سازه های فولادی
فصل 1: مقدمه‌ای بر سازههای فولادی
سازههای فولادی به دلیل دوام بالا، مقاومت عالی و قابلیت شکلپذیری، از پرکاربردترین انواع سازه در جهان به شمار می‌روند. این فصل به بررسی تاریخچه استفاده از فولاد در ساختمان‌سازی می‌پردازد و روند جایگزینی آن با مصالح سنتی همچون چوب و مصالح بنایی را توضیح می‌دهد. همچنین، اصلاحات فرایند تولید فولاد، نقش فولاد در توسعه زیرساخت‌های مدرن، و اهمیت آن در پروژه‌های صنعتی، تجاری و مسکونی تشریح می‌گردد. خواص فیزیکی و مکانیکی فولاد، ویژگی‌های ضدزنگ و پوشش‌دهی، و انواع گریدهای فولاد ساختمانی نیز معرفی میشوند. مهم‌ترین استانداردهای بینالمللی مانند ASTM و EN و تفاوت‌های آنها بررسی خواهد شد تا مهندسان و طراحان درک روشنی از مبانی داشته باشند. در این فصل همچنین مروری بر نقش مهندسی سازه و تحلیل بارهای وارد بر سازههای فولادی و تأثیر آن بر طراحی اولیه صورت می‌گیرد. به علاوه، چالش‌های محیطی نظیر خوردگی، فرسایش و آتش‌سوزی و روشهای مقابله با آنها مطرح خواهد شد.
فصل 2: خواص مکانیکی فولاد
درک دقیق خواص مکانیکی فولاد برای طراحی ایمن و اقتصادی سازههای فولادی حیاتی است. این فصل با شرح کامل مفاهیم مدول الاستیسیته، نقطه تسلیم، مقاومت کششی نهایی و کرنش گسیختگی آغاز میشود. تاثیر عناصر آلیاژی مانند کربن، منگنز، کروم و نیکل بر خواص فولاد بررسی خواهد شد. نمودار تنش-کرنش و تفاوت رفتار فولاد نرم و فولاد پرمقاومت با استفاده از مثال‌های عددی توضیح داده میشود. اثرات دما بر خواص مکانیکی و تغییرات عملکرد فولاد در شرایط حریق و سرمای شدید نیز تحلیل می‌گردد. پدیده‌هایی مانند خزش و خستگی فولاد و تاثیر بارگذاری چرخه‌ای بر دوام سازه با جزئیات مطرح میشود. همچنین روشهای آزمایشگاهی تعیین این خواص، استانداردهای تست و کاربرد آنها در پروژه‌های واقعی ارائه می‌گردد. در انتهای فصل، مقایسه کوتاهی بین فولاد و سایر مصالح ساختمانی همچون بتن و چوب از منظر خواص مکانیکی صورت می‌گیرد تا مزایا و محدودیت‌های فولاد به‌طور شفاف مشخص شود.
فصل 3: انواع مقاطع فولادی
مقاطع فولادی به شکل‌ها و اندازه‌های متنوعی تولید میشوند که هرکدام کاربرد خاصی در طراحی سازه دارند. این فصل مقاطع پرکاربرد مانند تیرآهن‌های I و H، نبشی، ناودانی، پروفیل‌های قوطی و لوله‌ای و مقاطع سفارشی را معرفی می‌کند. تفاوت عملکردی بین مقاطع نورد گرم و نورد سرد و تأثیر فرآیند شکل‌دهی بر خواص مکانیکی و رفتاری آنها بررسی میشود. نقش ضخامت بال و جان تیرها، نسبت لاغری و ممان اینرسی در مقاومت خمشی و پایداری مقطع توضیح داده میشود. روشهای تولید شامل نورد، پرس، جوش و برش لیزری معرفی و مقایسه می‌گردند. همچنین در این فصل به علامت‌گذاری و نامگذاری مقاطع طبق استانداردهای ملی و بینالمللی پرداخته میشود. کاربرد هریک از مقاطع در تیرها، ستون‌ها، بادبندها و اعضای ثانویه پروژه‌های ساختمانی و صنعتی با مثال‌های واقعی ارائه می‌گردد و تاثیر انتخاب صحیح مقطع بر عملکرد کلی سازه تشریح خواهد شد.
فصل 4: طراحی اتصالات جوشی
اتصالات جوشی به دلیل یکپارچگی و قدرت انتقال بار بالا، بخش مهمی از سازههای فولادی را تشکیل می‌دهند. این فصل فرآیندهای جوشکاری متداول همچون SMAW، GMAW و FCAW و مزایا و معایب هرکدام را بررسی می‌کند. اصول طراحی جوش شیاری، گوشه‌ای و وصله‌ای و تاثیر پارامترهایی مانند ضخامت ورق، نوع الکترود، و آمپر جوش بر کیفیت اتصال توضیح داده میشود. استانداردهای طراحی جوش در آییننامههایی مانند AISC و AWS مطرح و نمونه محاسباتی اتصال تیر به ستون با جوش گوشه‌ای و شیاری شرح داده میشود. اهمیت بازرسی جوش شامل آزمون‌های غیرمخرب (NDT) مانند UT و RT و کنترل کیفیت حین و بعد جوشکاری بیان خواهد شد. همچنین تأثیر تنش‌های پسماند و اعوجاج حرارتی بر عملکرد اتصال و روشهای کاهش آن مانند پیش‌گرم یا پس‌گرم کردن مطرح میشود. در این فصل همچنین مقایسه‌ای میان اتصالات جوشی و پیچی از نظر اجرا و عملکرد ارائه می‌گردد.
