اصول طراحی و بارگذاری سیستم های قالب بندی اصول طراحی و بارگذاری سیستم های قالب بندی

 

 طراحی سیستم قالب بندی

همانطور که گفته شد «قالب‌بندي» يک سازه موقتي است و همانند هر سازه ديگري نيازمند طراحي است. طراحي قالب‌بندي با انتخاب سيستم قالب‌بندي آغاز مي‌شود؛ که بر عهده مديران با تجربه پروژه‌هاست، تجارب موجود بيانگر اين مدعاست که انتخاب غلط سيستم قالب‌بندي مي‌تواند منجر به مشکلات عديده‌اي درکيفيت، زمان‌بندي و مسائل مالي پروژه گردد. چه‌بسا انتخاب و استفاده نا‌به‌جا از قالب‌هاي درجا در مواردي که استفاده از قالب‌هاي پيش‌ساخته مدولار توجيه‌پذير است، و يا استفاده از سيستم‌هاي مدولار به جاي سيستم‌هاي يکپارچه، مي‌تواند مديريت پروژه را دچار مشکل کند. بعد از انتخاب سيستم قالب‌بندي نوبت به طراحي آن مي‌رسد.

بديهي است که طراحي قالب‌بندي به عنوان زيرمجموعه‌اي از طراحي سازه‌ها، مبتني بر همان اصولي است که طراحي ساير سازه‌ها بر آن استوار است. به عبارت ديگر روند طراحي قالب‌بندي همان روند طراحي ساير سازه‌هاست که تنها با مقتضيات اين نوع خاص سازه هماهنگ شده است. در اين فصل به ارائه توضيحاتي کلي در خصوص «طراحي قالب‌بندي» خواهيم پرداخت. پيش از آغاز گفتار لازم به ذكر است كه هدف از ارائه اين فصل آن نيست که خواننده را قادر سازد تا به راحتي و بدون عيب و نقص به طراحي سيستم قالب‌بندي بپردازد، بلكه اين فصل براي آشنايي خواننده با اصول و روش‌هاي طراحي سيستم‌هاي قالب‌بندي ارائه مي‌شود. همانطور كه گفته شد طراحي قالب‌بندي نوعي طراحي سازه است؛ بنابراين نياز است كه طراح در وهله اول به روش‌هاي طراحي سازه‌ها آشنا باشد و سپس نسبت به طراحي قالب‌بندي اقدام نمايد. از طرف ديگر با صنعتي شدن ساخت سيستم‌هاي قالب‌بندي و ارائه قالب‌هاي آماده از سوي شرکت‌هاي توليدکننده، طراحي سازه‌اي اين قالب‌ها نيز عمدتا توسط سازنده صورت گرفته و نتايج آن نيز به صورت دستورالعمل‌هايي مدون در اختيار مصرف‌کنندگان قرار مي‌گيرد. از آنجايي که توليد قالب فعاليت تخصصي اين شرکت‌ها به شمار مي‌رود و به منظور حصول رضايت و ايمني مصرف‌كنندگان، اين شركت‌ها در طراحي‌هاي خود دقت ويژه‌اي را مبذول مي‌دارند.

مهندسين و متخصصين اين شرکت‌ها به صورت انحصاري روي سازه‌هاي قالب‌بندي مطالعه كرده و بارهاي وارد بر آنها را به روشني مي‌شناسند و با رفتار المان‌هاي مختلف سيستم قالب‌بندي تحت اين بارها آشنايي كامل دارند. لذا مي‌توان گفت دستورالعمل‌هاي ارائه شده توسط اين شرکت‌ها براي استفاده از توليداتشان، بهترين راهنماي بهره‌برداري از اين محصولات خواهد بود. امروزه حجم وسيعي از قالب‌بندي به صورت پيش‌ساخته مورد استفاده قرار مي‌گيرد؛ به اين معني كه يا به صورت آماده توسط شرکت‌هاي سازنده ارائه مي‌شود و يا به صورت سفارشي (در مورد قالب‌بندي‌هاي خاص) از سوي کارفرما به اين شرکت‌ها سفارش داده مي‌شود، بنابراين در اغلب موارد پيمانکاران و مجريان تنها سيستم قالب‌بندي را انتخاب كرده و در طراحي سيستم قالب‌بندي دخالتي ندارند.

