اتصالات در سازه‌های فولادی
جهت وصل کردن یک یا چند قطعه در ساختمان‌های فولادی نیاز به یک قطعه رابطی است. تا دو قطعه بتوانند توسط جوش به هم متصل شوند که این قطعه رابط همان انواع اتصالات است. انواع اتصالات در ساختمان‌های فلزی به شرح زیر است.
- انواع اتصالات تیر به ستون
- انواع اتصالات پای ستون
- اتصال دو تیرآهن به هم و تولید ستون یا تیر دوبل
- اتصالات بادبندها به ستون‌ها و تیرها
انواع اتصالات اجرایی ساختمان‌های فولادی
- اتصال توسط پرچ
- اتصال توسط پیچ
- اتصال توسط جوش
دستگاه‌های مولد برق جوشکاری
دستگاه‌های مولد دو نوع برق را برای جوشگاری تامین می‌کنند.
- برق متناوب
- برق مستقیم
دستگاه برق متناوب همان ترانسفورماتور است که برق شبکه را دریافت کرده و ولتاژ آن را به کمتر از ۱۰۰ ولت تبدیل می‌کند. برق مستقیم را می‌توان با استفاده از تبدیل برق شبکه و با استفاده از رکیتفایر تامین کرد.
انواع ژنراتور
- ژنراتور با موتور الکتریکی
- ژنراتور با موتور دیزلی
- ژنراتور با موتور بنزینی
مزایای استفاده از دستگاه جوشکاری جریان مستقیم
- خطر کار با جریان مستقیم کمتر است
- در مکان‌های مرطوب مناسب است.
- انتخاب قطب آزاد بوده، و می‌توان الکترود را به قطب مثبت یا منفی وصل کرد.
- با استفاده از دستگاه مبدل با موتور سه فاز و یک سو کننده جریان انرژی الکتریکی بر روی سه فاز یکسان تقسیم میشود.
مزایای استفاده از دستگاه جوشکاری متناوب
- هزینه نگهداری این دستگاه‌ها پایین است.
- راندمان الکتریکی آن بیشتر است.
- مصرف برق در این نوع دستگاه‌ها کمتر است.
- رانش مواد مذاب حاصل از جوشکاری به واسطه کنترل وزش قوس کمتر میشود.
- به دلیل تعویض قطب‌های جریان متناوب حرارت به وجود آمده به طور مساوی بین هر دو قطعه کار تقسیم میشود.
مزایای استفاده از برق سه فاز
برق سه فاز از سه موج سینوسی تشکیل شده به علت اختلاف فاز بین سه موج ولتاژی تقریباً ثابت میشود. استفاده از برق سه فاز به همراه رکتیفایر بهترین نوع فاز برای جوشکاری است چون هم جهت یک طرفه است و هم مقدار آن ثابت است.
الکترود
- الکترود مورد استفاده در جوشکاری از دو قسمت تشکیل شده است.
- هسته فلزی که ماده اتصال دهنده است.
- پوشش الکترود که عایق جریان الکتریکی است و به صورت قلافی روی هسته کشیده شده است.
وظیفه پوشش الکترود
- با ایجاد یک حائل گاز در اطراف جوش، هوا را جدا کرده و جوش را تثبیت می‌کند.
- با استفاده از مدار احیا کننده، اکسیدها و سایر آلودگی‌ها را از فلز جوش دور می‌کند.
- با ایجاد یک روکش از گل جوشکاری روی حوضچه مذاب و منطقه جوش سخت شده، فلز جوش را در مقابل اکسیژن و نیتروژن هوا محافظت می‌کند.
- مانع سرد شدن سریع جوش میشود.
- باعث سهولت عمل جوشکاری میشود.
- نفوذ جوش را بهتر و کاملتر می‌کند.
ورق بست
به منظور اتصال دو ستون در پای آنها به دلیل وجود لنگرهای زیاد از ورق بست استفاده میشود همچنین در مواردی که ستون از دوبل تیرآهن توسط تسمه ساخته شده است به منظور اتصال پل به ستون دیگر نمی‌توان از تسمه استفاده کرد بلکه باید از ورق بست استفاده شود.
