخته شده مقاومت مصالح قابل محاسبه‌اند. برای حالات مختلف داریم:


  


  الف) تنش خمشی


      


که در رابطه فوق: 


 M = تلاش خمشی در مقطع مورد مطالعه


 S = اساس مقطع


 


  ب) تنش برشی


 


(برای مقاطع مستطیلی)                                      


(مقطع با هندسه دلخواه)                                       


 


که در روابط فوق:


 


V = تلاش برشی در مقطع مورد مطالعه 


A = سطح مقطع


I = ممان ایزسی مقطع حول تار خنثی


b = عرض مقطع


Q = لنگر استاتیک سطح در بالای تراز مورد نظر برای محاسبه تنش حول تار خنثی


 


  ج) تنش محوری


    


که در روابط فوق:


T = نیروی محوری کششی


P = نیروی محوری فشاری


A = سطح مقطع

 

تنش‌های محاسبه شده وقتی قابل قبول هستند که مساوی و یا کمتر از مقادیر مجاز باشند. در نتیجه از مساوی قرار دادن تنش محاسباتی با تنش‌های مجاز، مقادیر مشخصات هندسی لازم برای مقطع عرضی قابل محاسبه است که با توجه به آنها، ابعاد مقطع بدست می‌آید.


 


  تنش های مجاز 


از آنجا که اکثر قالب‌ها از چوب و یا ورق‌های فولادی خم‌شده و نیمرخ‌های فولادی ساخته می‌شوند. در این قسمت تنش‌های مجاز مربوط به این دو مصالح ارائه می‌گردد.


 



  1-تنش های مجاز چوب


تنش‌های مجاز چوب‌های متداول در ایران در جدول زیر ارائه شده است. از این مقادیر می‌توان با اطمینان در مورد چوب‌هایی که به نام چوب روسی و یا فنلاندی در بازار یافت می‌شوند، استفاده نمود. منشأ این چوب‌ها درخت‌های کاج جنگلی می‌باشد.  



 



 در خصوص تخته‌های چندلا که معمولاً به عنوان صفحه رویه (جدار) قالب از آن‌ها استفاده می‌شود، می‌توان گفت که انواع مرغوب آنها از چوب‌های کاج مقاوم‌ترند و تنش خمشی مجاز آن‌ها را می‌توان تا 100 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (N/mm2 10) در نظر گرفت. مدول الاستیسیته آن فرق چندانی با مقدار معرفی شده در جدول فوق ندارد.



 


 



  2- تنش های مجاز فولاد


 


 



قالب‌های فولادی اکثراً از ورق‌های سرد تاشده ساخته می‌شوند، لذا برای محاسبات آن‌ها باید از آیین‌نامه‌های ورق‌های فولادی سرد تاشده (AISI = American Iron and Steel Institute-Part I: “Cold-formed Steel Design Manual” )، استفاده نمود. طراحی نیمرخ‌های سرد تا شده اساساً مشابه نیمرخ‌های نورد شده است؛ تنها اختلاف در لاغری اجزای مقطع است. به‌عنوان مثال تنش‌های پایه در مقاطع سرد تاشده همانند نیمرخ‌های نورد شده به شکل زیر است:


 



 



تنش خمشی مجاز  

 

تنش برشی مجاز 



      



 



 




تنش فشاری مجاز                        (طبق روابط ساختمان‌های فولادی متعارف)



 



اما اختلاف مهم بین نیمرخ‌های گرم نورد شده و سرد تا شده در لاغری اجزای مقطع است. نیمرخ‌های سرد تا شده اصولاً از ورق‌های نازک ساخته می‌شوند. در نتیجه چنین ورق‌هایی تحت تنش‌های فشاری نسبتاً کم تمایل به کمانش دارند. به شکل زیر دقت کنید:



 



الف) ورق با دو لبه متکی          ب) ورق با یک لبه متکی 


شکل1-4  کمانش فشاری موضعی اجزای لاغر


 لذا در هنگام محاسبه مشخصات هندسی مقطع، در ناحیه فشاری به‌جای استفاده از عرض واقعی w ورق، باید از عرض موثر b استفاده نمود. اشکال و نمودارهای زیر مفهوم عرض موثر و نسبت عرض موثر به ضخامت برحسب نسبت عرض واقعی به ضخامت و تنش فشاری، برای ورق‌هایی با دو لبه متکی و یک لبه متکی را نشان می‌دهد.





