عمران فایل

بررسی انواع اتصالات قاب خمشی فولادی مطابق آیین نامه ها

برای دستیابی به یک سازه فولادی مناسب، لازم است اعضای اصلی سازه نظیر تیر، ستون، انواع مهاربند در ساختمان به نحو مناسبی به یکدیگر متصل شوند تا سازه عملکرد یکپارچه ای داشته باشد. بنابراین بررسی دقیق سیستم سازه ای و عملکرد اتصالات آن، اهمیت بسیار زیادی دارد.

در این مقاله جامع می خواهیم به بررسی انواع اتصالات قاب خمشی در سازه های فولادی بپردازیم. همچنین ضوابط آیین نامه ای آن ها را بیان کنیم و به طور کلی، این سیستم کاربردی را به طور دقیق بررسی کنیم.

فهرست مطالب نوشته:

۱- بررسی انواع اتصالات و قاب ها در سازه های فولادی
۲- بررسی اتصالات تیر به ستون در سیستم قاب خمشی
۳- بررسی الزامات تکمیلی طراحی اتصالات در قاب های خمشی
۱-۳- بررسی اتصال گیردار مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته
۲-۳- بررسی اتصال گیردار فلنجی
۳-۳- بررسی اتصال گیردار پیچی به کمک ورق های روسری و زیرسری
۴-۳- بررسی اتصال گیردار جوشی به کمک ورق های روسری و زیرسری
۵-۳- بررسی اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی
۴- بررسی اتصال پای ستون ها در سیستم قاب خمشی

بررسی انواع اتصالات و قاب ها در سازه های فولادی

انواع اتصالات از لحاظ نوع وسیله اتصال:

۱) پرچ
۲) پیچ
۳) جوش

پرچ ها از قدیمی ترین وسایل برای اتصال هستند و امکان اتصال هر نوع از فولاد توسط پرچ ممکن است. اما امروزه به علت سر و صدای زیاد و نیاز به نیرو انسانی زیاد و نظارت دقیق تر، از این نوع اتصالات استقبال  نمی شود.

 

اتصال پرچ یکی از اتصالات قاب خمشی

نمونه ای از اتصال پرچ

 

پیچ ها از جمله وسایل پرکاربرد در اتصال هستند. پیچ های موجود در بازار به دو صورت تقسیم بندی می شوند:

۱) معمولی
۲) پرمقاومت

البته می توان اتصالات پیچی را به دو صورت اجرا کرد:

۱) اتکایی: عملکرد لغزشی جزئی بین صفحات اتصال دارد و بدنه پیچ با جداره سوراخ در تماس است و تنش های لهیدگی یا اتکایی در ورق ها و پیچ ایجاد می شود. در اجرای این اتصالات، پیچ های معمولی یا پر مقاومت قابل استفاده است.
۲) اصطکاکی: پیچ ها در هنگام اجرای سازه پیش تنیده می شوند تا در اثر اصطکاک زیاد، لغزش بین صفحات اتصال ایجاد نشود. در واقع تنش های اصطکاکی ایجاد شده بین صفحات باعث تحمل نیرو می شود. در اتصالات اعضای باربر جانبی که باید نیروی زلزله را منتقل کنند، الزاما باید از اتصالات اصطکاکی استفاده شود و پیچ- ها همگی پرمقاومت باشند و پیش تنیده شوند.

 

اتصال پیچی یکی از انواع اتصالات قاب خمشی فولادی

نمونه ای از اتصال پیچی

 

جوش برای اتصال اعضای مختلف فولادی استفاده می شود. این اتصال به کمک حرارت و گرما و ذوب شدن موضعی قطعه و یکپارچه کردن مصالح به یکدیگر صورت می گیرد. این نوع اتصالات نسبت به اتصالات پیچی به دلیل استفاده در شرایط مختلف، کاربرد بیشتری دارند. جوش ها به انواع مختلفی دسته بندی می شوند که جوش گوشه و جوش شیاری با نفوذ کامل پرکاربرد ترین اتصالات جوشی هستند.

 

 اتصال جوشی یکی از انواع اتصالات قاب خمشی

نمونه ای از اتصال جوش

 

همان طور که می دانیم به یک اتصال می تواند ۳ نوع نیرو اعمال شود:

۱) فشاری (عمودی)
۲) برشی
۳) لنگر خمشی

بر این اساس، انواع اتصال از لحاظ عملکرد و رفتار ۳ دسته هستند:

۱) اتصال مفصلی ( ساده) (Hinge Connection) : اتصال مفصلی، اتصالی است که تنها برای تحمل بار قائم طراحی می شود و در محل اتصال هیچگونه لنگری وجود ندارد. درصد گیرداری کمتر از ۲۰ درصد است و نیروها از نوع برشی هستند.
۲) اتصال صلب (گیردار یا خمشی) (Rigid Connection) :
اتصال صلب، اتصالی است که علاوه بر تحمل نیروی برشی حاصل از بار قائم، توانایی تحمل لنگر حاصل از بارهای جانبی و قائم را نیز دارد. در این نوع اتصال امکان دوران وجود ندارد و زاویه اجزای متصل شونده قبل از بارگذاری و بعد از بارگذاری ثابت (۹۰ درجه) باقی می- ماند.
۳) اتصال نیمه صلب (نیمه گیردار) (Semi Rigid Connection) :
اتصال نیمه صلب، اتصالی است که لنگر ایجاد شده در این اتصال بین ۲۰ تا ۹۰ درصد باشد (بین اتصال مفصلی و گیردار) و معمولا اجرا و عمومیت کمتری نسبت به بقیه اتصالات دارد.
مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ( طبق بند ۱۰-۲-۹-۱-۲  اتصال ساده و ۱۰-۲-۹-۱-۳  اتصال خمشی (گیردار) )، به تعریف این اتصالات پرداخته است که به شرح زیر است :

 

تعریف اتصال ساده و خمشی در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

 

بنابراین انواع قاب ها براساس نوع اتصال به ۳ دسته زیر تقسیم بندی می شوند :