فصل 5: طراحی اتصالات پیچی
اتصالات پیچی به دلیل سرعت اجرا، قابلیت باز و بسته شدن و کاهش تغییرشکل‌های ناشی از حرارت، جایگاه مهمی در سازههای فولادی دارند. این فصل انواع پیچ‌ها شامل پیچ‌های معمولی، پرمقاومت و خاص را معرفی کرده و استانداردهای مرتبط با تولید و نصب آنها را بررسی می‌کند. مفاهیم پیش‌تنیدگی پیچ، مقادیر گشتاور بستن، و روشهای کنترل آن مانند استفاده از آچار ترک‌متر شرح داده میشود. طراحی اتصالات برشی و کششی، انتقال بارهای ترکیبی و بررسی حالات شکست پیچ‌ها از جمله برش، کشش و لهیدگی سوراخ ارائه می‌گردد. همچنین تاثیر قطر پیچ، کلاس پیچ، طول گیر و شرایط اصطکاکی سطح اتصال در ظرفیت نهایی مورد بحث قرار می‌گیرد. در این فصل نکات اجرایی نصب پیچ‌ها، الزامات سوراخ‌کاری و برشکاری، و اعمال پوششهای ضدزنگ نیز توضیح داده میشود. مقایسه عملکرد اتصالات پیچی و جوشی در شرایط مختلف و آزمایش‌های میدانی برای ارزیابی رفتار آنها در پروژه‌های واقعی نیز مطرح خواهد شد.
فصل 6: تحلیل بار در سازههای فولادی
تحلیل بار اولین گام در طراحی یک سازه فولادی ایمن و اقتصادی است. این فصل به دسته‌بندی انواع بارها شامل بارهای مرده، زنده، باد، زلزله، برف و بارهای خاص مانند فشار خاک و بار ضربه‌ای می‌پردازد. تاثیر همزمانی بارها و ترکیب آنها طبق آییننامههایی مانند مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و ASCE 7 بررسی خواهد شد. روشهای تحلیل استاتیکی، دینامیکی و شبه‌دینامیکی با استفاده از مدل‌های ساده و نرمافزارهای پیشرفته معرفی میشوند. همچنین اهمیت ضریب بار و ضریب کاهش مقاومت در تعیین ظرفیت نهایی اعضا توضیح داده میشود. اثرات کمانش موضعی و کلی در نتیجه بارهای طولی و جانبی تحلیل و راهکارهای کاهش آن ارائه خواهد شد. در این فصل همچنین به تحلیل بارگذاری سازههای مرتفع و رفتار آنها در برابر بادهای شدید اشاره شده است. استفاده از نتایج تحلیل‌ها در طراحی تیر، ستون و مهاربند و همچنین بررسی حساسیت سازه به تغییر مقادیر بارها به‌طور عمیق توضیح داده میشود.
فصل 7: کمانش و پایداری اعضای فولادی
کمانش یکی از مسائل بحرانی در طراحی اعضای فشاری سازههای فولادی است. این فصل مکانیسم وقوع کمانش و تفاوت میان کمانش الاستیک و غیرالاستیک را با استفاده از روابط مکانیک بیان می‌کند. فرمول اویلر و ضریب طول موثر به‌عنوان پایه محاسبات بررسی شده و تاثیر شرایط تکیه‌گاهی در ظرفیت فشاری اعضا تحلیل میشود. اثرات مقطع، لاغری، نقص‌های اولیه و انحراف از شاقولی در کاهش مقاومت فشاری اعضا بررسی می‌گردد. همچنین انواع کمانش موضعی، پیچشی، خمشی-پیچشی و جانبی-پیچشی به همراه مثال‌های کاربردی توضیح داده میشود. راهکارهای تقویت اعضا برای جلوگیری از کمانش مانند استفاده از سخت‌کننده‌ها، افزایش ابعاد مقطع یا افزودن مهاربندها مطرح خواهد شد. در این فصل همچنین نحوه استفاده از نمودارهای ظرفیت کمانش در آییننامه AISC و روشهای آزمایشگاهی برای تعیین پارامترهای پایداری بیان می‌گردد. مقایسه رفتار کمانشی فولاد با سایر مصالح و تاثیر آن بر طراحی کلی سازه نیز در پایان ارائه میشود.