علي‌رغم اين موضوع نمي‌توان عدم آشنايي ساير مهندسين را با طراحي سيستم قالب‌بندي توجيه کرد. چه بسا قالب‌بندي‌هاي منحصر به فردي که به صورت درجا ساخته مي‌شوند و طبعاً نياز به طراحي منحصر به فرد دارند. همينطور عدم آشنايي بازرسين سيستم قالب‌بندي و يا مهندسين کارفرما و يا مجرياني که داراي مسئوليت در زمينه قالب‌بندي هستند با طراحي قالب‌بندي، مي‌تواند باعث افزايش عدم اطمينان در اجراي صحيح قالب‌بندي شود؛ كه اين امر از منظر مديريتي به هيچ وجه قابل پذيرش نيست. اگرچه طراحي قالب توسط پيمانکار (يا به سفارش او) انجام مي‌گيرد، مسئوليت مهندسين مشاور ايجاب مي‌كند كه ايستايي قالب در کارگاه توسط مشاور کنترل و تاييد گردد. با ذکر اين توضيحات خاطر نشان مي سازد که اين فصل به ارائه توضيحاتي جهت آشنايي با طراحي قالب‌بندي به عنوان يک الزام پرداخته و به ارائه جزئيات و مثال‌هاي طراحي نخواهد پرداخت. علاقمندان مي‌توانند جهت آشنايي کاربردي با اين نوع طراحي به ساير مراجع موجود در اين زمينه، مراجعه نمايند. 

گام‌هاي اساسي در طراحي قالب‌بندي عبارتند از:
 
    1- طراحي عمومي و هندسه قالب‌بندي
    2- تعيين بارهاي وارده
    3- محاسبات استاتيکي و تغييرشکل
    4- تهيه جزئيات و نقشه‌هاي ساخت
 
طرح عمومي و هندسه قالب‌بندي:
طرح قالب بايد ساده و در عين حال باثبات باشد. رفع اشکال بر روي کاغذ ساده‌تر از رفع نقص در حين ساخت است. لذا لازم است قبل از شروع به ساخت، طرح قالب به صورت نقشه تهيه شده و دقيقاً مورد بررسي قرار گيرد. بعد از تاييد کليات طرح و انجام محاسبات ايستايي، براي ساخت بايد نقشه‌هاي کارگاهي (Shop drwing) تهيه شود.
 
بارهاي طراحي:

 بارهايي که لازم است در طراحي قالب مورد توجه قرار گيرند عبارتند از:

   1- بار مرده 
   2- بار زنده
   3- وزن بتن و آرماتور
   4- فشار جانبي بتن
 
در ادامه به توضيح هر يک از موارد فوق مي‌پردازيم:
 
  1- بار مرده:
بار مرده وزن قالب مي‌باشد که لازم است قبل از طراحي تخمين مناسبي از آن توسط طراح به عمل آيد. معمولاً وزن هر قالب با تمام متعلقاتش بر حسب آنکه جنس آن از چوب، فولاد يا ... باشد از 20 تا 100 کيلوگرم بر متر مربع متغير است.
 
  2- بارزنده:
در قالب‌هاي افقي مثل قالب دال در حين بتن‌ريزي، وزن گرده و تجهيزات بتن‌ريزي بر روي قالب اعمال مي‌گردد. حداقل بارزنده طبق توصيه ACI معادل 250 کيلوگرم بر مترمربع مي‌باشد. در صورت استفاده از تجهيزات موتوري سنگين‌تر اين مقدار تا 350 کيلوگرم بر مترمربع قابل افزايش است.
 
  3- وزن بتن و آرماتور: 
در قالب‌‌هاي افقي مثل قالب دال وزن بتن از بارهاي اساسي در طراحي است. بر حسب ضخامت دال وزن بتن مسلح بر حسب وزن مخصوص بتن قابل محاسبه است. وزن مخصوص بتن مسلح برابر 2500 کيلوگرم بر مترمکعب توصيه مي‌شود.
 
  4- فشار جانبي بتن 
در طراحي قالب‌هاي قائم مثل قالب‌هاي ديوار يا ستون فشار جانبي بتن بار اصلي در طراحي است. بتن تازه و خميري همانند مايعي با وزن مخصوص حدود 24 کيلو نيوتن بر مترمکعب رفتار مي‌نمايد؛ در نتيجه فشار جانبي آن در عمق y از تراز آزاد بتن برابر y24 کيلونيوتن بر مترمربع مي باشد (که در آن y بر حسب متر است).
 
