اتصالات در سوله ها

آشنایی با اعضای مختلف سوله به صورت شماتیک

انواع اتصالات تیر به ستون در سوله‌ها

اتصالات تیر به ستون در سازه‌های سوله‌ای را می‌توان به چهار گروه اصلی تقسیم کرد:

1. اتصال فلنجی

2. اتصال با ورق کششی روی بال

3. اتصال ساعتی

4. اتصال داخلی رفتر (خارج از ناحیه بحرانی تیر)

در ادامه، ویژگی‌ها، مزایا و معایب هر یک از این اتصالات بررسی می‌شود.

اتصال فلنجی در سوله

در این اتصال تیر و ستون با یک صفحه‌ی ضخیم به یکدیگر متصل می‌شوند. ابعاد صفحه و نوع و تعداد پیچ‌ها با توجه به ضوابط آیین نامه‌ای مشخص می‌شود که در ادامه به بررسی آن‌ها خواهیم پرداخت.

شکل1- اتصال فلنجی

این نوع اتصال به دلیل اجرای استاندارد و صنعتی در کارخانه و دقت اجرایی بالا در محل دارای کیفیت بالایی بوده و می‌توان گفت رایج‌ترین نوع اتصالات در سوله‌ها می‌باشد.

شکل2- شکل شماتیک از اجرای اتصالات فلنجی

مزایای اتصال فلنجی:

• عدم نیاز به تقویت جان تیر در محل اتصال.

• سهولت در اجرا و کیفیت بالا به دلیل ساخت کارخانه‌ای.

• امکان نصب سریع در محل.

معایب اتصال فلنجی:

• احتمال اعوجاج در محل جوشکاری.

• نیاز به ورق‌های ضخیم و دقیق‌سازی در مونتاژ.

• زاویه‌دار بودن محل اتصال در اثر ساخت نامناسب.

۲. اتصال با ورق کششی بر روی بال

در این روش، ورق اتصال به صورت قائم بر بال تیر قرار می‌گیرد. این اتصال بیشتر در شرایطی استفاده می‌شود که نیاز به ضخامت کمتر در ورق روسری وجود دارد.

شکل3- اتصال ورق کششی (روسری) بر روی بال

شکل4- شکل شماتیک اتصال رفتر به ستون با ورق کششی بر روی بال

مزیت کلیدی:

• کاهش وزن و هزینه ورق اتصال در مقایسه با اتصال فلنجی.

۳. اتصال ساعتی در سوله‌ها

اتصال ساعتی یکی از روش‌های قدیمی در اتصال تیر و ستون است. در این روش، ورق‌ها با سوراخ‌هایی دایره‌ای‌شکل بر روی بال‌ها به هم متصل می‌شوند.

شکل5- دیتیل اتصال ساعتی

شکل6- برش اتصال ساعتی

مزایای اتصال ساعتی:

• اجرای ساده و امکان سوراخ‌کاری آسان.

• حمل‌ونقل راحت قطعات.

معایب:

• عدم امکان استفاده از ورق تقویتی در جان یا چشمه اتصال.

• ناپیوستگی در ضخامت و تغییر شکل‌پذیری نامطلوب.

۴. اتصال داخلی رفتر (خارج از ناحیه بحرانی تیر)

در سازه‌های با سیستم قاب خمشی، برای حذف پیچیدگی‌های محاسباتی و جلوگیری از نیاز به اتصالات تأییدشده لرزه‌ای، می‌توان اتصال تیر به ستون را از ناحیه بحرانی تیر به سمت داخل رفتر منتقل کرد.

شکل7- اتصال تیر و ستون در ناحیه داخلی رفتر (خارج از ناحیه بحرانی تیر)

نکات طراحی:

• محاسبه ناحیه بحرانی تیر طبق جدول 10-3-13-2 مبحث 10.

• استفاده از پیچ‌های اصطکاکی (اتصال 4 یا 8 پیچی).

