انواع اتصالات سازه‌های فولادی

یکی از قسمت های مهم ساختمان‌های فولادی که نقش زیادی در مقاومت ساختمان در برابر زلزله دارد اتصالات آن است. اتصالات در واقع محل برخورد المان‌های مختلف مانند تیر و ستون بهم دیگر بوده و نقش انتقال نیرو بین آن‌ها را دارد. انواع اتصالات رایج در سازه‌های فولادی به شرح زیر است:

اتصالات مفصلی

در این اتصال فرض می‌شود که تحت تاثیر بارهای خارجی وارد بر تیر، محل اتصال بدون تحمل هیچگونه لنگر خمشی دوران نماید. این فرض جنبه تئوری دارد و در عمل در صورتیکه لنگر در محل اتصال، کوچکتر یا مساوی ۲۰ درصد لنگر گیرداری در اتصال مورد نظر باشد، اتصال مفصلی محسوب می‌شود. از جمله اتصالات مفصلی می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

اتصال ساده با کمک نبشی جان

استفاده از نبشی جان، یکی از روش‌های ساده و معمول در اجرای اتصال مفصلی تیر به ستون و یا اتصال تیر فرعی به تیر اصلی می‌باشد. این اتصال می‌تواند توسط جوش یا پیچ انجام می‌شود.

نکات مهم اتصال ساده با کمک نبشی جان:

در تیرهای I شکل، عمده نیروی برشی توسط جان تیر تحمل شده و منتقل می‌شود. در این اتصال با توجه به این که جان تیر به نبشی متصل شده است، نیروهای انتقالی عمدتاً برشی هستند.
اتصالات ساده با کمک نبشی جان در زمره اتصالات با میزان صلبیت کم قرار دارند. صلبیت این گونه اتصالات به سختی نبشی و تیر مورد استفاده وابسته است.
فاصله ۱۲ الی ۱۵ میلی‌متری بین تیر و ستون عرض بادخور نامیده می‌شود. این فاصله را معمولاً به علت مسائل اجرایی و امکان ایجاد دوران در محل اتصال قرار می‌دهند.
فاکتورهای زیادی بر روی صلبیت اتصال مفصلی تاثیر می‌گذارد. در طراحی اتصال با نبشی جان باید به این مسائل توجه شود تا صلبیت اتصال کمتر از ۲۰ درصد باقی بماند.
در صورتی که ارتفاع نبشی بزرگتر از حد معمول انتخاب شود، طول بیشتر مانع از تغییر شکل نبشی شده و اتصال از حالت مفصلی خارج می‌شود.
در صورت بزرگ بودن طول برگشت جوش در بالای نبشی، انعطاف پذیری اتصال کاهش می‌یابد. به همین دلیل، این طول معمولاً کوچکتر اختیار می‌شود تا فقط بتواند از تمرکز تنش در بالای جوش و ترک خوردن آن جلوگیری کند. افزایش ضخامت نبشی نیز انعطاف پذیری آن را می‌کاهد.
در اتصال با نبشی جان، دوران تیر در محل اتصال رابطه مستقیم با طول دهانه تیر دارد. بنابراین در تیرها با دهانه بزرگ،این دوران مقدار قابل توجهی داشته و تنش‌های ثانویه چشمگیری ایجاد کرده که باید در محاسبات در نظر گرفته شود. این موضوع موجب تغیی شکل زیاد نبشی و ایجائد تنش‌های خمشی در آن می‌شود. بنابراین اتصال با نبشی جان در تیرهای با دهانه بزرگ توصیه نمی‌شود.
نوع اتصال ساده در عمل با توجه به میزان نیروی برشی منتقل شده توسط آن تعیین می‌شود. در عمل برای نیروهای برشی کوچک از اتصال با کمک نبشی جان و برای نیروهای برشی بزرگ از اتصال با کمک نشیمن تقویت شده استفاده می‌شود.

اتصال ساده با کمک نبشی نشیمن در حالت تقویت نشده

این نوع اتصال از اتصالات متداول برای اتصال ساده تیر به ستون می‌باشد. در این حالت نبشی نشیمن برای تحمل تمام واکنش تکیه‌گاهی طراحی می‌شود و انعطاف پذیری مناسبی نیز دارد.

