احتمالاً تا الان بارها نام سوله رو شنیده باشید و در بیشتر مواقع بلافاصله به یاد شهرک‌های صنعتی و کارخانجات افتاده باشین. بله درسته، اما کاربردهای سوله بسیار متفاوت‌تر و متنوع تر از یک یا دو کاربرد خاص است. یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین سازه‌هایی که برای مصارف صنعتی، ورزشی، آموزشی، کشاورزی، انبار، نظامی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیره، سازه‌های صنعتی یا همان سوله ها است.
سوله‌ها سازه‌هایی فلزی هستند که معمولاً دارای سقف‌های شیب‌دار بوده و تشکیل شده از قاب‌هایی با دهانه‌های بزرگ (به جهت کاربری مورد نیاز) هستند.
به دلیل داشتن ابعاد بزرگ تیرها و ستون‌ها در طراحی سوله از مقاطع تیرورق (مقاطع ساخته شده از ورق) استفاده شده و همچنین یکی از تفاوت‌های مهم سوله‌ها با سایر سازه‌های فلزیِ معمولی، استفاده از مقاطع غیرمنشوری است.
سرفصل‌های مقاله
1.آشنایی با سوله و انواع کاربردهای آن
2.معرفی المان‌های مورد استفاده در سازه‌های صنعتی سول
سوله چیست؟
یکی از پرکاربردترین سازه‌های صنعتی سوله‌ها هستند که با توجه به نوع کاربری که براشون تعریف میشه میتونن ابعاد و اندازه‌های گوناگونی داشته باشن. کاربری‌هایی مثل خط تولید کارخانجات، انبار کالاها و مواد، سالن‌های ورزشی، مرغداری‌ها، آشیانه هواپیما، سالن اجتماعات، ترمینال‌ها، فروشگاه‌ها و … تنها بخشی کوچکی از کاربردهای فراوانی است که سازه‌های صنعتی سوله میتونه برای اون‌ها مناسب باشه.
همانطور که اشاره شد ابعاد سوله‌ها با توجه به نوع کاربری‌شون متفاوت هست؛ به عنوان مثال سوله‌های مربوط به سالن‌های ورزشی، خط تولید کارخانجات (که نیاز به رفت و آمد ماشین آلات بزرگ دارن) بایستی ارتفاع بیشتری داشته باشه. در عین حال سوله‌های مربوط به بخش‌های کشاورزی مثل مرغداری‌ها، گلخانه‌ها و … میتونه با ارتفاع کمتری هم احداث بشه.
یکی از مزایای سازه‌های سوله سرعت اجرای بالای اون‌هاست زیرا از اونجایی که سوله‌ها نیز یک نوع سازه فلزی هستند و اصولاً سرعت اجرای سازه‌های فلزی به نسبت سایر سازه‌ها بالاتر هست، کارفرمایان بیشتری نیز جذب اجرای این نوع از سازه‌ها میشن.
- سوال: آیا طراحی یک سوله با سازه‌های ساختمانی متفاوت است؟
در پاسخ به این سوال میشه اینطور گفت که: اصول حاکم بر طراحی هر دو سازه یکی است اما با توجه به تفاوت‌هایی که این دو سازه از نظر ابعاد طولی دهانه‌ها، ارتفاع،نوع پوشش سقف، تعداد طبقات و نوع کاربری‌شون دارن قطعاً نیاز به اجرای اسکلتی متفاوت بین این دو نوع سازه احساس میشه. مانند اجرای تیرهای مایل و مقاطع غیرمنشوری که در سوله‌ها به شدت رایج و پرکاربرد هست. همچنین یکی از تفاوت‌های مهمی که سازه‌های ساختمانی با سوله‌ها دارن تفاوت در نوع عملکرد سیستم سقف و نوع بارهای حاکم بر طراحی (مانند بار زلزله و بار باد) بین این دو سازه است.