• رعایت محدودیت‌های ابعادی اتصال طبق مقررات ملی.

در جدول فوق:

b_bf= پهنای بال تیر

b_p= پهنای ورق انتهایی

d=عمق تیر متصل شونده به ورق انتهایی

g= فاصله افقی بین دو ردیف قائم پیچ

p_b = فاصله قائم بین دو ردیف پیچ در هر دو طرف بال تیر در اتصال فلنجی هشت پیچی

P_fi= فاصله قائم بین نزدیک ترین ردیف پیچ داخلی تا بر بال کششی تیر

P_fo= فاصله قائم بین نزدیک ترین ردیف پیچ بیرونی تا بر بال کششی تیر

t_bf= ضخامت بال مقطع تیر

t_p= ضخامت ورق انتهایی

ضمناً لازم به ذکر است با افزایش ارتفاع جان تیر، فاصله میان پیچ‌ها نیز زیاد می‌شود که این فاصله معمولاً خارج از ضوابط آیین نامه قرار گرفته و بایستی صحت عملکرد این اتصالات در آزمایشگاه بررسی شود.

اتصالات تاج سوله (Rafter Apex Connection)

در محل تقاطع دو رفتر در تاج سوله، اغلب از اتصال فلنجی استفاده می‌شود. طراحی این اتصال باید به گونه‌ای باشد که حمل و نصب قطعات ساده باشد. در قاب‌های سنگین، برای مقابله با لنگرهای بزرگ، از ورق‌های تقویتی مثلثی در زیر بال استفاده می‌شود.

• حمل و نقل قطعات از کارگاه به محل برپایی سوله از لحاظ ابعاد طولی و وزن قطعات آسان باشد.
• نصب در محل بدون پیچیدگی‌های اجرایی انجام شود.

شکل9- اتصال تاج سوله

در قاب‌های سنگین نیروهای خمشی بیشتری به تاج وارد می‌شوند که برای خنثی کردن این نیروها از ورق‌های مثلثی شکل در زیر بال پایینی تیرها استفاده می‌شود.

با توجه به اینکه اتصالات تاج سوله در ناحیه بحرانی اتصال تیر به ستون قرار ندارند به صورت وصله در تیر عمل کرده و نیاز طراحی اتصالات از پیش تأیید شده نبوده و برای طراحی اتصالات تاج سوله مشابه طراحی اتصالات گوشه عمل کرده و برای محاسبه‌ی نیروهای وارد بر اتصال از بند 10-3-5-4 استفاده می‌شود.

اتصالات ستون به فونداسیون در سوله

سه روش اصلی برای اتصال ستون به فونداسیون در سوله‌ها وجود دارد:

1. اتصال مفصلی ساده

ستون مستقیماً یا با نبشی به صفحه ستون جوش می‌شود. نبشی‌ها باید فقط به جان ستون متصل شوند.

شکل10- دیتیل اتصال مفصلی ساده

2. اتصال مفصلی خطی

شامل درگیری فاق و زبانه در کف ستون است. قطعه فوقانی جوشکاری شده و قطعه زیرین به فونداسیون بولت می‌شود.

شکل11- دیتیل اتصال مفصلی خطی

3. اتصال کفشکی

در این نوع اتصال، صفحه زیر ستون دارای فرورفتگی است و ستون با صفحه محدب روی فونداسیون درگیر می‌شود تا از تجمع آب جلوگیری شود.

شکل12- دیتیل اتصال کفشکی

با توجه قسمت 10-3-5-3 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در طراحی بیس پلیت ها و اتصالات آن‌ها بایستی موارد زیر را در نظر گرفت.

مهاربندهای سقفی و طولی در سوله

مهاربندها برای افزایش پایداری سازه و توزیع یکنواخت نیروهای جانبی مانند باد و زلزله به کار می‌روند.

