در صنعت ساخت و ساز ، اتصال تیر به ستون فولادی یکی از مهمترین مراحل در روند ساخت و ساز میباشد. اتصال تیر به ستون فولادی در استحکام ، پایداری و عمر سازه تاثیر مستقیم دارد.
هنگام انجام طراحی اتصالات فولادی ، یکی از ملاحظات اولیه ، نوع اعضایی است که اتصال فولادی باید به آنها بپیوندد. مهندس سازه در هر حالت اتصال مانند : تیر به ستون ، تیر به تیر ، ستون به ستون ، یا پایه ستون به پایه بتنی باشد ، باید تصمیم بگیرد کدام نوع اتصال را باید برای سازه در نظر بگیرد.
رفتار سازههای فولادی در معرض خطر لرزه ای مستقیماً به رفتار اتصالات بستگی دارد. از این رو این اتصالات در سازههایی که در مناطق زلزله خیز ساخته میشوند از حساسیت بالاتری برخوردار هستند. ما قصد داریم در این مقاله به معرفی انواع اتصال تیر به ستون در سازه فولادی و مزایای هر یک بپردازیم ، با ما همراه باشید.
اتصال تیر به ستون فولادی
اتصال تیرآهن به ستون رایجترین نوع پیکربندی عضو یک سازه است که ستون به عنوان عضو تکیه گاه (یا والد) و تیر به عنوان عضو تکیه گاه (یا فرزند) در جهت مجاور عمل میکند.
انواع اتصال تیر به ستون فولادی
اتصالات در صورت کلی به 2 دسته تقسیم میشوند. دسته اول انتخاب نحوه اتصال یا وسیله اتصال است که به دو دسته تقسیم میشوند :
- اتصال جوشی
- اتصال پیچ و مهره
و دسته دوم انتخاب نوع اتصال است که به 3 دسته تقسیم میشود :
- اتصال انعطاف پذیر (مفصلی)
- اتصال نیمه سخت (نیمه گیردار)
- اتصال سخت (گیردار)
اتصال تیر به ستون فولادی (پیچ و مهره ای)
چندین نوع پیچ و مهره برای اتصال اعضای سازهای استفاده میشود. امروزه سه استاندارد پیچهای سازههای فلزی پرکاربردتر از سایر استانداردها هستند:
- استاندارد DIN آلمان
- استاندارد ASTM آمریکایی
- استاندارد ISO بین المللی
از مهمترین و معروفترین پیچهای ساختمانی مربوط به ساخت سازههای اسکلت فلزی میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- ASTM A325
- ASTM A490
- ASTM A449
- DIN 6914
به دلیل حساسیت سازههای فلزی و مسئله مقاومت در برابر فشار و وزن سازه، لازم است که پیچهای ساختمانی با گرید مناسب خریداری و نصب شوند. به همین جهت امروزه در سازههای فلزی، بیشتر از پیچهای ساختمانی با گریدهای زیر استفاده میشود:
- گرید 8.8
- گرید 10.9
- گرید 12.9
پیچهای مقاوم سازههای اسکلت فلزی که دارای درجه مقاومت کششی بالایی نیز هستند عمدتاً به یکی از دو روش زیر متصل و نصب میشوند:
اتصال اتکایی که در آن بر اثر حرکت دادن و لغزش ورقها بر روی پیچها، اتصال ایجاد میشود؛ اما به دلیل نوع اتصال کیفیت این نوع اتصالات از نوع اصطکاکی کمی پایینتر است و در درازمدت احتمال آسیب دیدگی پیچها نیز بیشتر است.
اتصال اصطکاکی که در آن برای اتصال پیچها و مهرههای ساختمانی معمولاً از آچارهای بزرگ و مخصوصی مانند آچار مدرج و یا آچارهای خاردار استفاده میشود.
به دلیل نصب و سفت کردن اتصالات با استفاده از آچار، امکان لغزش و حرکت صفحات وجود ندارد و البته این نکته را هم باید در نظر گرفت که قبل از اتصال توسط پیچ و مهره در این نوع اتصال، محل اتصال باید تمیز شود.
از ترک متر (Torque Wrench) نیز برای سنجش میزان نیروی لازم برای ایجاد مقاومت استاندارد استفاده میشود.
اتصال تیر به ستون فولادی (جوشی)
در اتصال جوشی تیر و ستون ها با جوشکاری به هم متصل میشوند. چنین اتصالاتی وسیله ای کارآمد و مستقیم برای انتقال نیرو از یک عضو به عضو مجاور در سازه میباشد. اتصالات جوشی معمولاً با ذوب فلز پایه از قطعات برای اتصال به فلز جوش ساخته میشود که پس از سرد شدن اتصال را تشکیل میدهد.
اتصالات جوش داده شده در اکثر موارد به عنوان جوش فیله یا جوش لب به لب (همچنین به عنوان جوش شیاری شناخته میشوند) طبقه بندی میشوند.
انواع جوش اتصال تیر به ستون
- سر به سر
- روی هم
- گوشه
- لبه
- سپری
برای آگاهی از مدلهای جوش مقاله انواع جوشکاری را بخوانید.