فصل 8: طراحی تیرها و شاه‌تیرها
تیرها یکی از اصلی‌ترین اعضای باربر خمشی در سازههای فولادی هستند. این فصل اصول طراحی تیرها بر اساس ممان خمشی، برش و خیز مجاز را طبق آییننامه معرفی می‌کند. مبحث شامل نحوه انتخاب مقطع مناسب با توجه به طول دهانه، نوع بارگذاری و شرایط تکیه‌گاهی است. همچنین تاثیر ممان اینرسی، مدول مقطع و شکل مقطع در مقاومت خمشی توضیح داده میشود. طراحی تیرورق‌ها و تیرهای لانه‌زنبوری و کاربرد آنها در کاهش وزن و افزایش دهانه مطرح خواهد شد. روشهای تقویت تیر با اضافه کردن سخت‌کننده‌ها، افزایش ضخامت جان یا بال و استفاده از مقاطع مرکب نیز بیان میشود. در بخش اجرایی به نکات نصب تیرها، کنترل اتصالات انتهایی و رعایت تلرانس‌های نصب پرداخته میشود. همچنین کنترل ارتعاشات و خیز تیر در سازههای حساس مانند پلها و سالن‌های صنعتی بررسی خواهد شد. تاثیر بارهای متمرکز و گسترده و محاسبه واکنش‌های تکیه‌گاهی نیز بخش دیگری از این فصل است.
فصل 9: طراحی ستون‌ها
ستون‌ها اعضای فشاری اصلی در سازههای فولادی هستند که انتقال بارهای ثقلی و جانبی را بر عهده دارند. این فصل با معرفی انواع ستون‌ها از نظر شکل مقطع و نوع مقطع مرکب آغاز میشود. سپس روابط طراحی ستون‌ها بر مبنای ظرفیت فشاری طبق آیین‌نامه‌های معتبر بررسی می‌گردد. تاثیر ضریب طول موثر، لاغری و مشخصات مقاطع بر ظرفیت ستون تحلیل میشود. روشهای ترکیب مقاطع برای افزایش مقاومت، مانند استفاده از مقاطع دوبل یا پر کردن مقاطع لوله‌ای با بتن، توضیح داده خواهد شد. همچنین مسائل اجرایی شامل تراز کردن ستون‌ها، نصب صفحات پای ستون و استفاده از گروت برای انتقال یکنواخت بار مطرح میشود. کنترل پایداری جانبی ستون، الزامات بادبندی و مهاربندی و تاثیر بارهای فشاری و خمشی همزمان نیز بررسی میشوند. این فصل به بررسی رفتار ستون‌ها در شرایط ویژه مانند آتش‌سوزی یا برخورد وسایل نقلیه نیز خواهد پرداخت.
فصل 10: سیستم‌های مهاربندی در سازههای فولادی
مهاربندی یکی از الزامات حیاتی در سازههای فولادی برای کنترل تغییر شکل‌ها و افزایش مقاومت جانبی است. این فصل انواع سیستم‌های مهاربندی شامل مهاربندهای هم‌محور (CBF)، برون‌محور (EBF) و مهاربندهای کمانش‌تاب (BRB) را معرفی می‌کند. عملکرد هر سیستم در مقابل بارهای جانبی ناشی از زلزله و باد تحلیل می‌گردد. مزایا و محدودیت‌های هر سیستم از نظر سختی، شکلپذیری و جذب انرژی توضیح داده میشود. روشهای مدلسازی مهاربندها در نرم‌افزارهایی مانند SAP2000 و ETABS تشریح خواهد شد. همچنین الزامات طراحی، انتخاب پروفیل مناسب، و کنترل‌های لرزهای مهاربندها طبق آییننامه 2800 ایران و AISC 341 مطرح میشوند. نقش اتصالات مهاربندی، محل قرارگیری در پلان، و تاثیر بر معماری ساختمان بررسی میشود. در پایان فصل به مثال‌های واقعی از پروژه‌های صنعتی و ساختمانی که از سیستم‌های مهاربندی نوین بهره برده‌اند اشاره خواهد شد و نتایج عملکردی آنها تحلیل میشود.
فصل 11: تیرورق‌ها و طراحی آنها
تیرورق‌ها یکی از کارآمدترین اعضای باربر در سازههای فولادی برای پوشش دهانههای بلند محسوب میشوند. در این فصل، ساختار تیرورق شامل جان و بال معرفی میشود و نحوه جوش یا پیچ‌کردن ورق‌ها برای ایجاد مقطع مورد نظر توضیح داده خواهد شد. طراحی تیرورق بر اساس مقاومت خمشی، برشی و خیز مجاز طبق آیین‌نامه‌های معتبر مانند AISC و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان انجام می‌گیرد. مباحثی مانند مقاطع پیوسته، استفاده از سخت‌کننده‌های جان برای جلوگیری از کمانش موضعی و کنترل لاغری جان بررسی میشود. همچنین الزام‌های اجرایی مانند کنترل کیفیت جوش، صاف‌کردن اعوجاج پس از جوشکاری، و رعایت تلرانس‌های تولید تشریح خواهد شد. کاربرد تیرورق‌ها در پلها، سالن‌های صنعتی و سقف‌های سنگین مثال زده میشود و معایب احتمالی همچون وزن بالا یا هزینه ساخت بالاتر نسبت به تیرهای نورد شده نیز تحلیل خواهد شد. استفاده از نرمافزارهای تحلیلی و ترسیم دیتیل‌های اجرایی نیز در این فصل پوشش داده میشود.
