سوله چیست و چه کاربردهایی دارد؟
سوله به سازه‌های فلزی گفته می‌شود که تمرکز آن ایجاد محیطی بدون ستون میانی است که معمولاً با سقف شیبدار ساخته می‌شود. سوله‌ها یکی از پرکاربردترین سازه‌های صنعتی هستند. سوله‌ها بسته به کاربری‌های مختلف، معمولاً طول بلند و دهانه بزرگی دارند. از سوله‌ها در فعالیت‌های صنعتی و کشاورزی مانند کارخانه‌ها، انبارها، مرغ‌داری‌‌ها، آشیانه‌های هواپیما، سالن‌های ورزشی، تعمیرگاه‌ها، پارکینگ‌ها، دامداری‌ها، فروشگاه‌ها و موارد متعدد دیگر استفاده می‌شود.
سولههای مربوط به سالن‌های ورزشی و خط تولید کارخانجات بایستی ارتفاع بیشتری داشته باشند، در مقابل سولههای مربوط به بخش مرغ‌داری و کشاورزی می‌توانند با ارتفاع کمتر هم ساخته شوند. جالب است بدانید که خیلی از شرکت‌های بزرگ و کوچک دولتی و خصوصی با کمک این نوع سازه‌ها توانسته‌اند اهداف صنعتی و اقتصادی خود را پیش ببرند و به راحتی قادر به توسعه و گسترش سولههای خود باشند.
یکی از عواملی که باعث محبوبیت این نوع سازه‌ها شده است، سرعت اجرای بالا و اقتصادی بودن آن است. در سال‌های قبل در کشور عزیزمان ایران، برای چنین اهداف صنعتی و تولیدی، سیستم‌های خرپاسازی بسیار متداول بوده اما هم اکنون سوله‌سازی به علت مزایای زیادی که دارد، جایگزین آن شده است.
سوله‌ها، از نظر طراحی نیز با سایر سازه‌ها متفاوت هستند، چون اولاً از تیرهای مایل با مقاطع غیرمنشوری در این سازه‌ها استفاده می‌شود و ثانیاً بنا به کاربری سوله‌ها و شرایطی که از لحاظ معماری ایجاب می‌کنند، دهانه‌های بزرگتری هم در این سازه‌ها نیاز می‌باشد (به این معنا که نباید ستونی در وسط سوله وجود داشته باشد). علاوه‌بر موارد فوق، بار جانبی حاکم بر سوله برخلاف سازه‌های متعارف که بار زلزله است، بار باد می‌باشد. همچنین برای سقف سوله معمولاً از پوشش‌های سبک استفاده می‌شود، درحالی‌که در سایر سازه‌ها یک دال بتنی موجب عملکرد صلب دیافراگم می‌شود.
در ادامه ابتدا با برخی از اصطلاحاتی که در سوله‌ها به کار برده می‌شوند، آشنا خواهیم شد.
اجزای سازه‌ای سوله
سوله‌ها، از تعداد زیادی قابهای شیبدار متصل به هم تشکیل می‌شوند که به آن‌ها، قابهای اصلی گفته می‌شود. این قاب‌ها، توسط اجزای مختلفی به یکدیگر متصل می‌شوند تا بتوانند نیروهای ثقلی و جانبی (باد و زلزله) وارد بر سوله را تحمل کنند. در شکل های زیر برخی از اجزای سوله‌ها مشخص شده‌اند.
قاب های اصلی:
قاب های اصلی، از ستون ها و تیر ها تشکیل شده است. تیر شیب دار و ستون های سوله، از مهم‌ترین و اصلی‌ترین اجزای تشکیل دهنده سوله‌ها هستند. به تیرهای شیبدار سوله، اصطلاحاً رفتر (Rafter) نیز گفته می‌شود. در کشور ما ستون‌ها و رفتر ها دارای ساختار غیر منشوری هستند. یعنی به دلیل تغییرات لنگر در ستون ها و رفترها، مقطعشان را در طول عضو، به صورت متغیر اجرا می‌کنند تا اجرای سوله ازلحاظ اقتصادی به صرفه‌تر باشد.
بزرگ بودن دهانه‌ها در سوله‌ها، باعث می‌شود تا ابعاد تیرها و ستون‌ها بزرگ‌تر از پروفیل‌های موجود در بازار باشند. بدین‌جهت برای اجرای این سازه نمی‌توان از پروفیل‌های موجود در بازار استفاده کرد بلکه باید به صورت تیر ورق اجرا نمود. یعنی برای ساخت تیرها و ستون‌ها، ابتدا با توجه به مقاطع مورد نیاز، ورق‌ها برش داده می‌شوند و سپس به هم جوش می‌دهند تا تیر یا ستون مطلوب، آماده شود. سپس ستون‌ها را از پایین به صفحه ستون و از بالا به رفتر (به صورت اتصال فلنجی) متصل می‌کنند.
از آنجایی که در جهت عرضی سوله، نمی‌توانیم از سیستم مهاربند استفاده کنیم (چون به دهانه‌های بزرگ احتیاج داریم)، در اغلب مواقع، قابهای اصلی، به عنوان قاب خمشی در نظر گرفته می‌شوند. اما در جهت طولی می‌توانیم از مهاربندهای همگرا، جهت سیستم باربر جانبی استفاده کنیم، در نتیجه اینگونه می‌توان نتیجه گرفت که:
در جهت عرضی ← سیستم قاب خمشی
در جهت طولی ← سیستم مهاربندی همگرا
لاپه یا پرلین (Purlin):
پرلین ها، تیرهای فرعی سقف سوله هستند که در راستای طول سوله و در فواصل معین از هم، بین قابهای اصلی قرار می‌گیرند. وظیفه اصلی پرلین ها، تحمل وزن پوشش سقف سوله است. معمولاً از مقاطع سرد نورد شده z شکل یا ناودانی به عنوان پرلین استفاده می‌شود. پرلین ها را با استفاده از تعدادی پیچ و نبشی های اتصال دهنده به رفتر قاب های اصلی متصل می‌کنند.
میل مهارهای سقفی یا سگراد (Sag Rod):
لاپه ها (مقاطع z شکل و ناودانی) تحت اثر بارهای ثقلی، به شدت مستعد کمانش پیچشی جانبی حول محور ضعیفشان هستند. بدین منظور با استفاده از میل مهارها در سقف، تلاش می‌کنیم تا لاپه ها را در جهت ضعیف مقطعش نگه داریم. سگرادها، به صورت کششی مؤلفه‌ای از نیروهای ثقلی را به رأس سوله منتقل کرده و با این کار، یک لنگر متعادل‌کننده حول محور ضعیف لاپه ها، اعمال کنند و می‌توانند جلوی کمانش پیچشی جانبی را بگیرند. از مقاطع میلگردی به عنوان سگراد استفاده می‌شود. سگراد ها را با پیچ به لاپه ها متصل می‌کنند.
استرات (Strut):
استرات‌ها، متصل‌کننده‌ی قابهای اصلی سوله به یکدیگر هستند. علاوه بر این، می‌توان آن‌ها را همانند یک مهار طولی برای قاب‌ها نیز در نظر گرفت؛ زیرا با اتصال آن‌ها به ستون‌های قاب، طول مؤثر کمانش حول محور ضعیف ستون را کاهش می‌دهند و باعث افزایش پایداری ستون در برابر کمانش می‌شوند. معمولاً از مقاطع قوطی شکل به عنوان استرات استفاده می‌شود و آن را برای نیروهای محوری طراحی می‌کنند. اتصال استرات‌ها به ستون، اغلب به صورت مفصلی است. استرات‌ها می‌توانند در سقف یا قابهای طولی اجرا شوند.
توجه: عمده تفاوت استرات با گیرت، در عملکردشان است. مقطع و نوع اتصال استرات‌ها، برای انتقال نیروهای جانبی در راستای طول سوله طراحی می‌شوند اما گیرت‌ها، نگهدارنده دیوارهای سبک هستند و تنها برای عملکرد خمشی در برابر نیروهای ثقلی و باد طراحی می‌شوند.
مهاربندهای اصلی قائم (Main Brace):
همانند سیستم‌های ساختمانی متداول، برای تأمین سیستم باربری جانبی در جهت طولی سوله، از مهاربندهای عموماً همگرا استفاده می‌شود. معمولاً از میلگرد، دوبل نبشی، دوبل ناودانی و لوله برای مهاربند جانبی سوله استفاده می‌کنند. هدف اصلی استفاده از مهاربندی، جلوگیری از تغییرشکل‌های سوله در زمان بهره‌برداری و مراحل نصب سوله، تأمین پایداری اعضای فشاری و مقاومت در برابر بارهای ناشی زلزله، باد و ترمز جرثقیل است
مهاربند سقف (Ceiling Brace):
وظیفه اصلی مهاربندهای سقفی به عنوان یکی از اجزای سوله ، ایجاد صلبیت کافی در سقف سوله، کمک به انتقال بارهای جانبی ناشی از سقف و حفظ پایداری چشمه‌های سقف می‌باشد. عمدتاً از مقاطع میلگرد بدین منظور استفاده می‌کنند. میل مهارهای سقفی را به صورت کششی طراحی می‌کنند.
