اتصالات در سازه فولادی

اتصال اجزای مختلف یک سازه فولادی بسیار مهم است اتصال اجزای مختلف یک سازه فولادی بسیار مهم است. این اتصالات در قسمت های مختلف سازه و بسته به نوع کاربری و نیروهای وارده بر آنها طراحی می شوند اما خوب بودن اتصال و اطمینان از باربری آن حائز اهمیت است.

از جمله اشکالات عمده در سازه های فولادی در قسمت اتصالات عبارتند از: 1.اتصال ستون به پی 2.اتصال تیر به تیر و تیر به ستون 3.اتصال بادبند به ستون یا تیر

از جمله مسائلی که در اجرای اتصال ستون به پی ایجاد می شود: کم بودن ابعاد و ضخامت زیر سری کم بودن پیچ های مهاری و قطر آنها می باشد. گاهی اوقات هم به هنگام بتن ریزی صفحه ستون به دلیل جابجایی در محل اصلی خود قرار نمی گیرد.

Column Connection Angle Bearing Plate Footing Anchorage

در ساختمان های 4 طبقه و بیشتر, ضخامت صفحه ستون باید بیش از 2 در ساختمان های 4 طبقه و بیشتر, ضخامت صفحه ستون باید بیش از 2.5 سانتی متر باشد. ویا از سخت کننده روی صفحه ستون به منظور افزایش مقاومت خمشی استفاده شود.

نحوه اتصال ستون به صفحه ستون نیز مهم است بطوریکه در امتداد بدون بادبند یک اتصال گیردار در امتداد بادبندی یک اتصال ساده تیر به ستون لازم است.

2.اتصال تیر به تیر و تیر به ستون: مهمترین قسمت در کنترل اجرای سازه فولادی , اطمینان از اتصال درست تیر به ستون به ویژه در امتدادی است که سیستم مهاربندی نشده و صرفا دارای قاب خمشی است. در چنین حالتی اگر ستون ها از قوطی ساخته شده از ورق است,در نصب ورق های پیوستگی درون ستون قوطی و در تراز ورق های زیر و روی تیر باید توجه شود.

نکته مهم دیگر جوش صحیح ورقهای پیوستگی به 4 وجه ستون است که معمولا در اجرا, 3 طرف جوش می شود و وجه چهارم به ورق های پیوستگی متصل نمی شود. برای رفع این مشکل می توان ورق وجه چهارم قوطی ستون را در یک طول مشخص یک متری بصورت منقطع اجرا نمود تا امکان جوشکاری ورق های پیوستگی وجه چهارم هم بوجود آید.

 اتصالات تير به ستون فلزي براساس آيين نامه فولاد ايران در ساختمان هاي اسكلت فلزي به سه دسته تقسيم مي شوند:

1. ساختمان هاي نوع يك , قاب هاي با اتصالات صلب: در اين نوع اتصالات پيو ستگي كا مل در محل اتصال تير به ستون بر قرار مي شود و زاويه اوليه بين تير ستون با تامين درجه گيرداري چرخشي (صلبيت)در حدود 90درصد و بيش تر ثابت نگه داشته مي شود.

2. ساختمان هاي نوع دو,قاب هاي ساده: در اين نوع ساختمان ها گيرداري چرخشي بين تير و ستون در حد امكان پايين نگه داشته مي شوند به اين تر تيب كه حدود 80 درصد چرخش بين تير و ستون در محل اتصال آزاد است.

3. ساختمان هاي نوع سه, اتصال نيمه گيردار: در اين نوع اتصالات گيرداري چرخشي بين اعضاي تير و ستون در محل اتصال از 20درصد تا80درصد نوسان دارد به خاطر اشكالات عمده در تخمين درجه گيرداري در اين حالت از اتصال نيمه صلب استفاده نمي شود.

اتصالات ساده تير به ستون با نبشي جان: نبشي جان بايد در حد امكان قابل انعطاف باشد (حداكثر نبشي نمره 15*15 ) فاصله آزاد بين تير و ستون حدود 2 سانتي متر منظور مي شود تا هنگام نصب تير به لحاظ اجرايي مشكلي ايجاد نشود. مي تواند به صورت تكي (در يك طرف جان تير ) و يا دو تايي (در دو طرف جان تير )باشد.

در بسیاری از سازه های فولادی برای ستون های واقع در قاب خمشی از مقطع دوبل IPE وورق تقویتی روی بال استفاده می شود , اما در اثر اعمال کشش: ورق های تقویتی بال خمیده می شود و گیرداری از بین می رود. برای رفع این مشکل: از جوش ورق تقویت بال استفاده می شود.

جوش شیاری اتصال ورق فوقانی و تحتانی تیر به ستون برای تامین گیرداری اهمیت زیادی دارد. اما در عمل به دلیل: 1.عدم رعایت پخ 45 درجه لبه ورق 2.عدم استفاده از جوش نفوذی 3.قرار دادن ورق فوقانی بصورت مستطیلی جوش شیاری ازمقاومت کافی برخوردار نیست.

راهکار موجود, استفاده از ورق ذوزنقه ای در محل اتصال به ستون است.

نبشی نشیمن زیر تیرها برای نیروهای تکیه گاهی کافی نیست که با افزودن سخت کننده مثلثی می توان آنها را تقویت کرد:

3.اتصال بادبند به ستون یا تیر: اکثر سازه های فلزی موجود فاقد سیستم باربر جانبی در برابر زلزله هستند. و یا بدون سیستم مهاربندی , از قاب ساده و یا قاب با اتصالات خورجینی ساخته شده اند. درحالت بادبندی هم گاهی بصورت متقارن بادبندی نمی شوند که باعث ایجاد لنگر پیچشی در طبقات می شود.

