آنچه در این مقاله خواهید خواند
اسکلت فولادی
اصولا اسکلت فلزی مجموعه ای از اعضای متصل فولادی است که با اتصالات و جزئیات سازه ای به واحد یکپارچه ای تبدیل می شود. اگر یکپارچگی اصل باشد نقش اساسی اتصالات و جزئیات بیشتر نمایان می شود. یکی از مشکلات مهم امر ساختمان سازی در کشور ما عدم توجه به این جزئیات مهم است. در اسکلت فولادی حتی اگر نیروها و ستونها محافظه کارانه طراحی شده باشند. در صورت عدم طراحی و اجرای مناسب اتصالات و جزئیات کارآمد، ایمنی لازم را برای ساختمان در برابر نیروهای قائم و جانبی نمی توان منصور شود.
در سازه های اسکلت فلزی جوشی یا اسکلت فلزی پیچ و مهره جهت اتصال هر یک از اجزا در سازه های فولادی وجود یک قطعه رابط برای جوش با پیچ ضروری است این قطعه رابط همان انواع اتصالات هستند که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد.
«قاب» (Frame) را عمدتاً مجموعه به هم پیوسته اعضای یک سازه معرفی می‌کنند. طریقه اتصال و رفتار قطعات نسبت به هم در تکیه‌گاه (محل تقاطع اعضا)، در محاسبات سازه‌های فولادی بسیار پراهمیت هستند. مشخص کردن ویژگی‌های مقاطع ستونها و شاه‌تیرها بدون مدنظر قرار دادن نحوه رفتار قطعات نسبت به یکدیگر، امکان‌پذیر نیست. معمولاً اتصالات در تکیه‌گاه ساختمان‌های فولادی که به منظور به هم پیوستن اعضای فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد، به ۳ گروه کلی تقسیم‌بندی می‌گردد:
- الف) اتصال مفصلی یا ساده
- ب) اتصال نیمه صلب
- ج) اتصال صلب
اتصال ساده یا مفصلی تیر به ستون
در اتصال ساده (Hinge Connection)، تیر ممکن است آزاد باشد و به آسانی دوران زاویه‌ای به خود بگیرد. در نتیجه در این تکیه‌گاه لنگیر گیرداری وجود نخواهد داشت. یعنی تکیه‌گاه، لنگری را انتقال نمی‌دهد.
اتصالاتی همچون اتصال با جفت نبشی جان، اتصال با نبشی نشیمن و اتصال با نشیمن تقویت شده از جمله اتصالاتی این گروه می‌باشند که به آنها «اتصالات برشی» می‌گویند.
اتصال ساده‌ی تیر به نبشی نشیمن
از اتصال با نبشی نشیمن، مشابه اتصال ساده با نبشی، جان صرفاً به منظور انتقال تکیه‌گاهی قائم استفاده می‌گردد. لذا در انتهای تیر، اتصال نباید گیرداری زیادی ایجاد کند زیرا نبشی نشیمن و نبشی بالایی بایستی تقریباً انعطاف‌پذیر باشند. تیر در این مدل اتصال، روی یک نشیمن که هیچگونه تقویتی در آن انجام نگرفته است، واقع می‌شود.
نبشی نشیمن، فرایند نصب و تنظیم تیر را راحت‌تر می‌کند. این مدل نبشی غالباً نخست در کارخانه یا کارگاه در ارتفاع موردنیاز به ستون با استفاده از جوش اتصال داده می‌شود و پس از استقرار ستون، تیر را روی آن سوار کرده و به آن جوش می‌دهند. در اتصال مذکور، یک نبشی کمکی دیگر هم در فراز تیر جوش و اتصال داده می‌شود که فقط به منظور ثابت نگه داشتن تیر در موقعیت خود و ایجاد تکیه‌گاه عرضی و جلوگیری از غلتیدن آن به کار می‌رود و نقشی در باربری قائم برعهده ندارد. تلاش بر این است که اتصال نبشی نشیمن تا حد ممکن منعطف باشد تا آزادی دورانی تیر در تکیه‌گاه با مشکل روبه‌رو نگردد و در واقع به به صورت اتصالی ساده یا مفصلی عمل کند و تکیه‌گاه لنگری را متحمل نشود.
اتصال ساده‌ی تیر با نبشی جان
اتصال ساده (مفصلی) برشی با بهره‌گیری از نبشی جان، به منظور اتصال تیرچه به تیر یا شاه‌تیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. نبشی در این مدل اتصال، می‌بایست تا حد ممکن انعطاف‌پذیر در نظر گرفته شود. شکل زیر اتصال ساده تیر با نبشی جان را نشان می‌دهد.
در اتصال مفصلی تیر به تیر، تعداد ۲ نبشی را در یک سر تیر به جان آن، جوش می‌دهند و در طرف دیگر با خال جوش به ستون یا شاه‌تیر متصل می‌کنند. پس از اینکه اتصال کنترل و تنظیم شد، جوش میان نبشی و ستون یا شاه‌تیر را روی کار انجام می‌دهند. در حین اینکه به منظور اتصال تیر به ستون از نبشی جان استفاده می‌گردد، فاصله‌ای تقریباً ۲۰ میلی‌متری میان تیر و ستون درنظر گرفته می‌شود بدین منظور که نصب تیر آسان باشد. زمانی که طریقه‌ی اتصال تیرچه به شاه‌تیر به گونه‌ای صورت گیرد که بال‌های فوقانی هر دو در یک تراز واقع شود، لازم است تا قسمتی از بال تیرچه را زبانه کرد.
این نبشی را معمولا قبلا در کارخانه یا پای کار در ارتفاع لازم به سـتون جوش می دهند و بعد تیر روی آن سوار و بـه آن جـوش مـی شـود . دراین اتصال ، نبشی کمکی دیگری در بالای تیر نصب و جوش مـی شـود که در محاسبه در مقابل عکس العمل های تکیه گاه به حساب نمی آیـد وعمل آن تنها ثابت کردن تیر در محل خود و تامین تکیه گـاه عرضـی و جلوگیری از غلتیدن آن است. لازم به ذکر است که وقتی عکس العمل زیادتر از حد تحمل نبشی گردد ، می توان از نبشی تقویت شده مثلثی یامستطیلی استفاده کرد . ضخامت صفحه نشیمن گاه در حـدود ضـخامت بال تیر انتخاب می شود.
اتصال ساده تیر با نشیمن تقویت شده
زمانی می‌توان از نبشی با ورق تقویت شده استفاده کرد که عکس‌العمل قائم در محل تکیه‌گاه بیشتر از حد تحمل نشیمن‌های ساده گردد. ضخامت صفحه‌ی نشیمن‌گاه در رِنج ضخامت بال درنظر گرفته می‌شود و از صفحات محکم کننده (تقویت کننده) زیر نشیمن به شکل مستطیلی یا مثلثی(که به آن لچکی می‌گویند) استقاده می‌گردد.شکل زیر تفاوت اتصال تقویت شده و نشده را نشان می دهد.
تفاوت مذکور به خصوص در ناحیه‌ای که بیشترین تنش‌ها رخ می‌دهد، ایجاد می‌گردد. در کل، برش ورق به شکل مثلثی موجب به وجود آمدن اتصالی سخت‌تر از حالت ورق مستطیلی، می‌شود.
علی‌رغم اینکه چنین اتصالی برای نیمرخ‌های تکی هم قابل استفاده است، اما نیمرخ‌های زوج به خاطر عکس‌العمل‌های تکیه‌گاهی بالاتر، نیاز اساسی‌تری به تکیه‌گاه‌های تقویت شده دارند.
برای جوشکاری ورق سخت‌کننده در داخل نبشی تکیه‌گاه، رعایت نکات ذیل نباید فراموش گردد:
- الف) در انتهای جوش هر سمت سخت‌کننده یک برگشت به طرف مقابل انجام می‌گیرد (قلاب کردن جوش).
- ب) از تشکیل حوضچه‌ی مذاب پر نشده خودداری گردد.
- ج) جهت حرکت جوشکاری از گیرداری بیشتر به طرف آزادی بیشتر است به عبارتی دیگر از محل کنج داخلی نبشی به طرف بیرون.
اتصال خورجینی
در گذشته رایج‌ترین شکل اتصال در ساختمان‌های اسکلت فلزی در ایران، اتصال خورجینی بود. چگونگی اجرای اتصال خورجینی بدین شرح است که تیرهای باربر از دو سمت ستونها، به شکل یکسان عبور داده می‌شوند و روی نبشی‌هایی که در طرفین ستون نصب شده‌اند واقع می‌گردند. عموماً یک نبشی در بالای هر تیر می‌گذارند بنابراین اتصال خورجینی، تأمین‌کننده‌ی نشیمن جهت عبور یک جفت تیر سراسری از طرفین است.
