مقایسه اسکلت فلزی پیچ و مهره ای و اسکلت فلزی با اتصال جوشی
مقایسه اسکلت فلزی پیچ و مهره ای وسازه فلزی با اتصال جوشی
مقدمه: سازه اسکلت فلزی مجموعه ای از اجزاء سازه ایست که بوسیله اتصالات به یکدیگر پیوند یافته اند. اتصالات اگر صحیح طراحی نگردند بصورت حلقه های ضعیف این پیوند در آمده، ایمنی وخدمت دهی ساختمان را دچار مخاطره میسازند، محاسبه وطرح جزئیات یک اتصال اگرازطرح اعضای اصلی ساختمان مهم تر نباشد لااقل در همان درجه اهمیت قراردارد.هر سازه فلزی ترکیبی ازاعضای جدا ازهم میباشد که این اعضا باید به طریق مناسبی به یکدیگرمتصل شوند.
روش های مرسوم اتصالات در سازه های فلزی
- اتصالات سازه های فلزی پیچ و مهره ای
- اتصالات پرچی
- اتصالات جوشی
استفاده از پرچ در ایالات متحده در سال ۱۹۵۱ با انتشار دستورالعمل کیمته تحقیقاتی پیچ وپرچ که در آن طرح جایگزینی پیچ ومهره به جای پرچ داده شده بود رفته رفته منسوخ وبرداشته شد. ازجمله عوامل کنارگذاری پرچ رشد تکنولوژِی جوشکاری و همچنین پروسه پر دردسر، تخصصی وزمان بر تولید تا اجرا میباشد. با این وجود ضوابط مربوط به ساخت واجرای اتصالات پرچی کنار گذاشته نشده وهنوز توسط آئین نامه AICS ارائه میشود. شاید بتوان علت آنرا وجود اتصالات پرچی در گوشه و کنار دنیا وشناخت وتحلیل آنها برای ارزشیابی مقاومت وترمیم این نوع اتصالات دانست که میتوان به برج ایفل فرانسه، پربازدید ترین سازه جهان که نیمی از اتصالات ۵/۲ میلیونی آن پرچ می باشد اشاره کرد. به هر روی از میان انواع روش های اتصال در سازه های فلزی همواره اعتماد وتکیه فنی ومهندسی بر اتصالات پیچ ومهره ای در سازهای فلزی بوده وطبق گزارشات بعمل آمده بیشترین خسارات در سازه های فلزی در هنگام زلزله مربوط به سازهای فلزی جوشی میباشد.از اینرو اتصالات حساس مانند جوش شیاری نفوذی گیردار تیر به ستون در محل کارخانه، ونصب اجزاء پیش ساخته سازه فلزی به وسیله پیچ ومهره صورت پذیرد. از این جهت علاوه برتسریع اجرای پروژه، کیفیت اتصالات اسکلت فلزی پیچ و مهره ای نیز بهبود چشمگیری می یابد.
در این نوشتارضمن بررسی محاسن ومعایب اتصالات پیچ ومهره ای، انواع پیچ ها وعملکرد آنها در اسکلت فلزی پیچ و مهره ای ، توصیه به استفاده از اتصال پیچی برای اتصالات قطعات فلزی می شود.
اتصالات در سازه های فلزی
- انواع اتصالات تیر به ستون
- انواع اتصالات پای ستون
- اتصال دو تیرآهن به هم و تولید ستون یا تیر دوبل
- اتصالات بادبندها به ستون وتیرها
اتصالات یاد شده با توجه به نوع صلبیت به روش های مختلف به یکدیگر اتصال یافته وتشکیل یک قطعه مجزا ودر مرتبه بالاتر تشکیل اجزاء متعدد و واحد می دهند.که ضمن حفظ یکپارچگی سازه فلزی بتواند وظایف خود را در کشش، خمشش، برش وانتقال نیرو انجام دهد.