فصل 12: تیرهای لانه‌زنبوری
تیرهای لانه‌زنبوری با ایجاد حفره‌های شش‌ضلعی یا دایره‌ای در جان تیر، علاوه بر کاهش وزن سازه، امکان عبور تاسیسات را نیز فراهم می‌کنند. این فصل به فرآیند ساخت تیرهای لانه‌زنبوری از برش و جابجایی نیمه‌ها تا جوش مجدد می‌پردازد. بررسی اثر حفره‌ها بر ممان اینرسی و مقاومت خمشی تیر و همچنین تحلیل تمرکز تنش در اطراف سوراخ‌ها انجام می‌گیرد. نکات طراحی شامل فاصله بهینه حفره‌ها، ارتفاع مناسب جان و کنترل برش قائم و افقی تشریح میشود. محدودیت‌های استفاده از این مقاطع، از جمله کاهش مقاومت در ناحیه سوراخ‌ها و نیاز به تقویت موضعی، مطرح خواهد شد. دستورالعمل‌های استاندارد برای طراحی این تیرها طبق آیین‌نامه‌ها معرفی میشود. کاربرد آنها در سالن‌های صنعتی سبک، ساختمان‌های اداری و فضاهایی که عبور تأسیسات اهمیت دارد، با مثال‌های واقعی توضیح داده خواهد شد. نکات اجرایی از جمله کنترل اعوجاج، نحوه جوشکاری و اعمال پوشش ضدزنگ به‌طور کامل بیان میشود.
فصل 13: طراحی پل‌های فولادی
پل‌های فولادی به دلیل مقاومت بالا و قابلیت پوشش دهانههای طولانی، در بسیاری از پروژه‌های راه‌سازی و حمل‌ونقل کاربرد دارند. این فصل با معرفی انواع پل‌های فولادی شامل پل تیرورقی، قوسی، کابلی و معلق آغاز میشود. فرآیند طراحی بر اساس بارهای مرده، زنده، باد، زلزله و بارهای ویژه مانند یخ‌زدگی یا ضربه کشتی تشریح خواهد شد. انتخاب نوع سیستم سازه‌ای با توجه به شرایط محیطی، طول دهانه و کاربری پل بررسی میشود. همچنین تحلیل‌های لرزهای و دینامیکی خاص پلها و ضرورت در نظر گرفتن اثرات خستگی در طراحی معرفی می‌گردد. نکات اجرایی شامل مونتاژ در کارگاه یا در محل، روشهای نصب با جرثقیل یا لانچر و کنترل کیفیت جوش‌ها و پیچ‌ها بیان خواهد شد. کاربرد پوششهای ضدخوردگی، برنامه تعمیر و نگهداری، و بررسی نمونه‌های موفق داخلی و خارجی در این فصل مطرح خواهد شد. نرمافزارهای تخصصی مانند MIDAS Civil و CSI Bridge نیز معرفی میشوند.
فصل 14: سازههای فولادی سبک (LSF)
سازههای فولادی سبک یا LSF به دلیل سرعت اجرا، وزن کم و مقاومت مناسب، گزینه‌ای بهینه برای ساخت ساختمان‌های کوتاه‌مرتبه و پیش‌ساخته محسوب میشوند. این فصل ساختار کلی سیستم LSF شامل مقاطع نازک‌پروفیل سرد نورد شده، دیوارها، سقف‌ها و پوشش‌ها را شرح می‌دهد. مباحث طراحی شامل بارگذاری، کنترل خیز، پایداری اعضای نازک و الزامات لرزهای طبق آیین‌نامه‌های مانند AISI و مبحث ششم مقررات ملی بیان خواهد شد. کاربرد این سیستم در ساختمان‌های مسکونی، مدارس، و پروژه‌های صنعتی سبک معرفی میشود. نکات مربوط به مقاومت در برابر آتش، عایق‌کاری حرارتی و صوتی، و محافظت در برابر خوردگی بررسی میشود. مزایا مانند کاهش هزینه فونداسیون به‌دلیل وزن پایین و محدودیت‌ها مانند محدودیت تعداد طبقات تحلیل می‌گردد. نکات اجرایی شامل برشکاری، پیچ‌کردن، و استفاده از نرمافزارهای طراحی مانند FrameCAD مطرح خواهد شد.
