طراحی نقشه سوله یکی از خدمات تخصصی گروه رایمون سازه است که بیش از 14 سال سابقه در این زمینه را در کارنامه خود دارد. سوله به سازه‌هایی گفته می‌شود که اسکلت آن فلزی است و تمرکز آن بر این است که در دهانه‌های بزرگ ساخته شود و ستون میانی را حذف کند. بنابراین طراحی سوله یکی از زیرشاخه‌های طراحی سازه‌های فولادی محسوب می‌شود. این سازه‌ها اصولا سقف شیبدار یک‌طرفه، هشتی و یا قوسی دارند. هدف از ساخت این سازه برای استفاده در کارگاه‌های صنعتی، تولیدی، انبار و … است.
سوله‌های مربوط به سالن‌های ورزشی و خط تولید کارخانجات باید ارتفاع بیشتری داشته باشند ولی سوله‌های مربوط به بخش کشاورزی، مرغداری و … می‌توانند با ارتفاع کمتر نیز ساخته شوند. یکی از مزایایی که سوله‌ها دارند سرعت اجرای بالا و اقتصادی بودن آنها است. اکثر اوقات برای طراحی سوله‌ها از نرم افزار SAP2000 استفاده می‌کنند.
اجزای تشکیل دهنده‌ی سوله
سوله‌ها از تعداد زیادی قاب‌های شیبدار متوالی متصل به هم تشکیل می‌شوند. که این‌ها، قاب‌های اصلی سازه هستند و توسط اجزای مختلفی به یکدیگر وصل می‌شوند تا بتوانند نیروهای جانبی (باد و زلزله) و نیروهای ثقلی را تحمل کرده و به زمین منتقل کنند.
1- قاب یا فریم: قاب‌های اصلی از تیرها و ستون‌ها تشکیل شده‌اند، تیرهای شیبدار که اصولا به آن رفتر (rafter) می‌گویند و ستون‌ها از مهمترین اجزای سازه‌ای سوله هستند. به علت متغیر بودن میزان لنگر در این تیر و ستون‌ها برای صرفه‌ی اقتصادی بیشتر و کم شدن وزن سازه آنها را به صورت غیر منشوری اجرا می‌کنند. (یعنی مقاطع در طول عضو تغییر می کنند)
بزرگ بودن دهانه‌های سوله‌ها باعث می‌شود که ابعاد تیرها و ستون‌ها بزرگتر از پروفیل‌های موجود در بازار باشد به همین دلیل برای ساخت آنها از تیرورق استفاده می‌کنند. سیستم سازه‌ای سوله اینگونه است که در جهت عرضی که نمی‌توان از سیستم مهاربند استقاده کرد (چون به دهانه‌های بزرگ نیاز داریم) به صورت قاب خمشی و در جهت طولی از مهاربندهای همگرا جهت تحمل بارهای جانبی استفاده می‌شود.
2- لاپه یا پرلین: پرلین‌ها تیرهای فرعی سقف سوله هستند که در جهت طول سوله و در فواصلی که در نقشه‌های سازه محاسبه شده و مشخص است، بین رفترها نصب می‌شوند. برای این تیرها اصولا از مقاطع سرد نورد شده‌ی Z و C شکل استفاده می‌شود. نحوه‌ی اتصال آنها به رفترها از طریق پیچ و نبشی‌های اتصال دهنده است.
3- میل مهارهای سقفی یا سگراد: برای اینکه لاپه‌ها تحت اثر بار ثقلی دچار کمانش پیچشی جانبی حول محور ضعیفشان نشوند آنها را با استفاده از میل مهارها در سقف به یکدیگر در جهت عرضی وصل می‌کنیم. عملکرد سگرادها اینگونه است که به صورت کششی، مولفه‌ای از نیروهای ثقلی را به تاج سوله منتقل می‌کنند. اصولا از مقاطع میلگردی برای سگرادها استفاده می‌شود و به وسیله‌ی پیچ به پرلین‌ها وصل می‌شود.
4- لاپه‌ی جانبی یا گیرت: هدف از استفاده از این اعضا، این است که هم بار ثقلی دیوار و هم بار باد را تحمل و به ستون‌ها منتقل کنند. این اعضا به صورت مفصلی به اعضای اصلی و به یکیدگر وصل می‌شوند. از مقاطع Z و C شکل به عنوان گیرت استفاده می‌شود.
