بررسی انواع اتصالات در سازه های فولادی + معایب و مزایا

اتصالات در سازه های فولادی

اتصالات در سازه‌های فولادی یکی از عوامل حیاتی در ایمنی، استحکام و عملکرد سازه است. اتصالات فولادی برای اتصال عناصر سازه‌ای مانند تیرها، ستون‌ها، مهاربندها و پیوندهای دیگر استفاده می‌شوند. این اتصالات باید قادر به انتقال بارها و نیروها با ایمنی و پایداری بالا باشند. طراحی اتصالات باید با استفاده از روش‌ها و نرم‌افزارهای مهندسی پیشرفته صورت گیرد. این روش‌ها و نرم‌افزارها شامل تحلیل‌های المان محدود، شبیه‌سازی‌های رفتار اتصالات، بررسی تاثیر بارهای استاتیکی و دینامیکی و بسیاری از ابزارهای دیگر هستند که مهندسان در طراحی اتصالات از آن‌ها بهره می‌برند. از این رو سایت آپادمی با ارائه  پکیج آموزش اتصالات فولادی این امکان را در اختیار شما عزیزان قرار داده تا با تهیه این پکیج به طراحی اتصالات که یکی از مهم ترین بخش های طراحی سازه های فولادی است مسلط شوید. در این پکیچ تمامی اتصالات رایج و متداول در سازه های فولادی در ایران به صورت صفر تا صد آموزش داده شده است شما میتوانید برای تهیه این پکیج به سایت آپادمی مراجعه کنید. تا انتهای این مقاله همراه ما باشید تا انواع اتصالات سازه های فولادی و مشخصات آن ها را مورد بررسی قرار ‌دهیم.

مقاله پیشنهادی: پرکاربرد ترین نرم افزار‌های عمران

اتصالات فولادی چیست؟

اتصالات سازه‌های فولادی به اتصال نقاط مختلف سازه با یکدیگر در سیستم سازه‌ای اطلاق می‌شود. در سازه‌های فولادی، اتصالات برای اتصال عناصر فولادی مانند تیرها، ستون‌ها، مهاربندها و پیوندهای دیگر استفاده می‌شوند. اتصالات عمدتاً به منظور انتقال بارها و نیروها از یک عنصر سازه‌ای به عنصر دیگر، ایجاد استحکام و ایمنی سازه، و افزایش عمر مفید سازه استفاده می‌شوند. وقتی نیرو به سازه اعمال می‌شود، این نیرو از قطعه فولادی به اتصال منتقل می‌شود و سپس از اتصال به سایر قطعات سازه منتقل می‌شود. در این فرآیند، اتصال باید بتواند تغییر شکل‌های ناشی از بارگذاری را جذب کند و نیروها را به صورت مطلوب توزیع کند تا باعث کاهش خطر شکستگی و عدم استحکام سازه نشود. با توجه به خصوصیات مکانیکی و استحکام فولاد، اتصالات معمولاً از جوشکاری، پیچ و مهره، بولت و سایر روش‌های اتصال استفاده می‌کنند. این روش‌ها می‌توانند به صورت استاندارد و طبقه‌بندی شده باشند تا به طراحان و مهندسان امکان تحلیل و طراحی صحیح اتصالات را بدهد. به طور کلی، اتصالات سازه‌های فولادی باید بر اساس استانداردها، ضوابط مربوطه و نیازهای سازه طراحی شوند. 

اهمیت اتصالات سازه های فولادی 

اتصالات سازه‌های فولادی اهمیت بسیاری در طراحی و ساختمان‌دهی سازه‌های فولادی دارند. در زیر برخی از اهمیت‌های اتصالات سازه‌های فولادی را بررسی می‌کنیم:

1. انتقال بار و نیروها: اتصالات در سازه‌های فولادی نقش بسیار حیاتی در انتقال بارها و نیروها از یک قسمت سازه به قسمت دیگر دارند. طراحی صحیح اتصالات، امکان انتقال بارها و نیروها بدون شکستگی و کاهش استحکام سازه را فراهم می‌کند.
2. استحکام و پایداری سازه: اتصالات در سازه‌های فولادی برای ایجاد استحکام و پایداری بالا در سازه بسیار مهم هستند. اتصالات قوی و مطمئن باعث می‌شوند که قطعات فولادی به صورت صحیح به یکدیگر متصل شوند و سازه از نظر استحکام و پایداری به تحمل بارهای اعمالی بپردازد.
3. ایمنی سازه: اتصالات صحیح و قوی، عوامل ایمنی سازه را تضمین می‌کنند. در صورت وجود اتصالات ضعیف یا ناکارآمد، خطر شکستگی و رخداد حوادث جدی مانند فروریختن سازه افزایش می‌یابد. اتصالات مهاربندی به خصوص، از جمله اتصالاتی هستند که برای افزایش ایمنی سازه در برابر زلزله و نیروهای لحظه‌ای طراحی می‌شوند.
4. افزایش عمر مفید سازه: اتصالات صحیح و مطمئن باعث افزایش عمر مفید سازه می‌شوند. با توجه به اینکه اتصالات از مواد و فرآیندهای خاصی تشکیل می‌شوند، انتظار می‌رود که با طراحی و اجرای صحیح، اتصالات تحمل طولانی‌مدت بارها و نیروها را داشته باشند و از لحاظ دوام و استحکام پایدار با کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر، عمر مفید سازه را افزایش دهند.
5. کاهش هزینه ها: هزینه اتصالات نیز بخش قابل توجهی از هزینه کلی ساخت سازه‌های فولادی را تشکیل می‌دهد. بنابراین، انتخاب صحیح و بهینه اتصالات با توجه به ایمنی، عملکرد و هزینه می‌تواند تأثیر قابل توجهی در کلیت پروژه داشته باشد.
در نتیجه، طراحی و انتخاب صحیح اتصالات سازه‌های فولادی برای دستیابی به ایمنی کافی، کاهش ریسک شکستگی و خرابی، افزایش دوام سازه و کاهش هزینه‌های اضافی بسیار حائز اهمیت است. این امر نیازمند دقت، استفاده از روش‌های تحلیلی پیشرفته، آزمایش‌های موردی و مدیریت مناسب است.

مقاله پیشنهادی:  اتصالات فولادی چیست؟

عوامل موثر در تقسیم بندی انواع اتصالات فولادی

توجه داشته باشید که تقسیم‌بندی اتصالات سازه‌های فولادی به روش‌های مختلف، معمولاً بر اساس معیارهای مختلف صورت می‌گیرد. در زیر عوامل موثر در تقسیم بندی انواع اتصالات فولادی را بررسی کرده ایم:

•    اتصالات فولادی بر اساس ابزار اتصال
•    توزیع نیروهای داخلی
•    المان های سازنده
•    عضوهای متصل شونده
•    محل اجرا

انواع اتصالات سازه های فولادی

در سازه‌های فولادی، اتصالات معمولاً به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند: اتصالات مفصلی، اتصالات نیمه گیردار و اتصالات گیردار. این دسته‌بندی بر اساس درجه گیرداری و قابلیت جابجایی بین عناصر سازه است که در این قسمت ما به صورت صفر تا صد اتصالات در سازه های فولادی را به شما معرفی خواهیم کرد.

1. اتصالات مفصلی:
   در اتصالات مفصلی، اجازه حرکت و چرخش کامل بین عناصر سازه وجود دارد. این نوع اتصالات به عنوان اتصالات ساده نیز شناخته می‌شوند. در این نوع اتصال، تیر به صورت آزاد و بدون هیچگونه محدودیتی به ستون متصل می‌شود.
2. اتصالات نیمه گیردار:
   در اتصالات نیمه گیردار، مقداری از گیرداری بین تیر و ستون وجود دارد. این نوع اتصالات قابلیت جابجایی و چرخش محدودی را بین عناصر سازه فراهم می‌کنند. در این نوع اتصال، تیر به ستون متصل می‌شود و مقدار زاویه چرخش بین آنها کمتر از حالت مفصلی و بیشتر از حالت گیردار است.
3. اتصالات گیردار:
   در اتصالات گیردار، عناصر سازه به صورت صلب و بدون هیچگونه جابجایی نسبت به یکدیگر متصل می‌شوند. در این نوع اتصال، قابلیت چرخش و جابجایی بین تیر و ستون وجود ندارد و تنها ممان یا لنگر در آن ایجاد می‌شود. اتصالات گیردار عموماً در صورت نیاز به انتقال بارهای بزرگ و گشتاورهای قوی استفاده می‌شوند.
در هر دسته از اتصالات، میزان درجه گیرداری و قابلیت جابجایی بین تیر و ستون ممکن است متفاوت باشد و بسته به نیازهای سازه و شرایط طراحی، از یک دسته‌بندی دقیق‌تر استفاده می‌شود.

مقاله پیشنهادی: معرفی انواع بارهای وارده بر ساختمان

انواع اتصالات سازه های فولادی بر اساس ابزار اتصال

اتصالات سازه‌های فولادی می‌توانند بر اساس نوع ابزار اتصال به چند دسته تقسیم شوند. در زیر، انواع اتصالات سازه‌های فولادی بر اساس ابزار اتصال را معرفی می‌کنم:

1. اتصالات پیچی 

   در اتصالات پیچی، اجزا سازه با استفاده از پیچ‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند. این پیچ‌ها معمولاً از جنس فولادی بوده و با استفاده از سرندها و مهره‌ها به صورت صحیح نصب می‌شوند. اتصالات پیچی یکی از روش‌های متداول و قابل اعتماد برای اتصال اجزا سازه است و امکان جدا شدن و تعویض قطعات را فراهم می‌کند.

