اولین استفاده از فولاد 10,000

اولین استفاده از فولاد 10,000

در هفته ای که گذشت بازدیدی برگزار شد از کارخانه فولاد سومی تومو واقع در منطقه آماگاساکی در مجاورت شهر اوساکا. (در خصوص فعالیتهای سومی تومو در حوزه فولاد ، پیشتر و در مطالب مورخ  ۱/۱۱/۸۸ (لینک) و مورخ ۲۳/۲/۸۸ (لینک) صحبت شد) . بخش فولاد سومی تومو کارخانه های متعددی دارد که این بازدید اخیر به مجتمعی اختصاص داشت که بخش های تحقیقاتی(R&D) این کارخانه در آن واقع هستند .  در این بازدید که با حضور هیاتی از طراحان سازه انجمن معماری ژاپن (Architectural Institute of Japan: 日本建築学会) و گروه سازه دانشگاه کوبه برگزار شد قرار بود از یک طرح ساختمانی که در درون کارخانه در دست اجراست ، بازدید شود . این ساختمان که هم اکنون اسکلت آن در حال نصب است ، در آینده محل یکی از «آزمایشگاههای کارخانه» خواهد بود .  

ویژگی پروژه مذکور ، این است که برای اولین بار در طراحی و اجرای یک ساختمان، از فولاد با مقاومت کششی 10,000کیلوگرم بر سانتیمتر مربع (معادل 1000 مگاپاسکال)، استفاده شده است .(۱)

تیم طراحی این سازه ، پس از مطالعات گسترده و انجام مدلسازی های مربوطه، برای اولین بار مقطع ستونها و تیرهای طبقه اول این ساختمان را از چنین فولاد مقاومت بالایی طراحی کرده بودند و در  طبقات فوقانی از فولاد رایج و متداول در ژاپن (SN490) استفاده کرده بودند . (۲)

پروژه ، یک ساختمان ۵ طبقه است که کاربری نهایی آن همچنان که گفته شد ،«آزمایشگاه R&D » مجموعه فولاد سومی تومو است . در طبقه اول این ساختمان ، به یک سالن با طول حدود ۱۰۰متر و عرض ۲۳ متر نیاز است که با توجه به نوع کاربری فضا، نباید ستونی در وسط این سالن واقع باشد.

 با توجه به اینکه قرار است این ساختمان جدید، محل مطالعات و پژوهشهای پژوهشگران سومی تومو باشد، خوب منطقی است که مدیریت چنین مجموعه ای بخواهد از یکی از محصولات و فولاد های «ویژه» اش در روند ساخت ساختمان اسکلت فولادی واقع در محوطه اش ، استفاده کند و لذا همانگونه که قید شد این امر باعث ویژه شدن این طرح شده است .

در ابتدای ورود به محل پروژه ، همچون سایر موارد مشابه ، بازدیدکنندگان به سالن ارائه توضیحات هدایت می شوند . تیمی متشکل از «مدیریت کارخانه فولاد» ، «مدیریت تیم طراحی سازه» ، و «مدیریت پیمانکار مجری طرح» ، هر یک در قالب یک پاورپوینت توضیحات خود را در باره این پروژه ارائه می دهند . سطح افرادی که برای ارائه توضیحات آمده اند بیانگر سطح اهمیت این ساختمان برای اطرافِ پروژه (طرفینِ پروژه) اعم از کارفرما ، طراح و پیمانکار است .

توضیح کوتاهی در باب علت اهمیت این ساختمان اینکه ، فولاد (Steel)محصولی است که از اضافه کردن «درصد کمی کربن» به آهن (Iron) بدست می آید. با افزایش میزان کربن ، میزان مقاوت فولاد افزایش یافته ولی همزمان «شکل پذیری(Ductility)» آن کم می شود.(۳) برای رفتار مناسب یک سازه در طول زلزله ، علاوه بر «مقاوت» ، «شکل پذیری» نیز بسیار مهم است و لذا به طور خلاصه می توان گفت که دستیابی به فولاد مقاومت بالا ، یک طرف ماجراست و طرف دیگر قضیه، رسیدن به «تکنولوژی طراحی» است که بتوان چنین فولاد( مقاومت بالا و در عین حال با شکل پذیری کم)را در سازه استفاده کرد . سازه ای که «باید» در طول زلزله رفتار شکل پذیر از خود نشان دهد .

