مزیت‌های اصلی اسکلت سازه فولادی قوسی یا ساخت سوله قوسی در واقع زیبایی آن است. این ابزار به مهندس معمار و طراح این امکان را فراهم می‌کند که یک تنوع ببیشتری از فرم‌ها را نسبت به اعضای سازه‌ای مستقیم ایجاد نماید و اعضای خارجی اسکلت را که در معرض دید هستند جذاب نماید. سازه‌های اسکلت فلزی قوسی اغلب برای کارفرمای سازه از این نظر مهم است که سازه یک نور طبیعی را تامین می‌نماید و یک سازه فضادار برای ساختمان‌های عمومی مثل فرودگاه‌ها، ایستگاه‌ها، فروشگاه‌ها و مراکز تفریحی ایجاد می‌کند. این مسئله به یک فرم سازه‌ای از خرپا‌های قوسی سبک و قاب‌های قوسی که بخش اعظمی از فضا را پوشش می‌دهد می‌انجامد. حتی با سازه پوششی، مشاهده سازه قوسی حس فضای داخلی را بیشتر می‌نماید.

سوله قوسی – ساخت رفتر

حتی برای ساختمان‌های صنعتی و توزیع کننده، سقف‌های قوسی می‌تواند یک راه حل موثر باشد. سقف‌های قوسی مسئله صرفه‌جویی اقتصادی را که اغلب با انبارهای صنعتی همراه است حل می‌نماید و ممکن است که یک راه حل جذاب برای برنامه‌ریزان محلی باشد. برخلاف برخی از انتظارات سازه‌های اسکلت فلزی سوله قوسی نیازمند به هزینه مضاف بسیار زیادی نسبت به سازه‌های عادی ندارند. یک ظاهر بیرونی قوس یک رویه مستقیم اعضا را تولید می‌کند و به وسیله اتصالات با ارتفاع متغیر برای اعضای ثانویه، اما هزینه ساخت اضافی  برای مسئله سطح و رویه عموما به این معنی است که راه حل استفاده از سوله قوسی علائه بر ملاحظات زیبایی بسیار از نظر هزینه موثر است.

هزینه اضافی اسکلت فلزی سوله قوسی معمولا به نسبت هزینه کلی سازه کم می‌باشد، و معمولا با صرفه‌جویی در جزئیات تاج اتصالات لبه سوله و هزینه فلاشینگ و برای دهانه‌های تقریبا ۲۵ متری، با حذف نیاز برای وصله راس سوله مسئله هزینه بالاتر منتفی می‌شود. پوشش سقف سوله در تیر رفترهای قوسی سوله اغلب به پیش قوسی نمودن ندارد، چون بیشتر پانل‌ها از قوس سقف در طول نصب بدون هیچ کار اضافی پیروی می‌کنند.

فرآیند قوسی کردن – سوله قوسی

مقاطع نورد شده معمولا به وسیله یک فرایند با استفاده از غلطک‌ها یا یک فرآیند القایی خمش، قوس داده می‌شوند. این فرآیند القایی به صورت کلی بسیار پر هزینه‌تر از فرآیند سرد است، اگرچه شعاع‌های کوچک قابل دستیابی و مقاطع سبک قابل قوس دادن است. فرآیندهای متفاوتی برای تولید پرداخت متفاوت، براساس اعضا، مصالح و شعاع‌های مختلف حاکم است. طراحان سازه توصیه می‌شوند که با شرکت‌های مشخص که متناسب با پروژه پیشنهاداتی دارند تماس حاصل نمایند.

• خم نمودن با غلطک

اکثریت اسکلت قوسی سوله برای استفاده در ساخت به وسیله غلطک که یک فرآیند سرد است قوس داده می‍شود. خم نمودن با غلطک شامل خمش تدریجی یک مقطع با استفاده از عبور یک عضو از یک سری از غلطک‌ها است. غلطک‌ها به اندازه مقطع عضو سازه‌ای مطابق شکل ۱ شکل داده می‌شود. نیرو به وسیله غلطک‌های مخالف همانند شکل ۲ اعمال شده و قوس بیشتری در هر بار عبور از غلطک ایجاد می‌شود. فرآیندتا زمان حصول به قوس مورد نظر ادامه می‌یابد.