مزایا اتصالات پیچی

•    سرعت بالا در نصب اتصالات
•    نیازی به افراد متخصص و باتجربه نیست.
•    در هنگام نصب اتصالات هیچ صدایی وجود ندارد.
•    کاهش نیروی انسانی
•    امکان استفاده فوری فراهم می شود.
•    امکان استفاده از اعضای جایگزین در بخش های مختلف وجود دارد.
•    در فضاهای کوچکتر امکان انجام کار وجود دارد.

معایب اتصالات پیچی

•    اتصالات در هنگام ضربه زدن شل می شود.
•    هزینه مصالح بالا است.
•    کاهش مقاومت در سقف به دلیل کاهش سطح درگیر اتصالات
•    احتمال شکست اتصال در زمان اعمال بارهای بیش از حد وجود دارد.
•    احتمال شکست اتصال در اثر خوردگی پیچ و مهره وجود دارد.

2. اتصالات جوشی 

  در اتصالات جوشی، اجزا سازه با استفاده از جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. این روش اتصال قدرتمندی است که منجر به ایجاد اتصال صلب و بدون نیاز به اجزای مکانیکی می‌شود. اتصالات جوشی معمولاً در مناطقی با بارهای قوی و نقاط حساس به خستگی استفاده می‌شود. اتصالات جوشی به دلیل سهولت استفاده و امکان اتصال قطعات با شکل‌ها و اندازه‌های مختلف، بسیار رایج هستند.

مزایا اتصالات جوشی

•    مقاومت بالا در برابر بارهای اعمال شده
•    اجرا ساده در سازه پیچیده
•    طراحی آسان
•    بهره وری بالا
•    ظاهر خوب
•    ایجاد یک سازه به صورت یکپارچه

معایب اتصالات جوشی

•    اتصالات در مقابل انقباض ضعیف هستند و احتمال ترک خوردگی وجود دارد.
•    به نیروی کار متخصص نیاز است.
•    خستگی در دماهای بالا رخ می دهد.
•    جمع شدن سرباره جوش
•    بازرسی دشوار است و هزینه بالایی دارد.
•    به دقت بالا نیاز است.
•    تعمیر و نگهداری دشوار است.

مقاله پیشنهادی: بررسی انواع سیستم های سازه ای

3. اتصالات پرچی 

   اتصالات پرچی در گذشته بسیار رایج بوده‌اند، اما با گسترش استفاده از پیچ‌ها و جوش، استفاده از آنها کاهش یافته است. در این روش، اجزا سازه با استفاده از پرچ‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند. پرچ‌ها با استفاده از ماشین‌آلات خاصی نصب می‌شوند و بعد از نصب، سر پرچ را می‌توان برید تا اتصال نهایی به دست آید. امروزه، استفاده از اتصالات پرچی به صورت محدود و در شرایط خاص مورد استفاده قرار می‌گیرد.
معایب اتصالات پرچی
•    نیاز به افراد متخصص و باتجربه
•    مصرف انرژی بالا است و امکان بروز آتش در پرچ کاری وجود دارد.
•    مقاومت پایین در برابر بارگذاری دینامیکی مانند زلزله
•    صدای زیاد در حین نصب
•    دشوار بودن باز کردن و جایگزینی پرچ نصب شده در زمان تعمیر و نگهداری وجود دارد.
استفاده از پیچ، جوش و پرچ به ترتیب بر اساس سرعت، استحکام و هزینه مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب نوع ابزار اتصال بستگی به نیازهای طراحی، اندازه و نوع سازه و شرایط پروژه دارد.

انواع اتصالات سازه های فولادی بر اساس توزیع نیروهای

در طراحی اتصالات سازه‌های فولادی، انتخاب نوع اتصالات بر اساس نحوه توزیع مورد انتظار نیروهای داخلی، به واقع یکی از مهمترین نکات است. انواع اتصالات بر اساس نحوه توزیع نیروها اتصالات فولادی به انواع خمشی، برشی و محوری تقسیم می شود. 