در اکثر سازه‌های ساختمانی یک دال بتنی روی سقف‌ها وجود داره که باعث عملکرد یکپارچه و صلبیت بالای سقف میشه، در حالی که در سوله هیچ گونه بتن ریزی روی سقف‌ها نداریم و از سقف‌های سبک استفاده میشه و لذا به هیچ عنوان نمی‌تونیم رفتار سقف سوله‌ها رو مانند سقف‌های پروژه‌های ساختمانی، به صورت دیافراگم صلب در نظربگیریم.
معرفی المان های سوله
قبل از ورود به بحث مدلسازی ابتدا بهتره تا کمی با انواع المان‌های مورد استفاده در سوله‌ها آشنا بشیم. در این بخش به معرفی مختصری در خصوص انواع المان‌های مورد استفاده در سوله‌ها می‌پردازیم تا در ادامه با نحوه مدلسازی هر کدوم از اون‌ها آشنا بشیم.
ستون های اصلی سوله
سازه سوله نیز مانند سازه‌های ساختمانی از تعدادی قاب که متشکل از تیر و ستون می‌باشد، تشکیل شده است. عموماً طراحی سازه‌های سوله به نحوی است که در یک راستا قاب خمشی (تیر و ستون با اتصال گیردار) و در راستای دیگه از قاب ساده مهاربندی شده استفاده میشه.
بنابراین ستون‌های اصلی سوله، در یک راستا (عموماً در راستای با طول کمتر) به صورت اتصالات گیردار با تیرها، طراحی میشن تا تشکیل دهنده یک قاب خمشی برای مقابله با نیروهای جانبی باشن.
همانطور که می‌دونیم وقتی اتصالی به صورت گیردار طراحی میشه به این معنی است که قراره لنگر تحمل کنه بنابراین در اون ناحیه مشخص مقطع بایستی قوی‌تر طراحی بشه. از طرفی با توجه به اینکه اتصال ستون‌های اصلی سوله به فونداسیون به صورت یک اتصال مفصلی است؛ لذا در پای ستون‌ها نیاز به تحمل لنگرخمشی نداریم اما در قسمت بالای ستون‌های سوله بایستی از یک مقطع قوی‌تر جهت تحمل لنگر استفاده بشه.
به همین دلیل به جهت رعایت اقتصاد پروژه و عدم نیاز به مقطع قوی در پای ستون‌ها، مقطع مورد استفاده در ستون‌های اصلی سوله‌ها به صورت یک مقطع غیرمنشوری می‌باشد.
مقاطع غیرمنشوری به مقاطعی میگن که در طول عضو و به تدریج ابعاد مقطع تغییر میکنه. (مانند شکل زیر)
ستون های وال پست
علاوه بر ستون‌های اصلی در سوله‌ها در دهانه‌های ابتدایی و انتهایی، ستون‌هایی قرار داره که از اون‌ها صرفاً به عنوان المان‌های قائم جهت مهار دیوارهایی با دهانه‌های بزرگ در مقابل نیروهای جانبی مانند بار باد استفاده میشه.
در شکل زیر می‌تونید نمونه‌ای از این ستون‌ها رو مشاهده کنید. همچنین توجه کنید که اتصال این ستون‌ها به صورت دوسرمفصل می‌باشد. (یک سر به فونداسیون و یک سر به تیراصلی سوله)
تیرهای اصلی (رَفتِر)
تیرهای اصلی سوله‌ها عموماً به صورت تیرهای شیب‌دار با مقاطع غیرمنشوری است که اصطلاحاً به اون‌ها رَفتِر (Rafter) هم میگن. رفترها با ستون‌های اصلی سوله تشکیل یک قاب خمشی میدن و در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد مقاومت خواهند داشت. نمونه‌ای از تیرهای رفتر رو هم می‌تونید در تصویر زیر مشاهده کنید.