انواع روش های اتصالات در اسکلت فلزی پیچ و مهره ای
- اتصال ساده ( مفصلی ): این اتصال تنها نیروهای قائم را تحمل میکند وانتظار نمی رود در محل اتصال هیچگونه برشی باشد.
انوع اتصالات ساده عبارتنداز:
- اتصال نبشی جان : اتصال ساده تیر فرعی ویا اصلی به ستون به وسیه ج.ش ویا پیچ
- اتصال با نبشی نشیمن ( تقویت نشده ): این اتصال ازاز طریق نبشی هایی به عنوان نشستگاهی انعطاف پذیر برای نبشی پایدار می باشد فقط جنبه اجرایی دارد وطراحی خاصی ندارد
- اتصال ساده با نشیمن سخت شده ( براکت ): وقتی که واکنش تکیه گاهی از حد قابل قبول برای نشیمن ساده تجاوز نماید، استفاده از از نشیمن های تقویت شده مورد توجه قرار می گیرد.
- اتصال نیم صلب ( نیم گیردار): در صورتی که لنگر در اتصال بین ۲۰ تا ۹۰ درصد باشد اتصال نیم صلب طراحی می شود که عموما اجرا وعمومیت کمتری را در بر دارد.
- اتصال صلب
انواع اتصالات صلب
۳-۱ اتصال بال تیر به ستون به صورت مستقیم
۳-۲ اتصال با ورق فوقانی وتحتانی
۳-۳ اتصال فلنجی ( مقاومت بسیار بالا در زلزله )
اتصال سازه فلزی با پیچ و مهره
تعریف پیچ: میله استوانه فلزی یا غیر فلزی که روی محیط آن دندانه ایجاد شده است.
گام پیچ: به فاصله دو دندانه متوالی گام پیچ گویند.
پیچ ها به عنوان یک وسیله اتصال مناسب در ساخت و اجرای سازه های فولادی ( اسکلت فلزی پیچ و مهره ای ) بسیار رایج و متداول هستند.ازجمله مزایای استفاده ازپیچ در سازه های فلزی پیچ و مهره ای می توان به عدم ایجاد تنش های پسماند مشابه اتصالات جوشی، امکان باز نمودن سازه و استفاده مجدد، عدم نیاز به کارگرماهر، محدودیت درتامین وسایل وتجهیزات جوشکاری وبی سرو صدا بودن هنگام نصب واجرا اشاره کرد.اما مشکل عمده در اجرای سازه های فولادی با اتصالات پیچی اجرای نامناسب سوراخ ها وعدم رعایت میزان نیروی پیش تنیدگی می باشد.
با توجه به میزان مقاومت نهایی کششی مصالح پیچ، پیچ ها به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
تنش نهایی برای پیچ های معمولی درمحدوده تا قرار میگیرد.
نکته : استفاده از پیچ های معمولی تنها در اتصالات اتکایی اسکلت فلزی پیچ و مهره ای مجاز می باشد.
تنش نهایی برای پیچ های پرمقاومت درمحدوده تا قرار میگیرد.
نکته: استفاده از پیچ های پرمقاومت در اتصالات اتکایی واصطکاکی مجاز می باشد.
تذکر۱: دراستاندارد DIN آلمان طبقه بندی پیچ ها با یک عدد اعشاری که در سر پیچ حک شده، مشخص می گردد. در این حالت عدد قبل از اعشار معرف (تنش نهایی پیچ)بوه وحاصلضرب یک دهم عدد بعدازاعشاردرعدد قبل ازاعشار (تنش حد تسلیم پیچ) می باشد. هر دوی این اعداد برحسب نوشته می شوند.
تذکر۲: درصورتی که دریک اتصال نیاز به نیروی پیش تنیدگی باشد لزوما باید از پیچ های پرمقاومت استفاده شود.
