پاشنه آشیل سازه فولادی، اتصالات آن است. اگر این اتصالات بهصورت اصولی و صحیح اجرا نشوند، مقاومت سازه فولادی در برابر نیروهای وارده به شدت کاهش یافته و ممکن است با یک زلزله کوچک، ویران شود. در این مقاله، با انواع اتصالات تیرآهن و انواع تنش در اتصالات تیرآهن آشنا می‌شوید. آشنایی با نحوه صحیح اجرای اتصالات در سازههای فلزی مثل اجرای اتصالات تیرآهن از نوع پیچی، به شما کمک می‌کند تا ایمنی سازه‌تان را بالا ببرید.
1. اتصالات در سازههای فولادی چیست و به چه منظوری انجام میشود؟
معمولاً اتصالات در سازه بتنی همانند سازه فلزی چندان پیچیده نیست و همه‌چیز به نحوه اتصال میلگردها به یکدیگر در بتن بستگی دارد؛ اما در سازه فلزی، مادهای همانند بتن وجود ندارد که بتواند تمام مقاطع فولادی را درون خود بهصورت پیوسته نگه دارد و به همین دلیل باید از چندین نوع اتصال برای نگهداشتن اعضای مختلف سازه بهصورت مؤثر در کنار یکدیگر، استفاده نمود.
تیر، ستون و بادبند، از اعضای ثابت یک سازه فلزی هستند که در محل تلاقی، باید به یکدیگر متصل شوند و اتصال صحیح آن‌ها به یکدیگر در این محل، تضمین‌کننده استحکام سازه است. این اتصالات باید بتوانند انواع نیروهای قائم و جانبی را تحمل کرده و آن‌ها را در کل سازه تقسیم کنند. در صورتی که به دنبال تحمل نیروهای وارده کمترین میزان تغییر در اعضا ایجاد شود، سازه فلزی سرپا خواهد ماند.
یکی از مرغوب‌ترین تیرآهن‌های موجود در بازار که سازههای فلزی زیادی با آن ساخته میشود، تیرآهن ظفر بناب است.
نوع اتصالات تیرآهن و کاربرد آن‌ها، به نوع سازه فلزی بستگی دارد، این که سازه تمام فلزی باشد یا این که در ساخت آن ترکیبی از بتن مسلح و فولاد به کار رود. به همین دلیل، ابتدا باید با انواع سازه فولادی آشنا شوید:
2. چند نوع سازه فولادی وجود دارد؟
سازه تمام فولادی با فونداسیون بتنی، تنها شکل موجود از سازه فولادی نیست. در سال‌های اخیر استفاده از سازه‌هایی که در ساخت آن‌ها از ترکیبی از بتن مسلح و تیرآهن استفاده شده و به آن‌ها سازههای مختلف می‌گویند، باب شده و دارای مزایایی مثل کاهش هزینه، افزایش سرعت ساخت، افزایش جذب انرژی سازه، کاهش وزن سازه و امکان استفاده از انواع مهاربندی در سیستم باربر جانبی است. در ادامه، انواع سازه فلزی معرفی شده است:
سازه مختلط با تیرآهن و ستون بتنی
در این نوع سازه، ستون‌های اصلی توسط بتن آرمه ساخته می‌شوند و تیرآهن‌ها در نقش تیر، در داخل ستون بتنی به یکدیگر متصل می‌شوند. در حال حاضر، در مورد رفتار اعضای مختلف چنین سازه‌ای، ابهامات زیادی وجود دارد. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد این سازه، شناخت تفاوت تیرآهن هاش سنگین و سبک و شناخت سایر انواع تیرآهن، «راهنمای خرید تیرآهن» را مطالعه کنید.
سازه ترکیبی با مقاطع فولادی مختلف
در این نوع سازه نیز از ترکیب بتن و فولاد استفاده میشود، اما ممکن است در ساخت ستون و تیر از مقاطع فولادی مختلف استفاده شود. در ساخت ستون‌های این سازه، قوطی صنعتی به کار می‌رود که داخل آن را با بتن و مقاطع فولادی دیگر مثل میلگرد و تیرآهن پرکرده‌اند. دلیل این کار، عدم استحکام لازم قوطی صنعتی توخالی برای اجرا در ساختمان‌های بلندمرتبه است.
سازه دارای چند طبقه بتنی و چند طبقه فولادی
این سازه در ساخت مراکز تجاری بزرگ که دارای چند طبقه پارکینگ در زیر زمین هستند، کاربرد دارد. بخشی از سازه که پایین‌تر از سطح زمین است و باید فشار خاک اطراف را تحمل کند، از بتن مسلح ساخته میشود. آن بخش از سازه که بالای سطح زمین قرار دارد، از تیرآهن ساخته شده و روی سازه بتنی زیرین، سوار میشود. اتصال صحیح در این نوع سازه اهمیت زیادی دارد، چرا که باید بتواند نیروهای طبقات فوقانی را به خوبی به طبقات تحتانی منتقل کند.