وال پست (Wall Post):
در پیوست 6 استاندارد 2800 در مورد سازه‌های صنعتی صحبت نشده است. سوله‌ها سازه‌های کم ارتفاع و سبک بوده و عموماً بار باد بر آن‌ها حاکم است. دیوارهای سوله بایستی در مقابل بار باد یا زلزله طراحی شوند و دارای اتصالات مناسبی باشند. اتصال مناسب در سوله‌ها باید طوری باشد که با تغییرات دمای محیط، المان‌های فولادی که دچار ازدیاد طول می‌شوند، دچار کمانش و تخریب دیوار نشوند. اگر اتصال وادار مقید و جوشی در نظر گرفته شود، بدلیل مقید بودن وادار و عدم اجازه تغییر طول، وادار کمانش کرده و دیوار تخریب می‌شود. نکات اجرایی وال‌پست‌ها در مقاله مرتبط در سایت سبزسازه منتشر است و جهت اطلاعات بیشتر می‌توانید به آن مراجعه کنید.
نکات اجرایی و تجربی
دهانه مفید سوله‌ها:
طول دهانه سوله‌ها در جهت قاب اصلی سوله، مطابق شرایط و نیازهای معماری می‌باشد. طول دهانه سوله‌ها از دهانه‌های بسیار کوچک که نیاز به شیب یک‌طرفه دارند (در حدود 5 متر) تا دهانه‌های بلند (حتی تا 60 متر) متغیر می‌باشد. توجه داشته باشید معمولاً هر چه دهانه طول یک قاب افزایش پیدا کند، وزن واحد سطح اسکلت سوله نیز، افزایش پیدا خواهد کرد. بنابراین توصیه می‌گردد حتی الامکان در مواردی که محدودیت‌های معماریِ طرح، امکان اجرای ستون در میانه سوله و چند دهانه کردن آن را می‌دهد، از رو آوردن به دهانه‌های بسیار بلند خودداری شود. طول سوله از تغییرات دمایی تأثیر می‌پذیرد، به این معنی که تأثیر تغییرات دمایی بر سوله با طول بیشتر، در استحکام سوله اثر بیشتری دارد. در شکل 1 سولههای چند دهانه و تک شیب مشخص شده‌اند.
فاصله قاب‌ها:
اندازه دهانه‌ها و فاصله ستون‌ها اساساً به روش‌ها و مراحل تولید کارگاه، فضای لازم برای رفت و آمد جرثقیل‌ها و سایر روش های حمل کالا بستگی دارد و با افزایش ارتفاع سوله، مقدار بهینه دهانه نیز اضافه می‌شود.
یکی از مهم ترین نکات در اجرا، وجود اعضای تکراری با شرایط و اتصالات مشابه است تا کارگران و تیم اجرایی، احتمال اشتباه کمتری در نصب آن‌ها داشته باشند. برای رسیدن به بیشترین اعضای تکراری، بهتر است فاصله ستون‌ها ضریبی از مقدار ثابتی باشد که به آن مدول گفته می‌شود. مدول اصلی که در طراحی ساختمان های صنعتی یک طبقه به کار می‌رود، 3 تا 4 متر است و توصیه شده است که برای دهانه‌های تا 18 متر، ضریبی از 3 متر (مثلاً 3 متر، 6 متر، 9 متر، 12 متر و …) و برای بلندتر از 18 متر، ضریبی از 6 متر (مثلاً 6 متر، 12 متر، 18 متر و …) طراحی شوند.
عامل دیگری که در تعیین فاصله ستون‌ها از یکدیگر مؤثر است، مربوط به اثر باد در دیوارهای سبک جانبی است. در این گونه پوشش‌های سبک، عامل اصلی نگهداری پوشش، معمولاً لاپه جانبی (گیرت) هستند که روی قابهای اصلی تکیه می‌کند. اقتصادی‌ترین دهانه برای لاپه های جانبی 9 متر است. در صورت افزایش دهانه از 9 متر، به ستون‌های فرعی مقاوم در برابر باد نیاز خواهیم داشت که باعث افزایش هزینه طرح می‌شود.
بنا به تجربه، مشاهده شده که در یک سوله بدون جرثقیل، دهانه و فاصله ستون 9 متر مخصوصاً برای ساختمان‌های طویل و باریک، می‌تواند یکی از قتصادی ترین انتخاب‌ها باشد. چرا که در چنین ساختمان هایی با پلان مستطیل کشیده، نسبت محیط پلان به سطح پلان عدد بزرگی است و بنابراین مصرف لاپه های جانبی در آن زیاد است. پس حداقل شدن وزن لاپه های جانبی از طریق انتخاب فاصله مناسب ستون‌ها می‌تواند به اقتصادی شدن اینگونه ساختمان‌ها کمک کرد. اما از طرف دیگر برای ساختمان‌های با پلان مربعی، چون نسبت محیط پلان به سطح پلان عدد بزرگی است، اهمیت کاهش مصرف لاپه های جانبی کمتر می‌شود و می‌توان از فاصله دهانه و ستون 12 متر، ضمن حفظ اقتصادی بودن طرح، استفاده نمود.