این اتصال بنا به دلایلی همچون سادگی اجرا، کاهش هزینه، کم‌کردن نیمرخ بال‌پهن و قابلیت استفاده از شماره‌های بالای نیمرخ IPE در ایران دارای کاربردهای وسیعی بوده است. از کلیدی‌ترین اجزای اتصال خورجینی می‌توان به نبشی‌های بالا و پایین اتصال اشاره کرد. تیرهای اصلی قاب‌ها که به شکل یکسره از کنار ستونها می‌گذرند، روی نبشی‌های نشیمن سوار می‌شوند و غالباً از یک نبشی اتصال کوچک هم به منظور اتصال بال فوقانی تیر به ستون استفاده می‌گردد که کمی گیرداری در اتصال ایجاد می‌کند. انتخاب نبشی تحتانی با عرضی پهن‌تر از پهنای بال تیر I شکلی که روی آن قرار می‌گیرد انتخاب می‌شود و دلیل این موضوع فراهم کردن سطحی است که بتوان تیر را به نبشی جوش داد.
زمانی که آماده‌سازی ستون به حالت خوابیده روی زمین صورت می‌گیرد، نبشی‌های تحتانی در محل‌های خود جوشکاری می‌شوند و بعد از نصب ستونها و قراردادن تیرها به روی نبش‌های تحتانی، بال تیر به نبش تحتانی به حالت افقی جوش خورده و سپس نبشی فوقانی نصب و به بال فوقانی تیر جوش می‌گردد.
قاب با اتصال خورجینی صرفاً به منظور تحمل بارهای قائم طراحی می‌شوند. این اتصال عملکرد مناسبی در برابر بارهای جانبی ندارد و فقط برای تحمل بارهای قائم مناسب است. لذا بارهای جانبی باید توسط سیستم‌های دیگر مانند مهاربندها تحمل شوند. به عنوان مثال در سازه شکل زیر در یک طرف اتصالات خورجینی و در طرف دیگر اتصالات ساده به کار رفته و هیچگونه مهاربند جانبی برای آن طراحی نشده است. لذا این موضوع باعث شده تا نیروی زلزله به طور مستقیم به دیوارهای میان قاب ورود پیدا کند و به دلیل اینکه این دیوارها، ظرفیت باربری کمی دارند، به طور کامل تخریب می‌شوند.
اتصال صلب یا اتصال خمشی یا اتصال گیردار به اتصالی گفته می‌شود که چرخش نسبی بین اعضا به علت سختی کافی اتصال بر قرار می‌کند. در این اتصال لنگر خمشی انتهای تیر به ستون منتقل می‌شود. از آنجا که عمده لنگر خمشی تیر در بال‌های آن می‌باشد لذا اتصال بال‌های تیر به بال و یا جان ستون برای انتقال لنگر خمشی لازم می‌باشد، البته برای انتقال نیروی برشی تیر به ستون از نبشی که از طرفی به جان تیر واز طرف دیگر به بال و یا جان ستون بوسیله جوش کاری و پیچ و مهره متصل می‌شد و یا بوسیله استفاده از نشیمن زیر تیر و یا روش‌های دیگر انجام می‌پذیرد.
سؤالی که مطرح می‌شود این است که استفاده از این نوع اتصالات چه مزیت‌هایی در پی دارد؟ در جواب این پرسش باید اشاره کرد که در این نوع اتصال به علت ایجاد لنگر منفی در انتهای تیر لنگر خمشی مثبت کاهش پیدا کرده و در نتیجه ابعاد تیر محاسبه شده کاهش می‌یابد، چرا که کل تیر یعنی هم قسمت میانی و هم دو انتهای آن در تحمل خمش سهیم می‌شوند. این سازه‌ها نیز به علت شکل پذیری خوب عملکرد مناسبی در مقابل بار زلزله ایفا می‌کنند.
یکی دیگر از کاربردهای استفاده از اتصالات گیردار این است که اگر در محلی به علت ملاحظات معماری نتوان از بادبند برای درنظر گرفتن بارهای جانبی سازه در طراحی سازه فولادی استفاده کرد، طراحی قاب‌های خمشی با اتصالات گیردار یک جایگزین مفید برای این امر می‌باشد.
