لولههای مربعی در واقع رابطه بهتری از نظر استحکام به وزن نسبت به بسیاری از مواد دیگر فراهم میکنند که این ویژگی آنها را تقریباً کاملاً مناسب برای سازههای ساختمانی امروزی میسازد. فضای توخالی داخل این لولهها بهگونهای است که طبق یافتههای اخیر مؤسسه مهندسی سازه در سال ۲۰۲۳، آنها میتوانند حدود ۲۴ درصد بیشتر از میلههای فولادی جامد معمولی در برابر تنشهای نسبی به وزنشان مقاومت کنند. این امر در عمل باعث توزیع یکنواخت بار در همه جهات، مقاومت در برابر نیروهای پیچشی و تحمل حدود ۴۰ درصد وزن بیشتر به ازای هر پوند از ماده مصرفی نسبت به تیرهای قدیمی I شکل میشود. تمام این بهرهوری اضافی به این معناست که پیها نیازی به آن قدر سنگین یا پیچیده نبودن ندارند، در حالی که کل سازه همچنان همان استحکام را حفظ میکند. این موضوع در پروژههای ساخت ساختمانهای بلندمرتبه بسیار مهم است، زیرا کاهش وزن غیرضروری در طول مراحل ساخت، هزینه و زمان را صرفهجویی میکند.
تحلیل سال 2022 از یک مرکز توزیع با مساحت ۲۵۰٫۰۰۰ فوت مربع، مزایای کلیدی زیر را برجسته کرد:
مهندسین این بهبودها را به سفتی ذاتی لوله مربعی نسبت دادند که در ۸۳ درصد دهانههای سقف، نیاز به خرپاکشی تکمیلی را حذف کرد و هم طراحی و هم ساخت را سادهسازی نمود.
لولههای مربعی از طریق شاخصهای عملکرد بهبودیافته، از طرحهای سازهای نوآورانه پشتیبانی میکنند:
| پارامتر طراحی | بهبود نسبت به قاببندی سنتی |
|---|---|
| عملکرد لرزه ای | پراکندگی انرژی ۲۲ درصدی بالاتر |
| دامنههای بدون ستون | تا ۱۸ متر بدون تکیهگاههای میانی |
| گسترش ماژولار | توانایی بازسازی ۳۵٪ سریعتر |
مقطع متقارن آنها مدلسازی تنش را ساده میکند و به معماران اجازه میدهد تا هندسههای پیچیده را بدون کاهش حاشیه ایمنی اجرا کنند.
در مقایسه با مواد قدیمی، لولههای مربعی بهبودهای قابل اندازهگیری ارائه میدهند:
براساس مطالعه معیار مواد ساختمانی ۲۰۲۳، این مزایا باعث شدهاند که ۷۸٪ از پروژههای تجاری از لولههای مربعی به عنوان اجزای سازهای اصلی استفاده کنند.
لولههای مربعی به دلیل توزیع یکنواخت استحکام در اطراف شکل خود، تقریباً به استانداردی در بسیاری از محیطهای صنعتی تبدیل شدهاند. این مقاطع توخالی میتوانند فشار از هر جهت، نیروهای کششی و همچنین حرکتهای پیچشی را تحمل کنند و به همین دلیل مواد اولیه انتخابی برای مواردی مانند فونداسیون ماشینآلات، سیستمهای نقاله و قفسههای انبارداری سنگین هستند. گاهی اوقات اعداد داستان را بهتر از کلمات بیان میکنند: اکثر لولههای مربعی دارای استحکام تسلیم بین ۴۶٬۰۰۰ تا ۵۰٬۰۰۰ psi هستند، بدین معنا که در مقایسه با مقاطع C یا I با وزن مشابه، حدود ۴۰ درصد بهتر وزن متمرکز را تحمل میکنند. مدیران کارخانهها دلیل منطقی برای علاقه به این محصول دارند. هنگام ساخت مسیر جرثقیل یا راهاندازی خطوط تولید خودکار که در آن پایداری اهمیت بالایی دارد، نحوه مدیریت نقاط تنش و جذب ارتعاشات توسط این لولهها در مقایسه با سایر گزینههای موجود در بازار، منطقیتر عمل میکند.
| ویژگی | مزیت لوله مربعی | محدودیت لوله گرد |
|---|---|---|
| توزیع بار | سطح تخت انتقال یکنواخت نیرو را در اتصالات جوشی فراهم میکند | بارگذاری نقطهای باعث تمرکز تنش در سطوح تماس میشود |
| تولید | زاویههای 90 درجه هممحوری و جوشکاری را در قابهای ساختاری ساده میکنند | سطوح منحنی نیازمند وسایل نگهدارنده تخصصی برای مونتاژ دقیق هستند |
| یکپارچگی اتصال | سطوح تماس در چهار صفحه پایداری اتصالات پیچی/جوشی را افزایش میدهند | تماس در یک صفحه، سفتی اتصال را محدود میکند |
| کارایی فضایی | هندسه انباشتهشونده حداکثر فشردگی نگهداری و حملونقل را فراهم میکند | شکل استوانهای فضای بینابینی بلااستفاده ایجاد میکند |
لولههای مربعی انحراف چرخشی را تحت بارهای جانبی تا ۱۵ تا ۲۵ درصد کاهش میدهند، که مزیتی مهم در سیستمهای جابجایی مواد با تحمل هممحوری ۳ میلیمتر است. سطوح صاف آنها همچنین امکان نصب مستقیم ابزارهای تشخیصی را فراهم میکنند و بازرسی و نگهداری را سادهتر میسازند.