دستک‌های فشاری و کششی
در ساختمان‌های فلزی در قسمتی که سازه کنسول دارد معمولاً باید از دستک استفاده شود. دستک‌های فلزی دو گونه‌اند.
- دستک کششی
- دستک فشاری
دستکی که در زیر قرار می‌گیرد و از طرف دیگر ستون وصل میشود دستک فشاری و دستکی که به روی تیر وصل میشود دستک کششی گویند.
دستک فشاری به مراتب بهتر از دستک کششی عمل می‌کند زیرا مشکل اصلی در جوشاری در فشار است نه کشش اما به دلیل محدودیت‌های معماری معمولاً از دستک کششی استفاده میشود.
زبانه کردن تیرها
گاهی اوقات تیر سازه باید به جان ستون اتصال پیدا کند در مواردی تیر در داخل جان جای نمی‌گیرد بدین منظور قسمت دو بال تیر را به اندازه‌ای که تیر به داخل جان ستون رود می‌بریم به این عمل زبانه کردن گویند.
اتصال ستون به ستون
طول قطعات نورد شدن معمولاً به ۱۲ متر محدود میشود. در یک سازه فولادی ممکن است به دلایل مختلف مانند تغییر مقطع ستون‌ها در طبقات مجبور به ساخت اتصال ستون به ستون باشیم. در اتصال ستون به ستون برای اطمینان از روی هم قرار گرفتن دقیق قطعات ستون و انتقال مناسب بار وصله‌هایی در دو انتهای ستون به صورت عمود بر خط مرکز ستون قرار می‌گیرد.
ساده ترین نوع اتصال، اتصال لب به لب دو ستون است. در این حالت دو مقطع ستون می‌تواند دارای ابعاد ناچیزی باشد. در این روش دو قطعه به وسیله تسمه‌هایی به صورت موقت به یکدیگر متصل می‌شوند که این قطعات پس از نصب دائم حذف می‌شوند.
یکی دیگر از رایج ترین انواع اتصال ستون به ستون استفاده از ورق‌های وصله انتهایی است که در این اتصال دو ورق به انتها و ابتدای دو ستون جوش شده‌اند در محل اتصال، دو روق باید کاملاً بر روی یکدیگر منطبق شوند تغییر شکل به وجود آمده در اثر جوشکاری ورق‌های وصله باید به وسیله دستگاه تراش برطرف شوند.
اتصالات تیر به ستون در سازه‌های فولادی
اتصالات مفصلی تیر به ستون
در این اتصالات مقدار نیروی برشی V مخالف صفر و مقدار لنگر خمشی M برابر صفر فرض میشود. برای انتقال نیروی برشی V از تیر به ستون مطابق یکی از حالات زیر عمل می‌کنید.
- استفاده از یک جفت نبشی برشی جان (تودلی) که به تنهایی برای تحمل۱۰۰٪ نیروی برشی V به کار می‌رود.
- استفاده از یک عدد نبشی زیر سری (تکیه گاه-نشیمن گاه) به تنهایی برای تحمل ۱۰۰٪ نیروی برشی به کار می‌رود.
نکات زیر مربوط به اتصال مفصلی تیر به ستون
- بهتر است از جوش‌های گوشه عمود بر جهت نیرو در جهت اطمینان صرف نظر نماییم.
- جوش ضلع افقی نبشی زیر سری به بال تحتانی تیر از نوع جوش مونتاژ است و فقط جهت ثابت نگه داشتن روی نبشی زیرسری استفاده میشود.
- تمامی جوش‌های گوشه موازی با نیروی برشی V همگی قادر به تحمل این نیرو هستند.
- اندازه ضلع افقی نبشی زیرسری به منظور تامین حداقل طول تکیه گاهی N است که جهت جلوگیری از پدیده لهیدگی یا جاری شدن جان تیر آهن است. از جمله بالا نتیجه می‌گیریم که بادخور تیرها را نباید بیش از مقدار آیین نامه اجرا کنیم (حداکثر ۱/۵ سانتیمتر) زیرا با افزایش بادخور طول تکیه گاهی N کم میشود.
