موضوعات علمی ، فنی مهندسی و بازرسی و دانلود کتاب و جزوه

علل پایین بودن کیفیت جوش

عملکرد لرزه ای ساختمان فولادی

براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هایی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پایداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تاحد امکان جذب و مستهلک نمایند. با توجه به منحنی نیرو و تغییر مکان سازه ها و توجه به این مطلب که سطح بین منحنی نیرو تغییر مکان و محور تغییر مکان نشان دهنده میزان انرژی جذب شده توسط سازه است. هر چه سازه شکل پذیرتر باشد انرژی بیشتری را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوب تری دارد. فولاد نرمه به علت طبیعت شکل پذیر از این نظر ماده مناسبی می باشد و می توان میزان زیادی انرژی جذب کند. اما تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آن ها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و یا انهدام خواهد شد. در زلزله منجیل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمان های فولادی دچار تخریب کامل شدند. رفتار این سازه ها در این زلزله ثابت که در بسیاری از موارد سازه های موجود دارای سیستم مقاوم زلزله مناسبی نیستند. استفاده از تیرهای خورجینی (تیرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سیستم حاصل و مدل صحیح برای این اتصالات باعث شده این سیستم از نظر مهندسی زلزله بسیار آسیب پذیر تلقی گردد. درس حاصل از این زلزله کیفیت پایین ساخت و ساز شهری بود که در سالهای اخیر تلاشهایی برای اصلاح آن به عمل آمده است. در زلزله نورث ریچ آمریکا مشاهده شد که در بسیاری از ساختمان های فولادی اتصال تیرها و ستون دچار ترک و یا بعضاً شکست شد. بیشتر این ترکها و شکست ها در بال ستون اتفاق افتاده است.

صنعت جوشکاری ساختمان در ایران

با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر از نظر تعداد ساختمان هایی که با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملاً استثنایی به شمار می آید. در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایران ناگهان سراز زمین برآورد. گسیل سرمایه ها به سوی ساخت وساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمان ها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحب کاران عملا مورد توجه قرار نگیرد. از طرفی حجم عظیم ساخت و ساز نیروی انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید. تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمان های فولادی آن چنان که باید از کیفیت مطلوبی برخوردار نباشد. تخریب کلی ساختمان های فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمان های فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل دخیل در طرح و ساخت سازه های فولادی اتصال های جوشی از نارسایی های بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش در ساخت و سازه های شهری را می توان به صورت زیر بیان نمود:

1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعمل ها.

2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان.

3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوش کاری در ساختمان های شهری در کشور.

4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد تحت نظر آنها.

1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعمل ها

در بسیاری از مواقع عدم تطابق طرز اجرای متداول جوش با جزییات ارائه شده در آیین نامه ناشی از عوامل متعددی است که از میان آنها به نکات زیر می توان اشاره کرد.

الف ) آشنا نبودن مهندسان سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارائه نقشه ها و جزییات غیرقابل اجرا.

ب ) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا.

پ ) آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم توانایی در تمیز دادن حالات مختلف از یکدیگر.

بعدی از اجباری شدن آیین نامه 2800 ( 1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیت های معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روز افزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمان ها شد. در این سیستم اتصال تیر به ستون از نوع گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگر از تیر به ستون وجود داشته باشد. در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجایی که متاسفانه عملیات جوشکاری در محل کارگاه ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گیرد کنترل کیفیت جوش به خصوص در هنگام مونتاژ در ارتفاع زیاد از سطح زمین حتی به صورت عینی (Visual) امکان پذیر نمی باشد. همچنین معمولاً در محل اتصال ورق به ستون به جای جوش نفوذی از جوش گوشه استفاده می شود در نتیجه هنگام زلزله این نقاط علاوه بر تحمل نیروی کمتر در حالت تردشکن گسیخته خواهد شد. زمانی که در یک عضو فشاری از دو مقطع در کنار یکدیگر استفاده می شود باید هم پایداری کل عضو به عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تا هیچ کدام تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند. برای این منظور این مقاطع باید در فواصل مشخص به یکدیگر متصل شوند تا طول آزاد آنها کاهش یابد. بسیاری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به همدیگر وصل نمی شوند و در نتیجه دو مقطع با یکدیگر عمل نمی کنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بین جوش دو مقطع در ستونهای ترکیبی را مقرر نموده است. اما در نمونه های زیادی مشاهده می شود که فاصله بین جوش ستونها بیشتر از این مقدار است.

