کلیات اتصالات تیر به ستون

 کلیات اتصالات تیر به ستون  :

1-1                 انواع اسکلت فولادی:

آیین نامه AISC و آفا چهار نوع طراحی وفرضیات طراحی برای اتصالات تیر به ستون در ساختمانهای فولادی را اجازه می دهند .چهار نوع اتصال تیر به ستون با توجه به شکل 1-1 به صورت زیر طبقه بندی می شوند.

 

                                        ردیف                                    نوع                                            گروه       صلبیت  R

                                  

                                          1             قاب خمشی با اتصالات صلب                             گروه 1        بیشتراز90 %   

                                

                                          2           قاب ساده                                                               گروه2       بیشتراز20 %

 

                                           3         قاب خمشی با اتصالات نیمه صلب                         گروه 3      بین20 %و90 % 

 

                                            4        طراحی خمیری                                                                       صلبیت کامل                         

                                                                   

درجدول بالا درجه صلبیت R ،نسبت لنگر انتهایی حقیقی به لنگر گیرداری انتهایی در حالت کاملا گیر دار میبا شد .

مقایسه این سه نوع اتصال دراین بخش وجزییات هر یک به طورجذا گانه در فصول بعدی خواهد آمد .

1-2 اتصال ساده

از انواع معمول اتصال ساده تیر به ستون استفاده از نبشیهای جان ویا نبشیهای نشیمن می باشد ،که در نوع دوم یک نبشی در  بال بالایی قرار میگیرد .                                                                                                                                     

اتصال فقط برای انتقال نیروی برشی طرح می گردد واین طور فرض می شود که هیچگونه لنگر خمشی در اتصال ظاهر نمی گردد .اگر یک تیر ساده بار گذاری شود ،افتادگی وسط تیر باعث دوران دو انتها خواهد شد (البته این دوران بسیار کم خواهد بود ) .اتصال باید طوری طرح گردد که بتواند بدون قبول شکستگی،به همین اندازه دوران نماید و آنقدر شکل پذیر باشد که از به وجود آمدن هر گونه لنگر به میزان قابل توجه در انتهای تیر جلوگیری کند .

به اتصالی با شرایط بالا یک اتصال ساده انعطاف پذیر میگویند.

1-3 اتصالات نیمه صلب

عیب یک اتصال ساده آن است که تیر باید برای حداکثر لنگری که در ناحیه میانی آن تولید می شود طرح گردد (برای مثال در حالت بار یکنواختM=WL/8 ). یک اتصال کاملا صلب دردو انتهای تیر،باعث کاهش لنگر در ناحیه میانی و افزایش لنگرهای انتهایی میشود.

لنگری که در ناحیه میانی کاسته می شود ، به لنگرهای انتهایی افزوده میگردد .هر چه درجه صلبیت اتصال افزایش می یابد ،مقدار لنگر در ناحیه میانی بیشتر کاهش می یابد .در یکتیر با با گذاری یکنواخت وگیر دار در دو انتها .لنگری لنگری به اندازه M=WL/24  در وسط وM=WL/12  در دو انتها وجود خواهد داشت .بنابراین اساس مقطع لازم در این حالت 2/3 حالتی خواهد بود که اتصالات انتهاییبه صورت ساده و شکل پذیر هستند .

طرفداران اتصالت نیمه صلب اشاره می کنند که این مقدار توزیع لنگر بسیار کم می باشد و می گویند اگر یک اتصال نیمه صلب با صلبیت R=0.75 داشته باشیم ، باعث می شود که مقدار لنگر دروسط ودو انتها برابر و مساوی M=WL/16 گردند . در این حالت کمترین اساس مقطع حاصل می شود ،ومقدار مورد نیاز نصف حالتی خواهد بود که اتصال دو انتها به صورت ساده است . ولی این وضعیت ایده آل ،به دو شرط بستگی دارد :

1 – تکهیه گاهی که تیر بدان متصل میگردد باید کاملا صلب باشد .