همچنين بايد دانست که دو عامل زير نيز بر ميزان فشار هيدرواستاتيک ذکر شده تاثيرگزار است:
 
   الف) سرعت بتن‌ريزي (بر حسب متر عمق بر ساعت)

   ب) درجه حرارت بتن

بايد توجه داشت که در حين گيرش، بتن به شکل جامد درآمده و فشار جانبي آن زايل مي‌گردد. هر چه سرعت بتن‌ريزي بيشتر باشد عمقي از بتن که به صورت نگرفته و خميري است بزرگتر شده و فشار جانبي به صورت خطي و هيدرواستاتيک افزايش مي‌يابد. در مورد تاثير درجه حرارت بتن بر فشار هيدرواستاتيک، مي‌توان گفت که هر چه حرارت محيطي بتن بيشتر باشد، سيمان سريعتر هيدراته شده و نتيجتا بتن زودتر به حالت جامد درآمده و لذا فشار جانبي وارده به قالب کاهش مي‌يابد.
 
علاوه بر دو عامل فوق عوامل ديگري بر فشار جانبي تاثيرگذار هستند که تعدادي از آن‌ها به شرح زير است:
 
   1- نوع ارتعاش بتن (داخلي يا خارجي)
   2- ضربه ناشي از ريزش آزاد بتن بر روي قالب
   3- اسلامپ (رواني) بتن
 
منظور کردن تمام عوامل فوق در روابط طراحي بسيار مشکل است و مي‌توان انتظار داشت که چنين رابطه‌اي بسيار پيچيده گردد. اما براي عملي ساختن طراحي، روابطي توسط کميته ACI 347 به شکل ساده شده ارائه شده است. اين روابط که بر پايه نتايج تجربي و رفتار سنجي فشار قالب‌ها آورده شده است به اين شرح است: 

 
بر اين اساس فشار جانبي بتن‌هاي ساخته شده از سيمان نوع يک با جرم واحد kg/m3 2400 که حاوي مواد پوزولاني يا افزودني نباشند و اسلامپ آنها کمتر يا مساوي mm100 باشد، مساوي فشار هيدرواستاتيک مايعي با وزن مخصوص ton/m3 4/2 مي‌باشد. 
  
در رابطه فوق y عمق از تراز فوقاني بتن مي‌باشد و بر حسب متر اندازه‌گيري مي‌شود. فشار حاصل از رابطه فوق لازم نيست از مقادير حدي زير بيشتر در نظر گرفته شود.
 
الف) ديوارها
 
در صورتي که سرعت بتن‌ريزي R کمتر از 2 متر بر ساعت در ارتفاع باشد:
    
در صورتي که R بين 2 تا 3 متر بر ساعت در ارتفاع باشد:
    
 
در صورتي که R بيش از 3 متر بر ساعت در ارتفاع باشد:
   
 
که در روابط فوق:
Pm = حداکثر فشار بر حسب (ton/m2 يا kN/m2)  
R = سرعت بتن‌ريزي (متر بر ساعت)
TC= درجه حرارت بتن تازه (درجه سانتي‌گراد)  
h = ارتفاع کل بتن‌ريزي (m) 
 
Pm لازم نيست بيشتر از ton/m2 10 يا 2.4h (يا 24h) در نظر گرفته شود و مقدار حداقل آن نيز ton/m2 3 مي‌باشد. 
    
توزيع فشار در ارتفاع همانند شکل زير است:
 

 

شكل 1-1        توزيع فشار جانبي بتن در ارتفاع 

 ب) ستون‌ها

    

     

Pm لازم نيست از مقادير حدي زير بزرگتر باشد:
    
 
براي تحليل سازه قالب، همانند تحليل هر سازه ديگر مي‌توان از کليه تئوري‌ها و ابزارهاي تحليل سازه (نظير روش‌هاي رايانه‌اي) استفاده نمود. در اغلب اوقات سازه قالب ساده بوده و از روابط ساده استاتيکي مي‌توان براي تحليل آن استفاده نمود. در غياب تحليل‌هاي‌هاي دقيق‌تر براي تيرهاي سراسري که تحت بارهاي يکنواخت قرار دارند مي‌توان از روابط ساده ولي قابل قبول استفاده نمود. در زير تعدادي از روابط تحليلي ارائه شده است:

 

شكل 1-2  روابط تحليلي براي تيرهايي با بارگذاري‌هاي مختلف

 

روابط تحليلي براي تيرهايي با بارگذاري‌هاي مختلف

 
روابط طراحي
 
بعد از تعيين بارهاي وارده و تحليل سازه و تعيين تلاش‌هاي داخلي، نوبت به محاسبات تنش مي‌رسد. تلاش‌هاي داخلي در هر مقطع، در حالت کلي متشکل از لنگر خمشي، نيروي برشي و نيروي محوري مي‌باشند که تنش‌هاي ناشي از آن با استفاده از روابط شناخته شده مقاومت مصالح قابل محاسبه‌اند. براي حالات مختلف داريم:
  
  الف) تنش خمشي
      
که در رابطه فوق: 
 M = تلاش خمشي در مقطع مورد مطالعه
 S = اساس مقطع
 
  ب) تنش برشي
 
(براي مقاطع مستطيلي)                                      
(مقطع با هندسه دلخواه)                                       
 
که در روابط فوق:
 
V = تلاش برشي در مقطع مورد مطالعه 
A = سطح مقطع
I = ممان ايزسي مقطع حول تار خنثي
b = عرض مقطع
Q = لنگر استاتيک سطح در بالاي تراز مورد نظر براي محاسبه تنش حول تار خنثي
 
  ج) تنش محوري
    
که در روابط فوق:
T = نيروي محوري کششي
P = نيروي محوري فشاري
A = سطح مقطع

تنش‌هاي محاسبه شده وقتي قابل قبول هستند که مساوي و يا کمتر از مقادير مجاز باشند. در نتيجه از مساوي قرار دادن تنش محاسباتي با تنش‌هاي مجاز، مقادير مشخصات هندسي لازم براي مقطع عرضي قابل محاسبه است که با توجه به آنها، ابعاد مقطع بدست مي‌آيد.
 
  تنش هاي مجاز 
از آنجا که اکثر قالب‌ها از چوب و يا ورق‌هاي فولادي خم‌شده و نيمرخ‌هاي فولادي ساخته مي‌شوند. در اين قسمت تنش‌هاي مجاز مربوط به اين دو مصالح ارائه مي‌گردد.

  1-تنش هاي مجاز چوب

تنش‌هاي مجاز چوب‌هاي متداول در ايران در جدول زير ارائه شده است. از اين مقادير مي‌توان با اطمينان در مورد چوب‌هايي که به نام چوب روسي و يا فنلاندي در بازار يافت مي‌شوند، استفاده نمود. منشأ اين چوب‌ها درخت‌هاي کاج جنگلي مي‌باشد.  

 

 در خصوص تخته‌هاي چندلا که معمولاً به عنوان صفحه رويه (جدار) قالب از آن‌ها استفاده مي‌شود، مي‌توان گفت که انواع مرغوب آنها از چوب‌هاي کاج مقاوم‌ترند و تنش خمشي مجاز آن‌ها را مي‌توان تا 100 کيلوگرم بر سانتيمتر مربع (N/mm2 10) در نظر گرفت. مدول الاستيسيته آن فرق چنداني با مقدار معرفي شده در جدول فوق ندارد.

 

  2- تنش هاي مجاز فولاد
 

قالب‌هاي فولادي اکثراً از ورق‌هاي سرد تاشده ساخته مي‌شوند، لذا براي محاسبات آن‌ها بايد از آيين‌نامه‌هاي ورق‌هاي فولادي سرد تاشده (AISI = American Iron and Steel Institute-Part I: “Cold-formed Steel Design Manual” )، استفاده نمود. طراحي نيمرخ‌هاي سرد تا شده اساساً مشابه نيمرخ‌هاي نورد شده است؛ تنها اختلاف در لاغري اجزاي مقطع است. به‌عنوان مثال تنش‌هاي پايه در مقاطع سرد تاشده همانند نيمرخ‌هاي نورد شده به شکل زير است:

تنش خمشي مجاز  
 
تنش برشي مجاز 
      

تنش فشاري مجاز                        (طبق روابط ساختمان‌هاي فولادي متعارف)
 