همانطور که درتصویر فوق مشاهده میشه، رَفترها در محلی به نام تاج سوله (که بالاترین نقطه ارتفاعی سوله هست) به هم متصل میشن و اتصال اون‌ها به هم نیز مانند اتصال‌شون به ستون‌های اصلی به صورت یک اتصال فلنجی می‌باشد.
استرات‌ها (Struts)
استرات‌ها المان‌هایی هستند که متصل کننده قاب‌های اصلی سوله هستند. استرات‌ها در امتداد طول سوله‌ها در قسمت سقف اجرا میشن و معمولاً جهت اتصال دو شانه سوله، تاج سوله و همچنین ستون‌های وال پست از دهانه ابتدایی به انتهایی استفاده میشن. در سوله‌های مرتفع نیز به جهت کاهش طول کمانش ستون‌های اصلی و همچنین استفاده از مهاربندهایی با زاویه نزدیک به 45درجه، در وجه کناری سوله نیز از استرات‌ها استفاده میشه. در تصویر زیر می‌تونید نمونه‌ای از اجرای استرات‌ها رو در سوله مشاهده کنید.
تیرهای فرعی (المان‌های پرلین یا لاپه)
تیرهای فرعی که معمولاً به صورت المان‌های Z شکل در سقف سوله استفاده میشن معروف به المان‌های پرلین یا لاپه هستند. این المان‌ها روی سقف سوله و در راستای طولی اجرا میشن و وظیفه اصلی اون‌ها تحمل وزن پوشش سقف فلزی سوله است.
المان‌های بادبندی
همانطور که اشاره شد، عموماً سیستم باربرجانبی در راستای طولی سوله‌ها به صورت قاب ساده مهاربندی‌شده است. به همین دلیل در وجوه کناری سوله شاهد اجرای المان‌ها بادبندی هستیم. معمولاً از مقاطع دوبل ناودانی یا دوبل نبشی برای المان‌های بادبندی استفاده میشه.
مهاربندهای سقفی
با توجه به عدم داشتن صلبیت کافی در سقف‌های سوله، بایستی برای حفظ یکپارچگی این سقف‌ها، از المان‌هایی کششی به نام مهاربندهای سقفی استفاده کنیم. لذا المان‌هایی به صورت مورب در سقف سوله‌ها استفاده میشه تا یکپارچگی لازم رو برای سقف در مقابل تغییرمکان‌های احتمالی فراهم کنه و اجازه نده تا هر قسمت از سقف برای خودش و مجزا از سایر قسمت‌ها تغییرمکان بده.
با توجه به این که مهاربندهای سقفی المان‌هایی کششی هستند، معمولاً از میلگردهای آجدار برای این منظور استفاده میشه که توانایی خوبی برای تحمل کشش رو دارند.
آبچکان (سایه بان)
در امتداد تیرهای اصلی سوله (رفترها) المان‌هایی با عنوان سایه‌بان یا آبچکان استفاده میشه. با توجه به اینکه سقف‌های سوله به صورت شیب‌دار اجرا میشن و آب باران یا برف رو به سمت اطراف خودشون جاری میکنن، برای هدایت این آب‌های جاری شده و جلوگیری از انباشت یا نفوذ اون به داخل سوله مسیرهایی رو در روی المان‌های طره‌ای آبچکان برای خروج آب تعبیه میکنن.
عموماً طول افقی این المان‌ها که در امتداد رفترها و به صورت مورب اجرا میشن بین 80 تا 110 سانتی‌متر می‌باشد.
سینه بند
جهت ممانعت از کمانش پیچشی – جانبی بال فشاری تیرهای اصلی (رفترها) از المان‌هایی به نام سینه بند استفاده میشه. با توجه به اینکه تیرهای اصلی در نواحی تکیه گاهی دارای لنگرمنفی هستند، قسمت بالایی مقطع تیر به کشش و قسمت پایین آن به فشار خواهد افتاد. لذا برای جلوگیری از کمانش پیچشی جانبی از المان‌هایی به نام سینه بند که یک سرشون متصل به تیرهای فرعی (لاپه‌ها) و سر دیگر آنها به بال فشاری تیرهای اصلی (رفترها) متصل هست استفاده میشه.