فصل 15: سازههای فولادی در برابر آتش
فولاد در دماهای بالا دچار کاهش مقاومت و تغییر شکل میشود، لذا طراحی سازه برای شرایط حریق اهمیت زیادی دارد. این فصل به بررسی رفتار فولاد در دماهای بالاتر از °400C و تأثیر زمان بر کاهش مدول الاستیسیته و مقاومت تسلیم می‌پردازد. روشهای محافظت شامل پوششهای ضدحریق مبتنی بر رنگ‌های intumescent، ورق‌های مقاوم به حرارت و پاشش مواد معدنی معرفی میشود. استانداردهای آزمایش مقاومت حریق مانند ASTM E119 و BS 476 و نحوه ارزیابی عملکرد سازه بر اساس زمان مقاومت (Fire Rating) تشریح می‌گردد. همچنین الزامات طراحی برای حفظ پایداری سازه در زمان تخلیه اضطراری بررسی خواهد شد. استفاده از طراحی مبتنی بر عملکرد (PBD) به جای طراحی صرفاً prescriptive و اهمیت مدلسازی حرارتی در نرمافزارهای FDS و SAFIR بیان میشود. مثال‌هایی از شکست سازهها در آتش‌سوزی و درس‌های حاصل از آنها نیز در پایان فصل ارائه خواهد شد.
فصل 16: محافظت در برابر خوردگی
خوردگی یکی از مهم‌ترین عوامل کاهش طول عمر سازههای فولادی است. این فصل ابتدا فرآیندهای شیمیایی و الکتروشیمیایی ایجاد خوردگی را بررسی می‌کند و نقش عواملی مانند رطوبت، اکسیژن، آلودگی‌های صنعتی و کلر را توضیح می‌دهد. روشهای محافظت شامل پوشش‌دهی با رنگ‌های اپوکسی، پلی‌یورتان و روی‌پاشی (گالوانیزه کردن) به تفصیل معرفی میشوند. همچنین استفاده از سیستم‌های حفاظت کاتدی، با بهره‌گیری از آندهای فداشونده یا جریان‌های اعمالی برای سازههای دریایی و زیرزمینی شرح داده میشود. معیار انتخاب روش محافظت بر اساس شرایط محیطی، هزینه و نیاز به نگهداری دورهای نیز تحلیل میشود. استانداردهای پوشش‌دهی مانند ISO 12944 و ASTM A123 ارائه شده و مراحل آماده‌سازی سطح شامل سندبلاست و تمیزکاری توضیح داده میشود. در این فصل مثال‌هایی از خرابی‌های ناشی از عدم محافظت مناسب و هزینه‌های ناشی از تعمیرات نیز بیان خواهد شد تا اهمیت این موضوع در طول عمر سازه روشن گردد.
فصل 17: سازههای فولادی پیش‌تنیده و پس‌کشیده
به‌کارگیری تکنیک‌های پیش‌تنیدگی و پس‌کشیدگی در سازههای فولادی امکان کاهش تغییر شکل‌ها و افزایش ظرفیت باربری را فراهم می‌کند. این فصل تفاوت اساسی بین دو روش را توضیح داده و کاربرد هرکدام در تیرها، پلها و دکل‌ها بررسی می‌نماید. معرفی کابل‌ها، غلاف‌ها، گیره‌ها و جک‌های کشش به همراه مشخصات فنی و الزامات نصب، بخشی از محتوای این فصل است. طراحی اعضای پیش‌تنیده بر اساس کنترل تنش‌های فشاری و کششی، محدودیت خیز و الزامات آیین‌نامه‌ای مانند PTI و Eurocode پوشش داده میشود. همچنین اثرات افت پیش‌تنیدگی ناشی از خزش، انقباض و لغزش مهارها تحلیل می‌گردد. رویه‌های اجرایی شامل کشش اولیه، تثبیت، و تزریق دوغاب در کابل‌ها برای جلوگیری از خوردگی شرح داده خواهد شد. پروژه‌های نمونه و نتایج عملکردی سیستم‌های پیش‌تنیدگی فولادی در شرایط واقعی، بخش پایانی این فصل است.
فصل 18: سوله‌ها و ساختمان‌های صنعتی فولادی
سوله‌ها به عنوان سازههای فولادی سبک با دهانههای بزرگ در انبارها، سالن‌های ورزشی و کارگاه‌های صنعتی کاربرد وسیعی دارند. این فصل با معرفی انواع فرم‌های سوله شامل قوسی، شیب‌دار و چنددهانه آغاز میشود. فرآیند طراحی شامل انتخاب مقاطع بهینه برای قاب‌ها، طراحی اتصالات و کنترل پایداری جانبی بر اساس آیین‌نامه‌های ملی و AISC ارائه می‌گردد. بارگذاری شامل بار برف، باد، زلزله و بارهای جرثقیل سقفی به‌طور کامل بررسی میشود. همچنین تکنیک‌های کاهش وزن سازه مانند استفاده از مقاطع متغیر و پیچ‌ومهره به جای جوشکاری مداوم معرفی میشوند. نکات اجرایی نصب ستون‌ها، مونتاژ دهانه، مهاربندگذاری و پوشش‌دهی سقف و دیوارها تشریح خواهد شد. اهمیت زهکشی، عایق‌کاری حرارتی و سیستم تهویه نیز در عملکرد و دوام سوله بیان میشود. مطالعات موردی از سولههای موفق و آزمون‌های میدانی نیز ارائه خواهند شد.
