اتصالات,

  • شرح انواع اتصلات در ساختمان های فولادی

    در سازه های فولادی، نحوه اتصال تیر به تیر و تیر به ستون از اهمیت زیادی برخوردار است و بر حسب نوع قاب ( قاب خمشی، قاب ساختمانی ساده،....) طراحی اتصالات نیز متفاوت خواهد بود. مثلا اگر قاب ما، قاب ساختمانی ساده باشد، آنگاه اتصالات هیچ لنگری را تحمل نکرده و فقط می توانند نیرو منتقل کنند (مانند نیروی برشی). به این نوع از اتصال، اتصال مفصلی گویند و معمولا در سمتی که بادبند وجود دارد اتصلات مفصلی هستند. حالا ما باید نوعی اتصال تعریف کنیم که بتواند نیروی برشی تیر را در محل اتصال، به ستون منتقل کند. 

    1- اتصال ساده تیر با نبشی جان:این نوع اتصال، ابتدایی ترین و ضعیف ترین نوع اتصال ساده برای پیوند بین تیر و ستون ( یا بین تیر و تیری دیگر) است. این اتصال به هیچ وجه قادر به انتقال ممان نمی باشد. شکل زیر، (شکل A و شکل B)  دو نمای مختلف از اتصال یک تیر به ستون را نشان می دهد. در نقشه های سازه، علاوه بر نشان دادن تصویری از انواع اتصالات موجود ( که از طراحی بدست آمده)، باید جدولی مبنی بر اینکه چه سایز هایی از تیر، قرار است با این نوع از اتصال، به ستون جوش شوند نیز ارائه شود. جزئیات مربوط به طول جوش و بعد جوش گوشه نیز باید در این جدول لحاظ شود. درشکل A ، شما مقطع یک تیر را مشاهده می کنید که با دو عدد نبشی، از هر دو سمت، به بال ستون جوش شده است. اما در شکل B، نمای جانبی تیر را می بینید که توسط نبشی، با جوش گوشه دور تادور، ، به بال ستون متصل شده است. اطلاعات طول جوش و بعد جوش برای هر نبشی بر حسب سایز تیر ( تک IPE یا دوبل IPE) مورد نظر را می توان با استفاده از راهنمای اتصالات در ساختمان های فولادی ( تدوین: دفتر مقررات ملی ساختمان)، بدست آورد. شما فقط با داشتن سایز تیر و دانستن نوع اتصال ( مفصلی، گیردار، نیمه گیردار)، می توانید از فصل 5 این کتاب برای تعیین مشخصات نبشی مورد نیاز در اتصال ساده با نبشی جان، استفاده کنید، البته باید نسبت مقدار طول تیر به ارتفاع آن از عدد 15 بیشتر باشد تا بتوان از جداول فصل 5 برای تعیین مشخصات دوبل نبشی مورد نیاز برای اتصال این تیر به ستون یا تیری دیگر استفاده کنید. 

    برای مثال، اگر تیری به طول 4 متر ( 400 سانتی متر) و ارتفاع 18 سانتی متر ( تک IPE180 ) را برای یک دهانه در نظر گرفتید،  15 < 22.2 = 400/18  پس می توان از جداول برای تعیین ابعاد نبشی مورد نیاز و طول لازم جوشکاری و حداقل بعد جوش استفاده نمود. 

     

     

     

     

     2- اتصال ساده تیر با نشیمن انعطاف پذیر (تقویت نشده): گاهی اوقات ممکن نیروی برشی ایجاد شده در تیر به دلیل باری که تحمل می کند، مقدار بیشتری داشته باشد و نتوان فقط با استفاده از دوبل نبشی جان، این نیروی برشی را از تیر به ستون منتقل نمود. در این شرایط، باید از نوع دیگری از اتصال ساده استفاده نمود که نسبت به دوبل نبشی جان، قدرت بیشتری برای انتقال برش های بزرگتر دارد. نام این نوع از اتصال، اتصال ساده تیر با نشیمن انعطاف پذیر است که مانند اتصال قبلی، فقط نیرو تحمل می کند. معمولا وقتی برش با دوبل نبشی جان جواب ندهد، علاوه بر جوش دادن نبشی ها ( یک بال نبشی به جان تیر و بال دیگر آن به ستون جوش می شود)، از یک نبشی دیگری نیز استفاده می شود که باعث بالا رفتن قدرت انتقال برش از تیر به ستون خواهد شد. در نشیمن انعطاف پذیر، این نبشی، مانند نشیمن گاهی برای تیر است. در شکل زیر می توانید این نوع از اتصال را مشاهده کنید. در اجرا، ابتدا این نبشی زیرین ( یا نشیمن) را از یک سمت بال آن، به ستون جوش می دهند و سپس تیر را روی آن جانمایی کرده و با استفاده از جوش سر بالا، بال دیگر نبشی نشیمن گاه را به بال تیر متصل می کنند و بر حسب نیاز و نظر طراح، می توان از دوبل نبشی نیزاستفاده کرد. اما در شکل نیز، اتصال صرفا یک اتصال نشیمن انعطاف پذیر است و هیچ جوشکاری از قسمت جان تیر انجام نشده است. برای عمکرد بهتر این نوع اتصال، در بالای تیر نیز از یک نبشی اسمی استفاده می شود که محاسباتی نبوده و فقط نقش حفظ تعادل تیر را بع عهده دارد. 

