در متره و برآورد سازه‌های فولادی، وزن ستون‌های جعبه‌ای از مجموع وزن بدنه اصلی و اجزای تقویتی یا اتصال‌دهنده‌ای که باید در محاسبه منظور شوند، به دست می‌آید.
برای محاسبه وزن، ابتدا حجم خالص فولاد تعیین شده و سپس در وزن مخصوص فولاد ضرب می‌شود.
۱. تعریف پارامترهای هندسی
B: عرض خارجی مقطع جعبه‌ای.
D: ارتفاع خارجی مقطع جعبه‌ای.
t: ضخامت یکنواخت جداره‌ها.
H: طول ستون.
γ: وزن مخصوص فولاد.
A: مساحت خالص فولاد مقطع.
W: وزن ستون.
۲. محاسبه مساحت مقطع جعبه‌ای مستطیلی
برای یک مقطع جعبه‌ای مستطیلی با ضخامت یکنواخت جداره‌ها:
مساحت خارجی = B × D
مساحت داخلی = (B − ۲t)(D − ۲t)
بنابراین:
A = BD − (B − ۲t)(D − ۲t)
با ساده‌سازی:
A = ۲t(B + D − ۲t)
این رابطه برای مقطع جعبه‌ای مستطیلی با گوشه‌های قائم و ضخامت یکنواخت قابل استفاده است.
۳. حالت خاص مقطع جعبه‌ای مربعی
اگر عرض و ارتفاع خارجی برابر باشند:
B = D
رابطه مساحت به‌صورت زیر درمی‌آید:
A = B² − (B − ۲t)²
با ساده‌سازی:
A = ۴t(B − t)
۴. محاسبه حجم بدنه اصلی ستون
حجم بدنه اصلی از حاصل‌ضرب مساحت مقطع در طول ستون به دست می‌آید:
V = A × H
۵. محاسبه وزن بدنه اصلی ستون
وزن ستون برابر حجم فولاد ضرب‌در وزن مخصوص آن است:
W = A × H × γ
با فرض وزن مخصوص متعارف فولاد:
γ ≈ ۷۸.۵ kN/m³
در صورتی که ابعاد بر حسب متر باشند، وزن بر حسب کیلونیوتن به دست می‌آید.
۶. محاسبه وزن ورق‌های پیوستگی
ورق‌های پیوستگی و سایر اجزای تقویتی باید بر اساس ابعاد واقعی آنها محاسبه شوند.
برای یک ورق مستطیلی با طول a، عرض b و ضخامت tp:
حجم ورق = a × b × tp
وزن ورق = a × b × tp × γ
اگر n ورق هم‌ابعاد وجود داشته باشد:
Wplates = n × a × b × tp × γ
در صورت متفاوت بودن ابعاد ورق‌ها، وزن هر گروه جداگانه محاسبه و سپس جمع می‌شود.
۷. محاسبه وزن کل مجموعه
اگر فقط بدنه اصلی ستون و ورق‌های پیوستگی موردنظر باشند:
Wtotal = Wcolumn + Wplates
در متره واقعی، بسته به حدود کار، وزن صفحات اتصال، سخت‌کننده‌ها، ورق کف ستون، وصله‌ها و سایر اجزای مربوط نیز ممکن است لازم باشد منظور شود.
۸. تفاوت وزن تقریبی و وزن دقیق
در محاسبات تقریبی، می‌توان از ابعاد اسمی و هندسه ساده‌شده استفاده کرد.
اما در متره دقیق، ابعاد واقعی ورق‌ها، تعداد قطعات، بازشوها و جزئیات اجرایی باید از نقشه‌های ساخت استخراج شوند.
همچنین ممکن است وزن واقعی مقطع تولیدشده به دلیل تلرانس‌های ساخت با وزن نظری تفاوت داشته باشد.
۹. نکات کلیدی آزمونی
۱. مساحت مقطع جعبه‌ای برابر تفاضل مساحت خارجی و داخلی است.
۲. برای مقطع مربعی با ضخامت یکنواخت، رابطه مساحت برابر A = ۴t(B − t) است.
۳. در محاسبه وزن ستون باید واحد ابعاد و وزن مخصوص با یکدیگر سازگار باشند.
۴. وزن ورق‌های پیوستگی باید جداگانه محاسبه و به وزن بدنه اصلی افزوده شود.
۵. تعداد ترازهای اتصال گیردار الزاماً برابر تعداد ورق‌های پیوستگی نیست.
۶. ضخامت ورق به‌تنهایی برای تعیین وزن آن کافی نیست و مساحت و تعداد ورق‌ها نیز باید مشخص باشند.
۷. در سؤالات نزدیک‌ترین گزینه، وزن بدنه اصلی می‌تواند مبنای مناسبی برای برآورد اولیه باشد.
۸. وزن محاسباتی بر حسب کیلونیوتن با جرم محاسباتی بر حسب کیلوگرم تفاوت دارد.
۹. برای متره دقیق باید از نقشه‌های اجرایی و جزئیات واقعی ساخت استفاده شود.
۱۰. استفاده از مقادیر تقریبی نباید موجب نادیده‌گرفتن اجزای دارای وزن قابل توجه شود.
نتیجه آموزشی:
برای محاسبه وزن ستون فولادی جعبه‌ای، ابتدا مساحت خالص مقطع محاسبه و در طول ستون و وزن مخصوص فولاد ضرب می‌شود.
سپس وزن ورق‌های پیوستگی و سایر اجزای موردنظر به آن افزوده می‌شود.
رابطه عمومی وزن بدنه اصلی ستون جعبه‌ای مستطیلی برابر است با:
W = ۲t(B + D − ۲t) × H × γ
برای مقطع مربعی:
W = ۴t(B − t) × H × γ
این روابط، مبنای هندسی مناسبی برای محاسبات متره و برآورد ستون‌های فولادی جعبه‌ای هستند.
