نحوه محاسبه تحمل بار قوطی آهن

یکی از مقاطع مهم و پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی که بدون وجود آن، عملا فعالیت غیرممکن است، قوطی‌های آهنی هستند. پروفیل قوطی در سازه، باید به نحوی جای‌گذاری شود تا بتواند تمام بارهای وارده را تحمل کند.

در حقیقت از قوطی پروفیل در انواع ستون‌ها و سازه‌های فلزی با هدف ایجاد ممان اینرسی بالا در هر دو جهت محور مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه این مقاله قصد داریم به شرح چگونگی و نحوه محاسبه تحمل بار قوطی آهن بپردازیم. با ما تا انتهای مطلب همراه باشید.

برای اطلاع از قیمت قوطی آهن به لینک درج شده مراجعه نمایید.

قوطی چیست و موارد مصرف آن کدام است؟

قوطی یکی از انواع پرکاربرد پروفیل به حساب می‌آید که به علت نحوه سطح مقطع آن، به دسته‌بندی پروفیل بسته تعلق دارد. قوطی که به انگلیسی Box و یا Steel Square Tube نام دارد، در انواع مختلفی تولید شده و به مصرف می‌شود.

قوطی‌ها به‌طور کلی یا به صورت مربعی ساخته می‌شوند و یا به شکل مستطیلی تولید می‌گردند. از قوطی پروفیل به‌ میزان گسترده در صنایعی همچون صنایعی عمرانی و ساخت و ساز، تولید وسایل نقلیه، صنایع نظامی، پل سازی و غیره استفاده می‌شود.

عوامل موثر بر تحمل بار قوطی

عوامل مختلفی میزان تحمل بار قوطی را تحت تاثیر قرار می‌دهند. چنان‌چه این نکات در نظر گرفته نشود، امکان انتقال بار به میزان بالا وجود نخواهد داشت. به عنوان مثال یکی از این موارد پایین آوردن بار وارده به قوطی از طریق پخش گسترده و به کار‌گیری قوطی‌های کوچک می‌باشد.

علاوه بر آن، رعایت استاندارد ساخت نیز، کمک شایانی بر افزایش تحمل بار قوطی خواهد گذاشت. به‌طور کلی، عوامل موثر بر تحمل بار قوطی را می‌توان در موارد زیر خلاصه نمود:

• مقدار بار وارده بر قوطی یا به عبارت دیگر ظرفیت باربری
• رعایت استانداردهای تولید
• موقعیت و نحوه قرارگیری قوطی
• وزن و اندازه قوطی
• عمق پایه ستون

میزان تحمل بار قوطی در ستون‌ها چگونه است؟

همان‌طور که پیش از این اشاره شد، یکی از کاربردهای مهم قوطی، استفاده در ستون ساختمان است. نحوه قرارگیری این ستون‌ها به صورت عمودی می‌باشد. علت این امر نیز آن است که ستون‌ها انتقال بار طبقات در ابتدا به فونداسیون و پس از آن به زمین را داشته باشند.

یکی از مهم‌ترین نیروهایی که بر یک سازه وارد می‌شود که لازم است طبق میزان تحمل بار قوطی و ستون و تیرآهن‌ها مهار شود، نیروهای محوری می‌باشند. نیروهای محوری به صورت نیروهای فشاری و دربردارنده بارهای مرده و زنده وارد بر کف طبقات هستند که مستقیما از طرف تیرها و قوطی‌ها به ستون و پس از آن به زمین انتقال می‌یابند.

لازم به ذکر است که علاوه بر نیروهای فشاری در قاب‌های خمشی مورد استفاده در سازه، نیروهای لنگری ناشی از بارهای قائم و جانبی نیز به خاطر اتصال صلب تیر به ستون وارد می‌گردد. باتوجه به این موارد می‌توان این‌گونه بیان نمود که چنان‌چه ستون‌های فولادی با مصالح دیگر تقویت نشود، امکان دارد با لنگرها دچار قوس یا کمانش گردد.