2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوش کاران و مهندسان

یکی از مهمترین اشکالات موجود در اجرای ساختمانهای فولادی در کشور کیفیت پایین جوش کاری ساختمان می باشد. عوامل مختلفی در این امر تاثیر می گذراند. استفاده از جوشهای کارگاهی حتی در خصوص جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری در کارگاه ساختمانی و استفاده از نیروی انسانی غیرمجرب از عوامل اصلی پایین آمدن کیفیت جوشکاری ساختمان می باشد. در نتیجه عوامل برشمرده شده مشکلات عدیده ای است که گریبان گر اتصالات جوشی شده است.

در بسیاری از نمونه ها سطح فلز درحال جوش آلوده به روغن یا مواد نامناسب دیگر است و یا این که روی فلز زنگ زده یا رنگ خورده جوش داده می شود.

گاه در فاصله بین پاس های متوالی جوش حتی از جدا نمودن گل جوش نیز خودداری می شود و یا بدون برداشتن گل جوش کاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود. از انواع جوشهایی که در کارگاهی ساختمانی بسیار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب نمونه هایی این نوع جوش از کیفیت پایینی برخوردار است. در بسیاری از نمونه هایی در اثر استفاده از تکنیک های نامناسب جوشکاری نقایصی چون تابیدگی و پیچش در قطعات اتفاق می افتد.

عیوبی نظیر نفوذ ناقص بریدگی کناره جوش، اختلاط سرباره تخلخل و وجود ترک در فلز مادر باعث کاهش ظرفیت باربری قطعات می شود. یکی از متداولترین اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تیرهای لانه زنبوری می باشد.

بسیاری از مجریان طرح این تیرها را در وضعیت نامطلوبی در کارگاه ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسیاری از موارد جوش میانی تیر از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت و تقویت های لازم در محل تکیه گاه تیر و وسط آن صورت نمی پذیرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمان ها نیز از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکردمناسب این قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول نمی شود.

3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوش کاری در ساختمانهای شهری در کشور

با توجه به اهمیتی که شهرداری برای مسایلی از قبیل پارکینگ و نورگیرها و مسایلی از این دست قابل است مشاهده می شود که بیشتر توجه مهندسان نیز به این امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسایل سازه ای نمی شود. البته باید به این نکته نیز اشاره شود که به علت عدم آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجویان عمران مهندسانی که از دانشگاه فارغ التحصیل می شوند. در این زمینه دارای اطلاعات کافی نیستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسئولیت خود را به نحواحسن انجام دهند. البته باید به این نمونه ها مساله سختی کار را نیز افزود. به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسان از انجام بازدید از این جوشها طفره می روند. در نهایت امر این که آن طور که از ظواهر امر مشخص است شهرداری ها نیز در این زمینه کوچک ترین نقشی ایفاد نمی کنند و هیچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.

4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظر آنها

بسیاری از کارفرمایان عمل طراحی سازه و ایجاد تمهیدات مقابله با زلزله را یک امر زاید می دانند و تلاش می کنند تا کمترین هزینه ممکن را صرف این کار نمایند. از طرف دیگر شهرداری ها کمترین نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسایل معماری دقت می کنند. این عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسان سازه اهمیت داشته باشد و طرح از حداقل اهمیت برخوردار باشد به خاطر همین موضوع مهندسان سازه اغلب کمترین وقت را صرف این عمل می نمایند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی مبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای یک ساختمان در نقشه های دیگر ساختمانها استفاده می شود. در بسیاری از نمونه ها جزئیات اتصالات موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.

نتیجه گیری و پیشنهادات

از بررسی های انجام شده بر روی ساخت و ساز ساختمانهای فلزی در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زیادی در طرح واجرای این سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقایص مربوط به اتصالات جوشی است.

اجرای جوش کارگاهی و نبود آموزش کافی برای مهندسان عمران و عدم نظارت کافی بر حسن اجرای جوش و... مشکلاتی است که این صنعت را رنج می دهد. و برای رفع این موارد بهترین راه

1- در صورت امکان استفاده از جوش در کارخانه به جای جوش کارگاهی.

2- بالابردن سطح آگاهی عمومی جامعه درباره زلزله بر ساختمان ها.

3- آموزش جوشکاری به جوشکاران و دادن گواهینامه به جوشکاران ماهر ساختمانی.

4- آموزش جوشکاری به عنوان واحد درسی به مهندسان عمران و یا ایجاد شاخه جدیدی تحت عنوان بازرسی جوش اسکلت برای مهندسان ناظر.

5- تقویت سیستم نظارتی موجود و ایجاد سیستم های نظارتی ناظر بر کارمهندسان عمران است.