۱) قاب ساده (اتصالات مفصلی)
۲) قاب خمشی (اتصالات صلب)

۳) قاب دوگانه ( اتصالات نیمه صلب)

در ادامه می خواهیم به بررسی اتصالات در سیستم قاب خمشی بپردازیم :

سیستم قاب خمشی متشکل از تیرها و ستون هایی میباشد که با اتصالات صلب به یکدیگر متصل هستند و قاب را به وجود می آورند و در این سیستم هیچ عناصری مانند دیوار برشی و مهاربند وجود ندارد. بلکه این اتصال صلب بین اعضای آن باعث انتقال لنگر از تیر به ستون می شود که در نتیجه منجر به ایجاد سختی جانبی در این نوع سیستم می گردد و ایجاد سختی جانبی، موجب مقاومت در برابر بار های جانبی می شود.
به عبارت دقیق تر در این سیستم، بارهای ثقلی مشابه سیستم قاب ساختمانی ساده، توسط تیرها و ستون ها تحمل می شود و مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط تیر و ستون و اتصال صلب تامین می گردد.

قاب خمشی از لحاظ جنس مصالح مورد استفاده در ساختمان دو نوع است:

۱) قاب خمشی بتنی
۲) قاب خمشی فولادی

از مزایای سیستم قاب خمشی

۱) به دلیل نداشتن مهاربند و دیوار برشی، آزادی عمل در طراحی معماری بالا است؛ در نتیجه برای ساختمان های اداری بیشتر کاربرد دارد.
۲) انعطاف پذیری و شکل پذیری بالایی دارند.
۳) برای سازه های بلند مرتبه ( تا ۲۵طبقه) مناسب هستند.
۴) هزینه ساخت فونداسیون سازه کاهش می یابد؛ زیرا که قاب های خمشی نیروهای کمتری بر روی فونداسیون نسبت به انواع دیگر سازه ها ایجاد می کنند.

از معایب سیستم قاب خمشی

۱) دریفت (تغییرمکان های جانبی) زیادی دارند.
۲) به دلیل وجود اتصالات صلب، اتصالات سنگین و پیچیده دارد.
۳) استفاده از این سیستم در ساختمانهای کوچک، چندان توجیه اقتصادی ندارد.
۴) هزینه ساخت سازه با این سیستم، به دلیل استفاده از مقاطع سنگین تر در قابهای خمشی، بالاست.
چون در قابهای خمشی، اعضا وظیفه انتقال نیروها و تحمل دریفت جانبی را بر عهده دارند و اتصالات تیر به ستون صلب است. در نتیجه به علت مدت زمان زیاد عملیات جوشکاری و نیاز به نیرو انسانی حرفه ای و دقت زیاد و نیاز به ورق های دوبل در محل اتصالات، هزینه بالایی دارد.
۵) وزن سازه به دلیل استفاده از مقاطع سنگین و وزن بالای اتصالات و پیچیدگی بیش از آنها، بالا است.

 

سیستم قاب خمشی با اتصالات گیردار

نمونه از سیستم قاب خمشی فولادی

 

رفتار قاب های خمشی به میزان استهلاک انرژی بستگی دارد. به طور کلی می توان گفت که این قاب ها از نظر کارکرد و شکل پذیری و میزان استهلاک انرژی به سه گروه دسته بندی می شوند:

۱)  سیستم قاب خمشی معمولی  (Ordinary Moment Frame (OMF
۲) سیستم قاب خمشی متوسط (Intermediate Moment Frame (IMF
۳) سیستم قاب خمشی ویژه (Special Moment Frame (SMF 

در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ( براساس بند ۱۰-۳-۷ الزامات تکمیلی طراحی لرزه ای قاب های خمشی معمولی و بند ۱۰-۳-۸ الزامات تکمیلی طراحی لرزه ای قاب های خمشی متوسط و بند ۹-۳-۱۰ الزامات تکمیلی طراحی لرزه ای قاب های خمشی ویژه)، به تعریف این سیستم ها پرداخته است که به شرح زیر است :

۱) سیستم قاب خمشی معمولی: به قاب خمشی اطلاق میشود که از آنها تغییر شکل های فرا ارتجاعی در برابر نیروی جانبی زلزله نمی رود و به همین دلیل برای طراحی اعضا و اتصالات آنها مقررات تکمیلی محدودی در نظر گرفته شده است.

۲) سیستم قاب خمشی متوسط : به قاب خمشی اطلاق میشود که در برابر نیروهای جانبی زلزله بتواند تغییر شکل های فرا ارتجاعی محدودی را تحمل کند. در طراحی این قاب ها سعی بر آن است که در یک یا دو انتهای تیر، در خارج از محدوده اتصال تیر به ستون، مفصل های پلاستیک تشکیل شوند. مفاصل پلاستیک دارای ظرفیت دورانی به حدی باشند که دوران نظیر تغییر مکان جانبی نسبی طبقه، حداقل به دوصدم رادیان برسد که حدود یک صدم رادیان آن در ناحیه فرا ارتجاعی باشد.

۳) سیستم قاب خمشی ویژه : به قاب خمشی اطلاق میشود که در برابر نیروهای جانبی زلزله بتواند تغییرشکل های فرا ارتجاعی قابل ملاحظه ای را تحمل کند. در طراحی این قاب ها سعی بر آن است که در یک یا دو انتهای تیر، در خارج از محدوده اتصال تیر به ستون، مفصلهای پلاستیک تشکیل شوند و مفاصل پلاستیک دارای ظرفیت متناظر تغییرمکان جانبی نسبی طبقه، حداقل به اندازه چهار صدم رادیکان باشد که حدود سه صدم رادیان آن در ناحیه فرا ارتجاعی است.

 

مقایسه سیستم های قاب خمشی
اتصالات اصلی در سیستم قاب خمشی فولادی دو دسته هستند :


۱) اتصال تیر به ستون
۲) اتصال پای ستون ها

اتصال تیر به ستون در سیستم قاب خمشی فولادی

اتصالات تیر به ستون در قاب های خمشی از نوع صلب می باشد. همان طور که تعریف اتصالات صلب را گفتیم، به طور کلی این اتصالات شامل آن دسته از اتصالاتی میشوند که قابلیت انتقال کامل لنگر بین تیر و ستون را دارا هستند. از آنجایی که عمده لنگر خمشی تیر در بال های آن توسعه مییابد، برای فراهم نمودن یک اتصال خمشی باید به نحو مناسبی بال های تیر به ستون متصل شوند که این اتصال میتواند به صورت مستقیم و با استفاده از جوش نفوذی و یا به صورت غیر مستقیم و توسط  ورق های فوقانی و تحتانی انجام گیرد.

هر چند که در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (در بند ۱۰-۳-۱۳-۱ اتصالات گیردار از پیش تایید شده ) انواع اتصالات گیردار تیر به ستون به شرح زیر ارائه شده است.

 

ضوابط اتصالات گیردار سیستم قاب خمشی در مبحث10 مقررات ملی ساختمان

 

اما اتصالات تیر به ستون در سیستم قاب خمشی معمولی چگونه است؟

همان طور که در جدول مشاهده می کنید در انتخاب اتصالات با توجه به شکل پذیری سیستم قاب خمشی، محدود تر می شود. از آنجایی که سیستم قاب خمشی معمولی شکل پذیری کمتری دارد، در نتیجه شرایط استفاده از آن در آیین نامه ایران محدودیت های بیشتری دارد. اما می توان برای اتصالات آن مانند سیستم قاب خمشی متوسط، همه اتصالات گیردار از پیش تایید شده را انتخاب کرد.

در سیستم های قاب خمشی، طراحی و اجرای این اتصالات گیردار علاوه بر الزامات فصل های ۱۰-۱ و ۱۰-۲ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، باید الزامات و محدودیت های دیگر بندهای آیین نامه نیز رعایت شود که عبارتنداز:

۱) الزامات تکمیلی طراحی اتصالات در قاب های خمشی معمولی و متوسط و ویژه: باتوجه به سیستم مورد استفاده باید الزامات طراحی اتصالات مربوط به آن سیستم رعایت شود.
۲) الزامات عمومی اتصالات گیردار از پیش تایید شده: برای تمام اتصالات گیردار، الزامات مشترکی است.
۳) الزامات اختصاصی اتصالات گیردار از پیش تایید شده: با توجه به کارگیری نوع اتصال گیردار باید الزامات مختص آن رعایت شود.

الزامات تکمیلی طراحی اتصالات در قاب های خمشی معمولی

با توجه به محدودیتهای کاربرد قاب های خمشی معمولی براساس ضوابط موجود در استاندارد، ۲۸۰۰ بنابراین اتصالات در قاب های خمشی معمولی باید حداقل ظرفیت تغییرشکل غیرالاستیک را تامین نمایند و نیاز به انجام تحلیل های اضافی ندارد.
برای اتصال تیر به ستون باید اتصالات بال تیر یا ورق پوششی آن، مستقیما به وجه ستون یا به ورق انتهایی که به ستون پیچ می شود، منحصرا از نوع نفوذی کامل باشد. برای اتصال جان تیر یا ورق اتصال جان به وجه ستون یا ورق انتهایی، استفاده از جوش نفوذی نسبی یا جوش گوشه مجاز است. در این سیستم ها ضرورتی در تامین مهار جانبی در اتصالات و رعایت ضوابط طراحی چشمه اتصال نیست.

بند ۱۰-۳-۷-۲ اتصالات تیر به ستون در قاب خمشی معمولی

ضوابط اتصالات تیر به ستون در مقررات ملی ساختمان

 

الزامات تکمیلی طراحی اتصالات در قاب های خمشی متوسط

به طور کلی آیین نامه در طراحی اعضا و اتصالات این نوع قاب ها الزامات سخت گیرانه تری نسب به قاب های خمشی معمولی منظور کرده است. علاوه بر محدودیت استفاده از نیمرخ های بست دار، محدودیت در مقاطع تیر ها و ستون ها وجود دارد. چرا که به طور کلی می توان گفت در سازه های با شکل پذیری زیاد و متوسط که از آنها انتظار تحمل تغییر شکل های فرا ارتجاعی قابل ملاحظه میرود، برای مقاطع اعضاء، ضوابط سختگیرانه تری در رابطه با کمانش موضعی بال ها و جان اعمال میشود. در نتیجه برای نسبت پهنا یا ارتفاع به ضخامت اجزا در اعضای تحت فشار (یا تحت فشار و خمش)، رعایت اعداد کوچکتری مقرر میگردد.

بند ۱۰-۳-۸-۳ اتصال تیر به ستون در قاب خمشی متوسط

 

ضوابط اتصالات تیر به ستون در مبحث 10 ام

 

شکل زیر نمودار آزاد قسمت میانی تیر با طول Lh و ناحیه ایجاد مفصل پلاستیک تا بر ستون را نشان میدهد.

 

نیروی های وارد بر تیر باربر جانبی در قاب خمشی

نمودار پیکره آزاد تیر های باربر جانبی

 

بند ۱۰-۳-۸-۴ ورق های تقویتی چشمه اتصال (ورق های مضاعف)

در صورتی که جان ستون قادر به تحمل نیروی برشی موجود در چشمه اتصال نباشد باید از ورق های تقویتی (ورق های مضاعف) برای افزایش مقاومت برشی جان ستون، در محل اتصال تیر به ستون استفاده کرد. در این بند، الزاماتی برای ورق های مضاعف شرح داده شده است که به شرح زیر می باشند.

 

ضوابط ورق های مضاعف در مقررات ملی ساختمان

 

۵-۸-۳-۱۰ ورق های پیوستگی

برای جلوگیری از تسلیم موضعی جان ستون در اثر نیروی فشاری و خمش بال ستون در برابر نیروی کششی، لازم است از ورق های پیوستگی استفاده شود. ورق های پیوستگی در داخل ستون و در مقابل بال های تیر یا ورق های فوقانی و تحتانی اتصال تیر به ستون قرار می گیرند.
در شکل زیر چشمه اتصال همراه ورق پیوستگی را مشاهده می کنید.

 

ورق های پیوستگی در قاب خمشی فولادی

چشمه اتصال همراه ورق پیوستگی

 

این ورق ها علاوه بر جلوگیری از خمش موضعی بال در مقابل نیروی متمرکز کششی، تسلیم موضعی جان در مقابل نیروی متمرکز کششی و فشاری، لهیدگی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری، کمانش جانبی جان در مقابل نیروی متمرکز فشاری، باید دارای شرایط زیر هم باشند :

 

شرایط ورق های پیوستگی

 

الزامات تکمیلی طراحی اتصالات در قاب های خمشی ویژه

آئین نامه برای طراحی اعضا و اتصالات این نوع قابها الزامات تکمیلی سختگیرانه تری نسبت به قاب های خمشی متوسط در نظر گرفته است. محدودیت تیرها و ستون ها برای قاب خمشی ویژه فولادی در بیشتر موارد به جز در حداکثر نسبت پهنا به ضخامت مقاطع، مشابه قاب خمشی متوسط فولادی می باشد. در این سیستم، ستون ها نقش به مراتب مهم تری در حفظ پایداری کل سازه دارند. می توان نتیجه گرفت که باید مجموع مقاومت خمشی ستون های وارد شده به یک گره از مجموع مقاومت خمشی تیرهای وارد شده به آن گره بیشتر باشد و آیین نامه شرط ستون قوی-تیر ضعیف را برای این قاب های خمشی ویژه فولادی کنترل میکند تا ستون های سازه دیرتر از تیرها دچار خرابی شوند.

بند ۱۰-۳-۹-۴ اتصال تیر به ستون در قاب خمشی ویژه

کلیه اتصالات تیر به ستون در این قاب ها باید شرایط زیر را داشته باشند :

 

الزامات اتصالات تیر به ستون 

ورق های تقویتی چشمه اتصال (ورق های مضاعف) و ورق های پیوستگی

طبق بند ۱۰-۳-۹-۵ و بند ۱۰-۳-۹-۶ مبحث دهم مقررات ملی، برای سیستم های قاب خمشی ویژه، الزامات طراحی ورق های تقویتی چشمه اتصال (ورق های مضاعف) و ورق های پیوستگی، مشابه الزامات سیستم های قاب خمشی متوسط است.

الزامات عمومی اتصالات گیردار از پیش تأیید شده

طبق بند ۱۰-۳-۱۳-۱ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان تمام اتصالات گیردار باید شرایط زیر را داشته باشند :

 

الزامات عمومی اتصالات گیردار

 

اتصالات گیردار از پیش تایید شده در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان :

 

جدول

 

۱) اتصال گیردار مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته (Reduced Beam Section)(RBS0)

بعد از وقوع زلزله نورتریج آمریکا در سال ۱۰۰۴ و کوبه ژاپن در سال ۱۰۰۵ و آسیب شدید اتصالات گیردار، پژوهشگران به این نقطه پی بردند که دلیل اساسی آسیب های وارده به اتصالات:

ایجاد مفصل پلاستیک در محل اتصال تیر به ستون می باشد.

به همین منظور هدف ما در اتصالات صلب، انتقال مفصل پلاستیک به داخل تیر و به یک فاصله معین از برستون است. به گونه ای که در این اتصالات، دور ساختن مفصل پلاستیک از بر ستون، باعث کاهش تمرکز کرنش به وجود آمده در ناحیه جوش شده و در نتیجه باعث کاهش میزان ترک خوردگی جوش و در نتیجه کاهش شکست ترد در اتصالات می شود.

برای بهبود عملکرد این اتصالات، اتصال با کاهش در مقطع تیر به نام RBS پیشنهاد گردید.

اتصال گیردار کامل تیر با مقطع کاهش یافته به عنوان یک اتصال از پیش تأیید شده تیر به ستون برای استفاده در سازه اسکلت فولادی با قاب خمشی متوسط و ویژه معرفی شده است.

Reduced Beam Section به معنی کاهش مقطع تیر است در این حالت مقطع تیر عمدا کاهش می یابد، در نتیجه حد جاری آن کاهش یافته و مقطع زودتر از نقاط دیگر پلاستیک می شود و این کار سبب می شود مفصل پلاستیک در محلی تشکیل شود که مد نظر ما است.

به عبارتی در نزدیکی بر ستون، قسمتی از بال تیر بریده می شود که باعث ایجاد ناحیه ضعیف شدگی می شود. این بخش بریده شده از بال تیر باعث کاهش سطح مقطع تیر می شود و درنتیجه ظرفیت خمشی تیر نیز کاهش می یابد و این ضعیف شدگی همان اتصال RBS است.

با این عمل مفصل پلاستیک در خارج از ناحیه اتصال تیر به ستون و در محل مقطع کاهش یافته در تیر ایجاد می شود و از شکست در اتصال و جوش بال تیر به ستون جلوگیری می گردد. این نوع اتصال اجرایی شدن مفهوم کنترل خرابی است. در این حالت خرابی در سازه کنترل شده و در محلی که می خواهیم تشکیل می گردد.

اتصال RBS لزوم استفاده از ورق های تقویتی اضافی و الزامات جوش ویژه برای مقاومت در مقابل ظرفیت خمشی مورد انتظار در تیر ( همان حالتی که در اتصال قبل از زلزله نورتریج وجود داشت ) را مرتفع مینماید.

شکل، اندازه و محل RBS در پاسخ اتصال و عملکردش موثر است. اشکال متفاوتی تست شده و در ساخت و سازهای جدید مورد استفاده قرار گرفته است. اتصال RBS از پیش تائید شده از یک برش دایره با شعاع مشخص در هر دو بال بالا و پایین تیر برای کاهش مساحت بال در طول تیر در نزدیکی دو انتهای دهانه تیر استفاده مینماید. جوش بال های تیر به بال ستون از نوع جوش شیاری با نفوذ کامل انجام می گیرد و هیچ تقویتی، به جز فلز جوش، در اتصال بال های تیر به ستون استفاده نمیشود. اتصال جان تیر به بال ستون نیز با جوش های نفوذی با نفوذ کامل ساخته میشود.

معروف ترین شکل اتصال RBS اتصال استخوانی (Dogbone) می باشد که در آن بال های تیر به صورت قوسی از دایره برش یافته و عملکرد بسیار خوبی در مقابله با بارهای لرزه ای نشان داده است.

در این اتصال، بخش هایی از بال تیر باید با استفاده از برش شعله گاز بریده می شود که اجرای آن هزینه بر است. اما طبق آزمایشات، رفتارهای لرزه ای آن بسیار مناسب است. تمامی انتقالات بین مقطع کاهش یافته و بخش بال اصلاح نشده باید در جهت طول بال گرد شده و اثرات دندانه شدن به سبب انتقال ناگهانی جلوگیری شود. خراشیدگی ها یا دندانه ها که در برش حرارتی سطح RBS ممکن است با ساییدن تعمیر شود ( به شرطی که عمقی بیشتر از ۶ میلیمتر نداشته باشد). سطح خراشیده یا دندانه شده باید با سایش به سطح انتقال هموار برسد. اگر یک خراش شدید وجود دارد، باید بعد از ساییدگی، سطح با تست ذرات مغناطیسی (MT) جهت اطمینان از عمق خراش زدوده شده تست شود. 

 

قاب های خمشی متوسط 

در قاب های خمشی متوسط می توان اتصال جان تیر به بال ستون از طریق یک ورق تک پیچ شده به جان تیر نیز صورت گیرد. در این گونه موارد اتصال ورق تک به جان تیر باید از نوع اصطکاکی با سوراخ استاندارد یا سوراخ استاندارد در یکی و سوراخ لوبیایی در امتداد موازی با محور تیر در دیگری و اتصال آن به بال ستون از نوع نفوذی یا جوش گوشه دو طرفه باشد.

الزاماتی که باید برای این اتصال رعایت کرد ( براساس بند ۲-۱۳-۳-۱۲مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ) به شرح زیر است :

 

الزامات اتصال گیردار

 

۲) اتصال گیردار فلنجی بدون استفاده از ورق لچکی(Bolted Unstiffened Extended End Plate) (BUEEP)
اتصال گیردار فلنجی چهار یا هشت پیچی با استفاده از ورق لچکی
(Bolted Stiffened Extended End Plate) (BSEEP)

در این نوع اتصال، ابتدا یک ورق کاملاً به بال ها و جان تیر جوش داده می شود (پهنای این ورق بزرگتر از بال تیر متصل شونده و طول آن نیز بزرگتر از کل ارتفاع تیر می با شد). سپس بر روی صفحه انتهایی سوراخ هایی تعبیه می شود و این تیرهای جوش شده به ورق انتهایی در کارخانه و به صورت پیش ساخته تولید گردیده و سپس به کارگاه ساختمانی انتقال پیدا میکنند. در کارگاه ساختمانی توسط پیچ های پر مقاومت این تیر به بال ستون متصل میشود.

منظور از فلنج همان ورق انتهایی جوش شده به تیر می باشد که سوراخ کاری شده و ارتفاع آن از ارتفاع تیر بیشتر است. در این اتصال دو قطعه توسط فلنج به همدیگر متصل می شوند.

این نوع اتصال قادر است نیروهای برشی و لنگر خمشی را از تیر به ستون منتقل نماید، بنابراین در دسته ی اتصالات صلب محسوب می شود.

انواع اتصالات فلنجی تیر به ستون بر اساس استفاده از ورق های لچکی:

۱) اتصال گیردار تیر به ستون از طریق ورق انتهایی با سخت کننده BUEEP
۲) اتصال گیردار تیر به ستون از طریق ورق انتهایی بدون سخت کننده BSEEP

انواع اتصالات فلنجی تیر به ستون بر اساس تعداد پیچ:

۱) اتصال چهارپیچه برای مقادیر کم لنگر خمشی
۲) اتصال هشت پیچه برای مقادیر بزرگ لنگر خمشی

افزایش میزان لنگر انتهای تیر، باعث می شود تعداد پیچهای مورد نیاز افزایش یابد و همچنین سخت کننده هایی برای اتصال فلنجی طراحی میشوند.

اتصالات گیردار فلنجی به سه روش قابل اجراست و هر سه حالت در قاب خمشی متوسط و ویژه کاربرد دارد.

 

اتصالات گیردار فلنجی

 

 

ورق های لچکی :

۱) ورق های لچکی در امتداد جان تیر و در وسط ورق انتهایی تعبیه می شوند.

۲) ورق های لچکی در روی بال تیر و نیز در انتهای ورق انتهایی باید حدودا ۲۵ میلی متر برش عمودی داشته و سپس به صورت مورب بریده شوند.

۳) ضخامت ورق های لچکی نیز نباید از ضخامت جان مقطع تیر کمتر باشد.

جوش اتصال تیر و ورق لچکی به ورق انتهایی:

۱) اتصال بال تیر به ورق انتهایی باید از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل باشد و در وجه داخلی بال تیر با جوش گوشه با ضخامت حداقل ۸ میلی متر تقویت می شود.
۲) اتصال جان تیر به ورق انتهایی باید از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل با شد و اگر ضخامت جان مقطع تیر کوچکتر و مساوی یک سانتی متر باشد، استفاده از جوش گوشه دوطرفه نیز مجاز است.
۳) اتصال لچکی ها (در صورت استفاده) به ورق انتهایی باید از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل باشد و در شرایطی که ضخامت لچکی ها کوچکتر و مساوی یک سانتی متر باشد می توان از جوش گوشه دو طرفه هم استفاده کرد.

 

انواع اتصالات قاب خمشی

اتصال فلنجی هشت پیچی با استفاده از ورق لچکی

 

الزاماتی که باید برای این اتصال رعایت کرد ( براساس بند ۱۰-۳-۱۳-۳ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ) به شرح زیر است :

 

الزامات اتصال فلنجی در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

 

۳) اتصال گیردار پیچی به کمک ورق های روسری و زیرسری (Bolted Flange Plate) (BFP)

یکی از راه های تقویت کردن اتصال در بر ستون، اتصال پیچی ورق های روسری و زیرسری روی بال تیر باشد.