سازه مختلط با هسته بتنی مرکزی
در مرکز این سازه، یک یا چند ستون بتنی عرض وجود دارد که سایر اجزای سازه مثل تیرآهن، در اطراف آن روی یکدیگر سوار می‌شوند. هدف از ساخت چنین سازه‌ای، انتقال بخش بزرگی از نیروهای جانبی سازه به هسته بتنی است. اتصال بین تیرآهن و هسته بتنی در این سازه، اهمیت زیادی دارد.
انتخاب هر کدام از سازههای بالا، به قیمت تیرآهن بستگی دارد که قیمت این مقطع فولادی نیز از قیمت روز آهن آلات تأثیر می‌پذیرد.
3. با انواع اتصالات تیرآهن در سازههای فولادی آشنا شوید.
2 نوع دستهبندی برای اتصالات تیرآهن در انواع سازه فولادی، وجود دارد که در ادامه با هر 2 نوع دستهبندی، زیرشاخه‌های هر کدام، انواع تنش در اتصالات تیرآهن در این دسته‌بندی‌ها و تأثیر آن‌ها در محاسبه تنش مجاز در فولاد ، آشنا خواهید شد. لازم به ذکر است که تفاوت تیرآهن IPb و IPE مورد استفاده، تأثیری در نوع اتصال ندارد.
انواع اتصالات بر اساس شرایط چشمه اتصال
این دستهبندی به انواع اتصالات تیر به ستون مربوط میشود، که دارای 2 نوع است:
1. اتصال تیر روی ستون
در این نوع اتصال، در داخل ستون مجموعه‌ای از مقاطع فولادی، اعم از میلگرد، پلیت و پروفیل وجود دارد که تیر روی قسمت بیرونی آن نصب شده یا اندکی وارد آن میشود. برای نصب تیر روی ستون می‌توان 2 نبشی را در کناره‌ها یا بالا و پایین قسمت انتهایی تیرآهن، پیچ کرد و سپس آن‌ها را به خود ستون پیچ نمود. همچنین می‌توان از ورق سیاه نیز به جای نبشی استفاده کرد. یکی دیگر از روش‌ها در این نوع اتصال، پوشاندن دور تا دور ستون در محل اتصال به وسیله ورق سیاه بهصورت غلاف و سپس اتصال تیرآهن روی آن توسط گل‌میخ است.
2. اتصال تیر داخل ستون
در این نوع اتصال، تیر بهصورت پیوسته از داخل ستون عبور می‌کند و هیچ نوع اتصال پیچی یا جوشی روی آن وجود ندارد. البته ممکن است چشمه محل اتصال، محل تلاقی دو تیرآهن باشد که قطعاً یکی از آن‌ها برش خورده و به تیر دیگر توسط جوش یا پیچ، متصل میشود.
انواع اتصالات گیردار و اتصالات مفصلی
میزان یا درجه گیرداری اتصال با میزان لنگر انتقال یافته در اتصال ارتباط مستقیم دارد. این نوع دستهبندی اتصال، دارای 3 زیرشاخه است:
1. اتصال گیردار
اتصال گیردار، اتصالی کاملاً صلب است. به این معنی که در انواع اتصالات صلب در اتصالات تیر به ستون ، اعضای متصل شده به یکدیگر اجازه حرکت در هیچ‌یک از محورهای X، Y و Z را ندارند و تنها ممان لنگر در آن‌ها ایجاد میشود. در اتصال گیردار از ورق و نبشی برای اتصال تیر به ستون استفاده می‌کنند. این اتصال می‌تواند بهصورت فلنجی یا با استفاده از ورق گیردار انجام شود.
2. اتصال نیمه گیردار
اتصال نیمه گیردار، متداول‌ترین اتصال در سازههای فولادی است. در این نوع اتصال علاوه بر نیروهای محوری، لنگر خمشی نیز به اعضای اتصال وارد میشود. در صورتی که اتصال نیمه گیرداری به خوبی عمل نکرده و بار سازه را بهصورت کامل به ستون منتقل نکند، عملکرد آن به عنوان سیستم باربر جانبی تضعیف میشود. این نوع اتصال بیشتر در مناطق با خطر لرزه‌خیزی پایین، به کار می‌رود.
3. اتصالات مفصلی
اتصال مفصلی تنها در دو محور X و Y مانع حرکت تیرآهن میشود. این نوع اتصال ممان یا لنگر را منتقل نکرده و می‌توان از آن به عنوان سیستم باربر جانبی در سازههای کوتاه استفاده نمود. برای ایجاد اتصال مفصلی بالا و پایین تیرآهن را به وسیله جوش یا پیچ و با کمک نبشی و ورق، به ستون متصل می‌کنند.
آشنایی با انواع اتصالات تیرآهن و به خصوص اتصالات تیرآهن از نوع پیچی، به شما کمک می‌کند تا هنگام بازرسی سازه فولادی، به عیوب آن سریع‌تر پی ببرید و آن‌ها را رفع کنید، چرا که در صورت ایجاد تنش در اتصالات تیرآهن، سازه شما استحکام چندانی نخواهد داشت.