تذکر۳: درمناطق زلزله خیز به منظوراستفاده ازاتصالات پیچی لرزه گیر، باید ازپیچ های پرمقاومت همراه با پیش تنیدگی استفاده نمود. به عبارت دیگر در این مناطق، تمامی اتصالات از نوع اصطکاکی و پیچ هاهمگی پرمقاومت و پیش تنیده می باشند. این اتصالات باید با حداقل بار پیش تنیدگی، پیش تنیده شوند. سوراخ ها نیز باید استاندارد باشند.
انواع سوراخ های مورد استفاده در اتصالات پیچی
انواع سوراخ های مورد استفاده در اتصالات پیچی عبارتند از:
- سوراخ استاندارد: این سوراخ در اتصالات اتکایی و اصطکاکی کاربرد دارد و حداکثر قطر سوراخ در آن عبارت است از:
D’= D+2mm D ≤ ۳۰mm
D = D+3mm D > 22mm
D’: قطر سوراخ D: قطر پیچ
- سوراخ لوبیایی کوتاه: این سوراخ در تمامی حالت های اتصالات اصطکاکی و همچنین اتصال اتکایی در حالت عمود بر امتداد نیرو مجاز است.
- سوراخ لوبیایی بلند: این سوراخ دراتصالات اتکایی در امتداد عمود بر نیرو مجاز بوده و دراتصالات اصطکاکی تنها در یکی از ورق های اتصال درامتداد دلخواه می تواند وجود داشته باشد.
استفاده از جوش در اتصالات
نوعی دیگر از اتصال جوش است که بسیار مرسوم میباشد. شاید بهترین مزیت آن نسبت به اتصال پیچ و مهره ای طراحی با مفاهیم ساده برای اتصال میباشد. بهترین نمود آن ساخت تیر ورق با سطح مقطع I میباشد. که باید با استفاده از نبشی، پرچ ویا پیچ ومهره و واشر بال ها را به جان متصل کرد، در صورتیکه توسط جوش این تیر ورق به سادگی قابل ساخت است.
از طرف دیگر معایب جوشکاری شامل:
- کنترل و بازرسی جوش که زمان بر و پر هزینه میباشد.
- نیاز به استاد کار ماهر
- ضریب بالای ایمنی جوش فقط در کارخانه وکارگاه میسر میباشد.
- مشخصات فنی، کیفی وبعد جوش باید مطابق با نقشه باشد که موجب سختی کار برای اجرا میباشد.
عواملی که در کیفیت اتصالات جوشی موثرند
دستیابی به اتصال جوشی مناسب ورضایت بخش، احتیاج به روند سازمان یافته دارد که از طراحی اتصال وانتخاب روش جوشکاری شروع شده و با انجام عملیات جوشکاری و بازرسی آن پایان می یابد. طرح سازه باید از عوامل موثر در کیفیت جوشکاری مطلع بوده وآن ها را در طرح اتصالات خود به کار گیرد.
برای حصول جوش خوب باید پنج عامل زیر برآورده شود:
- روش جوشکاری ( Process selection )
- آماده سازی درز Preparation ))
- دستورالعمل جوشکاری ( Procedure)
- پرسنل ( Personnel )
- بازرسی وتایید جوش ( Prove )
به مجموعه دستورالعمل های فوق، قانون پنجP گویند.
مزایای ساخت اسکلت فلزی پیچ و مهره ای نسبت به اسکلت فلزی جوشی
- سرعت اجرا: نسبت به سازه فلزی جوشی بالاتر میباشد.
- سرعت نصب: باتوجه به حذف جوش و جایگذاری ساده قطعات در محل نصب واتصال ساده پیچ و مهره که نیاز به مهارت خاصی ندارد. سرعت نصب اسکلت فلزی پیچ ومهره ای نسبت به دیگر سازها بالاتراست.
- کیفیت ساخت: باتوجه به ساخت قطعات در محل کارخانه تحت نظارت وبازرسی دقیق نسبت به سازه های فلزی جوشی که درمحل ساخته ونصب میشود بسیار بالاتر است.
