اتصال قطعات فولادی در ساختمان ها یکی از اصلی ترین مراحل در روند ساخت و ساز است. یک اسکلت فلزی شامل مجموعه ای از قطعات از جمله تیر و ستون های فولادی بوده که اتصال آن ها به همدیگر اسکلت سازه را شکل می دهد. شاید شنیده باشید که پس از خرابی های حاصل از زلزله اولین متهم و علت، نحوه ساخت قطعات فولادی و اتصالات آن است. این اتصالات باید بر اساس اصول باشد تا از خرابی های گسترده بعد از زلزله یا آتش سوزی جلوگیری شود. یکی از روش هایی که در اتصال قطعات فولادی به کار می برند روش حدی یا LRFD است. در ادامه بیشتر با این روش و چگونگی آن آشنا می شویم، اما قبل از آن اجازه دهید تا کمی با سازه های فولادی و اتصالات فولادی آشنا شویم. پس تا پایان همراه ما بمانید.
اتصال قطعات فولادی در ساختمان ها یکی از اصلی ترین مراحل در روند ساخت و ساز است. یک اسکلت فلزی شامل مجموعه ای از قطعات از جمله تیر و ستون های فولادی بوده که اتصال آن ها به همدیگر اسکلت سازه را شکل می دهد. شاید شنیده باشید که پس از خرابی های حاصل از زلزله اولین متهم و علت، نحوه ساخت قطعات فولادی و اتصالات آن است. این اتصالات باید بر اساس اصول باشد تا از خرابی های گسترده بعد از زلزله یا آتش سوزی جلوگیری شود. یکی از روش هایی که در اتصال قطعات فولادی به کار می برند روش حدی یا LRFD است. در ادامه بیشتر با این روش و چگونگی آن آشنا می شویم، اما قبل از آن اجازه دهید تا کمی با سازه های فولادی و اتصالات فولادی آشنا شویم. پس تا پایان همراه ما بمانید.
روش های طراحی اتصالات فولادی و بتنی
گفتیم که اتصالات قطعات فولادی بسیار مهم بوده و به توجه بالایی نیاز دارد. طراحی یک سازه تنها به جهت شکل گیری نهایی ساختمان و راه اندازی آن اشتباهی بزرگ است. رعایت اصول امنیتی و اتصالات محکم و پایدار قطعات، اصلی ترین هدفیست که در حین ساخت یک سازه باید در دستور کار قرار گیرد. عمدتا به سه روش این اتصالات انجام شده که شامل موارد زیر هستند:
الف) روش طراحی از نوع تنش مجاز (ASD)
ب) روش طراحی مقاومت نهایی
ج) طراحی و اتصال به روش حدی
انواع اتصالات موجود در سازه های فولادی و کاربرد آن ها
در این بین با سه نوع اتصال قطعات فولادی سروکار داریم که هر کدام به صورت زیر تعریف می شوند:
- اتصالات از نوع گیر دار
در این گونه اتصالات قطعه به طور کامل و به صورت صلب متصل شده و اجازه هیچگونه حرکتی در هیچ کدام از جهات X،Y و Z را ندارد. تنها عاملی که ممکن است این اتصالات را تحت تاثیر قرار داده و آنها را از حالت ثبات خارج نماید ممان یا لنگر انداختن در قطعات است. در اینگونه طراحی اتصالات فولادی، قطعات را باید با گیرداری کامل شکل داده و به وسیله یک ورق زیر سری به عنوان نشیمن و ورقی روسری به عنوان به هم متصل کنند. این اتصالات را به سه روش فلنچی، ورق اسپلایس و جوش می توان انجام داد.
- اتصالات از نوع مفصلی
این اتصالات به گونه ای است که مانع حرکت قطعات در دو جهت Y و X می شود. یکی از امتیازهای این نوع از اتصالات با نوع گره ای آن این است که مانع ممان و لنگر انداختن تیرآهن یا قطعه فولادی می شود. در این نوع از اتصال تنها قسمت بالا و پایین اتصال توسط جوش به هم وصل می شوند. از دیگر ویژگی های اتصالات مفصلی این است که می توان تنها با یک ورق جان این اتصال را شکل داد.
- اتصالات بادبندها
شاید بادبندها را در سازه های در حال ساخت دیده باشید. این اتصالات یکی از اعضای ثابت در سازه های فولادی است که وظیفه آنها انتقال و تحمل نیروهای جانبی بر سازه می باشد. اتصالات بادبند در هنگام زلزله یا آتش سوزی در حفظ پایداری سازه ها بسیار موثر هستند. در هنگام اتصال بادبندها توجه به نکاتی از جمله، ابعاد اتصالات جوشی، ضخامت ورق های اتصالی بادبندها، هم محور شدن آنها بعد از اتصال در یک نقطه و اندازه پروفیل های انتخاب شده مهم بوده و در اولویت قرار دارند.
اما آنچه که اهمیت دارد نوع و نحوه این اتصالات است که به روش های مختلف انجام می شود. یکی از روش ها در طراحی اتصالات فولادی روشی است به نام LRFD که در ادامه با آن آشنا می شویم.
طراحی اتصالات فولادی به روش LRFD چیست و چه کاربردی دارد؟
اتصالات LRFD یا حدی را اغلب روش پلاستیک یا خمیری نیز می گویند. بعد از سال 1980 که صنعت ساخت و ساز و مصالح کاربردی در آن به پیشرفت خوبی رسیده و ارتقا پیدا کرد روش پلاستیک یا LRFD که مقاومت نهایی نیز گفته می شود به عنوان روشی با کیفیت و پیشرفته که اتفاقا از لحاظ اقتصادی نیز به صرفه تر بود در طراحی اتصالات فولادی مورد استفاده قرار گرفت.
در روش مذکور قطعات و اعضای به کار رفته در سازه قادر هستند تا با افزایش فشار و ضربه به حالت پلاستیکی و خمیری در آیند. در این روش به اعضای به کار رفته در سازه اجازه داده می شود تا با افزودن بار وارد شده به ساختمان در اثر زلزله یا آتش سوزی از حالت الاستیکی خود خارج شده و به صورت خمیری در آیند که ایجاد این حالت، مانع خسارات بزرگ تر به ساختمان خواهد شد. به همین دلیل است که این روش را اقتصادی و مقرون به صرفه می دانند؛ چراکه از خسارات جدی و ایجاد هزینه های کلان برای مالکان ساختمان جلوگیری می کند.
ضریب اطمینان و مقاومت در بارگذاری بارهای وارده به این نوع ساختمان ها به صورت زیر است:
ضریب مقاومت ساختمان= ضریب بار وارد شده بر آن
طراحی قطعات سازه به این روش چگونه انجام می شوند؟
الف: اتصال ساده نشسته تیر به ستون با روش LFRD
اتصال ساده نشسته تیر به ستون : یکی از ساده ترین روش ها برای انتقال نیروهای تیر به ستون سازه استفاده از اتصالات نشسته بوده که در آن اتصال تیر بر روی یک نشیمن صورت می گیرد. اتصال نشسته به دو صورت انعطاف پذیر و سخت بوده که در اتصال انعطاف پذیر از نبشی به عنوان نشیمن استفاده می شود. در این اتصالات اگر محور بر عرض نشیمن عمود باشد به آن اتصال خورجینی گفته شده که از نمونه های رایج طراحی اتصالات فولادی به حساب می آید.
ب: طراحی اتصالات فولادی بادبند به روش LRFD
این نوع اتصالات را جز حساس ترین و مهم ترین قسمت های یک سازه فولادی به حساب می آورند. ممکن است با افزایش بارهای جانبی مانند زلزله بر طبقات فشار آمده و آن ها را نرم کنند؛ بنابراین در ساخت سازه باید حتما این بخش را در نظر گرفت و اتصالات بادبندی را آنهم به روش LRFD به درستی انجام داد تا از تبعات بعدی آن که همانا خرابی های گسترده است جلوگیری به عمل آید. بادبند ها در ایجاد استحکام و مقاومت اتصالات موثر بوده و روش مذکور آن ها را از نرم شدگی زیاد منع می کنند.
ج: اتصال مفصلی تیر به تیر به روش LRFD
برای اتصال تیر به تیر معمولا از ورق تکی یا جفت جان که از ساده ترین روش ها بوده استفاده می کنند. در واقع اتصال ورق تکی یا جفت به بال ستون یا جان دومین تیر و یا اتصال آن به جان اولین تیر عموما به روش پیچ و مهره یا جوشی انجام می شود. از طرفی اتصال ورق به جان اولین تیر نیز می تواند از نوع پیچی و جوشی بوده و تحت تاثیر برش و پیچش حاصل از بارهای جانبی قرار گیرد، اما اگر ورق را به جان دومین تیر وصل کنند قطعا تحت تاثیر برش و خمش حاصل از بارهای جانبی قرار خواهد گرفت که این خود اصلی مهم در طراحی اتصالات فولادی شناخته می شود.
نتیجه گیری
دیدیم که اتصالات قطعات در سازه ها از اهمیت بالایی برخوردار هستند تا آنجا که روز به روز روش های آن تغییر کرده و به روز تر می شوند. در گذشته اتصالات از نوع جوشی بودند اما امروزه اتصالات پیچ و مهره رواج پیدا کرده است که در این میان طراحی اتصالات فولادی در سازه ها جایگاهی ویژه دارند. یکی از روش ها برای این طراحی نیز روش LRFD بوده که به صورت های مختلفی انجام شده که در این مقاله با آن آشنا شدیم. بنابراین اگر به دنبال روشی منحصر به فرد بوده تا استحکام اتصالات ساختمان شما را تضمین کند از روش LRFD غافل نشوید.