شکل ۲  یک تنظیمات از قرارگیری نرمال برای یک مقطع را نشان می‌دهد. در هنگام قوس دادن مقاطع باز، بارها می‌توانند نیروی قابل توجه به جان وارد نمایند، که به کمانش محلی جان در صورت لاغری بیشتر می‌انجامد. برای مقاطع مستعد این مسئله، غلطک‌هایی اضافی در داخل بال کششی جاسازی می‌شوند، که از کشیده شدن بال به داخل قوس و خم شدن جان جلوگیری می‌کند. تنظیمات غلطک‌ها به صورت دیاگرامی در شکل ۳ که غلطک‌های اضافی هر دو سمت بال کششی نشان داده شده است. شکل ۴ فرآیند خمش یک مقطع I، با غلطک‌های اضافی مورد استفاده برای جلوگیری از کمانش جان را نشان می‌دهد.

شکل ۳ – تنظیمات غلطک‌ها برای جلوگیری از کمانش جان در فرآیند قوس دادن عضو

• فرآیند القایی خمش

در این فرآیند، مقطع (لوله، توخالی، و باز) برای قوس داده شدن از یک لوله پیچ الکترونیکی عبور داده می‌شود. جریان لوله پیچ القایی الکتریکی در مقطع، کل مقطع را در یک باند نازک حدود ۵۰ میلیمتر با درجه ای بین ۷۰۰ تا ۱۰۵۰ درجه سانتیگراد گرم مینماید. هوا و آب جهت سرد نمودن فوری مصالح مقطع در ناحیه گرمایش یافته استفاده می‌شود. انتهای مقطع به صورت یک نکته اتکا بازو شعاعی گیردار است. فرم تجهیزات در شکل ۵ نشان داده شده است.

در حالیکه مقطع مستقیم (هل دادن با یک نیرو هیدرولیکی) از میان دستگاه القایی با یک نرخ ثابت عبور می‌کند، انتهای پیشرونده یک قوس را با طول بازو شعاعی پیروی می‌کند. قوس اصلی در میان ناحیه گرم شده قرار دارد، چون طول بازوش شعاعی قابل تنظیم است، شعاع مورد نیاز با تغییر شعاع طول بازو قابل دستیابی است. شکل ۶ یک فرآیند قوس القایی را نشان می‌دهد. قوس القایی ممکن است با روش غلطک ترکیب گردد.

ترکیب قوس داد القایی و غلطکی

بیشینه شعاع قوس ممکن با تجهیزات خم القایی تنها به طول بازو شعاعی محدود می‌شود. برای شعاع‌های بیشتر و قوس‌های چند انحنایی یک مجموعه از غلطک‌های خم ممکن است در محل بازو شعاعی استفاده شود. اگرچه خم تنها در ناحیه گرمایش یافته با دستگاه القایی ایجاد می‌شود، نیرو خم عملا توسط غلطک نسبت به بازو شعاعی ایجاد می‌شود.

شعاع قوس

حداقل شعاع قوس که یک مقطع می‌تواند بدون اعوجاج داشته باشد به مشخصات مقطع عضو و روش قوس مورد استفاده بر می‌گردد. پیشرفت در تکنولوژی و شیوه‌های قوس داد بدین معنی است که حداقل شعاع در حال کاهش است. قابل اشاره است که شعاعی که یک مقطع سازه‌ای می‌تواند قوس داده شود غیر محتمل است که یک فاکتور محدود کننده در حالت استفاده از اسکلت قوسی در کاربری ساختمانی است.

قوس چند شعاعی و قوس سه بعدی

در کل، مقاطع باز، مقاطع توپر و مقاطع توخالی به حالت‌های تک قوسی، چند قوسی، به صورت سهموی یا بیضوی یا حتی به صورت مختصات مشخص قابل قوس هستند. در محدوده، آنها حتی می‌توانند در دو صفحه یا به فرم مارپیچ قوس داده شوند. با این وجود تعدادی محدودیت‌های فیزیکی که درجات قوس سه بعدی را که در عمل موجود است وجود دارد. بنابراین مهم است که هر الزامی برای قوس سه بعدی به صورت دقیق در مرحله طراحی با جزئیات بیان شود.

References:

SCI-P281: Design of curved steel.