وبسایت رسمی شرکت میهن فولاد
۱۴۰۳ ۱۲ ۱۲
۰ دیدگاه
21 دقیقه
نویسنده: کیمیا حسینی
اهمیت اتصالات سازه‌های فولادی
کاربرد اتصالات فولادی در سازه‌ها
تقسیم‌بندی انواع اتصالات فولادی
انواع اتصالات فولادی براساس ابزار
انواع اتصالات سازه‌های فولادی براساس توزیع نیروهای داخلی
انواع اتصالات سازه‌های فولادی بر اساس المان‌های سازنده
انواع اتصالات سازه‌های فولادی بر اساس عضوهای متصل شونده
انواع اتصالات سازه‌های فولادی بر اساس روش اجرا
سوالات متداول
مطلب مفیدی بود
چاپ مطلب
اشتراک گذاری مطلب
اتصالات فولادی، وظیفه انتقال بارها و نیروهای وارده بین اعضای مختلف سازه، مانند تیرها، ستون‌ها و بادبندها را بر عهده دارند. در واقع، اتصالات به عنوان نقاط اتصال اعضای سازه، رفتار کلی سیستم را تحت تأثیر قرار می‌دهند. انواع مختلفی از اتصالات فولادی وجود دارد که هر کدام ویژگی‌ها و کاربردهای خاص خود را دارند. انتخاب نوع اتصال بر اساس عواملی مانند نوع و مقدار بار، شرایط محیطی و ملاحظات اقتصادی صورت می‌گیرد. طراحی اتصالات باید مطابق با مقررات و استانداردهای مربوطه انجام شود تا از ایمنی و عملکرد سازه اطمینان حاصل گردد. در این مقاله، به بررسی اتصالات سازه‌های فولادی خواهیم پرداخت. با میهن فولاد همراه باشید.
اهمیت اتصالات فولادی در سازه‌ها را نمی‌توان نادیده گرفت. این اجزای کوچک، نقشی زیادی در رفتار کلی سازه دارند. در واقع، اتصالات، پل ارتباطی بین اعضای مختلف سازه هستند و بارها را بین آن‌ها توزیع می‌کنند. تصور کنید یک زنجیر را؛ هر چقدر هم که حلقه‌های آن مقاوم باشند، اگر اتصالات بین آن‌ها ضعیف باشد، کل زنجیر از هم گسیخته خواهد شد. به همین ترتیب، در سازه‌های فولادی، حتی اگر تیرها و ستون‌ها از جنس فولاد با مقاومت بالا ساخته شده باشند، اتصالات ضعیف می‌توانند باعث فروپاشی کل سازه شوند.
علاوه‌بر انتقال بار، اتصالات فولادی بر رفتار سازه تحت بارهای دینامیکی مانند زلزله نیز تاثیر گذارند. یک اتصال خوب طراحی شده می‌تواند انرژی زلزله را جذب کرده و از تخریب سازه جلوگیری کند. در مقابل، اتصالات ضعیف می‌توانند باعث تمرکز تنش و بروز شکست سازه شوند.
هزینه اتصالات فولادی نیز بخش قابل توجهی از هزینه‌های ساخت سازه‌ها را تشکیل می‌دهد. با این حال، صرفه‌جویی در هزینه اتصالات می‌تواند در دراز مدت باعث هزینه‌های بسیار بیشتری برای تعمیر و یا حتی بازسازی سازه شود. بنابراین، یک طراحی بهینه باید بین هزینه و عملکرد اتصالات تعادل برقرار کند.
کاربردهای اتصالات فولادی در سازه‌ها بسیار متنوع هستند. برخی از مهمترین کاربردهای این اتصالات شامل:
در سازه‌های بلند و با ظرفیت باربری بالا، اغلب از قطعات پیش‌ساخته فولادی استفاده می‌شود. اتصالات فولادی در این موارد، نقش یکپارچه‌سازی این قطعات و ایجاد اعضای مستحکم و پیوسته را بر عهده دارند. برای مثال، برای ساخت یک ستون با طول زیاد، می‌توان از چندین قطعه کوتاه‌تر استفاده کرد و آن‌ها را با استفاده از اتصالات مناسب به یکدیگر متصل نمود.