فصل 19: سازههای مرتفع فولادی
ساختمان‌های بلندمرتبه فولادی نیازمند طراحی ویژه برای بارهای جانبی و کنترل تغییر شکل هستند. این فصل سیستم‌های سازه‌ای رایج شامل قاب خمشی، قاب مهاربندی شده و سیستم‌های مرکب لوله‌ای را معرفی می‌کند. رفتار این سازهها تحت بارهای لرزهای و بادهای شدید بر اساس آییننامههایی مانند ASCE 7 و آییننامه 2800 ایران تحلیل میشود. استفاده از میراگرهای جرمی تنظیم‌شده (TMD) و میراگرهای ویسکوز برای کنترل ارتعاشات و بهبود راحتی ساکنان توضیح داده میشود. همچنین تاثیر شتاب‌های جانبی، تغییر مکان نسبی طبقات و ضریب شکلپذیری در انتخاب سیستم مناسب بررسی می‌گردد. بخش اجرایی شامل روشهای ساخت مرحله‌ای، استفاده از جرثقیل‌های تاورکرین و تکنیک‌های نصب مقاطع بزرگ در ارتفاع مطرح خواهد شد. مطالعه نمونه‌های برج‌های فولادی شاخص جهان مانند برج‌های دوقلو کوالالامپور و برج شارد لندن نیز ارائه می‌گردد.
فصل 20: پل‌های معلق و کابلی فولادی
پل‌های معلق و کابلی به دلیل توانایی پوشش دهانههای بسیار بلند، شاهکارهای مهندسی سازه محسوب میشوند. این فصل اجزای اصلی پل شامل دکل‌ها، کابل‌های اصلی، کابل‌های مهار و سطح عرشه را معرفی می‌کند. اصول طراحی بر مبنای تحلیل بارهای ثقلی، باد، زلزله و بارهای حرکتی سنگین و همچنین اثرات نوسان‌های آئروالاستیک شرح داده میشود. انتخاب کابل‌ها بر اساس ظرفیت کششی و دوام، و طراحی سیستم مهار و تکیه‌گاه‌ها با جزئیات بررسی خواهد شد. همچنین چالش‌های ساخت مانند نصب کابل‌ها در ارتفاع، کنترل کشش یکنواخت و پایداری عرشه هنگام ساخت توضیح داده میشود. تکنیک‌های مدرن مانند استفاده از دمپرها برای کنترل ارتعاش و جلوگیری از پدیده فلاپینگ معرفی میشوند. نمونه‌های برجسته‌ای همچون پل گلدن‌گیت و پل آکاشی کایکیو به عنوان مطالعات موردی بررسی میشوند تا تجربه‌های عملی و درس‌آموخته‌های این پروژه‌ها ارائه گردد.
فصل 21: سازههای فضاکار فولادی
سازههای فضاکار به‌دلیل قابلیت پوشش دهانههای بسیار بزرگ بدون نیاز به ستون‌های میانی، در سازه‌هایی مثل سالن‌های نمایشگاهی، استادیوم‌ها و فرودگاه‌ها رایج هستند. این فصل انواع سیستم‌های فضاکار شامل شبکه سه‌بعدی، چلیک، گنبدی و قوسی را معرفی می‌کند. طراحی این سازهها بر اساس اصل انتقال بار در سه بعد، و کنترل پایداری کل سازه و اعضای منفرد بررسی میشود. اتصالات گره‌ای (مانند سیستم مریت یا نیوتن) و روشهای جوشکاری یا پیچ‌کردن اعضا تشریح میشود. بارگذاری سازههای فضاکار بر اساس ترکیب بارهای ثقلی، باد و زلزله و همچنین اثرات خزش و تغییر دما تحلیل خواهد شد. الزامات ساخت و مونتاژ، به‌ویژه در پروژه‌هایی با تعداد زیاد المانهای تکراری، بیان می‌گردد. مثال‌هایی از پروژه‌های داخلی و خارجی و نرمافزارهای تخصصی مثل SAP2000 و Midas Gen نیز معرفی میشوند.
فصل 22: سیستم‌های مرکب فولاد و بتن
سیستم‌های مرکب فولاد و بتن ترکیبی بهینه از مقاومت کششی فولاد و مقاومت فشاری بتن ایجاد می‌کنند. این فصل اصول طراحی تیرهای مرکب، ستون‌های مرکب و دال‌های مرکب فولادی-بتنی را بررسی می‌کند. مکانیزم عملکرد بر اساس گیرش برشی میان فولاد و بتن و استفاده از گل‌میخ‌ها برای انتقال برش تشریح میشود. آیین‌نامه‌های طراحی مانند AISC 360 و Eurocode 4 معرفی و کنترل‌های مقاومت خمشی، برشی و کمانش اعضا توضیح داده خواهد شد. اثرات خزش و انقباض بتن، نشست‌های نسبی و نحوه مدلسازی در نرمافزارها نیز بررسی میشود. روشهای ساخت شامل ترتیب بتن‌ریزی، حفاظت از فولاد حین اجرا و مزایای اقتصادی سیستم مرکب به‌طور کامل بیان می‌گردد. نمونه‌های کاربرد در پلها، ساختمان‌های چندطبقه و کف‌های صنعتی بررسی خواهند شد.