5- استرات: استرات‌ها وصل کننده‌ی قاب‌های طولی هستند و همچنین می‌توان آنها را مانند یک مهار طولی برای قاب‌ها در نظر گرفت. اتصال این اعضا به ستون عموما مفصلی است. آنها را می‌توان در سقف و و قاب‌های طولی اجرا کرد. عموما از مقاطع قوطی به عنوان استرات استفاده می‌شود.
تفاوت استرات و گیرت در عملکرد و نوع مقطعشان است. استرات‌ها برای انتقال نیروهای جانبی در جهت طول سوله طراحی می‌شوند ولی گیرت‌ها برای عملکرد خمشی در برابر بارهای ناشی از زلزله، باد و طراحی می‌شوند.
6- مهاربندهای اصلی قائم: مانند سیستم‌های ساختمانی متداول، برای تامین سیستم باربری در راستای طولی سوله از مهاربندهای اصولا همگرا استفاده می‌شوند. عموما دوبل نبشی، دوبل ناودانی، لوله و میلگرد مقاطع استفاده شده در این المان‌های سازه‌ای هستند. هدف اصلی استفاده از مهاربندها، جلوگیری از تغییر شکل‌های سوله در زمان بهره‌برداری و مراحل نصب سوله و همچنین تامین پایداری اعضای فشاری و مقاومت در برابر بارهای ناشی از زلزله، باد و … است.
7- مهاربند سقف: وظیفه‌ی اصلی این مهاربندها، ایجاد صلبیت کافی در سقف سوله و کمک به انتقال بارهای جانبی ناشی از سقف می‌باشد. اصولا از مقاطع میلگرد برای این کار استفاده می‌کنند و آنها را به صورت کششی طراحی می‌کنند.
8- وال پست‌ها: سوله‌ها، سازه‌های کم ارتفاع و سبک بوده و عموما بار باد روی آنها تاثیر زیادی می‌گذارد. دیوارهای سوله باید در مقابل بار باد یا زلزله طراحی شوند و اتصالات مناسب داشته باشند. به این منظور در جهت عرضی سوله در اولین و آخرین دهانه برای کم کردن سطح بادگیرهای ستون‌های اصلی و اتصال دیوارها از وال پست‌ها که ستون‌های فرعی سازه هستند، استفاده می‌شود.
9- سینه بند: برای جلوگیری از کمانش پیچشی-جانبی بال رفتر در نواحی که بال پایینی تیر تحت فشار است، به وسیله‌ی المانی به اسم سینه بند و پیچ این بال را به لاپه متصل می‌کنیم. مقطع مورد استفاده در این المان اصولا نبشی است.
10- فونداسیون: در سوله‌ها اغلب اوقات از پی منفرد استفاده می‌شود که در جهت طولی سوله با کلاف کششی به هم متصل می‌شوند تا جلوی بلندشدگی سوله در برابر نیروی باد را بگیرند. (سوله‌ها چون سازه‌هایی سبک هستند میزان نیروی جانبی باد از نیروی زلزله بیشتر است.) همچنین برای غلبه بر نیروی بلندشدگی عمق پی‌ها را افزایش می‌دهند.
به دلیل فلزی بودن ستون‌ها در سوله، در صورت قرارگیری پی در زیر خاک، مشکل خوردگی برای ستون پیش می‌آید. برای رفع این مشکل با ایجاد یک ستونک کوتاه بتنی رو پی، از تماس مستقیم ستون فلزی با عوامل خورنده‌ی داخل خاک جلوگیری می‌کنند که به این ستون‌ها پدستال می‌گویند. در طراحی سوله‌ها اتصال ستون به پی مفصلی در نظر گرفته می‌شود.
11- جرثقیل: به دلیل اینکه سازه‌های سوله عمدتا مصارف صنعتی دارند، استفاده از جرثقیل‌های سقفی برای حمل اجسام رایج می‌باشد. این جرثقیل‌ها می‌توانند به صورت عرضی و طولی در تمام نقاط سالن حرکت داشته باشند. مجموعه جرثقیل بر روی تیری به نام تیر حمال به اندازه‌ی طول سالن قرار می‌گیرد که خود این تیرها نیز بر روی تیر دیگری به نام تیر نشیمن یا براکت، قرار می‌گیرند که به ستون جوش داده شده‌اند.