در سازه‌هایی مانند پل‌ها و سقف‌های با دهانه بلند، به دلیل محدودیت‌های حمل و نقل، قطعات سازه در طول‌های استاندارد تولید می‌شوند. اتصالات فولادی در این موارد، امکان اتصال این قطعات به یکدیگر و ایجاد دهانه‌های بلند را فراهم می‌کنند. طراحی صحیح اتصالات در این گونه سازه‌ها، اهمیت زیادی دارد؛ زیرا باید بتوانند بارهای سنگین و نیروهای ناشی از دهانه بلند را تحمل کنند.
همچنین، اتصالات فولادی نقش مهمی در اتصال اعضای مختلف سازه به یکدیگر در نقاط انتهایی دارند. برای مثال، اتصال تیرهای فرعی به تیر اصلی، اتصال ستون به فونداسیون و اتصال بادبندها به سازه، همگی با استفاده از اتصالات مناسب انجام می‌شود. نوع و طراحی اتصال در این موارد بستگی به نوع عضو، مقدار بار و شرایط محیطی دارد.
با استفاده از اتصالات فولادی مناسب، می‌توان سیستم‌های مهاربندی و دیوارهای برشی را به سازه متصل کرد و پایداری آن را در برابر این بارها افزایش داد.
در برخی موارد، از اتصالات برای تعمیر و تقویت سازه‌های فولادی موجود استفاده می‌شود. برای مثال، در صورت آسیب دیدن یک عضو سازه، می‌توان با استفاده از اتصالات مناسب، آن را تعمیر و یا با اضافه کردن قطعات تقویتی، مقاومت آن را افزایش داد.
دسته‌بندی‌های مختلف اتصالات فولادی عبارتند از:
این دسته‌بندی، اتصالات فولادی را بر اساس نوع ابزار مورد استفاده برای اتصال اعضا به یکدیگر تفکیک می‌کند. آیا از پیچ استفاده شده یا جوش؟ یا شاید از پرچ، که امروزه کمتر رایج است؟! هر کدام از این روش‌ها، ویژگی‌ها و مزایای خاص خود را دارند. به عنوان مثال، اتصالات پیچی قابلیت باز و بسته شدن دارند، در حالی که اتصالات جوشی یک اتصال دائم ایجاد می‌کنند.
تقسیم‌بندی بر اساس توزیع نیروهای داخلی، به نحوه توزیع نیروها در اتصال می‌پردازد. آیا اتصال، نیروها را به‌صورت یکنواخت بین اعضا توزیع می‌کند یا تنش در نقاط خاصی متمرکز می‌شود؟ اتصالات گیردار، نیمه‌گیردار و مفصلی، نمونه‌هایی از این دسته‌بندی هستند.
این دسته‌بندی، اتصالات فولادی را بر اساس نوع المان‌های مورد استفاده در ساخت آن‌ها تفکیک می‌کند. آیا از ورق‌های اتصال، نبشی، تسمه یا قطعات فولادی خاص استفاده شده است؟ هر کدام از این المان‌ها، ویژگی‌های مکانیکی و رفتار متفاوتی دارند.
تقسیم‌بندی بر اساس اعضای متصل شونده، به نوع اعضایی که به یکدیگر متصل می‌شوند می‌پردازد. آیا اتصال بین تیر و ستون است، یا بین ستون و فونداسیون؟ یا شاید اتصال بین دو تیر؟ هر کدام از این اتصالات فولادی، طراحی و جزئیات اجرایی خاص خود را دارند.
این دسته‌بندی، اتصالات فولادی را بر اساس محل اجرای آن‌ها تفکیک می‌کند. آیا اتصال در کارخانه ساخته و سپس به محل پروژه منتقل می‌شود یا به صورت مستقیم در محل پروژه اجرا می‌شود؟ اتصالات کارخانه‌ای معمولاً دارای کیفیت بالاتری هستند، در حالی که اتصالات میدانی انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی و اجرا دارند.
یکی از روش‌های رایج دسته‌بندی اتصالات فولادی، بر اساس ابزار اتصال است. در گذشته، پرچ‌ها به عنوان ابزار اصلی اتصال استفاده می‌شدند، اما در حال حاضر، جوش و پیچ جایگاه بهتری در صنعت ساخت و ساز پیدا کرده‌اند.
