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.

همه چیز درباره قوطی آهن در مقاله قوطی آهن چیست + معرفی ۴ مزیت و کاربرد قوطی

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:

IPBhbstrch-2cagJxWxIxJyWyIyrt
mmmmmmmmmmmmmmcm2kg/mcm4cm3cmcm4cm3cmmm
1001001006101222562620.445089.94.1616733.52.5327.8
1201201206.5111223743426.78641445.0431852.93.0633.4
1401401407121224924333.715102165.9355078.53.5838.9
160160160813152810454.342.624903116.788891114.0544.4
1801801808.514153912265.351.238304267.6613601514.5749.9
200200200915183313478.161.357005708.5420002005.0755.5
2202202209.51618341529171.580907369.4328402585.5961
2402402401017213816410683.21126093810.339203276.0866.6
2602602601017.52441.51771189314920115011.251303956.5872.2
28028028010.518244219613110319270138012.165904717.0977.6
300300300111927462081491172517016801385605717.5883.2
32032030011.520.52747.522516112730820193013.892406167.5783.1
3403403001221.52748.524317113436660216014.696906467.5382.9
36036030012.522.52749.526118114243190240015.5101406767.4982.7
40040030013.524275129819815557680288017.1108207217.482.3
4504503001426275334421817179890355019.1117207817.3381.9
50050030014.5282755390239187107200429021.2126208427.2781.6
55055030015292756438254199136700497023.2130808727.1781.1
60060030015.5302757486270212171000570025.2135309027.0880.7
65065030016312758534286225210600648027.1139809326.9980.2
70070030017322759582306241256900734029144409636.8779.6
80080030017.5333063674334262359100898032.8149009946.6878.7
90090030018.53530657703712914941001098036.51582010506.5377.9
10001000300193630668684003146447001289040.11628010906.3877
جدول محاسبه بار قوطی آهن

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:

نمادتعریفواحد
Gوزن واحد طولKg/m
a*b*s / a*sابعاد قوطی مستطیل/مربعmm
Fسطح مقطعCm3
Jممان اینرسی یا گشتاور سکونCm4
Wمقطع یا گشتاور مقاومCm3
iژیراسیون یا شعاع چرخش در یک محور خاصcm

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

نحوه محاسبه تحمل بار قوطی آهن به چه صورت است؟

در جدولی که در این مقاله آورده شده است، به آسانی می‌توان میزان تحمل بار انواع قوطی آهن را محاسبه نمود.

عوامل موثر بر میزان تحمل بار قوطی کدام‌اند؟

عوامل مختلفی همچون میزان بار وارد شده، جهت قرارگیری، وزن و غیره بر میزان تحمل بار قوطی موثر هستند.