نکات مهم اتصال ساده با کمک نبشی نشیمن در حالت تقویت نشده:

نبشی فوقانی، نبشی پایداری نام دارد که که معمولاً جنبه اجرایی داشته و طراحی خاصی در مورد آن انجام نمی‌شود. توجه شود که در صورتیکه این نبشی قوی انتخاب شود،انعطاف پذیری اتصال کاهش یافته و صلبیت آن افزایش می‌یابد که این با تئوری اتصال مفصلی همخوانی ندارد.
در عمل تفاوتی نمی‌کند که تیر به نبشی نشیمن متصل شود یا نه، ولی در اجرا این کار همواره انجام می‌شود. در ضمن فاصله بادخور نیز مانند اتصال با نبشی جان می‌باشد.

اتصال ساده با کمک نبشی نشیمن در حالت تقویت شده

برای انتقال عکس العمل‌های بزرگ تیر به ستون، استفاده از نشیمن‌های انعطاف پذیر جوابگو نمی‌باشد. یک راه‌حل اصولی و مناسب برای انتقال واکنش‌های تکیه‌گاهی بزرگ، استفاده از اتصالات تقویت شده است. در این نوع اتصال می‌توان از بریده یک نیمرخ I شکل و یل یک سپری (تی شکل) استفاده نمود همچنین می‌توان از یک ورق افقی و چند ورق تقویت قائم نیز استفاده کرد.

خدمات خروجی نقشه فولادی و طراحی اتصالات

اتصالات گیردار

اگر لنگر ایجاد شده در اتصال بیش از ۹۰ درصد لنگر گیرداری اتصال مورد نظر باشد، اتصال صلب محسوب می‌شود. در این اتصالات لنگر خمشی انتهای تیر بصورت کامل به ستون منتقل گردیده و زاویه بین تیر و ستون قبل و بعد از چرخش اتصال با یکدیگر برابر می‌ماند. سازه‌های فولادی که اتصال تیر به ستون در آنها بصورت صلب انجام می‌شود دارای مزایای عمده زیر هستند:

لنگر خمشی منفی پدید آمده در محل اتصال موجب کاهش لنگر خمشی مثبت می‌شود. به عبارت دیگر قسمت‌های انتهایی و میانی تیر هر دو در تحمل خمش تیر سهیم بوده که خود باعث کاهش در ابعاد مقطع تیر می‌شود.
چنانچه تیر از شرایط فشردگی و تکیه‌گاه جانبی کافی برخودار باشد، باز توزیع لنگر خمشی در تیر امکان پذیر بوده و می‌توان لنگر خمشی منفی طراحی را به میزان ۱۰ درصد کاهش داد و تیر را اقتصادی کرد.
شکل‌پذیری مناسب این اتصال باعث رفتار رضایت بخش سازه در برابر زلزله می‌شود.

رویکرد آیین نامه های طراحی و مبحث ۱۰ مقررات ملی درباره اتصالات گیردار:

نظر به اینکه رفتار اتصالات گیردار به رفتار کلی سازه در برابر زلزله تاثیر زیادی دارد بنابراین آیین نامه های جدید از جمله مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان جزئیات و نحوه اجرای این اتصالات را تیپ بندی و منسجم نموده اند. این اتصالات با عنوان اتصالات از پیش تایید شده در آیین نامه‌ها آمده است. در اینجا به بررسی مهمترین اتصالات براساس اتصالات از پیش تایید شده می‌پردازیم:

انواع اتصالات گیردار:

اتصال مستقیم بال به بال تیر و ستون (WUF-W)

در این اتصال که به اتصال گیردار تقویت نشده جوشی نیز معروف است لنگر خمشی به صورت یک زوج نیرو در بال‌های کششی و فشاری به ستون منتقل شده و معمولاً جان تیر نیز به بال ستون جوش داده می‌شود. با توجه به عملکرد ضعیف این اتصال در برابر زلزله، امروزه استفاده از آن محدود شده است.

نکات مهم اتصال مستقیم بال به بال تیر و ستون (WUF-W):

این اتصال برای تیرهای I شکل بوده و برای تیرهای با عمق بیشتر از ۱۰۰ سانتی‌متر مجاز نیست.
در این نوع اتصال انتقال برش باید از طریق دو عامل، یکی اتصال مستقیم جان تیر به بال ستون و دیگری اتصال ورق تکی جان به بال ستون صورت گیرد.
اتصال بال تیر به بال ستون جوش نفوذی با نفوذ کامل است.
اتصال جان تیر به بال ستون از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل است.