لولههای مربعی فولادی تقریباً به انتخاب برتر برای سقفهای مدرن تبدیل شدهاند، زیرا تعادل عالی بین استحکام و وزن ارائه میدهند. به عنوان مثال، یک لوله مربعی فولادی معمولی با ابعاد 4x4 طبق استانداردهای ASTM در سال 2023 قادر است حدود 2700 پوند را تحمل کند، در حالی که وزن آن حدود 30 درصد کمتر از تیرهای فولادی توپر است و این ویژگی آنها را برای کارهای خرپای دهانهبزرگ بسیار مناسب میکند. شکل این لولهها هندسهای یکنواخت ایجاد میکند که به توزیع یکنواخت بار روی تیرچهها کمک میکند. این امر باعث میشود نقاط ضعیفی که اغلب در سازههای چوبی یا کانالهای C سنتی مشاهده میشود، به حداقل برسد. بسیاری از پیمانکاران اشاره میکنند که زمان انجام کارهای قاببندی آنها با استفاده از لولههای مربعی حدود 25 درصد کاهش مییابد. نیاز کمتر به جوشکاری و همچنین ترازبندی ساده این اجزا، کل فرآیند نصب را روانتر میکند.
استفاده از قابهای پیشساخته با لوله مربعی برای سالنها میتواند هزینههای ساخت را بنا به مطالعهای که در سال ۲۰۲۲ در مجله مواد ساختمانی منتشر شده است، بین ۱۸ تا ۲۲ درصد کاهش دهد. این صرفهجویی عمدتاً ناشی از نقاط اتصال استاندارد و این واقعیت است که بیشتر مراحل مونتاژ نیازی به ابزار ندارند. از نظر دوام، نسخههای گالوانیزه حتی پس از ۱۵ سال قرار گرفتن مداوم در فضای آزاد نیز عملکرد خوبی دارند و حدود ۹۵ درصد از حفاظت اولیه خود در برابر زنگزدگی را حفظ میکنند. این بدین معناست که در طول زمان هزینههای تعمیرات بسیار کمتری میپردازید. مزیت دیگر مهم، هستههای توخالی داخل لولههاست که عبور سیمها و لولهها را بسیار آسانتر میکند. اکثر افرادی که در تعطیلات آخر هفته انبارهای ذخیرهسازی خود را میسازند، متوجه میشوند که بدون استخدام متخصصان قادرند تمامی اجزا را بهدرستی در برابر عوامل جوی درزگیری کنند. همچنین با پوششهای ویژه مقاوم در برابر زنگزدگی و مقاومت مناسب در برابر خمش در تغییرات دمایی، این سازهها معمولاً فقط هر ۸ تا ۱۰ سال یکبار نیاز به نگهداری دارند که بسته به شرایط آبوهوای محلی ممکن است کمی متفاوت باشد.
لولههای مربعی در استفاده بیرون از محیط داخلی به خوبی در برابر عوامل جوی مقاومت میکنند، زیرا از مواد مقاوم به خوردگی مانند فولاد گالوانیزه و آلیاژهای مختلف آلومینیوم ساخته شدهاند. این لولهها در مقابل شرایط سختی از قبیل هواي نمکی در نزدیکی سواحل، رطوبت بالا و دماهای شدید عملکرد مناسبی دارند و به همین دلیل برای کاربردهایی مانند ستونهای کنترل ترافیک در جادهها که در ماههای زمستانی از نمک روی جاده استفاده میشود، ایدهآل هستند. طبق تحقیقات منتشر شده سال گذشته توسط مؤسسه مواد با دوام، لولههای مربعی که به درستی پوشش داده شدهاند میتوانند بیش از سی سال بدون نیاز به تعویض دوام بیاورند، که این امر باعث میشود کسبوکارها در مقایسه با گزینههای معمولی از فولاد کربنی، حدود دو سوم هزینههای نگهداری را صرفهجویی کنند. علاوه بر این، طراحی جعبهای آنها از تجمع آب در داخل جلوگیری میکند، بنابراین احتمال ایجاد زنگ در نقاط جوش حساس که معمولاً منشاء شکست هستند، کاهش مییابد.
لولههای مربعی شکل دارای هندسه بسیار منظمی هستند که وزن را بهطور یکنواخت در اطراف محیط توزیع میکنند و این ویژگی آنها را به گزینههای عالی برای کاربردهایی مانند پستهای تابلو، چراغهای خیابانی و نردههای محافظ پل تبدیل میکند. در مقایسه با مقاطع باز، این اشکال مربعی در برابر نیروهای پیچشی مقاومت بهتری دارند و در صورت ضربه از زوایای غیرمعمول — مانند بادهای ناگهانی یا برخوردهای تصادفی — کمانش نمیآیند. آزمایشهای انجامشده در شبیهسازی زلزله نشان دادهاند که لولههای مربعی حدود ۲۰ درصد نیروی جانبی بیشتری نسبت به تیرهای I شکل معمولی با وزن مشابه تحمل میکنند. علاوه بر این، از آنجا که این لولهها در ابعاد استاندارد تولید میشوند، مونتاژ آنها در محل ساختوساز بسیار سریعتر پیش میرود — طبق تحقیقات منتشرشده سال گذشته در مجله Urban Infrastructure Journal، تقریباً ۳۵ درصد سریعتر.
معماران از کار با شبکههای لوله مربعی طراحی میکنند، زیرا به آنها امکان میدهد تا الزامات استحکامی را با ظاهر خلاقانه ترکیب کنند. زوایای راست اتصال قطعات را هنگام ساخت اشکال پیچیده بسیار آسانتر میکند و همچنین فضاهای توخالی داخلی طبق برخی گزارشهای سال گذشته حدود ۳۵ تا شاید حتی ۴۰ درصد از وزن میلگرد فولادی معمولی را کاهش میدهند. به عنوان مثال، آن موزه بزرگ جدید در مرکز شهر را در نظر بگیرید. آنها از این لولههای مربعی برای ساخت دهانههای شگفتانگیز ۲۸ متری بلند بدون نیاز به ستونهای حمال اضافی در میانه استفاده کردند. واقعاً چیز جالبی است. تیم طراحی میتوانسته با الگوهای مختلف فاصلهگذاری بازی کند که نه تنها به ساختمان ظاهری خیرهکننده بخشیده، بلکه در طول روز نور طبیعی زیادی را نیز به داخل ساختمان وارد کرده است.
صورتهای تخت لولههای فلزی مربع شکل پایههای عالی برای نصب صفحات شیشهای و کامپوزیتی هستند، به همین دلیل بسیاری از ساختمانهای مدرن دیوارهای پردهای دارند که میتوانند در مقابل بادهایی با سرعت حدود ۱۵۰ مایل در ساعت مقاومت کنند. هنگامی که این لولهها به جای رنگ، روکش آندایزه داشته باشند، رنگ خود را بسیار بهتر حفظ میکنند و در مناطقی که تابش فرابنفش معمولاً مشکلساز است، بیش از بیست سال در برابر آسیب ناشی از نور خورشید مقاومت میکنند. معماران متوجه شدهاند که این ترکیب به ویژه در مناطق ساحلی که هم استحکام و هم ظاهر اهمیت دارد، بسیار خوب عمل میکند. از ابتدای دوران همهگیری، حدود ۷۲ درصد افزایش در استفاده از این سیستمها در ساختمانهای بلند در نواحی ساحلی دیده شده است، زیرا متخصصان ساختوساز به دنبال راههایی برای ترکیب الزامات دوام با طراحیهای زیبا هستند.
کاربردهای اصلی لولههای مربعی در ساختوساز چیست؟
لولههای مربعی عمدتاً در قاببندی سازهای، سازههای نگهدارنده صنعتی، ساخت سقف و سایبان و پروژههای زیرساختی مانند تابلوها و پستهای ترافیکی به دلیل استحکام، دوام و تنوع زیباییشناختی مورد استفاده قرار میگیرند.
لولههای مربعی در مقایسه با فولاد و چوب سنتی چگونه هستند؟
لولههای مربعی عموماً نسبت به مواد سنتی فولادی و چوبی، نسبت استحکام به وزن بهتری دارند، ردپای کربن کمتری ایجاد میکنند و نصب سریعتر و هزینه نگهداری کمتری دارند.
چه چیزی لولههای مربعی را برای ساختوساز ساختمانهای بلند مناسب میکند؟
وزن سبکتر و توزیع کارآمد بار در لولههای مربعی باعث میشود که پیهای سنگین و پیچیدهتری نیاز نباشد و این امر در طول ساخت ساختمانهای بلند، زمان و هزینه را صرفهجویی میکند.
چرا در کاربردهای صنعتی لولههای مربعی نسبت به لولههای گرد ترجیح داده میشوند؟
لولههای مربعی نسبت به لولههای گرد مزایای متعددی دارند، از جمله توزیع بهتر بار، سهولت بیشتر در ساخت و مونتاژ، اتصالات محکمتر و استفاده کارآمدتر از فضا.
EN