اتصال مستقیم
در اتصال مستقیم، بال فوقانی به شکل مستقیم و بدون هیچ واسطه‌ای با استفاده از جوش شیاری با نفوذ کامل به ستون جوش شده است. البته انجام این اعمال جزئی در پای کار دشوار است، چون طول تیر باید به طور کاملاً هم اندازه با فاصله‌ی آزاد دو ستون بریده شود که این عمل به آسانی میسر نیست. شکل بعد، نمونه‌ای از اتصال مستقیم را نمایش می‌دهد.
اتصال با ورق زیرسری و روسری
در این اتصال مطابق با شکل بعد، برای هر دو بال فوقانی و تحتانی به ترتیب از ورق‌های روسری و زیرسری بهره گرفته شده است. ورق روسری بعد از نصب تیر روی آن مونتاژ و جوش می‌شود و ورق زیرسری نیز در کارگاه روی زمین به ستون جوش می‌خورد.
اتصال فلنجی
اتصال فلنچی، گونه‌ای از اتصال صلب با بهره‌گیری از ورق‌های اتصال فلنجی در انتهای تیر است. در این روش، اتصال تیرها به یکدیگر با استفاده از پیچ‌های با مقاومت بالا و به حالت اصطحکاکی می‌باشد. در شکل زیر یک نمونه اتصال فلنجی به تصویر کشیده شده است
اتصال صلب در قاب‌های صفحه‌ای و فضایی
تیرها می‌توانند در اتصال صلب به تیر، از دو سمت به هر دو بال ستون به شکل مستقیم متصل شده باشند و یا با بهره‌گیری از ورق‌های زیرسری و روسری به بال ستون اتصال یابند. ۳ شکل بعد به ترتیب اتصال مستقیم بال به بال به وسیله جوش شیاری، سخت‌کننده قائم و اتصال با ورق روسری و زیرسری را نمایش می‌دهد.
اتصال نیمه صلب تیر به ستون
اتصالات نیمه گیردار(Semi-Rigid Connection)، اتصالاتی هستند که در آن اندکی گیرداری در تکیه‌گاه ایجاد می‌شود و لذا باید برش و لنگر را همزمان باهم تحمل کنند. در چنین موردی، دورانی میان تیر و ستون انجام می‌پذیرد که میزان آن از اتصالات مفصلی کمتر است. در حالی که در تکیه‌گاه مقداری لنگر گیرداری ایجاد می‌کند و گیرداری آن با توجه به وضعیت اتصالات، بار و دهانه‌ی تیر می‌تواند بین ۲۰ تا ۹۰ درصد متغیر باشد. شکل زیر نمونه‌ای از نمودار لنگر خمشی در اتصال نیمه‌صلب را نشان می‌دهد.
اتصال کنسول‌ها به ستون
دو روش برای اجرای کنسول (پیش‌آمدگی) در سیستم اسکلت فلزی وجود دارد؛ یکی پیش‌آمدگی ممتد که تیرها از ستون عبور می‌کنند (به حالت تک یا دوبل) و کنسول لازم حاصل می‌گردد؛ در روش دیگر هم کنسول به حالت غیرممتد می‌باشد. لازم است که طراحی اتصالات متناسب با طول کنسول، میزان بار وارد شده و چگونگی گیرداری آن به ستون انجام گردد. زیرا کنسول در محل تکیه‌گاه دارای لنگر منفی است و می‌بایست اتصال آن به ستون مشابه اتصال صلب تیر به ستون اجرا شود. انتخاب تمامی ابعاد و اندازه‌ی اتصالات و تقویت‌کننده‌ها برپایه‌ی محاسبات می‌باشد. تصاویر زیر چگونگی اتصال کنسول به ستون را نشان می‌دهد.
در حالت‌های زیر می‌توان از دستک استفاده کرد:
- الف) استفاده از اتصال مفصلی (ساده)
- ب) زمانی که طول کنسول از حد مشخصی بیشتر گردد.
- ج) میزان بار وارده به کنسول به اندازه‌ای باشد که منتج به پاسخگو نبودن نبشی‌ها یا ورق اتصال شود.
خیلی سایت خوب و مفیدی دارید لطفا درباره میراگر ها هم اگر امکانش بود مقاله بگذارید با تشکر.
سلام مهندس روزبخیر.
در اسرع وقت مقاله جامعی درباره میراگر ها روی سایت قرار داده خواهد شد. با ما همراه باشید.