اتصال گیردار با مقطع کاهش یافته (RBS)

برای آنکه در زمان زلزله خرابی ساختمانهای فولادی از نقطه امن تری رخ دهد اتصالات با مقطع کاهش یافته پیشنهاد شد. در این نوع اتصال ناحیه ای از تیر در مجاورت اتصال به ستون عمداً ضعیف تر شده تا در زمان زلزله شکست سازه بجای نقاط حیاتی ساختمان مانند ستون و اتصال از این ناحیه تیر رخ دهد.

نکات مهم اتصال گیردار با مقطع کاهش یافته (RBS):

اتصال بال‌های تیر و جان تیر به بال ستون باید از طریق جوش نفوذی با نفوذ کامل صورت گیرد.
برای تیرها با عمق بیش از ۱۰۰ سانتی‌متر این اتصال مناسب نیست.

اتصال گیردار فلنجی

در این اتصال ابتدا بال و جان تیر را توسط جوش به یک ورق با ضخامت نسبتاً زیاد متصل کرده و در مرحله بعد این ورق توسط پیچ به بال ستون متصل می‌شود. این گونه اتصال به واسطه شکل‌پذیری مناسب عملکرد مناسبی در زلزله دارد.

این اتصالات در مبحث ۱۰ مقررات ملی ایران در ۳ حالت بدون استفاده از ورق لچکی(BUEEP)، اتصال گیردار فلنجی چهار یا هشت پیچی با استفاده از ورق لچکی(BSEEP) بصورت از پیش تایید شده ارائه شده است.

نکات مهم اتصال گیردار فلنجی:

اتصال بال تیرو جان تیر به ورق انتهایی باید از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل است.
اتصال لچکی‌ها(در صورت استفاده) به ورق انتهایی باید از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل باشد.
پهنای ورق انتهایی نباید از بال تیر متصل شونده به آن کوچکتر در نظر گرفته شود.

اتصال گیردار با ورق فوقانی و تحتانی (WFP)

در این اتصال لنگر خمشی به وسیله دو ورق در بالا و پایین تیر به صورت یک کوپل به ستون منتقل می‌شود. در این حالت ورق‌ها به ستون معمولاً جوش شیاری شده و نبشی نیز نقش انتقال نیروی برشی به ستون را بر عهده دارد.

نکات مهم اتصال گیردار با ورق فوقانی و تحتانی (WFP):

ورق تحتانی ار معمولاً اندکی عریض تر از بال تیر در نظر می‌گیرند تا در سازه جوش سربالا ایجاد نشود.
کاربرد این نوع اتصال فقط به قاب‌های خمشی با شکل‌پذیری متوسط محدود می‌شود.
اتصال ورق‌های روسری و زیرسری به بال ستون باید از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل و به بال‌های تیر از نوع گوشه باشد.
از این اتصال نمی‌توان برای تیرها با عمق بیشتر از ۹۰ سانتی‌متر استفاده نمود.
در نگارش این مطلب از کتب آقای دکتر نادر فنایی استفاده شده است.

اتصال گیردار با ورق فوقانی و تحتانی پیچی (BFP)

توزیع نیروها در این اتصال مشابه اتصال قبلی(WFP) است با این تفاوت که بجای جوش از پیچ در اتصال استفاده شده است.

نکات مهم اتصال گیردار با ورق فوقانی و تحتانی پیچی (BFP):

این اتصال برای تیرها با عمق بیشتر از ۱۰۰ سانتی‌متر مناسب نیست
اتصال ورق‌های روسری و زیرسری به بال ستون باید از نوع جوش نفوذی با نفوإ کامل و به بال های تیر از نوع پیچی با قط پیچ حداکثر ۲۷ میلی‌متر باشد.
اتصال ورق تکی جان به بال ستون باید از نوع نفوذی با نفوذ کامل یا جوش گوشه دو طرفه باشد.
اتصال ورق تکی جان به جان تیر باید از نوع پیچی و دارای سوراخ لوبیایی کوتاه افقی باشد.

خدمات خروجی نقشه فولادی و طراحی اتصالات

محصولات مرتبط: