آموزش طراحی سوله با طرح اتصالات

همانطور که شما هم می دانید اتصالات جزو اصلی‌ترین بوده و برای انتقال نیروها در محل اتصال اعضای مختلف به یکدیگر استفاده می‌شوند اما علت استفاده از به عنوان یکی از انواع اتصالات رایج در چیست؟در این مقاله جامع ابتدا انواع اتصالات را به شما معرفی خواهیم کرد و سپس گام به گام به طراحی اتصالات تیر به ستون خواهیم پرداخت. نقشه سوله آماده توسط متخصصان معماری و مهندسی طراحی می‌شود و رعایت قوانین و مقررات معماری و ساختمانی را تضمین می‌کند.

بررسی انواع اتصالات تیر به ستون در سوله

به طور کلی اتصالات تیر به ستون به چهار دسته‌ی زیر تقسیم می‌شوند:

• اتصال فلنجی
• اتصال با ورق کششی بال
• اتصال ساعتی
• اتصال تیر به ستون در ناحیه داخلی رفتر

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.

 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.

شکل شماتیک از اجرای اتصالات فلنجی

مزایای اتصال فلنجی:

• عدم نیاز به تقویت قطری جان تیر آهن در محل اتصال Rafter به ستون.
• نشمینگاه مناسب تیر در زمان اجرا، که دشواری اجرایی ساخت را کاهش می‌دهد.

معایب اتصال فلنجی:

• ایجاد اعوجاج در ورق اتصال به دلیل عدم همگرایی قطعات اتصال (نرسیدن قطعات به یکدیگر) در زمان اجرای جوشکاری و اتصال قطعات.
• وجود زاویه بین فصل مشترک قطعات اتصال به دلیل کیفیت ساخت پایین.
• ضخامت زیاد ورق‌های اتصال.

­­اتصال با ورق کششی روی بال در سوله

یکی دیگر از انواع اتصالات تیر به ستون در سوله ها به این صورت است که ورق انتهایی در این اتصال به حالت قائم در امتداد ستون قرار می‌گیرد. از مزایای این اتصال امکان استفاده از ورق با ضخامت کم به عنوان ورق روسری می‌باشد.

اتصال ورق کششی (روسری) بر روی بال

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

اتصال ساعتی در سوله

در این نوع اتصال بال‌های انتهایی تیر و ستون در محل اتصال به صورت قسمتی مسطح بر روی یکدیگر قرار گرفته و سطح مشترک آنها توسط سوراخ‌هایی که محیط یک دایره را تشکیل می‌دهند به یکدیگر متصل می‌شوند.

 دیتیل اتصال ساعتی

 برش اتصال ساعتی

این نوع اتصال در گذشته بسیار پر کاربرد بوده است ولی در حال حاضر اتصال فلنجی به علت مزیت‌های بالا و راحتی در اجرا جایگزین آن شده است.

مزایای اتصال ساعتی:

• پیچیدگی نه چندان زیاد اجرایی.
• نصب و سوراخ کاری آسان.
• راحتی در حمل و نقل.

معایب اتصال ساعتی:

• عدم امکان نصب ورق تقویتی در جان.
• عدم امکان نصب ورق تقویتی در چشمه اتصال.
• تغییرات ناگهانی ضخامت بال درمحل اتصال.

اتصال تیر به ستون در ناحیه داخلی رفتر

در طرح سوله‌های دارای متوسط و ویژه بایستی حتماً از اتصالات از پیش تأیید شده استفاده نمود (اتصال فلنجی 4 پیچی و یا 8 پیچی)، به دلیل پیچیدگی‌های محاسباتی و اجرایی اتصالات از پیش تأیید شده، با انتقال اتصال تیر و ستون به خارج از ناحیه‌ی بحرانی تیر دیگر نیازی به استفاده از اتصالات از پیش تأیید شده نمی‌باشد.

باید توجه داشت که این نوع اتصال به نوعی محسوب شده. طراحی اسکلت فلزی به روش مقاومت مجاز معرفی‌شده توسط استاندارد AISC در ویرایش چهاردهم می‌باشد که یک روش جایگزین برای طراحی تنش مجاز است.

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

برای به دست آوردن ناحیه بحرانی تیر (d) می‌توان از جدول 10-3-13-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان استفاده کرد.اگر اتصال تیر به ستون در ناحیه‌ی بحرانی قرار بگیرد و طراحی سازه با قاب خمشی متوسط و ویژه باشد بایستی بر اساس بند 10-3-3-3 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان محاسبات را انجام داد.

با توجه به این بند، استفاده از پیچ‌های اصطکاکی در اتصالات لرزه‌ای همانند اتصالات تیر به ستون در سوله‌ها الزامی می‌باشد که باید از اتصال چهار پیچی یا هشت پیچی در محل اتصال تیر به ستون استفاده کرد. جزئیات و محدودیت‌های ابعادی اتصالات فلنجی از جدول 10-3-13-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، که در شکل زیر هم مشاهده می‌شود، به دست می‌آیند.

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.

محدودیت فاصله‌ بین پیچ‌ها در اتصالات پیچی:

بر اساس بند 10-2-9-3-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، محدودیت‌هایی برای فواصل پیچ‌ها از لبه و فواصل مرکز تا مرکز پیچ‌ها وجود دارند که به صورت نمودار زیر می‌باشد.این محدودیت بایستی برای از جمله اتصالات فلنجی منظور شود.

