پروفیل مستطیلی ضد زلزله | ساخت‌وساز در مناطق زلزله‌خیز، یک چالش مهندسی مهم به حساب می‌آید. ایران یکی از کشورهایی است که بخش عمده‌ای از خاک آن بر روی کمربند لرزه‌ای آلپ–هیمالیا قرار دارد. به همین دلیل انتخاب مصالح مناسب و به‌خصوص انتخاب نوع مقطع فولادی در اسکلت سازه، نقش بسیار مهمی در حفظ جان انسان‌ها، پایداری ساختمان و کاهش هزینه‌های بازسازی دارد.

در میان انواع پروفیل‌های فولادی، پروفیل مستطیلی به یکی از مهم‌ترین و بهترین گزینه‌ها برای سازه‌های مقاوم در برابر زلزله تبدیل شده است. شکل هندسی این پروفیل، خصوصیات مکانیکی خاص آن، قابلیت جوش‌پذیری، رفتار مقاوم در برابر کمانش و نحوه توزیع تنش‌ها در بدنه پروفیل، باعث شده استفاده از آن در پروژه‌های سازه‌ای، صنعتی، پل‌سازی، اسکلت فلزی و حتی سازه‌های سبک متداول شود.

در این مقاله از سایت آژند رهاورد سپاهان تلاش داریم به صورت کاملاً تخصصی، اما روان و قابل‌درک، بررسی کنیم که چرا پروفیل‌های مستطیلی بهترین گزینه برای سازه‌های مقاوم در برابر زلزله هستند.

۱. رفتار سازه‌ای پروفیل مستطیلی در برابر نیروهای جانبی زلزله

زلزله یک نیروی “جانبی” است، یعنی برخلاف وزن سازه که به سمت پایین عمل می‌کند، نیروهای زلزله در جهت افقی به سازه وارد می‌شوند. بنابراین اصلی‌ترین بخش‌هایی که در سازه تحت فشار قرار می‌گیرند، ستون‌ها و تیرهایی هستند که باید این نیروها را منتقل و کنترل کنند.

چرا پروفیل مستطیلی در برابر نیروهای جانبی عملکرد بهتری دارد؟

چند دلیل علمی:

۱-۱. ممان اینرسی بالا در یک یا دو جهت

ممان اینرسی (Moment of Inertia) یکی از مهم‌ترین پارامترها در مقاومت خمشی یک مقطع است. پروفیل‌های مستطیلی به دلیل تفاوت در دو ضلع خود، قابلیت تنظیم طراحی را دارند:

• • اگر ضلع بلندتر در جهت نیروهای جانبی قرار گیرد → مقاومت خمشی بیشتر

• • اگر ضلع بلندتر عمود بر نیروها قرار گیرد → مقاومت برشی بهتر

این خصوصیت باعث می‌شود مهندسان از پروفیل مستطیلی برای طراحی دقیق و هدفمند استفاده کنند.

۱-۲. پایداری بیشتر در برابر کمانش

پروفیل‌های مستطیلی نسبت به مقاطع باز (مثل تیرآهن IPE یا ناودانی) مقاومت بیشتری در برابر کمانش موضعی دارند، زیرا:

• • چهار ضلع بسته

• • توزیع یکنواخت تنش

• • دیواره‌های تقویت‌شده

در سازه‌هایی که بار جانبی زلزله وارد می‌شود، جلوگیری از کمانش مهم‌ترین فاکتور پایداری است.

۱-۳. رفتار الاستیک – پلاستیک قابل پیش‌بینی

در مهندسی زلزله، سازه باید قبل از فروپاشی، وارد مرحله تغییر شکل (Ductility) شود.
پروفیل‌های مستطیلی از نظر رفتار:

• • شکل‌پذیری بالا

• • رفتار یکنواخت در تنش‌های پیچشی

• • جذب انرژی مناسب

را ارائه می‌دهند و دقیقاً همین موارد است که سازه را از فروپاشی ناگهانی و «گسیختگی ترد» نجات می‌دهد.

۲. چرا پروفیل‌های مستطیلی برای ستون‌سازی در سازه‌های ضد زلزله عالی هستند؟

یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های پروفیل مستطیلی نسبت به پروفیل مربع یا دایره‌ای، امکان تنظیم ابعاد برای افزایش ظرفیت باربری است.

۲-۱. ستون بلندتر = سختی بیشتر در جهت زلزله

وقتی از پروفیل مستطیلی با ارتفاع بیشتر استفاده می‌کنیم:

• • سختی سازه در آن جهت افزایش می‌یابد

• • تغییرمکان جانبی کاهش پیدا می‌کند

• • پایداری کلی اسکلت بهبود می‌یابد

در حالی که مقاطع مربع چنین امکانی ندارند و تنها در یک حالت عملکرد دارند.

۲-۲. سطح تماس بهتر برای اتصالات پیچ و جوش

پروفیل مستطیلی چهار وجه صاف و گسترده دارد. همین باعث می‌شود:

• • جوش‌کاری تمیزتر انجام شود

• • ورق‌های بادبند بهتر متصل شوند

• • نشیمن‌ها و پلیت‌ها با کیفیت بالاتری سوار شوند

در سازه‌های ضد زلزله، کیفیت اتصال از کیفیت خود مقطع مهم‌تر است.

۲-۳. ظرفیت محوری عالی در بارهای سنگین

بارهای محوری مثل وزن طبقات در ستون‌ها جمع می‌شوند.
پروفیل‌های مستطیلی:

• • سطح مقطع بزرگ

• • ضخامت قابل انتخاب

• • توزیع یکنواخت نیرو

دارند که این موارد به افزایش مقاومت در برابر نیروهای فشاری کمک می‌کند.

۳. مزایای پروفیل مستطیلی برای تیر و مهاربند در سازه‌های لرزه‌ای

پروفیل مستطیلی فقط برای ستون‌ها مناسب نیست؛ در تیرها و اعضای مهاربندی نیز عملکرد بسیار خوبی دارد.

۳-۱. استفاده در بادبندهای هم‌گرا و واگرا

در سازه‌های ضد زلزله، بادبند نقش بسیار مهمی دارد.
پروفیل مستطیلی:

• • وزن کمتر نسبت به دوبل ناودانی

• • مقاومت بیشتر نسبت به مقاطع C باز

• • امکان نصب ورق گاست با کیفیت بالا

را فراهم می‌کند.

۳-۲. عملکرد مناسب در خمش و پیچش

در طول زلزله، تیرها با خمش و پیچش ترکیبی مواجه می‌شوند.
مقطع مستطیلی به دلیل هندسه بسته، مقاومت خوبی در برابر این تنش‌ها دارد و مانع شکست ناگهانی می‌شود.