اما نکته‌ی دیگری هم که باید مدنظر داشت این است که طول رایج برای مقاطع لاپه ها (که به صورت رایج از ورق‌هایی با ضخامت کم به صورت سرد نورد شده ساخته می‌شوند) عمدتاً 6 متر است. در نتیجه، حداکثر طول اجرایی لاپه های سرد نورد شده نیز به 6 متر محدود می‌گردد.
اگر بخواهیم فاصله‌های بین دهانه‌ها بیش از 6 متر شود، دو راهکار زیر موجود است:
1- استفاده از پروفیل‌های گرم نورد شده 12 متری: این موضوع ما را به سمت استفاده از پروفیل‌های ضخیم گرم نورد شده (همانند ناودانی، مقطع جعبه‌ای، I شکل و …) پیش می‌برد که نسبت به مقطع معادل سرد نورد شده سنگین‌تر هستند و وزن اسکلت را بالا می‌برد و ممکن است طرح غیراقتصادی گردد.
2- استفاده از وصله پرلین های سرد نورد شده: این موضوع تعداد سوراخ‌کاری و حجم اتصالات را به شدت افزایش می‌دهد و با توجه به تعداد زیاد پرلین ها در سازه تصمیم اقتصادی نخواهد بود. همچنین به دلیل ضخامت کم مقاطع سرد نورد شده استفاده از جوش هم دشوار خواهد بود.
فاصله های کمتر از 6 متر در بین قاب های اصلی نیز، پروژه را غیر اقتصادی می‌کند و منجر به پرت شدن حجم بالایی از فولاد مصرفی می‌گردد. با توجه به طول ورق‌های موجود در بازار، در صورت استفاده از فاصله‌های کمتر از 6 متر مثلاً 5 متر، باقی‌مانده ورق (1 متر باقی‌مانده) عملاً پرت شده و چون ضخامت حدود 2 الی 4 میلی‌متر دارند، در بخش‌های دیگر سوله نظیر اتصالات و … استفاده نخواهند شد (به دلیل ضخامت کم) بنابراین توصیه می‌شود حتی‌الامکان از ارائه فاصله‌هایی که موجب پرت شدن ورق‌های مورد استفاده در پرلین ها می‌گردد، خود داری گردد.
در نهایت، این طراح سازه و معمار هستند که باید تصمیم نهایی را بنا به تجربه و قضاوت‌های مهندسی خود اتخاذ کنند و با در نظر گرفتن تمام عوامل فوق، بهترین و اقتصادی‌ترین طرح را ارائه دهند.
ارتفاع سوله
ارتفاع سوله‌ها در قدم اول به کاربری، ماشین‌آلات و بحث انبار مصالح بستگی دارد. واضح است که ارتفاع سوله هر چه بیشتر باشد موجب افزایش وزن فولاد مصرفی خواهد شد. ارتفاع سوله در قدم دوم به طول ورق‌هایی که قرار است تیرورق‌ها ساخته شود، بستگی دارد. باتوجه به اینکه طول ورق‌ها 6 متر است، ارتفاع سوله بیش از 3 متر انتخاب می‌شود. در حالت کلی عمدتاً ارتفاع سوله‌ها از 4 متر تا 20 متر متغیر است و طول بالای 20 متر به ندرت مشاهده شده است.
شیب سوله
شیب سوله از حدود 10% تا 30% متغیر است. زمانی‌که دهانه سوله بیش از 40 متر طول دارد، شیب سوله تا 10% هم کاهش پیدا می‌کند. اما توصیه می‌شود در مناطق با برف زیاد، شیب سوله از 15% کمتر نشود. البته باید توجه کرد که هرچه شیب سوله بیشتر باشد، بار باد تأثیر بیشتری خواهد داشت. لذا بایستی بین بار باد و برف مصالحه‌ای صورت پذیرد.
ابعاد ستون سوله
ابعاد ستون‌های سوله وابسته به پارامترهایی نظیر مساحت سوله، ارتفاع سوله، رفترها، وجود یا عدم وجود جرثقیل و … است؛ لذا طراحی ستون‌های سوله باید باتوجه به مسائل اقتصادی و مقاومت کافی در برابر بارهای وارده انجام شود و ابعاد مورد نیاز استخراج شود.