اتصال تیر به ستون فولادی مفصلی (انعطاف پذیر)
اتصال مفصلی ، اتصالی است که در آن هیچ گونه لنگری بین قطعات متصل وجود ندارد. و یک اتصال لولایی در نظر گرفته میشود.
در این صورت صلبیت این اتصالات ناچیز می باشد و اعضای تشکیل دهنده اتصال دارای دوران و چرخش زیادی نسبت به یکدیگر می باشند ، و تنها نیروی موجود در محل نیروی برشی یا محوری خواهد بود. در واقع مقدار کمی لنگر در این نوع اتصال ایجاد میشود ، اما معمولاً نادیده گرفته میشود.
این نوع اتصال معمولاً در سازههایی تا ارتفاع حدود پنج طبقه اعمال میشود ، که در آن طراحی به جای سختی ، بر اساس استحکام است. در چنین سازه هایی باید سیستم مقاوم در برابر بار جانبی مجزا به صورت دیوارهای برشی ارائه شود یا مهاربندی ارائه شود.
اتصال تیر به ستون فولادی گیردار (صلب)
اتصالات صلب یا اتصالات خمشی در سازه های فولادی نیروی محوری ، نیروی برشی و گشتاور را به اعضای اتصال منتقل میکند. تحت چنین چرخش مفصلی ، زاویه اصلی بین اعضا حفظ میشود ، یعنی حرکت چرخشی مفصل بسیار کوچک خواهد بود. همچنین اتصالات کاملاً جوشی را میتوان به عنوان اتصال تیر به ستون صلب در نظر گرفت.
اتصال گیردار یا صلب در ساختمانهای بلند و باریک ، جایی که الزامات سختی سازه است ، استفاده میشود.
اتصال تیر به ستون فولادی نیمه گیردار (نیمه صلب)
اتصالات نیمه صلب بین اتصال انعطاف پذیر و اتصال صلب قرار میگیرند. واقعیت این است که هر اتصالی همیشه نیروی برشی و نیروی محوری را به طور کامل و همچنین لنگر را به طور جزئی منتقل میکند. اتصالات نیمه گیر دار دارای سختی ای بین صفر تا بی نهایت می باشند. از این رو قابلیت انتقال لنگر را دارند ولی نه بطور کامل زیرا سختی آنها باعث ایجاد دوران در ناحیه اتصال میشود.
اتصالات نیمه صلب میتوانند با مزایای زیادی برای مقاومت در برابر زلزله یا بارهای لرزه ای ، در صورتی که الزامات طراحی لرزه ای را برآورده کنند ، استفاده شوند. میتوان از یک نبشی نشیمن در زیر تیر و یک ورق روسری در روی تیر استفاده کرد. در این صورت ما به تیر با نبشی نشیمن اجازه دوران دادهایم و از ورق روسری برای انتقال نیروی لنگر خمشی استفاده کردهایم.
نکات مهم طراحی اتصال تیر به ستون فولادی
- روش طراحی اتصال تیر به ستون در سازه فولادی شامل مراحل اساسی زیر است:
- طراحی باید بر اساس هر روش منطقی پشتیبانی شده توسط شواهد تجربی باشد.
- تنشهای پسماند ناشی از نصب پیچ و مهره یا جوش معمولاً در سازه های دارای بار استاتیکی در نظر گرفته نمیشود.
- برای ترکیب بار زلزله ، اتصالات باید طوری طراحی شوند که در برابر اثرات عمل طراحی محاسبه شده مقاومت کرده و شکل پذیری مورد نیاز را نشان دهند .
- پیچ و مهره های مورد استفاده در سازه هایی که برای مقاومت در برابر بارهای زلزله طراحی شده اند باید پیچ و مهرههای HSFG با کشش کامل (پیچ و مهره های با اصطکاک بالا) یا پیچ های گردان و نصب شده باشند.
- جوشهای مورد استفاده در سازه هایی که برای مقاومت در برابر بارهای زلزله طراحی شده اند باید از نوع جوش های لب به لب با نفوذ کامل باشند ، مگر در اتصالات ستونها.
- اتصال پیچی نباید به گونه ای طراحی شود که بار را در ترکیب با جوش های روی یک سطح تقسیم کند.
کلام آخر :
به طور خلاصه ، طراحی اتصال تیر به ستون برای ایمنی و اقتصاد سازه های فولادی ضروری است. طرح های اتصال اقتصادی عمدتاً جنبههای عملی ساخت و نصب را در نظر میگیرند.
با این حال ، بر اساس درک روشنی از مسیر انتقال بار ، طراحی اتصال ستون به تیر باید ساده باشد. علاوه بر این ، جزئیات اتصال تیر فولادی به ستون باید ساده و مبتنی بر استفاده مکرر از روشهای استاندارد باشد تا سهولت ساخت و نصب را تسهیل کند. بنابراین ، سرعت و اقتصاد پروژه را افزایش میدهد.
سپاسگذاریم که تا انتهای مقاله همراهمان بوده اید و امیدواریم که این مطلب برایتان مفید واقع شده باشد.
اگر تجربهای در رابطه با اتصال تیر به ستون دارید برایمان بنویسید تا ما و دیگران از تجربه ارزشمند شما بهرمند شویم.