- پرت مصالح: درسازه های فلزی جوشی به دلیل سادگی اتصالات طراح با افزایش ضخامت، ابعاد مقطع وجوشکاری میتواند مقاومت سازه فلزی را افزایش دهد. در حالی که در اسکلت فلزی پیچ و مهره ای باتوجه به مانور بیشتر در طراحی، میتوان ازاتصالات خرپایی بیشتروطبعا از ابعاد و ضخامت سطح مقطع کاست.
- ایمنی وپایداری سازه: اسکلت فلزی پیچ و مهره ای مقاومت بهتری در مقابل زلزله ازخود نسب به دیگر اتصالات در سازه فلزی نشان میدهند.
- هزینه کمتر: با توجه به بازبودن دست طراح درکم کردن ضخامت وابعاد قطعات، باتوجه به اتصالات خرپایی و پیچیده بیشتر، میتوان انتظار داشت هزینه سازه های فلزی پیچ ومهره ای نسبت به جوشی پائین باشد.
- عدم نیاز به فضای کار: قابلت اجرا در شلوغ ترین وکم حجم ترین موقعیت ها فراهم است.
- رواج جهانی: در امریکا واروپا تقریبا تمام سازه ها، پیچ ومهره ای هستند. مگر درشرایط خاص وکم اهمیت بودن سازه که به صورت جوشی اجرا میشود.
- امکان استفاده در مدیریت حوادث: با توجه به نصب و برپایی ساده آن، امکان جمع وجابه جایی آن درمواقع حوادث مانند سیل وآتش سوزی نیزمیسراست.
جلوگیری از خوردگی:
میتوان انتظار داشت مشخصات خوردگی هر نوع فولاد بدون در نظر گرفتن خواص فیریکی وشیمایی ونحوه تولید فولاد، بستگی به درجه رطوبت وآلودگی شیمیایی آب و هوا و تناوب خشکی وتر شدن سطح فولاد بستگی داشته باشد.
در صنعت راهکارهایی برای افزایش مقاومت خوردگی ابداع گردیده که در زیر به برخی از آنها اشاره میشود.
- تولید فولاد پر مقاومت کم آلیاژ
- تولید فولاد با استفاده ازآلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی مانند مس
- استفاده از پوشش های رنگ آمیزی صنعتی وگالوانیزه کردن
انوع عملکرد اتصالات پیچی:
انواع اتصال های پیچی اسکلت فلزی پیچ و مهره ای : به طور کلی دو عملکرد در اتصالات پیچی میتوان متصور شد که عبارتند از: اتصال اتکایی . اتصال اصطکاکی
عملکرد اتصال اتکایی: در عملکرد اتکایی، پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار میگیرد و مهره بسته می شود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد می شود، قطعات اتصال لغزش پیدا میکند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه های اتصال وارد می شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ میگردد. این اتصال تنها برای حالت بارگذاری ثقلی می باشد و در طرح لرزه ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این اتصال هیچ نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد نمی شود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله کارگر کفایت میکند.
عملکرد اتصال اصطکاکی: هنگامی که پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار میگیرد، علاوه بر مهره باید از واشر نیز استفاده نمود. باید توجه شود که واشر مصرفی در اتصال اصطکاکی نباید ازنوع واشر فنری باشد. براساس مبحث دهم در طراحی لرزه ای تنها باید از این عملکرد طراحی در اتصال استفاده شود. به عبارتی دیگر، در طراحی همه ی اتصالات قاب های خمشی وقاب های دوگانه ونیر اتصالات بادبندی و وصله ی ستون های باربر جانبی در قاب های ساده باید از این نوع عملکرد استفاده نمود. در این نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستین پیچ، باید به مقداری که در طراحی مشخص شده است، نیروی پیش تنیدگی نیر در پیچ ایجاد شود.
.jpg?uselang=fa)