2 -تیر نباید تحت تاثیر دهانه مجاور که ممکن است باعث انتقال لنگری اضافی از طریق اتصال گردد ،باشد.

وضعیت صلبیت R=0.75 باعث حد اقل کردن اساس مقطع برای بار گذاری یکنواخت می گردد . هر گونه انحراف از این مقدار باعث دگرگون کردن اوضاع خواهد شد .مثلا اگر صلبیت مقداری از 0.75  بیشتر شود ،لنگر انتهایی از حد مجاز بالاتر خواهد رفت واگر صلبیت  مقداری از 0.75  کمتر شود . لنگر وسط ازحد مجاز بالاتر خواهد رفت . به این دلیل همیشه توصیه می شود خود تیر برای صلبیت 50%  طرح گردد (لنگر وسط WL/12 ) واتصال برای صلبیت 0.75  (لنگر انتهایی WL/16 ) .

مسئله بالا تا لحظه ای که به یاد داشته باشیم لنگرWL/12 همان لنگری است که در حالت صلبیت کامل تولید میشود  خیلی خوب به نظرمی رسد ،بنابراین هیچگونه صرفه جویی در مصالح نسبت به حالت صلبیت کامل نخواهیم داشت .

البته می توان گفت که در اتصال نیمه صلب ،احتیاج به جوش کمتری می باشد.ولی این موضوع وقتی صحیح است که در اتصال کاملا صلب ، از ورق فوقانی استفاده شود .اما اگر اتصال کاملا صلب ،به وسیله جوش مستقیم بالها وجان به ستون انجام گیرد، مسئله صرفه جویی در جوشکاری نیز از بین خواهد رفت .

آنها که صحبت از مزیت اتصالات نیمه صلب می کنند ،بعضی مواقع با این موضوع روبرو می شوند که چگونه این اتصالات را برای قابهای حقیقی که از چندین دهانه و طبقه تشکیل شده اند و بارگذاری برای دهانه های مختلف متفاوت است ، به کار ببرند.

درقابهایی که در آنها از اتصالات جوشی کاملا صلب استفاده شده است ،لنگرهای انتهایی اعضا به طرق مختلف به دست می آیند. برای مثال اگر برای این کار ،روش پخش لنگر مورد استفاده قرار گیرد ،احتیاج به دانستن لنگرهای گیرداری انتهایی،ضرایب پخش وضرایب انتقال می باشد ،برای یک قاب با اتصالات نیمه صلب تمام عوامل(لنگرهای گیرداری انتهایی،ضرایب پخش وضرایب انتقال) تحت تاثیر درجه صلبیت اتصال قرار می گیرند که خود باعث پیچیدگی آنالیز قاب خواهد گشت.

آیین نامه اجازه می دهد که اتصالات نیمه صلب فقط در جایی مورد استفاده قرار گیرند که دلایل کافی برای توانایی آنها جهت پایدلری در مقابل لنگر معین بدون هیچگونه اضافه تنش  در جوش ،وجود داشته باشد طراحی اعضایی با چنین اتصالاتی ،باید بر این اصل قرار گیرد ،که درجه صلبیت بزرگتر از مقدار حداقلی که موثر دانسته میشود ،اتفاق نیفتد.

در این نوع اتصالات ممکن است تغیر شکلهای غیر الاستیک اتفاق بیفتد ولی هیچ وقت نباید تنشهای جوش اتصالات از حد مجاز بیشتر شوند .

1-4 اتصالات صلب(طراحی الاستیک)

برای اتصالات کاملاً صلب ، لنگرهای حقیقی باید به وسیلة یکی از روشهای مختلف تحلیل سازه به دست آیند و تیرها واتصالات آن، برای لنگرها و برشهای مربوطه طراحی گردند . اتصالات باید صلبیت کافی داشته باشند که بتوانند در عمل زاویة اصلی بین ستون وتیر را ثابت نگه دارند .

صلبیت یک اتصال ، تحت تأثیر صلبیت تکیه گاههای آن قرار دارد . برای تیرهایی که بر روی بال ستون سوار میشوند ، نازک یا لاغر بودن ورق بال ستون باعث کاهش صلبیت اتصال خواهد گشت .

برای رفع این مشکل می توان بین بالهلی ستون در مقابل بالهای تیر ،از سخت کننده استفاده کرد .

اگر تیر مستقیماً یا به وسیله صفحات اتصال به جان ستون متصل شود ، در این صورت هیچ گونه کاهشی در صلبیت وجود نخواهد داشت .

1-5 اتصالات برای طراحی خمیری

استفاده از طراحی خمیری در در ساختمانهای فلزی مزایای زیر را دارد :

1- یک تخمین بسیار دقیقتری از ظرفیت باربری حقیقی ساختمان می دهد .

2- نسبت به طراحی الاستیک مصرف فولاد کاسته می شود .

3- مدت زمان طراحی قابها در حالت خمیری خیلی کمتر از حالات تلاستیک است .

4- درزمینة طرح خمیری آزمایشهای چندین ساله ای روی مدلهای واقعی صورت گرفته است .

5-به وسیلة آیین نامه ها پشتیبانی می شود .

با این همه ، طراحی پلاستیک قابها واتصالات آنها فقط محدود به ساختمانهای یک طبقه ای شده است که در آنها مسائل خیستگی وتکرار بار موجود نباشد.

1-6 عوامل مهم در طرحی اتصالات

بخشهای زیر به طور مؤثری در اقتصاد اتصالات در ساختمانهای جوشی اثر می گذارد و قابل چشمپوشی نیستند ،وبرای استفاده کامل از مزایای ساختمانهای فئلادی جوش شده در نظر گرفتن آنها لازم می باشد.

انتقال لنگر :

لنگر خمشی تولید شده در انتهای تیر تقریباً توسط دو بال تیر به ستون منتقل می شود . بهترین و مستقیم ترین راه انتقال این لنگر ، جوش مستقیم بال تیر به ستون می باشد . در اینجا سه نوع از این طریقه مشخص می گردد.

در شکل 1-2 بالهای تیر به طور مستقیم به وسیلة جوش شیاری (groove weld ) به ستون متصل شده اند . این روش مستقیم ترین راه انتقال لنگر انتهایی تیر به ستون می باشد وکمترین مقدار جوش را نیز لازم دارد . استفاده از یک تسمة پشت بند در زیر جوش شیاری باعث جقت وجور شدن بهتر ونفوذی و ریشه ای شدن کاملتری می گردد.

مقدار مجاز رواداری (telorance )در اندازه ها در این روش بسیار کم است ودر حدود 3 میلیمتر می باشد . اگر دقت در نصب ستون حاکم باشد باید عمل برش تیرها را در کارگاه انجام داد تا اندازة آن برابر آن فاصلة موجود بین دو ستون باشد. بریدن یک تیر دقیقاً به اندازة دلخواه گران تمام می شود و همچنین پخ زدن لبه های بال به صورت نیم جناغی نیز گران خواهد بود . سوهانکاری لبه های نیز باغث اضافه قیمت زیاد می شود که در موارد علمی انجام آن توصیه نمی شود .                                                                                                                                        

در شکل 1-3 یک اتصال با ورق فوقانی نشان داده شده است . برای جفت و جور کامل ،ورق فوقانی پس از نصب موقت تیر در روی آن قرار می دهند وپس از تنظیم آن در محل خود، جوشکاری شروع می شود .در این روش رواداری مجاز بیشتری در برش تیر به اندازة دلخواه وجود دارد و هیچگونه عملی در روی لبه های بال تیر از قبیل نیم جناغی کردن و سوهانکاری لازم نیست .

تیرها غالباً به اندازة 16 تا 26 میلیمتر کوچکتر از مقدار لازم بریده می شوند .گاهی هم دستور داده می شود که تیرها کوچکتر بریده شوند ویک رواداری در حدود 10 میلیمتر در هنگام برش اجازه داده می شود که  این خود باعث کاهش قیمت برش خواهد شد .