شکل 1-5 



 



شکل 1-6 



 



شکل1-7  


نسبت عرض موثر به ضخامت (b/t)، برحسب نسبت عرض واقعی به ضخامت (w/t) و تنش فشاری موجود (f) برای ورق‌ها با دو لبه متکی.




شکل1-8



  نسبت عرض موثر به ضخامت (b/t)، برحسب نسبت عرض واقعی به ضخامت (w/t) و تنش فشاری موجود (f) برای ورق‌ها با دو لبه متکی.  



 



شکل 1-9





 شکل 1-10 



روابطی برای محاسبه مشخصات هندسی نیمرخ‌های سرد تاشده.



  تغییر شکل‌های مجاز



 



میزان تغییر شکل حداکثر مجاز اعضای خمشی قالب مساوی 270/1 دهانه می‌باشد که نباید از 3 میلی‌متر تجاوز کند.


 


 



  تحلیل و طراحی داربست


 


 



طراحی داربست همانند یک ستون مشبک می‌باشد که در آن


 


 



      1- پایداری موضعی اعضا در حد فاصل گره‌ها و


 


 



      2- پایداری کلی سیستم باید مورد توجه قرار گیرد.


  


 



  1-پایداری موضعی


 


شکل زیر اساس کنترل پایداری موضعی اعضای داربست را نشان می‌دهد:



 
























شکل 1-11



 پایداری موضعی اعضای داربست



در این کنترل طول آزاد هر عضو، فاصله بین دو گره مهار شده است. به عنوان مثال طول آزاد عضو AB مساوی a و طول آزاد عضو BD مساوی 2a است. توجه شود که گره C یک گره مهار شده کامل نیست. اعضای داربست‌ها معمولاً لوله‌های توخالی می‌باشند که سطح مقطع و شعاع ژیراسیون آنها از روابط زیر قابل محاسبه است:


      


 



 



که در آنها O.D. قطر خارجی و I.D. قطر داخلی لوله می‌باشد. در نتیجه لاغری اعضای AB و BD برابر خواهد بود با:


   



با داشتن لاغری اعضا، تنش فشاری مجاز اعضای داربست از روابط معمول طراحی سازه‌های فولادی قابل محاسبه می‌باشد.

 

  2-پایداری کلی



شرایط ساخت داربست‌ها طوری است که معمولاً گره‌ها به طور کامل به‌وجود نمی‌آیند و در حد فاصل گره‌ها فاصله‌ای می‌افتد که این فاصله می‌تواند در مورد کمانشی داربست تاثیر گذار باشد. به شکل زیر دقت کنید:





شکل 1-12 



 کمانش عمومی داربست



 



تعیین پایداری عمومی داربست به صورت تئوریک غالباً پیچیده بوده و لذا سازندگان داربست‌ها معمولاً به آزمایش‌های تمام مقیاس روی می‌آورند. در شکل زیر وضعیت کمانش یافته یک داربست واقعی نشان داده شده است. این شکل مبین آن است که طول آزاد اعضا می‌تواند بیش از فاصله بین گره‌ها باشد.




شکل 1-13



  وضعیت کمانش یافته داربست در آزمایش واقعی











 



 جهت کسب اطلاعات بیشتر و دریافت نقشه و جزئیات اجرائی در خصوص طراحی سیستم قالب بندی با واحد فنی شرکت تسکو تماس حاصل نمائید .



تلفن : 22220999              همراه : 09124050650



 


طراحی قالب‌بندی, سيستم‌های يکپارچه, قالب‌های درجا, قالب‌هاي پيش‌ساخته, سيستم‌هاي مدولار, طراحي سازه‌ها, مهندسين مشاور, طراحي عمومي قالب‌بندي ,تعيين بارهاي وارده, محاسبات استاتيکي, نقشه‌هاي ساخت, محاسبات ايستايي, بارهاي طراحي, بار مرده, ,بار زنده, وزن بتن

ارسال شده در تاریخ : 1392/11/26
بازدید : 28445