شکل13- مهاربندهای طولی و سقفی در سوله‌ها

مهم‌ترین اهداف استفاده از مهاربندها عبارتند از:

• توزیع یکنواخت تمام بارهای افقی و عکس العمل آن‌ها از جمله نیروی ناشی از تغییر درجه حرارت، ترمز جرثقیل و نیروی باد.
• پایداری اعضای فشاری سوله.
• جلوگیری از تغییر شکل‌های نا خواسته در زمان برپایی و بهره برداری.

مهاربندی‌های سقفی در سوله

مهاربندهای سقفی بصورت کششی طراحی می‌شوند و عمدتاً دور تا دور سقف سوله و قاب‌های مهاربندی شده قرار می‌گیرند تا انسجام لازم را در سقف ایجاد کنند. از مقاطع جعبه‌ای نورد شده و یا لوله‌ای در طراحی این مهاربندها استفاده می‌شود. لازم به ذکر است طراحی اتصالات مهاربندها باید به نحوی باشد که توانایی لازم برای انتقال نیروهای محوری وارده را داشته باشند.

در سوله‌ها همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌شود، بر اثر بار باد، تمام قاب‌ها و ستون‌ها یکنواخت جابجا می‌شوند (شکل 14).

شکل14- جابه ‌جایی ستون‌ها و قاب ‌ها در سوله

در سازه‌های جرثقیل دارِ بدون مهاربند سقف، بارهای جانبیِ جرثقیل به یک ستون منتقل شده و ستون در قاب مدنظر تغییر مکان می‌دهد (شکل 15).

شکل15- جابه‌جایی ستون‌ها و قاب‌ها در سازه‌های جرثقیل‌دار بدون مهاربند

در اجرای سوله چون سختی مهاربندی سقف در انتقال بار به قاب‌های مجاور بسیار مهم است، بهتر است که برای اعضای مهاربندی به جای میلگرد از نبشی یا مقطع T استفاده شود.

مهاربندهای طولی:

• نقش کلیدی در مقاومت در برابر زلزله و تغییرات دما دارند.

• اتصالات آن‌ها مفصلی است.

• در برخی سوله‌ها از مهاربندهای صرفاً کششی استفاده می‌شود.

شکل16- مهاربند طولی

در بادبندهای لاغر و بادبندهایی با مقطع میلگرد که مقاومت فشاری در مقایسه با مقاومت محوری کششی بسیار پایین است اعضای مهاربندی در صورت عدم پیش‌ تنیدگی اولیه، تحت اثر وزن خود دچار افتادگی و لقی می‌شوند، که این امر سبب می‌شود مهاربند تحت بارهای جانبی به درستی عمل نکند.

در صورتی که پیش تنیدگی اولیه تأمین نشود لاغری این اعضا به 300 محدود می‌شود. ( KL/r <300) همچنین برای تأمین پیش تنیدگی اولیه در این اعضا می‌توان از بست های قورباغه‌ای استفاده نمود.

شکل17- بست قورباغه‌ای

مقاطع رایج برای اجرای مهاربندهای طولی در سوله به صورت زیر هستند:

شکل18- انواع مهاربند‌های طولی در سوله

1. جفت نبشی
2. جفت ناودانی
3. مقاطع باکس (گرم نورد)
4. مقاطع لوله شکل
5. مقاطع لوله‌ای تو پر (میلگرد) (صرفاً در بادبندهای همگرای معمولی)

برای به دست آوردن نیروهای طراحی اتصال مهاربندهای طولی و سقفی از بند 10-3-10-3 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان استفاده می‌کنیم:

نکات طراحی اتصالات و جوش‌ها

• برای طراحی اتصالات پیچی، محدودیت‌های فاصله پیچ‌ها طبق بند 10-2-9-3-2 باید رعایت شود.

• برای اتصالات مهاربندها از بند 10-3-10-3 جهت تعیین نیروهای طراحی استفاده می‌شود.

• برای طراحی طول و بعد جوش، بند 10-2-9-2 ملاک عمل است.