این نوع اتصال احتیاج به ورقهای اتصالی اضافه دارد که باید طبق اندازه بریده شوند ویک سر آنها به صورت نیم جناقی (bevel ) در آورده شوند .مقدار جوشهای کارگاهی دو برابر می شوند وگاهیممکن است مزاحمتی در کار گذاری کفهای فولادی به به وجود آورد .بعضی مواقع ورقهای فوقانی در کارخانه به روی بالهای تیر در یک یا دو انتها جوش می دهند که باعث کم کردن جوشهای کارگاهی می شود ولی دقت وقیمت برشکاری را بالا می برد .   

بال پایینی تیر می تواند مستقیماً به ویله جوش شیاری (groove ) در صورتی که دهانة ریشه کافی موجود باشد ، به ستون متصل گردد.در این حالت احتیاجی به نیم جناغی کردن بال پایینی نیست .البته این روش به وسیلة AWS (amerucan welding soceiety )توصیه نمی شود ودلیل استفاده از آن بدین خاطر است که جوش بال پایینی در فشار کار می کند .یکی از معایب این روش این است که اندازه ها و ابعاد باید دقیق باشند .هر چه ضخامت بال پایینی تیر زیاد می شود ، دهانة ریشة لازم زیادتر می شود . ورق نشیمن تحتانی به عنوان ورق پشت بند در این اتصال به کار می رود .گاهی مواقع برای بدست آوردن مقاومت بالاتر بال پایینی ،تیر به وسیلة جوش گوشه به ورق نشیمن متصل می گردد. تمام جوشها در حالت جوشکاری تخت صورت می گیرند .

در شکل 1-4 بال پایینی به وسیلة جوش شیاری به ستون متصل نگردیده ودر غوض ورق نشیمن تحتانی در طول کافی به وسیلة جوش گوشه به بال پایینی متصل گردیده است .طول جوش به وسیلة نیروی فشاری موجود در بال پایینی طرح می گردد .تمام  جوشها در حالت تخت صورت می گیردند .ورق نشیمن تحتانی به وسیلة جوش شیاری به ستون متصل می گردد.در این اتصال دقت عمل باید بالا رود تا ورق نشیمن بلند آسیب نبیند .مقدار مصالح لازم در

 این حالت مقداری زیاد تر از روش شکل 1-3 می باشد .

انتقال برش 

به طور تقریب تمام نیری برشی موجود در اتصال ،درجان تیر متمرکز شده است ومی توان آنرا به دو صورت زیر به ستون انتقال داد :

1-انتقال مستقیم آن از از جان تیر توسط وسایل اتصال مختلف .

2-انتقال آن به تکیه گاه نشیمن .

اتصالات جان باید جوش قائم کافی داشته باشند که تحت نیروهای برشی قائم ، تنشهای اضافه بر مقدار مجاز در جوش تولید نشود .

اتصالات نشیمن نیز باید طول کافی داشته باشند تا درجان تیر لهیدگی به وجود نیاید . در شکل 1-5 عکس العمل قائم تیر به وسیلة  جوشی که جان تیر را به یک ورق متصل کننده وصل می کند ، حمل می شود . این ورق متصل کننده در کارخانه به ستون وصل شده است .در روی این ورق متصل کننده دو سوراخ برای پیچهای مونتاژ وجود دارد که پس از جوش دادن ورق جان به تیر پیچهای مونتاژ برداشته می شوند .در این طریقه جوش قائم ورق متصل کننده به جان تیر باید در کارگاه انجام شود وبه همین علت خیلی وقت گیر است .

در شکل 1-6 تیر به گونه ای به ستون جفت وجور شده است که جان آن مستقیماً به ستون جوش گردیده است ، طول جوش به وسیلة عکسل عمل قائم تکیه گاهی که باید منتقل شود به دست می آید .این جوش نیز احتیاج به یک جوش قائم دارد که باید که باید در کارگاه انجام شود و همان طور که قبلاً اشاره سد انجام این چنین جوشی وقت گیر ومشکل است .