اما اختلاف مهم بين نيمرخ‌هاي گرم نورد شده و سرد تا شده در لاغري اجزاي مقطع است. نيمرخ‌هاي سرد تا شده اصولاً از ورق‌هاي نازک ساخته مي‌شوند. در نتيجه چنين ورق‌هايي تحت تنش‌هاي فشاري نسبتاً کم تمايل به کمانش دارند. به شکل زير دقت کنيد:

 

الف) ورق با دو لبه متکي          ب) ورق با يک لبه متکي 
شكل1-4  کمانش فشاري موضعي اجزاي لاغر

 لذا در هنگام محاسبه مشخصات هندسي مقطع، در ناحيه فشاري به‌جاي استفاده از عرض واقعي w ورق، بايد از عرض موثر b استفاده نمود. اشکال و نمودارهاي زير مفهوم عرض موثر و نسبت عرض موثر به ضخامت برحسب نسبت عرض واقعي به ضخامت و تنش فشاري، براي ورق‌هايي با دو لبه متکي و يک لبه متکي را نشان مي‌دهد.

شکل 1-5 

 

شکل 1-6 

 

شكل1-7  
نسبت عرض موثر به ضخامت (b/t)، برحسب نسبت عرض واقعي به ضخامت (w/t) و تنش فشاري موجود (f) براي ورق‌ها با دو لبه متکي.

شكل1-8

  نسبت عرض موثر به ضخامت (b/t)، برحسب نسبت عرض واقعي به ضخامت (w/t) و تنش فشاري موجود (f) براي ورق‌ها با دو لبه متکي.  

 

شكل 1-9

 شكل 1-10 

روابطي براي محاسبه مشخصات هندسي نيمرخ‌هاي سرد تاشده.

  تغيير شکل‌هاي مجاز

ميزان تغيير شکل حداکثر مجاز اعضاي خمشي قالب مساوي 270/1 دهانه مي‌باشد که نبايد از 3 ميلي‌متر تجاوز کند.
 

  تحليل و طراحي داربست
 

طراحي داربست همانند يک ستون مشبک مي‌باشد که در آن
 

      1- پايداري موضعي اعضا در حد فاصل گره‌ها و
 

      2- پايداري کلي سيستم بايد مورد توجه قرار گيرد.
  

  1-پايداري موضعي
 
شکل زير اساس کنترل پايداري موضعي اعضاي داربست را نشان مي‌دهد:

 

شكل 1-11

 پايداري موضعي اعضاي داربست

در اين کنترل طول آزاد هر عضو، فاصله بين دو گره مهار شده است. به عنوان مثال طول آزاد عضو AB مساوي a و طول آزاد عضو BD مساوي 2a است. توجه شود که گره C يک گره مهار شده کامل نيست. اعضاي داربست‌ها معمولاً لوله‌هاي توخالي مي‌باشند که سطح مقطع و شعاع ژيراسيون آنها از روابط زير قابل محاسبه است:
      

 

که در آنها O.D. قطر خارجي و I.D. قطر داخلي لوله مي‌باشد. در نتيجه لاغري اعضاي AB و BD برابر خواهد بود با:

   

با داشتن لاغري اعضا، تنش فشاري مجاز اعضاي داربست از روابط معمول طراحي سازه‌هاي فولادي قابل محاسبه مي‌باشد.
 
  2-پايداري کلي

شرايط ساخت داربست‌ها طوري است که معمولاً گره‌ها به طور کامل به‌وجود نمي‌آيند و در حد فاصل گره‌ها فاصله‌اي مي‌افتد که اين فاصله مي‌تواند در مورد کمانشي داربست تاثير گذار باشد. به شکل زير دقت کنيد:

شکل 1-12 

 کمانش عمومي داربست

تعيين پايداري عمومي داربست به صورت تئوريک غالباً پيچيده بوده و لذا سازندگان داربست‌ها معمولاً به آزمايش‌هاي تمام مقياس روي مي‌آورند. در شکل زير وضعيت کمانش يافته يک داربست واقعي نشان داده شده است. اين شکل مبين آن است که طول آزاد اعضا مي‌تواند بيش از فاصله بين گره‌ها باشد.

شکل 1-13

  وضعيت کمانش يافته داربست در آزمايش واقعي

 

 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

 


بازدید : 30152
رینگر Ringer
Zoodbast زودبست
ulma
وبلاگ شرکت تسکو weblog
TESKO.CO.IR © 2009-2014 , ALL RIGHT RESERVED. Power & Developer By Persian IT