اتصالات خمشی (صلب)

 این نوع اتصالات برای انتقال نیروهای خمشی و لحاظ کردن نیروهای محوری کم استفاده می‌شوند این اتصالات به صورت مستقیم بر گشتاور خمشی عمل می‌کنند و اجازه می‌دهند که نیروهای گشتاوری بین عضوهای سازه متراکم شوند.اتصالات خمشی معمولاً شامل استفاده از پیچ‌ها، جوش، بسته‌بندی و مهار نقشه‌های فولادی است. اتصالات خمشی (صلب) معمولاً دارای صلابت و مقاومت بیشتری نسبت به اتصالات برشی دارند. اما به دلیل استفاده بیشتر از مصالح و فرآیندهای پیچیده‌تر در نصب این اتصالات، هزینه آن‌ها به مراتب بیشتر از اتصالات دیگر می‌باشد. برای به حداقل رساندن هزینه‌ها، معمولاً در طراحی سازه‌های فولادی، تنها یک یا دو اتصال خمشی استفاده می‌شود و بقیه اتصالات به نوعی اتصالات برشی یا محوری هستند. اتصالات خمشی معمولاً به سازه‌ها اصالت و استحکام بیشتری می‌بخشند و در نقاط حساس و باربر مهم استفاده می‌شوند.
انواع رایج اتصالات خمشی عبارتند از:

1. اتصالات جوشکاری شده: اتصالات جوشکاری شده در سازه‌های فولادی با استفاده از جوشکاری گوشه‌ها ایجاد می‌شوند با استفاده از اتصالات جوشکاری شده، امکان جابجایی و دوران عضوها به حداقل می‌رسد و پیوندی مستحکم و صلب در تمام جهات بین ستون و تیر ایجاد می‌شود. این نوع اتصالات عموماً در نقاط باربر و حساس سازه‌های فولادی استفاده می‌شوند که نیاز به مقاومت و استحکام بیشتری دارند.
2. اتصالات فلنجی: اتصال فلنجی یک نوع اتصال است که برای اتصال بال ستون به جان تیر مجاور استفاده می‌شود. در این نوع اتصال، یک صفحه یا ورق به وسیله پیچ یا جوش به جان تیر متصل می‌شود تا یک اتصال صلب ایجاد شود.
3. اتصالات صفحه انتهایی: در این نوع اتصالات، صفحه‌های فولادی به انتهای تیرها یا ستون‌ها متصل می‌شوند. اتصالات صفحه انتهایی شامل پیچ‌ها، جوش و مهره‌ها است و معمولاً برای اتصال تیر به ستون استفاده می‌شوند. در اتصالات صفحه‌ای از یک ورق برای اتصال دو عضو سازه به هم استفاده می‌شوند. این نوع اتصالات معمولاً از پیچ‌کاری یا جوشکاری برای اتصال ورق به عضو فرعی استفاده می‌کنند. اما اتصال ورق به عضو اصلی باید از طریق جوشکاری انجام شود. با توجه به نیاز به جوشکاری در اتصال ورق به عضو اصلی، هزینه‌های اتصالات صفحه‌ای معمولاً بیشتر از اتصالات نبشی است. جوشکاری نیاز به تجهیزات و دانش فنی خاصی دارد که ممکن است هزینه‌های بیشتری را به دنبال داشته باشد. 

اتصالات برشی (نیمه صلب)

 این نوع اتصالات برای انتقال نیروهای برشی و لحاظ کردن نیروهای محوری متوسط بین دو عضو سازه استفاده می‌شوند. این نوع اتصالات به عنوان یک مفصل (پین) عمل می‌کنند و امکان انتقال نیروی برشی از عضو فرعی به عضو اصلی را فراهم می‌کنند. وقتی یک عضو فرعی (مانند تیر فرعی) نیروی برشی را تحمل می‌کند، این نیروها توسط اتصالات برشی به عضو اصلی (مانند ستون) منتقل می‌شوند. اتصالات برشی به عنوان نقطه انتقال نیروی برشی عمل می‌کنند و عکس العمل کمتری در برابر نیروی گشتاور نشان می‌دهند. از این رو، در اتصالات برشی، نیروهای گشتاور تقریباً تماماً توسط عضو سازه تحمل می‌شوند و به اتصالات برشی تأثیر کمتری می‌گذارند.

اتصالات محوری

 اتصالات محوری در سازه‌های فولادی برای انتقال و مقاومت در برابر بارهای محوری (نیروهای فشاری یا کششی در امتداد محور عضو) استفاده می‌شوند. این نوع اتصالات معمولاً برای اتصال ستون به ستون یا تیر به تیر در سازه‌های فولادی استفاده می‌شوند. اتصالات محوری مهمترین وظیفه آن‌ها را در انتقال نیروهای محوری دارند. در اتصالات محوری، نیروهای فشاری یا کششی که در امتداد محور عضو ایجاد می‌شوند، به وسیله اتصالات به ستون یا تیر دیگری انتقال داده می‌شوند.

مقاله پیشنهادی: مقایسه اسکلت فلزی و بتنی 

امیدوارم از این مقاله لذت برده باشید.