در شکل زیر نمونه‌ای از اجرای سینه‌بندها رو در زیر سقف سوله می‌تونید مشاهده کنید.
ابعاد سوله
اصولاً در ابتدای طراحی یک سوله باید ابعاد زمینی که قراره سوله اون محدوده رو پوشش بده داشته باشیم. به عنوان مثال فرض کنید ابعاد یک سوله میتونه بسته به درخواست کارفرما 46×30 متر باشه. پس از استعلام ابعاد سوله از کارفرما، بایستی راستای کوچکتر سوله (راستای عرضی) که عموماً ضلع ورودی- خروجی سوله هست رو به 3 قسمت مساوی تقسیم کنیم. در واقع با این کار محل ستون‌های وال‌پست رو (که قبلاً معرفی شد) مشخص می‌کنیم. لذا سه دهانه 10متری در قسمت جلویی و انتهایی سوله خواهیم داشت (مطابق تصویر زیر)
همچنین سعی می‌کنیم فاصله بین دهانه‌های سوله (فاصله بین ستون‌های اصلی سوله) نیز بیشتر از 6 متر نشه. مثلاً در مثال ارائه شده میتونیم طول 46 متر رو به 6 دهانه 6 متری و 2 دهانه 5 متری تقسیم کنیم.
ارتفاع سوله
پس از مشخص شدن تعداد دهانه‌های راستای طولی و عرضی سوله و همچنین جانمایی ستون‌ها، همان طور که در بخش قبلی هم اشاره شد، با توجه به نوع کاربری سوله، ارتفاع سوله‌ها میتونه متفاوت باشه. به عنوان مثال سوله‌هایی که محل رفت و آمد ماشین آلات سنگین هستن بایستی ارتفاع بیشتری داشته باشن.
به عنوان مثال کارفرمای پروژه با توجه به نیاز خودش ارتفاع 9 متری رو برای سوله خودش درنظر داره. پس از مشخص شدن ارتفاع سوله مرحله بعدی که توسط طراح سازه تعیین میشه محاسبه ارتفاع قسمت تاج سوله است.
همانطور که درتصویر زیر مشاهده می‌کنید قسمت‌های مختلف یک سوله نشان داده شده است.
قسمت تاج سوله بلندترین قسمت سوله از نظر ارتفاعی بوده و محل اتصال تیرهای مایل (رفتر) سوله هست.
برای این منظور از نشریه 325 سازمان مدیریت و برنامه کشوری که مربوط به ضوابط طراحی و محاسبه ساختمان‌های صنعتی فولادی است، کمک می‌گیریم. مطابق بند 7-1 این نشریه، شیب‌های استانداردی که برای پوشش سقف سوله استفاده میشه (با توجه به نوع پوشش سقف) به صورت زیر پیشنهاد شده است:
لذا برای تعیین ارتفاع تاج سوله، از این نسبت‌های شیب استفاده می‌کنیم:
به عنوان مثال در صورتی که در مثال ارائه شده نصف راستای عرضی سوله رو 15 متر فرض کنیم ( ) و همچنین با توجه به استفاده از ورق‌های فلزی موجدار (که بیشترین استفاده رو در اجرای سقف‌های سوله دارن)، شیب سقف رو یک پنجم (20درصد) فرض کرده و داریم:
بنابراین ارتفاع تاج سوله با توجه به شیب 20 درصد برای تیرهای مایل میشه 3 متر.
⇐ نکته:
همانطور که در بند مربوطه در نشریه 325 نیز مشاهده می‌کنید در صورتی که از سقف‌های قیرگونی شده استفاده کنیم به جهت اطمینان از عدم نفوذ آب به داخل سوله میتونیم از شیب‌های کمتری استفاده کنیم.