کمانش در تحمل بار به چه معنا است؟

کمانش در حقیقت به معنای آن است که امکان از بین رفتن تحمل باربری یک ستون وجود دارد. علت آن نیز به انحنای بیش از حد بازمی‌گردد. همان‌گونه که انتظار می‌رود، این موضوع با تحمل بار قوطی رابطه مستقیم دارد. نظر به این مورد بهتر است که قوطی‌های مناسب با تحمل بار زیاد انتخاب گردند.

لازم به ذکر است که کمانش با ارتفاع طبقات ساختمان نسبت عکس و در عوض با سطح مقطع ستون‌ها نسبت مستقیم دارد. به این معنا که با افزایش ابعاد مقطع قوطی‌ها، میزان تحمل بار آن‌ها نیز بیش‌تر خواهد شد و احتمال کمانش نیز کم‌تر می‌شود.‌ بنابراین مهم است که قوطی‌های انتخابی، میزان تحمل بار بالایی دارند.

شکل مقطع‌های مورد استفاده برای ستون و قوطی، به وضعیت بارهای وارد شده بر سازه و مقدار آن‌ها وابسته است. به‌طور کلی در سازه از ستون‌های مربع و مستطیل شکل استفاده می‌شود. هرچند که مقاطع چند ضلعی پرکاربرد نیستند، با این حال در برخی موارد همچون معماری کاربری دارند.

نحوه محاسبه تحمل بار قوطی آهن

یکی از اصلی‌ترین ویژگی‌های فنی هر پروفیل، ظرفیت باربری آن است. به آن معنا که لازم است از قبل تعیین شده باشد که پروفیل مورد استفاده در سازه، تا چه اندازه قادر است که بارهای خارجی و داخلی وارد شده را تحمل کند. طبق این ظرفیت و میزان بارهای محاسبه شده برای سازه، نوع و تعداد پروفیل‌هایی که نیاز باشد، مشخص می‌گردد. به‌طور کلی محاسبه وزن پروفیل قوطی آهن طبق فرمول زیر امکان‌پذیر خواهد بود:

تعداد× طول پروفیل برحسب متر× وزن مخصوص پروفیل‌ها برحسب کیلوگرم = وزن پروفیل قوطی

جدول تحمل وزن و بار قوطی پروفیل

پروفیل‌های مورد استفاده در سازه‌ها معمولا طبق استاندارد 12 متر تولید می‌شوند. چنان‌چه استانداردهای ساخت رعایت شده باشد، امکان محاسبه تحمل بار هر پروفیل از طریق جداول استاندارد امکان‌پذیر خواهد بود. دو قسمت لبه و جان بال‌های پروفیل که ضخامت و طول متفاوت دارند، تاثیر بسیاری بر روی میزان تحمل بار پروفیل خواهند داشت. در ادامه جدول تحمل بار پروفیل را برای شما آورده‌ایم:

IPB	h	b	s	t	r	c	h-2c	a	g	Jx	Wx	Ix	Jy	Wy	Iy	rt
	mm	mm	mm	mm	mm	mm	mm	cm2	kg/m	cm4	cm3	cm	cm4	cm3	cm	mm
100	100	100	6	10	12	22	56	26	20.4	450	89.9	4.16	167	33.5	2.53	27.8
120	120	120	6.5	11	12	23	74	34	26.7	864	144	5.04	318	52.9	3.06	33.4
140	140	140	7	12	12	24	92	43	33.7	1510	216	5.93	550	78.5	3.58	38.9
160	160	160	8	13	15	28	104	54.3	42.6	2490	311	6.78	889	111	4.05	44.4
180	180	180	8.5	14	15	39	122	65.3	51.2	3830	426	7.66	1360	151	4.57	49.9
200	200	200	9	15	18	33	134	78.1	61.3	5700	570	8.54	2000	200	5.07	55.5
220	220	220	9.5	16	18	34	152	91	71.5	8090	736	9.43	2840	258	5.59	61
240	240	240	10	17	21	38	164	106	83.2	11260	938	10.3	3920	327	6.08	66.6
260	260	260	10	17.5	24	41.5	177	118	93	14920	1150	11.2	5130	395	6.58	72.2
280	280	280	10.5	18	24	42	196	131	103	19270	1380	12.1	6590	471	7.09	77.6
300	300	300	11	19	27	46	208	149	117	25170	1680	13	8560	571	7.58	83.2
320	320	300	11.5	20.5	27	47.5	225	161	127	30820	1930	13.8	9240	616	7.57	83.1
340	340	300	12	21.5	27	48.5	243	171	134	36660	2160	14.6	9690	646	7.53	82.9
360	360	300	12.5	22.5	27	49.5	261	181	142	43190	2400	15.5	10140	676	7.49	82.7
400	400	300	13.5	24	27	51	298	198	155	57680	2880	17.1	10820	721	7.4	82.3
450	450	300	14	26	27	53	344	218	171	79890	3550	19.1	11720	781	7.33	81.9
500	500	300	14.5	28	27	55	390	239	187	107200	4290	21.2	12620	842	7.27	81.6
550	550	300	15	29	27	56	438	254	199	136700	4970	23.2	13080	872	7.17	81.1
600	600	300	15.5	30	27	57	486	270	212	171000	5700	25.2	13530	902	7.08	80.7
650	650	300	16	31	27	58	534	286	225	210600	6480	27.1	13980	932	6.99	80.2
700	700	300	17	32	27	59	582	306	241	256900	7340	29	14440	963	6.87	79.6
800	800	300	17.5	33	30	63	674	334	262	359100	8980	32.8	14900	994	6.68	78.7
900	900	300	18.5	35	30	65	770	371	291	494100	10980	36.5	15820	1050	6.53	77.9
1000	1000	300	19	36	30	66	868	400	314	644700	12890	40.1	16280	1090	6.38	77

راهنمای استفاده از جدول اشتال پروفیل

با مراجعه به جدول زیر با علائم اختصاری جدول محاسبه تحمل بار قوطی، که پیش‌تر آورده شد، آشنا شوید:

نماد	تعریف	واحد
G	وزن واحد طول	Kg/m
a*b*s / a*s	ابعاد قوطی مستطیل/مربع	mm
F	سطح مقطع	Cm3
J	ممان اینرسی یا گشتاور سکون	Cm4
W	مقطع یا گشتاور مقاوم	Cm3
i	ژیراسیون یا شعاع چرخش در یک محور خاص	cm

انواع ستون‌ های تقویت‌ شده با قوطی‌ ها و پروفیل‌ های دیگر

ستون‌های تقویت شده با قوطی‌ها و دیگر پروفیل‌ها از منظر شکل ظاهر به 2 دسته زیر تقسیم می‌شوند:

• پروفیل یا نیمرخ نورد شده

انواع قوطی‌ها و تیرآهن شامل پروفیل‌های نورد شده می‌شود. بهترین نوع آن برای تقویت ستون، تیرآهن بال پهن یا قوطی‌های با سطح مقطع مربع هستند. چراکه این مصالح از نظر استحکام و میزان تحمل بار قوطی نسبت به سایر مصالح عملکرد بهتری دارد. علاوه بر آن، در مواقع اتصال تیرها و ستون‌ها، استفاده از این پروفیل‌ها به راحتی انجام می‌شود.

• نیم رخ‌ های مرکب

اگر سطح مقطع و مشخصات فنی یک پروفیل یا نیمرخ به‌ تنهایی برای تحمل بارهای وارد شده و لنگرهای احتمالی که در اصطلاح به آن ایستایی ستون گفته می‌شود، مناسب نباشند، از اتصال چند پروفیل به یکدیگر، ستون مورد نظر را تقویت می‌کنند. به این پروفیل‌‌ها که حاصل چند نوع نیمرخ هستند، نیمرخ‌‌های مرکب گفته می‌‌شود. سایر کاربردهای نیمرخ‌‌های مرکب عبارتند از:

• هنگام نیاز به مقاطع با شکل‌های هندسی خاص
• در زمان‌های عدم دسترسی به نیمرخ‌های IPB یا قوطی‌های مورد نیاز از بازارهای داخلی
• هنگام نیاز به افزایش سطح مقطع ستون و عدم وجود سطح مقطع‌‌های لازم در نیمرخ‌های نورد شده
• نصب سریع‌ تر و راحت‌ تر مقاطع مرکب نسبت به حالت یکنواخت