اتصالات پیچی، به دلیل سرعت اجرا و سهولت بازرسی، بسیار پرکاربرد هستند. همچنین، این اتصالات فولادی قابلیت باز و بسته شدن را دارند که در مواردی که نیاز به دمونتاژ سازه باشد، بسیار مناسب است. با این حال، اتصالات پیچی ممکن است در برابر خوردگی آسیب‌پذیر باشند و نیاز به نگهداری داشته باشند.
جوشکاری، روش دیگری برای اتصال اعضای فولادی است که یک اتصال دائم و مستحکم ایجاد می‌کند. اتصالات جوشی در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله مقاومت خوبی دارند. اما فرآیند جوشکاری نیازمند نیروی متخصص و کنترل کیفیت دقیق است تا از ایجاد عیوب جوش جلوگیری شود.
پرچ‌ها، اگرچه امروزه کمتر استفاده می‌شوند، اما هنوز هم در برخی سازه‌های خاص کاربرد دارند. اتصالات پرچی بسیار مستحکم هستند و می‌توانند بارهای سنگینی را تحمل کنند. اما فرآیند پرچ‌کاری نسبت به جوش و پیچ زمان‌بر و پر هزینه است.
اتصالات پرچی، گرچه اکنون کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما بخشی از تاریخ سازه‌های فولادی را تشکیل می‌دهند.ویژگی‌های این اتصالات فولادی شامل:
میخ پرچ از سه بخش اصلی تشکیل شده است: کلاهک، تنه (یا شنک) و دم. تنه میخ پرچ معمولاً به‌صورت توخالی و از جنس فولاد کربنی یا انواع فولاد با مقاومت کششی بالا ساخته می‌شود. کلاهک و دم نیز نقش مهمی در فرآیند پرچ‌کاری دارند.
پرچ‌کاری یک فرآیند نسبتاً پیچیده است که نیازمند دقت و مهارت زیادی است. در این فرآیند، میخ پرچ داغ شده و از سوراخ‌های ایجاد شده در قطعات فولادی عبور داده می‌شود. سپس، با استفاده از دستگاه پرچ، دم میخ پرچ فشرده شده و یک اتصال محکم ایجاد می‌شود.
اتصالات فولادی پرچی دارای مقاومت بالایی در برابر بارهای استاتیکی هستند. همچنین، این اتصالات در زمان خود، نسبت به سایر روش‌های اتصال، از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار بودند.
با وجود مزایای ذکر شده، اتصالات پرچی دارای معایبی نیز هستند که باعث منسوخ شدن آن‌ها شده است. از جمله این معایب می‌توان به هزینه بالا، نیاز به نیروی کار متخصص، مصرف انرژی زیاد، مقاومت پایین در برابر بارهای دینامیکی و دشواری باز کردن اتصالات اشاره کرد.
با وجود منسوخ شدن اتصالات پرچی در سازه‌های جدید، هنوز هم می‌توان این اتصالات فولادی را در سازه‌های قدیمی مشاهده کرد.
اتصالات پیچی، به دلیل سادگی، سرعت اجرا و عملکرد مناسب، به عنوان یکی از پرکاربردترین روش‌های اتصال در سازه‌های فولادی شناخته می‌شوند. ویژگی‌های این نوع اتصالات فولادی عبارتند از:
در اتصالات پیچی از انواع مختلفی از پیچ‌ها استفاده می‌شود که از جمله آن‌ها می‌توان به پیچ‌های معمولی (A307)، پیچ‌های با مقاومت بالا (A325 و A490) اشاره کرد.
برخلاف پرچ‌کاری، فرآیند پیچ‌کاری نسبتاً ساده است و نیازی به نیروی کار متخصص ندارد. این موضوع، باعث کاهش هزینه و زمان اجرا می‌شود. همچنین، اتصالات پیچی قابلیت باز و بسته شدن را دارند که در مواردی که نیاز به تعمیر یا تغییر سازه باشد، بسیار مناسب است.
از مزایای اتصالات پیچی می‌توان به سرعت نصب بالا، سهولت اجرا، قابلیت بازرسی آسان، امکان استفاده فوری از سازه پس از اتصال و امکان جایگزینی قطعات آسیب‌دیده اشاره کرد.
از جمله این معایب می‌توان به شل شدن اتصالات فولادی در برابر بارهای دینامیکی، هزینه بالای مصالح در برخی موارد و کاهش مقاومت کششی در برخی از انواع اتصالات اشاره کرد. همچنین، خوردگی پیچ و مهره می‌تواند مقاومت اتصال را کاهش دهد.
اتصالات پیچی در انواع سازه‌های فولادی، از جمله ساختمان‌ها، پل‌ها، سوله‌ها و سایر سازه‌های صنعتی کاربرد دارند. نوع و طراحی اتصال پیچی بستگی به نوع سازه، مقدار بار و شرایط محیطی دارد.
اتصالات جوشی، یکی از روش‌های رایج و موثر در ساخت سازه‌های فولادی هستند. این اتصالات فولادی، با ذوب و انجماد موضعی فلز، یک پیوند مستحکم بین اعضا ایجاد می‌کنند. جنبه‌های مختلف اتصالات جوشی شامل:
اتصالات جوشی را می‌توان بر اساس معیارهای مختلفی دسته‌بندی کرد. از جمله این معیارها می‌توان به نوع جوش (مانند جوش ماهیچه‌ای، جوش شیاری، جوش انگشتانه)، حالت جوش (مانند افقی، عمودی، بالاسری) و نوع اتصال (مانند سر به سر، روی هم، گوشه) اشاره کرد.
این نوع جوش، به دلیل سهولت اجرا و استحکام مناسب، کاربرد گسترده‌ای در سازه‌های فولادی دارد. با این حال، در مقایسه با جوش شیاری، مقاومت کمتری دارد.
این نوع جوش، با نفوذ کامل در ضخامت قطعات، اتصال بسیار مستحکمی ایجاد می‌کند. اما اجرای آن نسبت به جوش ماهیچه‌ای پیچیده‌تر و هزینه‌برتر است.
اتصالات جوشی مزایای زیادی دارند، از جمله ایجاد اتصال صلب، مقاومت بالا در برابر بارها، سهولت طراحی و اجرا در سازه‌های پیچیده، بهره‌وری بالا و ظاهر زیبا.
از معایب آن می‌توان به احتمال ترک خوردگی به دلیل انقباض جوش، نیاز به جوشکار ماهر، رخ دادن پدیده خستگی در دماهای بالا، دشواری بازرسی و هزینه بالای تعمیر و نگهداری اشاره کرد.
یکی از مهمترین ملاحظات در این زمینه، انتخاب نوع اتصال بر اساس نحوه توزیع نیروهای داخلی است. به‌طور کلی، اتصالات فولادی بر اساس بار اصلی وارد شده به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: خمشی (صلب)، برشی (نیمه‌صلب) و محوری.
اتصالات خمشی، با نام اتصالات صلب یا گیردار نیز شناخته شده و برای انتقال گشتاور خمشی بین اعضا، مانند اتصال تیر به ستون، طراحی می‌شوند. این اتصالات اجازه دوران نسبی بین اعضا را نمی‌دهند و در برابر گشتاور، برش و نیروهای محوری مقاومت می‌کنند. صلبیت بالای این مدل اتصالات فولادی باعث توزیع یکنواخت‌تر تنش‌ها در سازه می‌شود.
اتصالات برشی، که با نام‌های اتصالات نیمه‌صلب، ساده، نیمه‌گیردار یا مفصلی نیز شناخته می‌شوند، برای انتقال نیروی برشی بین اعضا طراحی می‌شوند. این اتصالات در مقایسه با اتصالات خمشی، صلبیت کمتری دارند و اجازه دوران نسبی بین اعضا را می‌دهند. اتصالات برشی متداول‌ترین نوع اتصالات فولادی در سازه‌ها هستند.
اتصالات محوری برای انتقال نیروهای محوری طراحی می‌شوند و معمولاً برای اتصال ستون به ستون یا تیر به تیر استفاده می‌شوند.
برای درک بهتر تفاوت‌های بین انواع اتصالات فولادی، می‌توان آن‌ها را از جنبه‌های مختلفی مقایسه کرد:
در یک ساختمان فولادی چند طبقه، ممکن است از ترکیبی از انواع اتصالات فولادی استفاده شود. برای مثال:
علاوه‌بر دسته‌بندی بر اساس رفتار سازه‌ای، می‌توان اتصالات فولادی را بر اساس المان‌های سازنده نیز طبقه‌بندی کرد. انواع اتصالات بر اساس المان‌های سازنده عبارتند از:
این نوع اتصالات، از متداول‌ترین و پرکاربردترین اتصالات سازه‌های فولادی هستند. ترکیب ورق و نبشی، انعطاف‌پذیری بالایی در طراحی و اجرا فراهم می‌کند و می‌تواند پاسخگوی نیازهای مختلف باشد.
در این نوع اتصالات فولادی، از ورق‌های اتصال برای اتصال اعضای مختلف استفاده می‌شود. این ورق‌ها می‌توانند به‌صورت جوش یا پیچ به اعضا متصل شوند.
در برخی موارد، از پروفیل‌های خاص مانند نبشی دوبل، سپری و یا پروفیل‌های ساخته شده به صورت سفارشی برای اتصالات استفاده می‌شود.
اتصالات با ورق و نبشی نسبتاً ساده و اقتصادی هستند، اما ممکن است برای انتقال نیروهای بزرگ مناسب نباشند. اتصالات با ورق اتصال می‌توانند برای انتقال نیروهای بزرگتر مورد استفاده قرار گیرند، اما ممکن است پیچیده‌تر و گران‌تر باشند.
انتخاب نوع اتصال مناسب، به شدت به اعضای متصل شونده بستگی دارد.
اتصالات تیر به ستون، یکی از رایج‌ترین و مهمترین اتصالات در سازه‌های فولادی است. در این حالت، ستون به عنوان عضو اصلی (تحمل‌کننده بارهای ثقلی) و تیر به عنوان عضو فرعی (انتقال‌دهنده بار به ستون) عمل می‌کند.
این نوع اتصال، برای اتصال تیرها به یکدیگر استفاده می‌شود و می‌تواند در دو حالت مختلف رخ دهد:
اتصالات فولادی ستون به ستون، معمولاً برای اتصال دو ستون هم‌راستا به یکدیگر استفاده می‌شود.
اتصالات پای ستون، برای اتصال ستون به فونداسیون استفاده می‌شود.
همان‌طور که می‌دانید، روش اجرای اتصالات در سازه‌های فولادی، تأثیر زیادی بر هزینه، زمان و کیفیت پروژه دارد. به طور کلی، دو روش اصلی برای اجرای اتصالات وجود دارد: اجرا در کارگاه و اجرا در محل پروژه.
اجرای اتصالات فولادی در کارگاه، به دلیل کنترل بهتر بر فرآیند تولید، معمولاً باعث کیفیت بالاتر و هزینه کمتر می‌شود. این روش برای اتصالات جوشکاری شده بسیار مناسب است.
اجرای اتصالات فولادی در محل پروژه، برای اتصالات پیچی و در برخی موارد برای اتصالات جوشکاری شده مناسب است.
در بسیاری از پروژه‌ها، از روش ترکیبی برای اجرای اتصالات استفاده می‌شود. برای مثال، بخش‌هایی از اتصال در کارگاه ساخته می‌شود و سپس در محل پروژه به یکدیگر متصل می‌شوند. این روش مزایای هر دو روش را با هم ترکیب می‌کند.
در پایان، در این مقاله، به‌صورت مفصل درمورد اتصالات فولادی صحبت کردیم. انواع آن را بررسی کرده و مزایا و معایب هر مورد را نیز شرح دادیم. شما می‌توانید برای دریافت مشاوره تخصصی و حتی استعلام قیمت فولاد آلیاژی با کارشناسان ما تماس بگیرید.
بخش های مرتبط:
۰نظر ارسال شده است
نظر خود را در مورد مطلب جامع‌ترین بررسی اتصالات فولادی | انواع + کاربردهای آن بنویسید