فصل 23: اتصالات پیچ و مهره‌ای در سازههای فولادی
اتصالات پیچ و مهره‌ای به دلیل سرعت نصب، قابلیت بازگشایی و کنترل آسان، گزینه‌ای محبوب در بسیاری از سازههای فولادی هستند. این فصل انواع پیچ‌ها شامل پیچ‌های پرمقاومت (A325, A490) و پیچ‌های معمولی را معرفی می‌کند. نحوه عملکرد اتصال اصطکاکی و اتکایی، و تفاوت در نحوه انتقال نیرو تشریح میشود. طراحی اتصالات پیچ و مهره‌ای بر اساس مقاومت برشی، کششی و برش-کششی ترکیبی و همچنین الزامات مبحث دهم و AISC بررسی میشود. قواعد حداقل فاصله لبه، گشادگی سوراخ و کنترل گشتاور بستن پیچ‌ها بیان خواهد شد. روشهای بازرسی شامل تست گشتاور و تست کشش توضیح داده شده و مزایا و معایب این اتصالات در مقایسه با جوشکاری تحلیل می‌گردد. نکات اجرایی شامل جلوگیری از لق‌شدن پیچ‌ها و استفاده از واشر مناسب نیز ارائه میشود.
فصل 24: اتصالات جوشی در سازههای فولادی
اتصالات جوشی یکی از پرکاربردترین روشهای اتصال اعضای فولادی است که پیوستگی کامل بین اعضا را فراهم می‌کند. این فصل انواع جوش‌ها شامل جوش گوشه، شیاری، جوش نفوذی کامل و جوش نقطه‌ای را معرفی می‌کند. طراحی اتصالات جوشی بر اساس تنش‌های مجاز یا مقاومت طراحی، طبق آیین‌نامه‌های AWS D1.1 و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، تشریح خواهد شد. اثرات حرارت ورودی، اعوجاج جوش و تنش‌های پسماند بر رفتار سازه توضیح داده میشود. الزامات آماده‌سازی سطح، انتخاب الکترود مناسب (E6013، E7018 و غیره) و روشهای اجرای جوشکاری (SMAW، GMAW، FCAW) بررسی می‌گردد. کنترل کیفیت شامل بازرسی چشمی، آزمایش‌های غیرمخرب (UT، RT، MT) و اصلاح عیوب جوش شرح داده خواهد شد. در پایان، مقایسه‌ای بین جوشکاری کارگاهی و کارگاهی-کارخانه‌ای ارائه خواهد شد.
فصل 25: طراحی و اجرای سقف‌های فولادی
سقف‌های فولادی بخش مهمی از سیستم سازه‌ای در ساختمانها و سوله‌ها هستند و انتقال بارهای مرده، زنده و جانبی را تضمین می‌کنند. این فصل انواع سقف‌های فولادی شامل عرشه فولادی (Decking)، سقف کرومیت، و سقف‌های مختلط فولاد-بتن را معرفی می‌کند. طراحی بر اساس کنترل خیز، مقاومت خمشی و برشی و ضوابط لرزهای انجام می‌گیرد. جزئیات اجرای سقف‌های عرشه فولادی شامل نصب ورق‌های گالوانیزه، قرار دادن میلگردها و بتن‌ریزی روی آنها تشریح خواهد شد. مزایای سقف‌های فولادی مانند سرعت اجرا و وزن کمتر نسبت به سقف‌های سنتی بررسی میشود. همچنین ملاحظات ایمنی حین اجرا، الزامات ضدحریق و عایق‌کاری حرارتی و صوتی توضیح داده میشود. نمونه‌های اجرایی موفق و نکات کلیدی برای افزایش دوام و کارایی این سیستم‌ها نیز ارائه خواهد شد.
فصل 26: تحلیل لرزهای سازههای فولادی
تحلیل لرزهای سازههای فولادی یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی، به‌ویژه در مناطق با خطر زلزله بالا است. در این فصل، انواع روشهای تحلیل لرزهای شامل تحلیل استاتیکی معادل، طیفی (Modal Response Spectrum) و تاریخچه زمانی (Time History Analysis) معرفی میشود. نحوه مدلسازی سازههای فولادی در نرم‌افزارهایی مانند ETABS و SAP2000 و اعمال بارگذاری لرزهای طبق آییننامه 2800 و ASCE 7 بررسی می‌گردد. تأثیر شکلپذیری، نامنظمی‌های پلان و ارتفاع، و نحوه انتخاب ضرایب رفتار (R) بر طراحی شرح داده خواهد شد. همچنین کنترل دریفت بین‌طبقه، پایداری جانبی و مکانیزم‌های شکست لرزهای مطرح میشود. روشهای بهسازی لرزهای، مثل اضافه‌کردن مهاربند یا استفاده از میراگرهای ویسکوز و اصطکاکی، در نمونه‌های واقعی بیان خواهد شد.