- اندازه ضلع قائم نبشی زیرسری به منظور تامین طول جوش مورد نیاز برای تحمل نیروی برشی V است.
- هم طول و هم ضخامت نبشی زیرسری هر دو به منظور جلوگیری از پدیده خم شدگی بال‌های نبشی زیر سری است.
- در مواردی که مقدار نیروی برشی V به قدری زیاد است که ضخامت نبشی به دست آمده از روش‌های محاسباتی از حد عرف خارج شود در این حالت می‌توان به جای استفاده از این نبشی ضخیم از یک نبشی نازک که در حد عرف به همراهی تعدادی stiffner در داخل نبشی استفاده نمود.
- کمانش stiffnerها خود باید کنترل شود.
- در مواردی که آنقدر نیروی برشی V زیاد است که نبشی زیرسری نتواند طول N را تامین کند در اینن حالت از ورق زیرسری Bracket استفاده میشود.
- در مواردی که از Bracket استفاده میشود برای تحمل نیروی برشی از stiffner استفاده میشود.
- در اتصالات مفصلی تیر به ستون به منظور مقابله با چپ شدگی از وجود یک نبشی فوقانی که معمولاً نمره آنها نبشی ۶ یا ۸ است در بالای تیر استفاده میشود.
اتصالات صلب تیر به ستون
در این اتصالات هم مقدار نیروی برشی مخالف و مهم مقدار لنگر خمشی مخالف صفر است. برای انتقال نیروی برشی V از تیر به ستون عیناً مطابق اتصالات عمل می‌کند و برای انتقال لنگر M از تیر به ستون مطابق حالت‌های زیر عمل می‌کنیم.
لنگر را تبدیل به دو کوپل نیروی کششی و فشاری تبدیل می‌کنیم.
حالت اول
در این حالت لنگر وارده به اتصال فقط ناشی از بارهای ثقلی است و هیچگونه لنگر ناشی از زلزله بر اتصال وارد نمی‌شود. بنابراین نیروی کششی T از بال فوقانی تیر به ستون از وجود یک عدد ورق فوقانی Top Plate که یک انتهای آن در محل اتصال به ستون، باید حتماً کونیک شود و توسط جوش Bevel یعنی جوش شیاری با نفوذ کامل به بال ستون متصل شود. برای انتقال نیروی فشاری C از بال تحتانی تیر به ستون به روش زیر عمل می‌کنیم.
با جوش دادن ضلع افقی نبشی زیر سری به بال تحتانی تیر این کار صورت می‌گیرد.
جوش عمودی نبشی نیز باید مانند اتصالات مفصلی صورت پذیرد.
حالت دوم
در این حالت لنگر ناشی از بار زلزله کمتر از لنگر ناشی از بار ثقلی است به گونه‌ای که جهت لنگر برآیند عوض نمی‌شود. یعنی همچنان نیروی کششی در بال فوقانی تیر و نیروی فشاری C در بال تحتانی تیر قرار دارند. با این تفاسیر دیتیل اتصالات مانند حالت قبل است.
حالت سوم
در این حالت لنگر ناشی از بارهای زلزله بیشتر لنگر ناشی از بارهای ثقلی است به گونه‌ای جهت لنگر برآیند عوض میشود یعنی کشش در بال تحتانی و فشار در بال فوقانی می‌افتد در این حالت به جای استفاده از نبشی زیرسری از یک ورق زیر سری به نام seat plate استفاده میشود.
جوش ورق seat plate نیز عیناً مانند جوش Top plate به بال ستون بوده و از نوع Bevel شیاری با نفوذ کامل است.
همواره باید پهنای ورق Top plate از پهنای بال فوقانی تیر کمتر و پهنای عرض seat plate از پهنای بال تحتانی بیشتر باشد تا بتوان آنها را با جوش گوشه Flat (تخت) به بال‌های تیر متصل نمود.
