اتصالات سازه‌های فولادی | پرکاربردترین انواع اتصالات و راهنمای جامع طراحی و اجرا

اتصالات در سازه‌های فولادی، از مهم‌ترین اجزایی هستند که نقش کلیدی در انتقال نیرو، پایداری سازه و عملکرد کلی سیستم سازه‌ای را ایفا می‌کنند. انتخاب صحیح نوع اتصال، نحوه اجرای دقیق و رعایت نکات آیین‌نامه‌ای، علاوه بر افزایش ایمنی و دوام سازه، باعث صرفه‌جویی اقتصادی قابل توجهی در پروژه‌ها می‌شود.
در این مقاله جامع از سایت «سیویل اجرا» قصد داریم به معرفی کامل و تخصصی انواع اتصالات پرکاربرد در سازه‌های فولادی بپردازیم و نکات طراحی، اجرایی و آیین‌نامه‌ای مرتبط با هر نوع اتصال را به‌صورت دقیق و کاربردی بررسی کنیم.

بخش اول: اهمیت اتصالات سازه‌های فولادی

در سازه‌های فولادی، اعضایی مانند تیرها، ستون‌ها، مهاربندها و خرپاها به‌تنهایی قادر به تحمل تمام بارهای وارده نیستند. اتصال بین این اعضا، سازه را به یک سیستم مقاوم و یکپارچه تبدیل می‌کند که می‌تواند بارهای ناشی از وزن مرده، بار زنده، باد، زلزله و سایر نیروها را به‌درستی منتقل کند.

عدم توجه به طراحی و اجرای صحیح اتصالات، می‌تواند منجر به خرابی موضعی یا کلی سازه، کاهش عمر مفید سازه و حتی فروپاشی فاجعه‌بار شود. به همین دلیل، در تمامی آیین‌نامه‌های معتبر مانند مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران و استاندارد AISC آمریکا، بر اهمیت طراحی و اجرای دقیق و درست اتصالات تاکید شده است.

دوم: دسته‌بندی کلی انواع اتصالات سازه‌های فولادی

اتصالات سازه‌های فولادی از دیدگاه‌های مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند:

• از نظر عملکرد:

  • اتصال مفصلی (ساده)

  • اتصال گیردار (صلب)

• از نظر نوع اجرای اتصال:

  • اتصال جوشی

  • اتصال پیچی

  • اتصال ترکیبی (جوش و پیچ)

• از نظر محل قرارگیری:

  • اتصال تیر به ستون

  • اتصال تیر به تیر

  • اتصال ستون به فونداسیون (پای ستون)

  • اتصال مهاربند به تیر و ستون

  • اتصال اعضای خرپا

سوم: بررسی انواع اتصالات پرکاربرد

۱. اتصال تیر به ستون

الف) اتصال مفصلی تیر به ستون

در این اتصال، فقط نیروی برشی از تیر به ستون منتقل می‌شود و لنگر خمشی در محل اتصال صفر فرض می‌شود. کاربرد این نوع اتصال بیشتر در قاب‌های ساده است.
روش‌های رایج اجرای اتصال مفصلی تیر به ستون:

• نبشی نشیمن: قرار دادن نبشی زیر بال تیر و تکیه دادن آن به ستون

• نبشی جان: اتصال جان تیر به ستون با نبشی جان و اجرای جوش یا پیچ

این اتصال معمولاً در تیرهای فرعی استفاده می‌شود.

ب) اتصال گیردار تیر به ستون

در اتصال گیردار، هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی به ستون منتقل می‌شود. این اتصال برای قاب‌های خمشی و مقاوم در برابر زلزله کاربرد دارد. روش‌های اجرای آن شامل:

• ورق روسری و زیرسری: نصب ورق‌های تقویتی بالا و پایین برای اتصال بال‌های تیر به ستون

• ورق انتهایی (End Plate): اتصال صفحه انتهایی به تیر و پیچ کردن آن به ستون

• جوش کامل: جوش دادن کامل گوشه و نفوذی تیر به ستون

طراحی این نوع اتصال نیازمند بررسی دقیق ظرفیت خمشی، برشی و کنترل خمش جانبی-پیچشی است.

۲. اتصال تیر به تیر

در سازه‌های فولادی معمولاً تیرهای فرعی به شاه‌تیر متصل می‌شوند. این اتصال اغلب مفصلی بوده و به روش‌های زیر اجرا می‌شود:

• نبشی جان: اتصال جان تیر فرعی به جان تیر اصلی با نبشی

• ورق جان: استفاده از ورق برای اتصال جان‌ها

• ورق‌های تقویتی: در صورت نیاز برای تقویت بال یا جان تیر اصلی در محل اتصال

۳. اتصال ستون به فونداسیون (پای ستون)

اتصال پای ستون یا Base Plate محلی است که نیروهای قائم، جانبی و لنگر از ستون به فونداسیون منتقل می‌شود. این اتصال به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:

• پای ستون مفصلی:

  • انتقال نیروهای محوری و برشی

  • فاقد مقاومت در برابر لنگر خمشی

  • اجرای ساده‌تر و ضخامت کمتر صفحه‌پلیت

• پای ستون گیردار:

  • انتقال نیروی محوری، برشی و لنگر خمشی

  • نیازمند ضخامت بیشتر صفحه‌پلیت، ورق‌های سخت‌کننده و جوش کامل به ستون

  • استفاده از بولت‌های مقاوم‌تر و طولانی‌تر در فونداسیون

۴. اتصال مهاربند به تیر و ستون

مهاربندها برای مقاومت جانبی سازه در برابر بارهای جانبی مانند زلزله و باد استفاده می‌شوند. اجرای اتصال مهاربند باید با دقت و کیفیت بالا انجام شود. روش‌های رایج:

• ورق گاست (Gusset Plate): استفاده از ورق اتصال گاست و اجرای جوش یا پیچ به تیر و ستون

• اتصال جوشی گوشه: مخصوص مقاطع دوبل یا باکس

در طراحی این اتصالات باید به زاویه قرارگیری مهاربند، ضخامت ورق گاست، طول جوش و فواصل مجاز دقت شود.