‌مقاطع مرکب قوطی‌ها و پروفیل‌‌ها با توجه به میزان تحمل بار قوطی و پروفیل ممکن است به شکل‌‌های مختلفی ساخته‌ شده و مورد استفاده قرار گیرند. متداول‌‌ترین این نیمرخ‌های باربر عبارتند از:

• اتصال دو قوطی یا پروفیل به یکدیگر با روش دوبله کردن

برای تقویت ستون‌ها با این نوع پروفیل ابتدا دو تیرآهن یا قوطی را در کنار هم‌دیگر و روی یک سطح صاف به نام شاسی می‌چسبانند. در گام بعدی دو سر وسط ستون را به تیرآهن یا قوطی جوش می‌‌دهند و ستون را برمی‌‌گردانند تا ادامه کار را با جوشکاری معمولی انجام دهند. سپس دوباره ستون را معکوس کرده و قسمت وسط را جوشکاری می‌کنند. این کار را در دو طرف ستون نیز تکرار خواهند کرد. به همین ترتیب جوشکاری ستون و تیرآهن یا قوطی ادامه دارد تا جوش و اتصال مورد نیاز بین پروفیل‌‌ها و ستون انجام شود.

• اتصال دو قوطی یا پروفیل به یکدیگر با به‌ کارگیری ورق‌ های سراسری روی بال‌ ها

در این مقاطع مرکب ورق اتصال روی دو نیمرخ قوطی متصل می‌شود. سپس مقطع مرکب مورد نظر در طول این ورق با فواصل 30 سانتی‌متری به ستون مورد نظر به‌ صورت منقطع جوش داده می‌شود.

• قوطی‌ ها یا پروفیل‌ های مرکب با قیدهای مورب یا موازی

پرکاربردترین و معمولی‌ترین قوطی‌های مورد استفاده برای ستون‌‌ها، قوطی‌های مرکبی است که در آن دو قوطی با فاصله معین از هم‌دیگر قرار خواهند گرفت و قیدهای افقی یا چپ و راست، این دو سطح مقطع را به هم وصل خواهند کرد. در این حالت پست‌های چپ و راست که شکل‌‌های مثلثی را ایجاد می‌کنند، مقاومت بالاتری نسبت به پست‌‌های موازی دارند.

انواع قوطی پروفیل برای تحمل بار وارد شده بر سازه

قوطی‌های متعددی با شکل‌‌های هندسی متفاوت وجود دارد که برای تحمل بار وارد شده استفاده می‌شود. انواع قوطی‌‌ها عبارت است از:

• قوطی‌‌های با ضخامت‌های متفاوت که برای ماشین‌سازی، ستون وال پست و تیر در ساختمان کاربرد دارد.
• قوطی‌های مستطیل و مربع که با مقاطع کوچک به عنوان نرده‌های فلزی برای کنار راه پله‌ها، نرده‌کشی و درب و پنجره، کنار راه پله‌ها و نرده‌کشی اطراف دیوار کاربرد دارد.
• از قوطی‌های با مقاطع مربع و مستطیل در ساخت انواع پایه‌‌های میز و صندلی نیز استفاده می‌‌شود.
• قوطی‌های مربع و مستطیل با مقاطع بزرگ‌‌تر که به قوطی‌های ستونی شناخته می‌شوند و در ساختن اسکلت فلزی و سازه‌‌ها استفاده می‌شود.

جمع بندی

در این محتوا ضمن معرفی قوطی‌، به نحوه محاسبه تحمل بار قوطی آهن پرداختیم. قوطی‌ها نقش مهمی را در تقویت ستون‌های سازه ایفا می‌کنند و از همین طریق منجر به انتقال بر اضافه به زمین می‌شوند. مواردی همچون نحوه قرارگیری، مقدار بار وارده، وزن و غیره بر میزان تحمل بار قوطی اثرگذارند.

منبع (Resource): Calculation of loads

سوالات متداول