این نوع اتصال یکی از انواع اتصالات گیردار از پیش تأیید شده در مبحث دهم می باشد که در قاب های خمشی متوسط و ویژه کاربرد دارد.

در این اتصال با کمک ورق های فوقانی و تحتانی، محل اتصال تیر به ستون تقویت شده و در نتیجه محل تشکیل مفصل پلاستیک از بر ستون دور می شود. این ورق های فوقانی و تحتانی با استفاده از جوش شیاری با نفوذ کامل در کارخانه به بال ستون متصل می شوند و سپس در کارگاه، این ورق ها با کمک پیچ های پر مقاومت به بال تیر متصل می شوند.

پیچ ها در دو ردیف به صورت قرینه حول محور تیر چیده می شوند. برای اتصال جان ستون از ورق تکی جان استفاده می شود. این ورق با استفاده از پیچ به جان تیر با سوراخ های لوبیایی کوتاه افقی و با ا ستفاده از جوش شیاری و یا جوش گوشه دو طرفه به بال ستون متصل می شود. آنجایی که ورق تکی جان، ورق های روسری و زیرسری در کارخانه به بال ستون جوش می شوند، به منظور اجرای آسان تر اتصال، مطابق مبحث دهم می توان از ورق های پرکننده به ضخامت مجموعا ۶ میلیمتر بین ورق های اتصال و بال تیر استفاده کرد. تعبیه سوراخ های دسترسی نیز برای انجام جوشکاری در انتهای تیر مجاز نمی باشد.

 

اتصال پیچی

اتصال پیچی به کمک ورق های روسری و زیرسری

 

الزاماتی که باید برای این اتصال رعایت کرد ( براساس بند ۱۰-۳-۱۳-۴ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ) به شرح زیر است :

 

الزامات اتصال پیچشی

 

۴) اتصال گیردار جوشی به کمک ورق های روسری و زیرسری(Welded Flange Plate) (WFP)

امروزه در کشورمان، یکی از محبوب ترین نوع اتصال در سازه های فولادی می باشد و از قدیم اجرا می شد. علت این محبوبیت، سهولت اجرایی، شناخت کارفرمایان و پیمانکاران از نحوه اجرا و عدم نیاز به سوراخ کاری در ورق به منظور ایجاد سوراخ دسترسی برای جوشکاری می باشد. این اتصال تنها اتصال گیردار از پیش تایید شده در مبحث دهم است که در آیین نامه AISC آمریکا وجود ندارد. محدوده کاربرد آن در سازه های با قاب خمشی متوسط می باشد.

در طراحی سازه های فولادی فرض بر این است که تقدم شکل گیری مفاصل پلا ستیک در تیرها باشد، اما تلاش بر این است که ایجاد مفاصل خارج از ناحیه اتصال باشد. برای دستیابی به این موضوع با استفاده از ورق های زیرسری و روسری، ضخامت بال در ناحیه اتصال افزایش یافته و با افزایش سختی، مفصل پلاستیک به نقاط با سختی کمتر هدایت می شود.

عبارت Welded Flange Plate به معنای اتصال جوشی ورق به بال است. این اتصال مشابه اتصال BFP می باشد، با این تفاوت که اتصال ورق های روسری و زیر سری به بال تیر، بجای پیچ با جوش صورت میگیرد.

اجزای تشکیل دهنده اتصال:

تمامی اتصالات موجود دارای اجزایی هستند که به کمک آن می توانند تلاش های ایجاد در یک المان خمشی مانند تیر را انتقال دهند. در اتصالات خمشی گیردار، تلاش های خمشی و برشی قابلیت انتقال دارند. بنابراین بدیهی است که اتصالات خمشی بایستی برای این تلاش های ایجاد شده طراحی گردند.

اتصال WFPاز سه جزء تشکیل شده است:

۱) ورق رو سری
۲) ورق زیر سری
۳) ورق نبشی جان

در صورت نیاز، ورق پیوستگی و مضاعف نیز در جان ستون و بخش چشمه اتصال مورد استفاده قرار می گیرد.

در این اتصال ، تیر باید روی ورق نشیمن نشسته و ورق نشیمن باید از تیر عریض تر باشد تا بتوان راحت تر جوشکاری شود و بعد جوش لازم فراهم شود. برای اینکه عملیات جوشکاری ورق روسری با تیر کامل صورت گرفته باشد، به ورق روسری یک شکل خاصی(مشابه سر گاو) می دهند (به طوری که عرض ورق در محل اتصال به ستون افزایش می یابد) تا هم بعد جوش منا سب و هم طول جوش لازم ایجاد شود. به دلیل
شکل این ورق روسری در اتصالات صلب یا گیردار کامل فلزی، معمولابه این اتصال، کله گاوی هم گفته می شود.

وظیفه ورق های رو سری و زیر سری چیست؟

برای اینکه تیر بتواند لنگر خمشی ای که به آن وارد می شود را تحمل کند و به ستون انتقال دهد.

در واقع لنگر خمشی وارده بر تیر به صورت یک کوپل نیروی کششی به این ورق ها وارد میشود و این ورق های فوقانی و تحتانی باید با جوش مناسب به بال های بالا و پایین تیر، این نیرو را تحمل کنند. به طوری که ورق تحتانی تنش فشاری و ورق فوقانی نیز تنش کششی را تحمل کند. در این اتصال، جوش ورق های روسری و زیرسری به بال ستون باید از نوع جوش شیاری با نفوذ کامل و در اتصال به بال های تیر باید از نوع جوش گوشه باشد.

یکی از نکات اجرایی این ورق ها این است که هنگام نصب و اجرای ورق های فوقانی و تحتانی برای راحتی در اجرای نصب تیر روی ورق زیر سری و همچنین راحتی دوران تیر در زمان تغییر شکل محل اتصال، یک فاصله ۱تا ۲ سانتی متری بین تیر و ستون باید لحاظ شود (اصطلاحا به این فاصله باد خور می گویند).