مقاومت نهایی فولادهای رایج در آمریکا هم اکنون ۴۵۵۰کیلوگرم بر سانتیمترمربع (۴) و مقاومت نهایی فولاد رایج در صنعت ساختمان فولادی ژاپن هم اکنون ۴۹۰۰ کیلوگرم بر سانتیمترمربع است .  

مدیر کارخانه فولاد توضیح داد که برای رسیدن به دانش این طرح و «استفاده از این فولاد در سازه» ، از سال ۲۰۰۵ در حال مطالعه ایم و مدیر تیم طراحی توضیح داد که به دلیل شکل پذیری کم این فولاد، صرفا در طبقه اول از آن استفاده شده و با این وجود ، به منظور کنترل و محدود کردن میزان جابجایی طبقه در هنگام زلزله (Drift control) ، از مهاربند و دمپر در این طبقه استفاده شده است . در مهاربندِ استفاده شده، نیز نوآوری و خلاقیت در طراحی لحاظ شده بود که تصاویر زیر را در این باب تهیه کردم :

 

همچنان که در تصاویر مشاهده می شود مهاربندها در دهانه هایی واقع شده اند که در هر طرف دهانه دوبل ستون قرار گرفته است .  طراح سازه در نحوه طراحی قاب و انتخاب مقطع ستونها نیز خلاقیت به خرج داده و طراحی به نحوی است که هر دو ستون مجاور هم ،  به شکل یک یونیت عمل می نماید.  لینک واقع بین این دو ستون، قطعه ای است که پس از خروج سازه از وضعیت الاستیک ، مفصل پلاستیک در آن شکل می گیرد . البته در تصاویر مشاهده می شود که دیتایل انتخاب شده دیتایلی است که حجم بسیار بالای جوشکاری را ایجاب نموده است .

 

    

پس از بازدید مجددا بازدیدکنندگان به سالن جلسه هدایت شدند تا تیم پروژه به پرسشهای بعد از بازدید پاسخ دهند. عمده سوالات مهندسین در زمنیه نحوه مدلسازی رفتار سازه تحت اثر زلزله های با شدت بالا بود . در این زمینه تیم طراحی ، مبانی و مفروضات آنالیز سازه را توضیح دادند.

************************* 

در مجموع باید گفت که این پروژه آغازی است بر یک تحول جدید در بکارگیری فولاد . این پروژه شاهدی است بر این واقعیت که به رغم دستیابی به توفیقات گسترده و جدی در دانش مهندسی سازه و زلزله ، نوع نگاه به مقوله ساختمان و زلزله، باعث شده تا توقف و رخوت در مسیر حرکت محققین این حوزه ایجاد نشده و همچنان پنجه در پنجه آزمودن حوزه های جدیدی از دانش بیفکنند . شاید استفاده از چنین فولاد گران قیمت و ویژه ای، امروزه کاری غیراقتصادی و حتی غیرمنطقی به نظر برسد ، اما بی شک اگر نگاه را به پنجاه سال دیگر ببریم و تصور کنیم که ممکن است چنین کاربردی، زمانی امری رایج شود ، علت افتخار مدیر کارخانه سومی تومو را درک می کنیم وقتی که در توضیحاتش می گفت : «این برای اولین بار در جهان است» .

 

---

۱-این فولاد تحت عنوان SSS1000 نامگذاری شده ، و مقاومت جاری شدگی(Fy) آن  ۸۸۰۰ کیلوگرم برسانتیمترمربع است .  

۲- این فولاد که به شکل متداول در سازه های ژاپن مورد استفاده قرار می گیرد دارای مقاومت کششی نهایی۴۹۰۰ کیلوگرم بر سانتیمترمربع و مقاومت جاری شدگی (Fy) آن ۳۲۵۰کیلوگرم برسانتیمترمربع است .

۳- البته باید خاطر نشان کرد که با بالارفتن مقاومت فولاد ، علاوه بر کاهش شکل پذیری(Ductility) ، جوش پذیری(Weldability) نیز ، کاهش پیدا می کند و جوشکاری فولاد سخت می شود.

۴- در استاندارد آمریکایی ASTM A572 این فولاد در رده بندی Grade 50 قرار دارد و در حال حاضر فولاد رایج ، در طراحی ها است .