سؤالات و ابهامات خود در زمینه طراحی نقشه سوله را از کارشناسان ما بپرسی
12- بست قورباغه‌ای: بست‌های قورباغه‌ای یا مهارکش‌ها، در بادبندهایی با مقطع میلگرد که مقاومت فشاری در مقابل مقاومت کششی بسیار ضعیف است کاربرد به سزایی دارند. برای اینکه رفتار مهاربندها تحت اثر بارهای جانبی دچار مشکل نشود، برای اتصال مهاربندها از بست‌های قورباغه‌ای استفاده می‌شود.
انواع اسکلت سوله
سوله‌ی تیرورقی: سوله‌های تیرورقی که با نام سوله‌های قدیمی، سوله سنگین و سوله‌ی صنعتی نیز شناخته می‌شوند از قدیمی‌ترین نوع سوله است که در ایران اجرا می‌شده و وزن آن بسیار سنگین می‌باشد. ساخت این سوله‌ها عملا در اروپا و کشورهای پیشرفته کاهش پیدا کرده است. اما در ایران به دلیل اینکه اکثر سازندگان و مهندسان سوله به روز نشده‌اند، همچنان درخواست برای سوله‌ی تیرورقی زیاد است. ولی باز در بعضی شرایط و انواع سوله بهترین گزینه که می‌توان انتخاب کرد، سوله‌ی تیرورقی است.
سوله‌ی خرپایی: سوله‌ی خرپایی نوعی سوله‌ی سبک از جنس فلز است که ساخت پیچیده‌ای دارد. سقف‌های این نوع سوله شامل قوسی، شیبدار و… است که بنا به کارآیی و نوع نیاز با ظاهر متنوع ساخته می‌شود. اجرای این سوله‌ها در مقایسه با سوله‌ی تیرورقی در دهانه‌های زیر 18 متر مقرون به صرفه نیست. ولی هرچه دهانه از 18 متر بیشتر می‌شود و دهانه‌ها عریض‌تر می‌شود اختلاف قیمت بین سوله‌ی تیرورقی و سوله‌ی خرپایی بیشتر می‌شود. از مزایای این اسکلت سوله می‌توان به سرعت اجرای بالای آن اشاره نمود.
سوله‌ی یو بی ام (UBM): نام یکی دیگر از روش‌های ساخت سوله‌ها یو بی ام است. تکنولوژی ساخت این نوع سوله قفط چند سال است که وارد ایران شده است. متریال استفاده شده در این سوله ورق گالوانیزه است که این ورق‌ها به صورت خام به محل پروژه منتقل می‌شوند و در همان مکان به وسیله‌ی دستگاهی یه اسم سیمر به یکدیگر دوخته می‌شوند. سوله UBM همیشه به صورت قوس کامل طراحی و اجرا می‌شود.
در سقف این سوله‌ها از عایق (پلی اورتان) استفاده می‌شود. این سازه‌ها به علت اینکه از جنس فولاد نیستند قیمت کمتری دارند. در این سوله‌ها، دیوار طراحی و اجرا نمی‌شود ولی به این معنا نیست که نیازی به فونداسیون ندارد. در این سوله‌ها امکان استفاده از جرثقیل نیست. همچنین در اجرای این سوله‌ها محدودیت دهانه وجود دارد و همینطور به علت سقف قوسی شکل فقط قابلیت اجرا در یک طبقه را دارند.
از مزایای آن می‌توان به سبکی و سرعت اجرای بالا اشاره نمود. اما این سوله‌ها به علت دستگاه‌های خاصی که برای اتصال نیاز دارند، در پروژه‌های زیر 1000 مترمربع زیربنا، اجرای آن اقتصادی نیست.
طراحی سوله با دهانه‌ی بلند
وقتی دهانه‌ی سوله‌ها از حد معمول بلندتر می‌شود، اگر از اسکلت تیرورقی استفاده شود، علاوه بر اینکه وزن اسکلت خیلی زیاد می‌شود، طراح سوله مجبور به طراحی فونداسیون قوی‌تری می‌شود و کل هزینه‌ی پروژه افزایش پیدا می‌کند که از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. به همین خاطر برای دهانه‌های بلند سوله، بهتر است که از اسکلت‌های سبک خرپایی در طراحی سوله استفاده شود.
