سازه های پوسته ای سرد شکل دهی شده با نام تجاری UBM Ultra Building Machin

سید امیر رئیسی اسکویی کارشناس عمران- سازه های پیش ساخته و تکنولوژی ساختمان

 

چکیده :

امروزه با توجه به پیشرفت علم و فن آوری در دنیا بسیاری از روشهای ساخت و ساز سنتی تبدیل به ساخت و ساز های نوین گشته است که علاوه بر کاهش هزینه ، سازگاری آن با محیط زیست نیز از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. سازه های پوسته ای سرد شکل دهی شده UBM یکی از تکنولوژی های نوین صنعت ساختمان است که در اکثر کشورهای پیشرفته جهان جایگزین سوله های متداول می باشد ، با استفاده از فن آوری UBM می توان با حد اقل مصرف مصالح و نیروی انسانی در کمترین زمان یک سازه سوله بدون نیاز به پوشش اضافی بنا کرد. این سیستم در سال ۱۹۸۱ توسط مایک انصاری (پدرانوش انصاری اولین زن فضا نورد) درکشور امریکا اختراع و ماشین آلات آن توسط شرکت MIC ساخته و ابداع شد. UBM متشکل از یک ماشین چند منظوره و پرتابل است که با بهره گیری ازیک سیستم CNC (COMPUTER NUMERIC CONTROL) به ما  این امکان را می دهد تا یک سازه دقیق و بی نقص را طراحی و اجرا نماییم.

ahg,ni

۱- مقدمه

بطور کلی جهت ساخت سوله های قوسی سرد شکل دهی شده دو روش وجود دارد که در ادامه با آن آشنا خواهیم شد.

• روش K-Span
• روش Super Span

تفاوت این دوروش در شکل هندسی پنل ها،ابعاد پنل ها، محدودیت دهانه سوله و ضخامت ورق مصرفی می باشد. در روش اول مطابق شکل الف) ضخامت ورق K-Span 6/0 تا ۱ میلیمتر، عرض هر پنل ۴۰ سانتیمتر و محدوده دهانه سازه ۸ تا ۲۴ متر است.در روش دوم مطابق شکل ب)Super Span  ضخامت ورق ۶/۰ تا ۵/۱ میلیمتر، عرض هر پنل ۶۱ سانتیمتر و محدوده دهانه سازه ۸ تا ۴۸ متر است. (بدون نیازبه ستون میانی در هر دو روش)

شکل هندسی پنل K-Span

شکل هندسی پنل Super Span

 

مصالح مورد استفاده در ساخت پنل ها شامل ورق گالوانیزه DX51D با مقاومت و شکل پذیری بالا، مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت شکل دهی سرد و همچنین ورق های Alum 3003 با قابلیت شکل دهی سرد، مقاومت بالا و شکل پذیری کم است در واقع یک آلیاژ چند منظوره و مقاوم در برابر خوردگی می باشد. Alum 3004 باقابلیت شکل دهی سرد، قدرت بالا و شکل پذیری نسبتا پایین است در واقع یک آلیاژ همه منظوره و مقاوم در برابر خوردگی می باشد. Alum 5052 با قابلیت شکل دهی سرد، مقاوم در برابر خستگی بالا و ارتعاشات بیش از حد و مقاوم در برابر خوردگی بخصوص در جو دریایی می باشد.

 

ریال	مس	Si	آهن	منگنز	Cr	روی
Steel DX51D	–	MAX=0.30	Base	۰٫۲۳	۰٫۰۰۲	–
Alum 3003	۰٫۰۵-۰٫۲۰	MAX=0.60	MAX=0.70	۱٫۰-۱٫۵	–	MAX=0.10
Alum 3004	MAX=0.25	MAX=0.30	MAX=0.70	۱٫۰-۱٫۵	–	MAX=0.25
Alum 5052	MAX=0.10	MAX=0.25	MAX=0.40	MAX=0.10	MAX=0.35	MAX=0.10

جدول محدوده ترکیب شیمیایی

 

متریال	ضخامت (میلیمتر)	مقاومت کششی (KSI)	مقاومت فشاری (KSI)	درصد تغییرشکل در ۲qut
Steel DX51D	۰٫۶۰	۳۴-۳۵	۱۰٫۲۲	۳۲
Alum 3003	۰٫۶۴	۱۴-۱۹	۵	۲۵
Alum 3004	۰٫۶۴	۱۵-۲۸	۵٫۵	۱۶
Alum 5052	۰٫۶۴	۲۵-۳۱	۹٫۵	۱۹

جدول خواص مکانیکی

 

آزمایشات صورت گرفته برروی  Steel DX51D(اکثرسوله های UBM با این متریال ساخته می شوند) مطابق استاندارد های  ISO6892-1(2016) – ASTM E290(2014) – ASTM E415-15 – ASTM E1999-11 – BS EN 10346(2015) بوده و متریال فوق در محدوده استاندارد ISO/IEC17025 می باشد.

سوال مهمی که همواره پیش می آید این است که آیا UBM مقاومت لازم در برابر بارهای وارده را دارد؟ در جواب این سوال باید بدانید که طی محاسبات، تحقیقات و آزمایشات صورت گرفته نشان می دهد علاوه بر اینکه مقاومت لازم را داراست بلکه شکل پذیری بیشتری نسبت به سوله های متداول دارد. بطور نمونه یک سوله  UBM را برای شهر تهران  محاسبه و باگذاری می کنیم و نتیجه آنرا در جدول زیر خواهیم دید.

متراژکل	دهانه (m)	طول (m)	ارتفاع (m)	ضخامت ورق (mm)	باربرف(Kg/)	بار باد(Kg/)	بارمرده(Kg/)	بارزنده(Kg/)
۱۰۰۰	۲۰	۵۰	۸	۱٫۲۵	۱۵۰	۹۰	۱۸٫۳	۱۰۰

۲- نتیجه محاسبات (به روش LRFD)  :

:Strength Ratios (roof)

۰٫۳۷                                                                                                            SNOW/LIVE LOAD : 126 Kg/  :Shear

۰٫۸۵                                                                                           WIND LOAD : 31.3 Kg/:Shear + Bending

۰٫۹۰:Axial + Bending

نمودار توزیع لنگر خمشی در طول دهانه KN/M

 

منحنی نیرو-تغییرمکان برای یک بار متمرکز در وسط دهانه قاب

 

حال اگر بخواهیم این دو نوع سوله متداول و قوسی سرد شکل دهی شده را از نگاه اقتصادی با هم مقایسه کنیم به نتیجه زیر خواهیم رسید.

مدل سوله	ابعاد	مقدارمصرف فولا د(Kg)	نوع فونداسیون	زمان ساخت	قابلیت ساخت سوله
متداول (تیر – ورق)	۸*۵۰*۲۰	۴۶۰۰۰	نواری	۴۵ روز	درکارخانه
قوسی سرد شکل دهی شده	۸*۵۰*۲۰	۲۵۶۸۲	نواری	۱۰روز	درمحل (دستگاه ساخت پرتابل می باشد)

 

۳- مشخصات شالوده :

با توجه به اینکه طراحی شالوده وابسته به پارامترهایی از قبیل ضریب بستر خاک، وزن سازه و… می باشد؛ مشخصات شالوده (ابعاد،آرماتور و مقاومت بتن) متغییر است. در سوله های قوسی سرد شکل دهی شده،با توجه به پارامترهای فوق و محاسبات صورت گرفته از دوتیپ شالوده نواری با مشخصات زیراستفاده می گردد.

UBM شالوده

 

 

Type 1 :                                                                           Type 2 :

Width : 50 cm                                                                Width : 60 cm

Depth Overall: 35 cm                                                   Depth Overall: 45 cm

Rebar Longitudinal : 6 ɸ ۱۴ (S400)                            Rebar Longitudinal: 6 ɸ ۱۴ (S400)

Cross bar : ɸ ۱۰ @ ۲۰ cm (S340)                                Cross bar : ɸ ۱۰ @ ۲۰ cm (S340)                                             (S340)

 

۴- طراحی ظاهری :

در دنیای امروز علاوه بر اینکه کاهش هزینه، زمان، نیروی انسانی و سازگاری سازه ها با محیط زیست دارای اهمیت است، شکل ظاهری ساختمان ها نیز دارای اهمیت ویژه ای می باشند؛ شکل ظاهری سوله های متداول عمدتا مطابق تصویر ۵ می باشد، اما سازه های قوسی سرد شکل دهی شده دارای تنوع ظاهری مطابق تصاویر الف تا ه می باشند.

۵- انواع کاربریها :

سوله های قوسی سرد شکل دهی شده دارای کاربریهایی از قبیل: صنعتی، تجاری،کشاورزی، انبار، سالن تولید، نظامی، صنایع هوایی، مسکونی، ویلایی،پوشش، سازه های موقت صحرایی مانند بیمارستان و…، اسکان موقت در زمان زلزله، تجهیز کارگاه های ساختمانی و… می باشد که بر اساس نوع کاربری می توان از یکی از مدل های این سازه استفاده نمود.

 

مراجع :

• Terms and Conditions M.I.C Industries, INC. 11911 Freedom Driver Reston, Virginia20190
• Metal Building Construction Using the MIC-240 ABM K-Span & Super Span
• Submittal UBM120 & UBM 240
• Metal Building Construction Using the MIC-120 ABM K-Span
• UBM-240 Technical Training Course
• UBM Manual of User MIC
• مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (ویرایش سوم ۱۳۹۲)
• نشریه شماره ۶۱ طرح و محاسبه قاب های شیبدار و قوسی فلزی دفتر تحقیقات و معیار های فنی
• نشریه شماره ۶۱۲ آیین نامه طراحی و اجرای سازه های فولادی سرد نورد (بخش سازه) معاونت راهبردی مرکزتحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ۱۳۹۱
• نشریه شماره ۶۱۳ آیین نامه طراحی و اجرای سازه های فولادی سرد نورد (بخش غیر سازه) معاونت راهبردی مرکزتحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ۱۳۹۱
• مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش ۱۳۹۲)
• آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله استاندارد ۲۸۰۰ (ویرایش چهارم) وزارت راه و شهرسازی