      

    3- اتصال ساده با نشیمن تقویت شده: در این نوع اتصال نیز هیچ لنگری منتقل نمی شود اما این نوع اتصال از نظر انتقال برش، بیشترین ظرفیت را دارد و زمانی که نیروی برشی تیر آنقدر زیاد باشد که نتوان از  اتصال شماره 1 و شماره 2 که در بالا به آنها اشاره شد، جواب گرفت، آنگاه برای انتقال برش از تیر به ستون از این نوع اتصال استفاد می شود. همانطوری که در شکل زیر می بینید، این بار، بر خلاف اشکال مربوط به دو نوع اتصال شرح داده شده در بالا، تیر ما یک IPE تک نیست، بلکه یک دوبل IPE می باشد. در اتصال تقویت شده نیز یک نبشی اسمی در بالا جوش می شود اما در قسمت تحتانی بجای نبشی، از استیفنر یا سخت کننده استفاده می شود و چون دوبل IPE داریم،پس باید در امتداد هرکدام از جان تیر ها، سخت کننده جوش داده شود. در شکل زیر، دو نمای مختلف از اجزای اتصال ساده با نشیمن تقویت شده را می توان دید. در شکل اول (از سمت چپ)، مقطع یک تیر ( بصورت دوبل IPE) از بالا با یک نبشی اسمی و از پایین با دو عدد لچکی که در امتداد جان تیر جا نمایی شده اند، دیده می شود. البته باید به این نکته توجه شود که سخت کننده ها ( لچکی ها)، مستقیما به بال تیر جوش نمی شوند بلکه به ورقی که ابعاد آن در جدول مشخص است ( L4) جوش داده می شوند. در این مثال، دو نوع تیر ( Beam-1 و Beam-2) با اتصال ساده نشیمن نقویت شده وجود دارد که ما در نقشه های سازه پس از نشان دادن پارامترهای لازم در شکل، در یک جدول، همه مشخصات را ارائه نمودیم. حال اگر در سازه، تعداد بیشتری تیر با اتصال تقویت شده وجود داشت، آنگاه جداول زیر ردیف های بیشتری پیدا می کرد. 

    فصل 6 از کتاب راهنمای اتصالات در ساختمان های فولادی، به جزئیات اتصالات، طول جوش و بعد جوش مربوط به نشمین انعطاف پذیر و نشیمن تقویت شده پرداخته است.

     

     

     

     4- اتصال گیردار تیر به ستون:این نوع اتصال مختص قاب های خمشی بوده و  این اتصال، علاوه بر انتقال نیروها ( محوری، برشی)، قابلیت انتقال لنگر را نیز دارد. در این نوع از اتصال، از دو ورق، یکی در بالا و دیگری در پایین استفاده می شود تا ظرفیت خمشی لازم بمنظور انتقال لنگر از تیر به ستون، تامین شود. اگر لنگر مثبت باشد، ورق بالایی به کشش و ورق پایینی در فشار قرار می گیرد. این شرایط با تغییر در جهت لنگر وارده، تغییر می کند، یعنی ورق بالا در فشار و ورق پایین در کشش خواهد بود. اصطلاحا این اتصال گیردار با نشیمن سخت شده را اتصال گله گاوی می نامند زیرا ورق بالایی، در سمتی که به تیر می رسد، اندکی پهن می شود و شکل سر گاو را بخود می گیرد. ورق ها در بالا و پایین، با جوش گوشه به بال تیر متصل می شود. در پهنای ورق پایینی تغییری ایجاد نمی شود. معمولا در این نوع اتصالات مقدار نیروی برشی بالا است پس باید برای انتقال برش نیز اجزای مناسب بکار گرفته شود. گفته شد که نقش ورق بالا و پایین، بیشتر در انتقال لنگر است  اما برش چگونه باید از تیر به ستون انتقال یابد؟ اگر مقدار برشی که می خواهد از تیر به ستون انتقال یابد اندک باشد، آنگاه نیازی به دوبل نبشی یا نبشی نشیمن نیست چون ورق پایینی نقش همان نشیمن تقویت شده را دارد. اما اگر برش زیاد باشد، باید از سخت کننده استفاده شود و معمولا هم از لچکی یا سخت کننده استفاده می شود. و نام اتصال زیر اتصال گیردار با نشیمن سخت کننده است و لچکی روی ورق زیرین جوش می شود. 

     

    شکل شماره  1 اتصال گیردار را از بالا نشان می دهد. بطوری که می توان ورق گله گاوی ( ورق روسری) را مشاهده نمود. شکل شماره 2، جزئیات طول جوش و بعد جوش را در ورق زیر سری نشان می دهد. بمانند اینکه از زیر، به اتصال تیر یه ستون نگاه کنیم. ستون ما در اینجا یک باکس است که از داخل، در جاهایی که در امتداد ورق زیر و روسری قرار می گیرد، سخت کننده در داخل آن جوش شده است. طول جوش سخت کننده که در داخل ستون می باشد و فقط در پلان اتصال تیر به ستون قابل مشاهده است، L4 می باشد. در شکل شماره 1، برش A-A به ترتیبی که در زیر نشان داده می شود قابل رویت است. مسلما وقتی ورق روسری (گله گاوی) در اتصال گیردار داریم، دیگر استفاده از نبشب اسمی درست نیست. ورق بالا و پایین لنگر  و درصدی از برش را تحمل می کنند اما بیشتر برش توسط دوبل نبشی جان و سخت کننده پایینی ( لچکی که در برش B-B دیده می شود) از تیر به ستون منتقل می شود. در اینجا،تیر ما  در واقع تیر ورق است که با علامت TR نشان داده می شود. همه D ها نشانه جوش گوشه هستند که در جداول زیر، بعد آنها بر حسب سایز تیر ورق ارائه شده است. L نیز نماد طول جوش است. T  نماد جوش شیاری، و P برای سخت کننده ها استفاده شده است ( منظور هم سخت کننده داخل ستون و هم سخت کننده موجود در زیر ورق پایینی یا زیر سری است).