۵. اتصال اعضای خرپا

خرپاها معمولاً از اعضای کششی و فشاری تشکیل شده‌اند که در گره‌ها به هم متصل می‌شوند. روش‌های اجرای اتصال در خرپاها:

• استفاده از ورق گاست و پیچ در خرپاهای پیچ و مهره‌ای

• جوش مستقیم اعضا به یکدیگر یا به ورق اتصال، معمولاً در خرپاهای کارگاهی یا پل‌های فولادی

در طراحی اتصال خرپا باید دقت شود نیروها از مرکز سطح مقطع عبور کنند تا از ایجاد خمش موضعی جلوگیری شود.

چهارم: نکات اجرایی مهم در اجرای اتصالات سازه‌های فولادی

• استفاده از جوش با کیفیت و کنترل کیفیت توسط تست‌های غیرمخرب (مثل تست چشمی، UT)

• رعایت دقیق تلورانس‌ها و تنظیمات در محل نصب

• بستن پیچ‌های پرمقاومت با گشتاور استاندارد (با ترک‌متر)

• تمیز بودن سطح صفحات اتصال (بدون رنگ، روغن و زنگ‌زدگی) قبل از اجرا

• رنگ‌آمیزی و ضدزنگ کردن محل اتصال برای جلوگیری از خوردگی

• اجرای دقیق جزئیات آیین‌نامه‌ای به ویژه در اتصالات بحرانی مثل مهاربندهای قاب خمشی ویژه

پنجم: مقایسه اتصالات جوشی و پیچی

ششم: نکات طراحی اتصالات بر اساس آیین‌نامه ایران (مبحث دهم)

• کنترل مقاومت برشی و خمشی اتصالات بر اساس بارگذاری طراحی (LRFD) الزامی است.

• در اتصال تیر به ستون، تغییر شکل نسبی نباید بیش از ۱/۲۰۰ طول تیر باشد.

• جوش‌ها باید با الکترود مناسب مانند E7018 اجرا شوند.

• رعایت حداقل فاصله لبه گاست تا مرکز پیچ برای جلوگیری از گسیختگی موضعی الزامی است.

• در اتصالات گیردار، لنگرهای ناشی از بارهای زلزله باید به طور کامل در طراحی لحاظ شوند.

نتیجه‌گیری اتصالات سازه‌های فولادی

اتصالات سازه‌های فولادی از مهم‌ترین بخش‌های طراحی و اجرای سازه‌ها هستند که نقش مستقیم در ایمنی، دوام و کارایی سازه دارند. شناخت انواع اتصالات، ویژگی‌ها، روش‌های اجرایی و نکات آیین‌نامه‌ای مرتبط، برای مهندسین عمران و مجریان ضروری است. در این مقاله سعی کردیم پرکاربردترین اتصالات فولادی را به‌صورت کامل و دقیق معرفی کنیم تا در پروژه‌های عمرانی به‌کار گرفته شوند.

برای مطالعه جزئیات بیشتر و طراحی دقیق هر نوع اتصال، منابع زیر پیشنهاد می‌شوند:

• کتاب طراحی سازه‌های فولادی دکتر رضا کریمی

• نشریه ۲۸۰ وزارت راه و شهرسازی (ضوابط طراحی لرزه‌ای)

• استاندارد AISC360

• مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران

سوالات متداول (FAQ) اتصالات سازه‌های فولادی

۲. در چه مواردی از ورق گاست استفاده می‌شود؟
ورق گاست در اتصالات مهاربندها، خرپاها و در محل اتصال چند عضو به‌صورت همزمان کاربرد دارد.

۳. بهترین نوع اتصال برای مناطق زلزله‌خیز چیست؟
اتصالات گیردار، چه جوشی و چه پیچی، که به‌صورت ویژه برای مقاومت لرزه‌ای طراحی شده‌اند، مناسب‌ترین انتخاب برای مناطق با خطر زلزله بالا هستند.

۴. آیا اتصال پیچ و مهره‌ای قابل اعتماد است؟
بله، اگر از پیچ‌های پرمقاومت با نصب و سفت‌کردن دقیق مطابق استاندارد استفاده شود، این اتصالات بسیار مقاوم و قابل اعتماد هستند.

۵. چگونه کیفیت جوش اتصال را کنترل کنیم؟
کیفیت جوش توسط روش‌های تست غیرمخرب مانند RT (رادیوگرافی)، UT (اولتراسونیک) و بازرسی چشمی کنترل می‌شود و اجرای دقیق نکات آیین‌نامه‌ای الزامی است.

 پیشنهاد ما

و برای دریافت سریع منابع جدید، در کانال مهندسین عمران عضو شوید.

 مطالب پیشنهادی  :

بازدیدها: ۶

مطالعه بیشتر