وظیفه نبشی جان تیر چیست؟

نبشی جان برای تحمل و انتقال نیروی برشی وارده بر جان تیر در قسمت اتصال و جلوگیری از کمانش موضعی استفاده می شود. نبشی از یک سمت به جان تیر با جوش گوشه جوش داده می شود و از سمت دیگر با جوش گوشه یا جوش شیاری با نفوذ کامل به بال ستون متصل می شود. این جوش ها باید برای حمل نیروی برشی وارده بر اتصال طراحی شوند. با طراحی جوش مورد نیاز می توان نبشی مورد نیاز را برای اتصالمشخص کرد.

ویرایش جدید مبحث دهم مقررات ملی ساختمان بیان می کند کلیه جوش های به کار رفته در اتصالات باید از طریق آزمایش های غیر مخرب نظیر رادیوگرافی و اولتراسونیک تایید شود.

در سازه های قاب خمشی متو سط، با توجه به اینکه آیین نامه الزام می کند که از آزمایش های غیر مخرب با حساسیت بالا استفاده شود، می توان به جای سرپهن کردن ورق روسری (کله گاوی) از مقطع یکنواخت (مستطیلی) بهره برد.

 اتصال جوشی

جزئیات اتصال جوشی به کمک ورق های روسری و زیرسری

 

الزاماتی که باید برای این اتصال رعایت کرد ( براساس بند ۱۰-۳-۱۳-۵ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ) به شرح زیر است :

 

الزامات اتصال جوشی

 

۵) اتصال گیردار تقویت نشده جوشی (Welded Unreinforced Flange Welded Web) (WUF-W)

این اتصال، یک اتصال صلب از پیش تائید شده است که به صورت تمام جوشی بوده، به صورتی که بال تیر و جان تیر به صورت مستقیم به بال ستون، با استفاده از جوش متصل میشود. این اتصال در قاب های خمشی متوسط و ویژه قابل استفاده است.

در اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی، مفصل پلاستیک از بال ستون دور نمی شود و تنها اتصال از پیش تایید شده ای است که محل تشکیل مفصل پلاستیک آن در بر ستون است. در عوض، با استفاده از ویژگی های طراحی و دقیق که در نظر گرفته شده، اتصالی برای کنترل شکست است.

در اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی لنگر خمشی انتهای تیر به صورت کامل به ستون منتقل می گردد و زاویه چرخش بین تیر و ستون در محل اتصال ثابت باقی می ماند. به منظور کنترل گسیختگی اتصال، تمهیداتی در جوشهای اتصال بال های تیر به ستون و نیز جوشهای اتصال جان تیر به بال ستون و نیز شکل سوراخ های دسترسی جوش، در نظر گرفته شده است.

اتصال بال های تیر به بال ستون از طریق جوش نفوذی با نفوذ کامل انجام می شود. برای اجرای با کیفیت اتصال بال های تیر به بال های ستون، در دو انتهای تیر سوراخ های دسترسی در بالا و پایین جان تیر برای انجام جوش نفوذی در نظر گرفته می شود.

جان تیر به طور مستقیم از دو طریق به بال ستون متصل می شود به این صورت که یک ورق، با ضخامت حداقل ضخامت جان مقطع تیر، به بال ستون جوش می- شود و سپس با جوش گوشه یا جوش نفوذی کامل به جان تیر متصل می شود. اتصال ورق تکی، سختی را به اتصال جان تیر اضافه کرده، استرس را به سمت اتصال جان کشانده و دور از اتصالات بال های تیر به بال ستون میکند. صفحه تکی به عنوان پشت بند برای جوش شیاری اتصال بال تیر به بال ستون است. ضخامت ورق تکی جان باید حداقل برابر ضخامت جان مقطع تیر باشد.

بنابراین در این نوع اتصالات، انتقال برش نیز از طریق دو عامل صورت می گیرد:

۱) اتصال مستقیم جان تیر به بال ستون (از نوع جوش نفوذی با نفوذ کامل)
۲) اتصال ورق تکی جان به بال ستون (از طریق جوش نفوذی با نفوذ کامل یا جوش گوشه)

اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی برای تیرهای تا ارتفاع ۱۰۰۰ میلیمتر در عمق، تا وزن ۲۲۳ کیلوگرم بر متر و تا ضخامت بال تیر ۲۵ میلیمتر دارای محدودیت است .

اتصال WUF-W را برای پروژه های بزرگ استفاده می کنند. اما نکته بسیار مهم رعایت جزئیات این اتصال است که اجرای آن را کمی دشوارتر می کند.

 

اتصال WUF-W

جزئیات اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی

 

الزاماتی که باید برای این اتصال رعایت کرد ( براساس بند ۶-۱۳-۳-۱۲مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ) به شرح زیر است :

 

الزامات اتصال گیردار تقویت نشده جوشی

 

اتصال پای ستون ها در سیستم قاب خمشی فولادی

به صورت کلی دو شرط اساسی در طراحی اتصال پای ستون همواره باید برقرار باشد:

۱) نیروی فشاری موجود در مقطع ستون باید به وسیله ورق کف ستون در شالوده گسترش پیدا کند تا تنش فشاری کمتر از مقادیر مجاز اعلام شده در آیین نامه- ها گردد.
۲) ورق کف ستون و ستون کاملاً به بتن شالوده مهار شود.

جزئیات اتصال ستون فلزی به شالوده بتنی، به نیروی موجود در پای ستون بستگی دارد. اتصالات پای ستون نیز مانند سایر اتصالات هم صلب و هم مفصلی دارند. در ستون با انتهای مفصلی فقط نیروی محوری و نیروی برشی از ستون به شالوده منتقل میشوند. اگر علاوه بر آن بخواهیم لنگر خمشی را به شالوده منتقل کند، در آن صورت، نیاز به طرح اتصال مناسب برای این کار خواهد داشت که اتصال گیردار خوانده میشود. در اتصال صلب از سخت کننده و در اتصال مفصلی از نبشی ها و لچکی ها استفاده میشود. اتصال صلب را در جهتی میگذارند که ممان دارند و اتصال مفصلی را نیز در جهتی میگذارند که ممان ندارند. جوش اتصال پای ستون نیز باید شرایط دو اتصال صلب و مفصلی را تامین کند.