فصل 27: طراحی بر اساس عملکرد (PBD) در سازههای فولادی
طراحی بر اساس عملکرد (Performance-Based Design) رویکردی است که فراتر از محدودیت‌های طراحی سنتی، رفتار واقعی سازه در شرایط بهره‌برداری، زلزله‌های متوسط و شدید را مد نظر قرار می‌دهد. این فصل مفاهیم اصلی PBD، سطوح عملکردی مانند Immediate Occupancy، Life Safety و Collapse Prevention را توضیح می‌دهد. فرآیند ارزیابی عملکرد سازه با استفاده از تحلیل‌های غیرخطی (Pushover و Nonlinear Time History) و بررسی مفاصل پلاستیک در اعضای فولادی شرح داده میشود. ابزارها و نرمافزارهای مورد استفاده، از جمله Perform 3D و OpenSees، معرفی خواهند شد. همچنین مطالعه نمونه پروژه‌هایی که با این رویکرد طراحی شدهاند، به درک بهتر کمک خواهد کرد. در نهایت، مقایسه‌ای بین طراحی بر اساس عملکرد و طراحی بر اساس ضوابط آیین‌نامه‌ای ارائه خواهد شد.
فصل 28: بهسازی لرزهای سازههای فولادی موجود
بسیاری از سازههای فولادی قدیمی بر اساس آیین‌نامه‌های قدیمی طراحی شدهاند و ممکن است در برابر زلزله‌های شدید ناکافی باشند. این فصل روشهای بهسازی لرزهای مانند اضافه‌کردن مهاربندی واگرا یا همگرا، تقویت اتصالات ستون به تیر، افزایش ظرفیت برشی با ورق مضاعف و استفاده از دیوار برشی فولادی را بررسی می‌کند. ارزیابی اولیه سازه با استفاده از روشهای سریع و دقیق، و اولویت‌بندی اعضای بحرانی از مباحث مهم این فصل است. تکنیک‌های مقاوم‌سازی با حداقل اختلال در بهره‌برداری، و استفاده از میراگرهای انرژی‌بر نیز تشریح میشود. الزامات آیین‌نامه‌ای و منابع مالی و زمان‌بندی پروژه در برنامه بهسازی مورد بحث قرار می‌گیرد. مثال‌هایی از بهسازی‌های موفق در ساختمان‌های صنعتی و اداری ارائه خواهد شد.
فصل 29: مدیریت پروژه‌های سازههای فولادی
مدیریت پروژه در اجرای سازههای فولادی، موفقیت پروژه را از نظر زمان، هزینه و کیفیت تضمین می‌کند. این فصل چرخه حیات پروژه، از مطالعات اولیه، طراحی، تدارکات، ساخت تا تحویل نهایی را تشریح می‌کند. استفاده از نرمافزارهای مدیریت پروژه مانند MS Project و Primavera برای کنترل زمان‌بندی و منابع توضیح داده میشود. برنامه‌ریزی برای تدارک فولاد، تجهیزات نصب و نیروی انسانی، و کنترل کیفیت در تمام مراحل مطرح خواهد شد. مدیریت ریسک، شامل شناسایی و کاهش ریسک‌های فنی، مالی و ایمنی، بخش مهم دیگری از این فصل است. همچنین مبحث مستندسازی و ارتباط بین تیم‌های طراحی، ساخت و کارفرما برای جلوگیری از خطاها بررسی خواهد شد. مطالعه موردی یک پروژه فولادی بزرگ نیز به‌عنوان الگو ارائه میشود.
فصل 30: نوآوری‌ها و فناوری‌های نوین در سازههای فولادی
پیشرفت‌های فناوری تأثیر چشمگیری بر طراحی و اجرای سازههای فولادی گذاشته است. این فصل به معرفی نوآوری‌هایی مانند فولادهای پرمقاومت نسل جدید، چاپ سه‌بعدی قطعات فولادی، جوشکاری رباتیک و استفاده از پهپادها برای بازرسی می‌پردازد. فناوری‌های مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) و کاربرد آنها در هماهنگی بین تیم‌های پروژه و کاهش خطاها توضیح داده میشود. همچنین سازههای فولادی مدولار و پیش‌ساخته که زمان اجرا را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهند، بررسی خواهند شد. استفاده از حسگرهای هوشمند برای پایش سلامت سازه (SHM) و بهره‌گیری از هوش مصنوعی در تحلیل داده‌های سازه‌ای از دیگر مباحث این فصل هستند. در پایان، چشم‌انداز آینده فناوری در صنعت سازههای فولادی و نقش آن در پایداری و بهره‌وری منابع بیان می‌گردد.