 محدودیت فاصله بین پیچ‌ها در اتصالات پیچی (فلنجی در سوله)

طراحی اتصالات در سوله

طراحی و کنترل اتصالات گوشه را به صورت خلاصه می‌توان به چهار گام اصلی زیر تقسیم نمود:

• محاسبه‌ی نیروهای طراحی
• کنترل کافی بودن تعداد پیچ‌ها
• کنترل ضخامت ورق
• کنترل چشمه اتصال

محاسبه‌ی نیروهای طراحی

بر اساس بند 10-3-7-2 اتصالات تیر به ستون در قاب‌های خمشی معمولی باید دارای شرایط زیر باشند:

جدول2- مقادیر برای Ry انواع تولیدات فولادی

•   M_u = 1.1R_yM_p : لنگر خمشی حداکثر
• V_Ue = (2[1.1R_yM_p]/L_cf)V_uE : نیروی برشی حداکثر
• R_uy  = 1.0 R_uy :ضریب رفتار سازه در جهت عرضی
• مقدار لنگر طراحی در تمام حالات >  0.5M_p
• کنترل بزرگتر بودن مقادیر فوق از حداکثر نیروهای ایجاد شده ناشی از ترکیبات بارگذاری‌های متداول

سیستم باربر عرضی سوله ها معمولا از نوع قاب خمشی در نظر گرفته می شود.لذا با توجه به موارد مذکور، سه سیستم سازه ای قاب خمشی معمولی، متوسط و ویژه را بررسی می کنیم

بررسی انواع  قاب خمشی طبق استاندارد ۲۸۰۰

بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهارم، استفاده از قاب خمشی معمولی در سازه های با اهمیت خیلی زیاد و زیاد در تمام مناطق لرزه خیزی و برای ساختمان های با اهمیت متوسط در مناطق لرزه خیزی ۱و ۲مجاز نمی باشد.

از طرفی در ساختمان های با اهمیت متوسط در مناطق ۳ و 4  (لرزه خیزی کمتر) نیز استفاده از این سیستم به ارتفاع حداکثر ۱۵متر محدود می گردد اما چرا در ما در طراحی سوله خود از قاب خمشی معمولی استفاده کرده ایم؟

سازه های صنعتی (سوله ها) به صورت عمده دارای دهانه های بلندی هستند و تیرهای اصلی در این قاب ها ارتفاع قابل توجهی خواهند داشت. لذا ارضا نمودن ضوابط قاب های خمشی متوسط و ویژه (علی الخصوص ضوابط مربوط به فشردگی لرزه ای و نسبت های عرض به ضخامت اجزای مقاطع و جان ها و اتصالات قاب خمشی که حجم زیادی از طرح را در بر می گیرد) منجر به سنگین شدن طرح خواهد شد.

از طرفی اتصالات در قاب های متوسط و ویژه بسیار سختگیرانه طراحی شده و باید از پیش تأیید صلاحیت شده باشند اما چرا در اینجا از مقاطع از پیش تایید شده استفاده کرده ایم؟

بررسی قاب خمشی در نشریه 138 صنعت نفت (ویرایش سوم)

بر اساس جدول ۴-۴ (ردیف پ -۳) و بند ۳ از تبصره های جدول مربوطه، در صورت کمتر بودن وزن واحد سطح پوشش سقف ها و دیوارها از  100 kg/m به شرطی که دیوارهای سنگین تر در ترازی کمتر از ۱۰متر باشند، اجازه استفاده از سیستم قاب خمشی معمولی و مهاربندی همگرای معمولی تا ارتفاع ۲۰ متر داده شده است. در این آیین نامه ضرایب مربوط به این سیستم به صورت زیر ارائه شده است:

Ru	Ω	Cd	(Hm (m	محدودیت ارتفاع با درنظر گرفتن تبصره (m)
قاب خمشی معمولی	3.5	2	3.5	15	20
قاب خمشی متوسط	5.5	2	5	50	20
قاب خمشی ویژه	3.5	3	3	–	–

به عنوان توصیه کلی در انتخاب سیستم باربر جانبی عرضی، ابتدا ترجیح محاسباتی بر استفاده از مقاطع فشرده در ۲ بلند بودن ارتفاع و زیاد بودن طول دهانه سوله در جهت عرضی، می توان با کاهش ضخامت جان و افزایش ارتفاع تیر و یا ستون) عرضی، می توان با کاهش ضخامت جان و افزایش ارتفاع تیر و یا ستون (غیر فشرده کردن مقطع) به اقتصادی تر شدن طرح کمک نمود.

حتی در صورتی که طراح مجبور به استفاده از ارتفاع بیشتر در تیرها و ستون ها گردد، می توان از جان لاغر در طرح مقاطع نیز بهره برد. در صورت عدم تمایل کارفرما به استفاده از استاندارد های معتبر خارجی و یا نشریه شماره ۱۳۸ صنعت نفت، ناچار به استفاده از سیستم قاب خمشی متوسط و همچنین کنترل فشردگی مقطع تیرها و ستون ها (بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ (هستیم. لازم به ذکر است که در سوله ها با دهانه کمتر از ۲۰ متر، بحث فوق منجر به تغییرات زیادی در وزن اسکلت طراحی شده نخواهد شد.

شاید در چند مورد خاص قیمت سوله کارکرده ارزان تر از قیمت سوله نو باشد؛ اما وقتی پای هزینه های جانبی مانند تعویض اتصالات فلنچی و پیچ و مهره ها، رنگ آمیزی، تعویض قطعات، هزینه جرثقیل و … به میان آید، آن وقت هزینه تمام شده خرید سوله دست دوم بیشتر محاسبه شده است.