صفحه ستون تا زمانی که اقدام به گروت ریزی نشده است، اتصالش به فونداسیون به وسیله بولت ها، به صورت مفصلی می باشد که برای صلب نمودن ستون ها باید گروت ریزی انجام گردد.

انتهای ستون با ورق کف ستون باید کاملا در تماس باشد، در غیر اینصورت، جوش و نبشی های اتصال باید بتوانند صد در صد نیروی محوری را انتقال دهند.

در اسکلت فلزی با قاب خمشی معمولا از اتصال صلب استفاده می شود، یعنی بعد از شاقول نمودن ستون ها و مهار آنها، پای ستون بوسیله بتن سخت یا گروت صلب می شود.

 

اتصال گیردار - اتصال مفصلی

اتصالات پای ستون

 

اتصال مفصلی

جزئیات اتصال مفصلی ستون به ورق پای ستون

 

 

اتصال گیردار

جزئیات اتصال گیردار ستون به ورق پای ستون

 

 

دلیل استفاده از ورقهای سخت کننده در اتصال گیردار پای ستون

۱) گاهی اوقات به منظور کم کردن ضخامت ورق کف ستون، از ورق های سخت کننده ی مثلثی یا ذوزنقه ای در اتصال گیردار پای ستون استفاده میشود. در شکل زیر نمونه ی اتصال گیردار پای ستون با ورق سخت کننده، آورده شده است.
۲) اجرای ناصحیح جوش در درون گوشه ی مهاربند منجر به جدا شدن مهاربند از ستون در اثر نیروی ناشی از زلزله می شود.
۳) اتصال نامناسب ورق اتصال مهاربند به ستون، ناکافی بودن طول جوش و ابعاد ورق اتصال، منجر به گسیختگی مهاربند از محل اتصال می شود.

 

ورق سخت کننده

اتصال گیردار پای ستون با ورق سخت کننده

جوش اتصال پای ستون نیز باید شرایط اتصال صلب را تامین کند، چراکه گیرداری کامل، عواملی همچون سختی خمشی فونداسیون، آرایش بولت ها و اتصالات را فراهم می نماید.

اتصال صلب، باعث افزایش درجه نامعینی سازه می شود و در نتیجه شکل پذیری سازه هم زیاد شده، اما لنگر زیادی به پی منتقل می شود که ممکن است نیاز به پی گسترده باشد.

جمع بندی

به طور کلی در اتصال، سه بحث پیش می آید :

۱) طراحی
۲) اجرا
۳) هزینه

در نتیجه، اتصالی مورد استقبال قرار می گیرد که اجرای ساده تر و ورق های پرت کمتری به وجود آورد و عملیات جوشکاری آن به سهولت انجام گیرد و هزینه کمتری داشته باشد.

در بحث طراحی اتصال نیز با توجه به سیستم به کار رفته در سازه، این اتصال را محدود نکند.

در کشور ما، اتصال تیر به ستون با استفاده از اتصال جوشی ورق زیرسری و روسری و یا اتصال فلنجی از جمله اتصالات رایج در اجرای قابهای خمشی است.

اتصال جوشی ورق زیرسری و روسری که به اتصال کله گاوی معروف است یکی از محبوب ترین نوع اتصالات در سازه های فولادی می باشد که از قدیم در کشورمان اجرا می شد. علت این محبوبیت، سهولت اجرایی، شناخت کارفرمایان و پیمانکاران از نحوه اجرا و عدم نیاز به سوراخ کاری در ورق به منظور ایجاد سوراخ دسترسی برای جو شکاری می باشد. اما از عیب های این اتصال این است که نمی توان در سازه های با سیستم قاب خمشی ویژه استفاده کرد که برای پروژه های متناسب با سیستم قاب خمشی متوسط و معمولی مناسب تر است.

از آنجایی که در مناطق سرد سیر عملیات جوشکاری ممنوع است. همین عامل یکی از مزایای اتصال فلنجی است. علاوه بر آن این اتصال برای سازه های با قاب خمشی ویژه مناسب است. از دیگر مزایای این اتصال  می توان به زمان نصب پایین و شاقول بودن قاب و کاهش استفاده از ورق در ساخت مقاطع و پرت آهن آلات و عدم نیاز به فضای کار اشکاره کرد. اما به دلیل کمبود نیروی حرفه ای برای اتصال پیچی، معمولا اتصالات جوشی انجام می شود. از دیگر معایب آن عبارتند از اجرای غلط و نامناسب سوراخ ها، عدم رعایت میزان پیش تنیدگی در پیچ ها و عدم انطباق آن ها هنگام اجرا و نصب.

بنابراین از بین اتصالات گیردار بدون نیاز به پیچ، سه اتصال، اتصال مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته و اتصال جوشی به کمک ورق های روسری و زیرسری و اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی در اختیار طراح قرار دارد. برخی از طراحان، استفاده از اتصال مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته را به دلیل پرت ورق چندان مناسب نمی دانند و اتصال جوشی به کمک ورق های روسری و زیرسری نیز در قاب های خمشی ویژه ممنوع است. بنابراین اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی را برای پروژه های بزرگ استفاده می کنند. اما نکته بسیار مهم رعایت جزئیات این اتصال است که اجرای آن را کمی دشوارتر می کند که نیاز به نیروی حرفه ای است.

منابع

  1. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، طرح و اجرای ساختمان های فولادی، ویرایش ۱۳۹۲
  2. آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله ، استاندارد ،۲۸۰۰ ویرایش چهارم
  3. آیین نامه AISC 360-10
  4. آیین نامه AISC 341-10
  5. آیین نامه AISC 358-10
  6. ضوابط اتصالات انواع قاب خمشی فولادی سبزسازه

 

طاهره محمدپور

    نوشته‌های مرتبط

    قوانین ارسال دیدگاه

    • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
    • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
    • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
    دیدگاه‌ها

    *
    *

    0