البته برای هر پروژه‌ای باید گزینه‌های مختلف بررسی شود و اقتصادی‌ترین گزینه با توجه به شرایط پروژه انتخاب شود. از مزایای مهم سوله‌های خرپایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- سوله‌های خرپایی با ساختار مثلثی شکلی که دارند بهترین شکل هندسی برای استحکام سازه ایجاد می‌کنند و با قرار گرفتن پی‌های منفرد در فاصله‌های کم باعث پخش یکنواخت وزن سازه و بارهای مرده در کل سوله می‌شود.
- این سوله‌ها را می‌توان در دهانه‌های بزرگ، بدون ستون میانی اجرا کرد.
- می‌توان جرثقیل‌های با تناژ بالا را روی آنها نصب کرد.
- امکان ساخت 1000 متر سوله در کمتر از 20 روز وجود دارد.
- ساخت سوله با سقف شیبدار یا قوسی در این سوله‌ها امکان‌پذیر است.
طراحی سوله‌ی سبک
همان‌گونه که در قسمت قبل اشاره شد در بعضی از پروژه‌ها لازم است طراحی سوله با اسکلت سبک انجام شود. از مهمترین انواع اسکلت سبک، سوله‌ی خرپایی و UBM هستند که در ادامه به تفاوت‌های این دو اشاره می‌شود:
- در ساخت سوله‌های یو بی ام امکان ساخت جرثقیل‌های کناری به دلیل قوس بسیار سقف و ارتفاع کم وجود ندارد. در صورتی که در سوله‌های خرپایی با توجه به عدم محدودیت ارتفاع و قوس سقف می‌توان جرثقیل‌های کناری را نصب کرد.
- امکان نصب جرثقیل‌های سقفی در سوله‌های یو بی ام وجود ندارد ولی انواع جرثقیل سقفی را می‌توان در سوله‌های خرپایی نصب کرد.
- در ساخت دهانه‌های سوله‌های یو بی ام محدودیت وجود دارد (تا 30 متر بدون ستون میانی) اما دهانه‌های سوله‌های خرپایی را می‌توان در دهانه‌های بسیار بلند، بدون ستون‌های میانی اجرا کرد.
- قسمت‌های مختلف سوله‌های یو بی ام به وسیله‌ی دستگاه‌های مخصوصی به یکدیگر وصل می‌شوند. اما در نصب اجزای سوله‌های خرپایی از پیچ و مهره و جوشکاری استفاده می‌کنند.
- موارد کاربرد سوله‌های یو بی ام محدود است و نمی‌توان برای بیمارستان‌ها و واحدهای دارویی و همچنین مرغداری‌ها و دامداری‌ها از آنها استفاده کرد. به علت اینکه مواد عایقی که در سقف استفاده می‌شود، برای رشد باکتری و میکروب مناسب هستند. در حالی که برای ساخت سوله‌های خرپایی هیچ محدودیت کاربری وجود ندارد.
حداکثر دهانه‌ی سوله
فاکتورهای مهمی در تعیین دهانه‌ی سوله تاثیرگذار هستند که این موارد را نام برده و همچنین ابعاد به کار رفته‌ی تمامی بعدهای سوله را خواهیم گفت.
عوامل مهم در دهانه‌ی سوله:
- نوع کاربری
- شیب سوله در بخش سقف
- صرفه‌ی اقتصادی سوله
ابعاد سوله‌ی استاندارد:
طول سوله: هر سوله با توجه به نوع کاربری آن، طول و ابعاد متفاوتی دارد. اما به طور معمول، طول سوله‌های استاندارد حداکثر 90 متر است و فاصله‌ی بین ستون‌ها 6 الی 9 متر است.
عرض سوله: دهانه‌ی سوله‌ها معمولا بین 20 الی 35 متر می‌باشد اما استفاده از سوله‌های با دهانه‌های بزرگتر کاربردی‌تر و متداول است.
ارتفاع سوله: یکی دیگر از پارامترهای سوله، ارتفاع آن است که معمولا سوله‌های با ارتفاع بلندتر بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اما ارتفاع استاندارد سوله‌ها از 4 تا 25 متر است.
شیب سوله: دهانه‌ی سوله با شیب سقف رابطه‌ی عکس دارد. هرچه دهانه بیشتر باشد شیب کمتر خواهد بود اما به طور معمول بین 10% الی 30% است.