حذف عنصر مقاوم در طبقه همکف,باعث شکل گیری طبقه نرم می شود که حداکثر نیروی برشی را تحمل می کند.موارد ذکر شده تنها با دقت مهندس ناظر قابل پیشگیری می باشد.

اشکالات متعدد در سیستم مهاربندی سازه های فولادی: 1.اتصال عضو بادبند بصورت خارج از مرکز با نصب ورق 2.اتصال در لبه بال ستون و تیر 3.اتصال ورق به تنهایی به ستون و یا تیر 4.ضعف عضو مهاربند 5.ابعاد غیرکافی ورق های اتصال

در برخی از سازه ها طبق نظر مالک, به جای استفاده از عضو مهاربند (دوبل نبشی یا ناودانی) از پروفیل I شکل قدیمی استفاده می کنند. این مقطع جوابگوی شرط لازم لاغری اعضای فشاری نیست. مشکل دیگر: عدم اتصال دو نیمرخ نبشی یا ناودانی با تسمه در طول عضو مهاربندی.

ضعف عضو مهاربند

کوچک بودن ورق اتصال

خسارت لرزه ای وارد بر یک سازه فلزی در بم پس از بریده شدن جوش اتصال عضو مهاربندی

انواع سیستم بادبندی: Bracing (Double) Girder Tee Brace – Double Angle

Girder Brace – Double Angle Gusset Plate Column Tee

Bracing (Single) Girder Brace – Double Angle Column Tee

راستای عضو مهاربند باید از محور ستون بگذرد

زاویه کم مهاربند با افق و در يك راستا نبودن دو تير

کنده شدن مهاربند به دلیل جوش ناکافی اتصال

وصله نامناسب روی مهاربند

مهاربند واگرا در این سیستم باید به : 1.محل اتصال اعضا به تیر 2.ومقاومت تیر دقت شود. معمولا برای ایجاد بازشوی بیشترزاویه مهاربند با افق را زیاد می کنند.

افزایش زاویه با افق منجر به: 1.کاهش راندمان سیستم در برابر بارهای جانبی 2.تحمیل نیروی برشی بزرگتر به تیر پیوند

ستون ها عموما به دلیل سهولت اجرا: استفاده از دو پروفیل بهم چسبیده یا با فاصله به کمک ورق های بست افقی در اجرای ستون در ساختمان های بیشتر از 5 طبقه که نیاز به وصله ستون ها است, وصله ستون در محل مقطع بحرانی , جوش کافی ندارد.

تیرها بسیاری از تیرها در سیستم قاب صلب از مقاطع زوج با ورق تقویتی جان در دو انتها تشکیل شده اند. به دلیل نیروی کششی زیاد در بال ها ناشی از خمش در تیر وجود دارد, باید ورق ها بصورت سراسری و ممتد به بال ها جوش شوند.

مشکل متداول دیگر در تیرها, طول نامناسب است مشکل متداول دیگر در تیرها, طول نامناسب است. رواداری مجاز در محل اتصال تیر به ستون حداکثر 1 سانتی متر است که به علت ضعف اجرایی تا 5 سانتی متر هم می رسد. این موضوع, خروج از محوریت زیاد و لنگر خمشی زیادی به نبشی نشیمن زیر تیر اعمال می کند.

استفاده از تیر لانه زنبوری در سیستم قاب خمشی در مناطق زلزله خیز در راستای بدون بادبندی مناسب نیست.

مقاوم سازی اتصال خمشی تیر به ستون دوبل فولادی با استفاده از صفحات کناری

یکی از نقاط ضعف سازه های فولادی نحوه رایج اتصال گیردار تیر I شکل به ستون دوبل است.که در برابر بار لرزه ای عملکرد مناسبی ندارد. راه حل:استفاده از صفحه کناری است. منظور از صفحات کناری, صفحاتی است که بصورت موازی با جان تیردر دو طرف بال های تیر قرار گرفته اندو از طرفی به بال تیر و از طرفی به ستون جوش می شوند.

در این روش انتهای بال های تیر با ستون در تماس نبوده واز آن بطور کامل جدا است. مکانیزم انتقال ممان در این روش , متمایزاز روشهای متداول است.

مزایای استفاده از صفحه کناری: 1. حذف اتصال مستقیم تیر به ستون 2.عدم نگرانی از ترد شکنی جوش نفوذی اتصال بال تیر به ستون 3.عدم ضعف چشمه اتصال که در اتصالات گیردار رایج است. 4.با حذف انتقال مستقیم نیروی بال تیر به ورق اتصال ستون دوبل,تغییر شکل,پیچیدگی و کمانش ورق پوششی ستون حذف می شود.

اتصالات تیر به ستون دوبل تحت اثر بار نشان می دهد که ,اتصالات جوشی متداول به علت ضعف ورق اتصال, کاملا گیردار نبوده و باید به صورت نیمه گیردار در نظر گرفته شود.

سیستم اتصال تیر به ستون با استفاده از صفحه کناری,باعث تشکیل مفصل پلاستیک درون تیر می شود. این سیستم اتصال در طبقه اتصالات کاملا مقاوم قرار می گیرد. با توجه به مسیر انتقال نیرو, نیروی کششی بال تیر به ورق پوشش ستون دوبل وارد نمی شود و از طریق صفحات کناری به ستون منتقل می شود.لذا تغییر شکل زیاد ورق پوشش ستون دوبل بر اثر کشش مستقیم از بین می رود.

با تشکر از توجه شما