سازه صنعتی، همانطور که از نامش پیداست عمدتا در صنایع مختلفی استفاده می شود و مواد اولیه سازه های صنعتی شامل موادی مانند فولاد، آلومینیوم ساخته می شوند و به همین علت تحمل و پایداری در برابر بارهای وارده سنگین و ساختمانی را دارا می باشد. سازه صنعتی انواع مختلفی دارد که متناسب با کاربرد آن می توان در صنایع مختلفی مانند: صنایع ساختمانی، صنایع دریایی، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی و دیگر صنایع بزرگ استفاده شود.
ساخت سازه فلزی مانند سوله، سالن‌های بزرگ وسایل صنعتی، کارگاه‌های صنعتی و … از جمله کاربردهای سازه فلزی صنعتی است که به دلیل تفاوت در ساختار و نصب با ساختمان‌های مسکونی، به آن‌ها سازه‌های فلزی صنعتی می‌گویند.
اما فلز مورد بحث هم در ساخت اسکلت فلزی، سازه های مرکب مانند CFT،SRC و هم سازه های صنعتی فولاد است که از رایج‌ترین ماده مورد استفاده برای طراحی و ساخت انواع ساختمان و سازه های صنعتی است.
زیر‌ساخت لازم برای ساخت سازه های صنعتی
یکی از مهم ترین و کلیدی ترین نکاتی که باید به آن بسیار توجه داشت قبل اجرای سازه فلزی صنعتی، مقاوم بودن زمین مورد نظر است تا توانایی تحمل نیروی وزن ثقلی سازه فلزی صنعتی را داشته باشد تا سازه های صنعتی دچار نشست نشوند.
در این راستا مهندسین مربوطه می بایست ابتدا عملیات بررسی مقاومت فشاری زمین را برای ساخت سازه فلزی انجام دهند. برای انجام این عملیات از خاک طبقات مختلف زمین نمونه برداری کرده و آن را جهت تحمل بار به آزمایشگاه می فرستند و در صورت مواجه با خاک مسئله دار نسبت به بهسازی خاک اقدام می نمایند. پیش از شروع طراحی و عملیات اجرایی سازه عملیات بهسازی جهت تحکیم خاک انجام می گیرد.
برای بهسازی خاک قبل از ساختن سازه از روش های مختلفی مانند: ریز شمع یا میکروپایل، ستون شنی یا ستون سنگی، جت گروتینگ، اختلاط عمیق خاک، تراکم دینامیکی، شمع، پیش بارگذاری، زهکشی، خاک مسلح یا ژئوسنتتیک استفاده می شود.
پس از این که آزمایشگاه اقدام به مشخص نمودن مقاومت فشاری خاک نمود، مهندس طبق این مقاومت فشاری خاک محاسبه پی سازی را انجام می‌دهد. که هر چه این عدد کوچکتر باشد، باید ابعاد پی بزرگتر و هر چه این عدد بزرگتر باشد ابعاد پی بزرگتر میشود که معمولاً این عدد نزدیک به یک کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
اجزای سازه صنعتی
پرلین یا لاپه (Purlin): اکثر سازه های فولادی سبک از یک سیستم پرلین در سقف‌های شیب‌دار سوله‌ها به‌عنوان تکیه‌گاه برای تیرهای عمودی استفاده می‌کنند که دو نوع C و Z دارد، پره‌های فولادی کم ضخامت متشکل از فولاد زاویه‌دار و پرلین‌های خرپایی است.
خرپا (Truss): خرپا جزء اصلی باربر در سقف سازه است. فرم خرپا شامل مثلث، ذوزنقه و … است که می‌توان آن را به شکل نبشی، لوله‌ای گرد، لوله‌ای مربع و … ساخت.
اسکلت فولادی (Steel frame): اسکلت فولادی تک لایه و چندلایه وجود دارد و معمولاً اسکلت فولادی در دو نوع توپر و مشبک موجود است. اسکلت فولادی چندلایه می‌تواند به طور مؤثر، ارتفاع سازه را کاهش دهد و ظاهری ساده و زیبا به وجود آورد.
چهارچوب شبکه فولادی (Grid frame): ساختار شبکه فولادی، سازه‌ای است که بارها به‌صورت عمود بر روی آن اعمال میشود و در مقایسه با ساختار تیرها، دال‌ها و خرپاها، دارای ویژگی یکپارچگی خوب و صلبیت بالا است و می‌تواند بارهای دینامیکی وارده مانند زلزله را تحمل کند.
اجزای اصلی سازه های صنعتی
سازه‌های صنعتی، از فولاد به‌عنوان عضو اصلی باربر خود استفاده می‌کند که عمدتاً شامل ستون‌های فولادی، تیرهای فولادی و سقف فولادی است که می‌توان آن را به روش‌های مختلفی مانند پیچ و مهره، جوشکاری و پرچ متصل کرد. سازه فولادی سنگین بر روی سه عضو ساخته شده است که به یکدیگر متصل هستند و باهم ساختار کلی را تشکیل می دهند؛
عضو اصلی: ستون‌های فولادی، تیرهای فولادی، ستون‌های مقاوم در برابر باد، تیرهای باند جرثقیل سقفی. ستون فولادی می‌تواند یک فولاد H شکل با مقطع مساوی یا مقطع متغیر باشد. از فولاد H شکل با مقطع مساوی معمولاً زمانی استفاده میشود که دهانه ساختمان از 15 متر تجاوز نکند و ارتفاع ستون بیش از 6 متر نباشد. تیر فولادی مورد استفاده معمولاً نوعی مقطع I شکل است که از صفحات و فلنج بالا و پایین تشکیل شده است.
عضو ثانویه: عضوی دیگر مجموعه؛ پرلین‌های C یا Z، مهاربندی افقی، مهاربندی عمودی و دیوارهای سقفی هستند که معمولاً پرلین C شکل برای سقف و دیوارها استفاده میشود و پرلین‌های Z شکل مخصوصاً برای سقف‌های شیب‌دار بزرگ است. سیستم‌های مهاربندی افقی و عمودی برای پایداری کلی قاب فولادی در نظر گرفته شده است.
قطع آخر: ورق‌های فولادی سقف و دیوارهای متصل به یکدیگر هستند. پانل‌های دیوار و سقف به شکل کاشی‌های استیل رنگی نصب می‌شوند. علاوه بر این، به‌منظور صرفه‌جویی در مصرف انرژی و بهبود روشنایی داخلی، معمولاً پانل‌های ترنزپرنت به سقف نیز اضافه می‌شوند.
از تجهیزاتی زیر می توان برای ساخت سازه های صنعتی استفاده کرد:
1- دستگاه های برش و دستگاه های حفاری: دستگاه های برش و حفاری برای برش و حفره کردن اجزای مختلف سازه های صنعتی کاربرد دارند. این تجهیزات شامل دستگاه های برش لیزری، دستگاه های حفاری CNC و دستگاه های تراش می باشد.
2- دستگاه های جوشکاری: دستگاه های جوشکاری یکی از تجهیزات اساسی در ساخت سازه های صنعتی هستند. از طریق جوشکاری، اجزای مختلف سازه با یکدیگر پیوند می یابند. این تجهیزات شامل جوشکاری آرک، جوشکاری TIG و جوشکاری MIG می باشد.
3- دستگاه های نورد: دستگاه های نورد جهت تغییر شکل و فرم دادن به مواد مختلف به کار می روند. این تجهیزات شامل دستگاه های نورد دوغابی و دستگاه های نورد لوله می باشد.
4- دستگاه های بلند کننده: در ساخت سازه های صنعتی، دستگاه های بلند کننده جهت جابجایی و حمل اجزای بزرگ به کار می روند. این تجهیزات شامل جرثقیل های برقی، جرثقیل های خودرویی و بالابرهای هیدرولیکی می باشد.
5- تجهیزات نصب: برای نصب سازه های صنعتی، از تجهیزات نصب مختلفی استفاده می شود. این تجهیزات شامل بلندکن ها، دستگاه های تعمیر و نگهداری، دستگاه های تعدیل و همچنین تجهیزات حفاظتی می باشد. در کل، برای ساخت سازه های صنعتی به یک مجموعه تجهیزات مختلف نیاز داریم که شامل دستگاه های برش، جوش، نورد و بلند کننده، و همچنین تجهیزات نصب و حمل و نقل می باشد.
از مهم ترین مزایای سازه صنعتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- فضای کافی برای تجهیزات
- سقف های بلند برای فعالیت جرثقیل های سربار و سایر ماشین آلات
از انواع سازه های صنعتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پل های فلزی:
پل های فلزی از انواع سازه صنعتی فولادی هستند که با مقاومت بالا در مقابل وزن، فشار، آتش سوزی و فرسودگی و…. به اشکال مختلفی طراحی می شوند. در ساخت این پل ها از تیرهای ساده، فولادی یا شکل های ساده یا قوس دار استفاده می شود. در ادامه با انواع پل های فلزی اشنا می شوید :
مزایای پل فلزی
- سرعت و دقت در ساخت
- تولید قسمتهای اصلی و سنگین در کارخانه و انتقال و مونتاژ سریع در محل احداث پل
- قابلیت انعطاف پذیری آسان فولاد جهت پل هایی که در طرح و معماری خاصی اجرا می شوند
- امکان تعویض، تعمیر،نگهداری و تقویت قسمتهای مختلف پل که نقص فنی یا اجرایی دارند به آسانی قابل انجام است.
- رنگ پذیری و جلای فولاد
2. سوله های صنعتی:
سوله صنعتی سازه فولادی بزرگ است که به طور خاص برای مصارف صنعتی و تجاری ساخته می شود. هر کدام از این سازه ها باید استاندارد های مختلفی را پاس کنند تا بتوانند اجرا شوند. این سوله طیف وسیعی از کاربری های مختلف که نیاز به سازه وسیع دارند را پوشش می دهد.
از جمله این کاربرد ها می توان به کارخانه ها، انبار، کارگاه های تجاری، ساختمان اداری، فروشگاه ها، سردخانه، مراکز خرید بزرگ، تعمیرگاه، آزمایشگاه، آشیانه هواپیما و حتی مدرسه و بیمارستان اشاره کرد.
سوله صنعتی سازه فلزی با سقفی شیب دار بوده و بر اساس کاربرد‌ها و محاسبات فنی خاصی ساخته میشود. این نوع سازه‌ها بنابر کاربردهای صنعتی گسترده خود، از نظر طراحی با سایر سازه‌ها متفاوت بوده و شامل انواع قوسی هلالی، تمام قوسی، چند ضلعی، تک دهانه، دو یا چند دهانه با ستون مشترک هستند.
3. مخازن و سیلو:
سیلو ها و مخازن در گستره ی وسیعی از صنایع مانند صنایع نفت و پتروشیمی، صنایع کشاورزی، گندله سازی، صنایع سیمان و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. این سازه ها از رایج ترین سازه های پوسته ای می باشند. سیلوها به دو صورت بتنی و فلزی موجود می باشند که هر کدام بنا به شرایط مزایا و معایب مربوط به خود را دارند.
سیلوهای فلزی اغلب از آلیاژهای آلومینیوم ساخته می شوند و از وزن بسیار کمتری نسبت به سیلوهای بتنی برخوردارند. طراحی سیلوها و مخازن به ویژگی های مواد ذخیره شده و اندرکنش ذرات ذخیره شده و سطح، زاویه اصطکاک داخلی، اندازه ذرات و چگالی و رطوبت بستگی دارد.
4. پالایشگاه ها:
از دیگر سازه های صنعتی پرکاربرد می توان به دکل های برق، دکل های مخابراتی، دکل های روشنایی و دکل های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز اشاره نمود که جزو سازه فلزی صنعتی هستند. دکل ها از نظر ارتفاعی بازه ی گسترده ای را به خود اختصاص می دهند و گاهی با ارتفاع های بسیار زیادی اجرا می شوند. با توجه به ارتفاع زیاد دکل ها مانند دودکش های صنعتی، نیروهای دینامیکی از اهمیت زیادی در طراحی این سازه ها برخوردار است.
دکل ها از نظر ساختاری به دو گروه دکل های مهاری و دکل های خود ایستا تقسیم بندی می شوند. دکل های خود ایستا به صورت دکل های سه پایه و یا چهار پایه می باشند که به وسیله ی اعضای خرپایی (اسکلت فولادی) به یکدیگر متصل شده اند. دکل های سه پایه فضای کمتری را اشغال می کنند و هزینه ی کمتری را در بر می گیرند
5. اسکله ها:
اسکله ها تأسیساتی می باشند که به منظور پهلوگیری کشتی جهت انجام بارگیری یا تخلیه کالاها و یا به منظور سوار و پیاده نمودن مسافرین مورد استفاده قرار می‌گیرند انواع مختلفی از این نوع تأسیسات وجود دارد که برحسب نوع استفاده و مصالح مختلف طبقه بندی می شوند تأسیسات پهلوگیری علاوه بر ایجاد تکیه گاه برای پهلوگیری ممکن است برای مهاربندی کشتی ها تامین رابطه بین کشتی و خشکی و درنهایت به عنوان دیوار حائل نیز به کار روند.
برای ساخت اسکله های بارگیری، نواحی که دارای خاك نسبتاً سست است مطلوب تر بوده زیرا در اين حالت بار ناشی از سازه توسط نفوذ عناصر باربر (شمع) در خاك بر لايه های زيرين منتقل میشود. مصالح سازنده اين نوع اسكله عمدتاً بتنی يا سازه فلزی صنعتی و يا تركيبی از آنهاست.
6. سدها:
همانند هر سازه بتنی دیگری، برای قالب بندی سد نیز باید یک سری شرایط را رعایت شود. برای قالب بندی سد بتنی از قالب‌های دارای ابعاد و طرح‌های خاص استفاده میشود که معمولاً آن‌ها را در محل پروژه می‌سازند. به همین دلیل، باید اصول ساخت قالب رعایت شود و در صورت ساخت قالب لبه جوش، کیفیت جوش آن به‌دقت بازرسی شود.
قالب برداری سد باید زمانی انجام شود که بتن به مقاومت کافی رسیده باشد. تخمین زمان مناسب برای قالب بندی، به نوع قالب، دمای بتن اطراف قالب هنگام بتن‌ریزی و … بستگی دارد.
قالب بتن فلزی رایج‌ترین نوع قالب مورداستفاده در انواع مختلف سازه بتنی و از جمله سدها می باشد که یکی دیگر از انواع سازه صنعتی فولادی است. سرعت اجرای قالب بندی سد با استفاده از این قالب بالا می‌رود و سطح نهایی بتن نیز صاف و صیقلی میشود. همچنین قالب فلزی دوام و استحکام بالایی دارد و برای قالب بندی چندمرحله‌ای کاملاً مناسب است.
در زمینه سازه فلزی بیشتر مطالعه کنید :
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه صنعتی (Industrial Structure)
- سوله چیست ؟ انواع و کاربرد سوله (Industrial Shed)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- ستون های مرکب بتن و فولاد از قبیل CFT و SRC
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
مطالب مرتبط :