جشهای قائمی که باید در کهرگاه انجام شوند ، قیمت جوثکاری را افزایش می دهند وباید تا حد امکان از آنها استفاده نشود .

در شکل 1-7 یک نشیمن تقویت شده (stiffened seat bracket ) که جوش جوش قائم کافی برای انتقال دارد نشان داده شده است . این جوش قائم قبل از نصب ستون در وضعیت تخت صورت می گیرد .نشیمن تقویت شده می تواند به عنوان یک تکیه گاه به هنگام نصب تیر به کار رود وهمچنین می تواند محلی برای پیچهای مونتاژ که از بال تیر عبور می کنند باشند ، ودست اخر می تواند وسیله ای برای انتقال نیروی برشی تحت بارهای کل باشد که غالباً نیز به همین منظور که در حقیقت نقش اصلی آن می باشد مورد استفاده قرار می گیرد .طول افقی این نشیمن  (N ) نباید زیاد بلند باشد زیرا ممکن است مزاحمتی برای ناسازه های ساختمان از قبیل پوشش سقف ویا در پنجره ویا غیره باشد .ضخامت جان تیر در این حالت باید کنترل گردد که مبادا موجب لهیرگی جان تیر شود ودر صورت لزوم نیز باید از ورقهای تقویتی و سخت کننده استفاده شود .

اگر علاوه بر جوشهای داده شده در حالت تخت جوشهای قائم نیز در محل لازم باشند ،جوشکاران به دو دسته تقسیم می شوند یک دسته که منحصراً جوشهای تخت را در زمین انجام می دهند ودستة دوم که فقط جوشهای قائم را در محل نصب انجام می دهند .

سهولت نصب  

اتصال باید طوری باشد که نصب تیر به سهولت انجام پذیرد و جفت کردن تیر نیز خیلی سریع انجام گیرد .برای نصب نصب تیر باید تکیه گاههای موقت و همچنین تعدادی مهار برای پایدار نگه داشتن تیر هنگام نصب در نظر گرفته شود . اگر بخواهیم از پیچهای مونتاژ برای نصب استفاده کنیم باید محلهای لازم را قبلاً در اعضا سوراخ کنیم . عمل سوراخ کردن هم میتواند  به وسیلة دستگاه سوراخکن وهم میتواند به وسیلة مته انجام شود ،که البته انجام عمل

به وسیلة مته بسیـار گرانقیمت وفقط برای ضخامتهای بالا مـی باشد .ضخامتهای پاییـن را مـی توان به وسیـلة دستگاه

سوراخ کن ، سوراخ کرد .اگر ضخامت بال تیر برای سوراخ کردن زیاد باشد از سوراخ در جان استفاده می شود .

تا حد امکان از ورقهای اتصالی کوچک استفاده می کنند که به طور جداگانه سوراخ و سپس به ستون یا تیر در کارخانه  جوش می شوند .

شکل 1-8 یک شکل نشیمن را در کارخانه به ستون جوش شده نشان می دهد .لین نبشی نشیمن قادر است که وزن مرده تیر را حمل کند .برای تگه داشتن بهتر تیر در هنگام نصب از دو پیچ مونتاژ طبق شکل استفاده شده است .

شکل 1-9 یک ورق را نشان می دهد که در کارخانه به ستون جوش شده است وبه عنوان یک تکیه گاه موقتی برای نصب به کار می رود . پیچهایی که از جان تیر عبور می کنند تیر را در وضعیت خود محکم نگه می دارند .به جای ورق می توان از یک نبشی استفاده کرد .

اگر چه استفاده از وسایل مونتاژ اضافی باعث بالا رفتن قیمت اتصال می شود ولی از طرف دیگر باعث نصب سریع و قرارگیری دقیق در هنگام نصب نیز می گردد.

اگر تیر به وسیلة نشیمن نگه داشته شود ،تراز تیر به علت عدم دقتی که در ساخت تیر وجود دارد ، ممکن است که در شاهتیرهای مختلف سقف در یک تراز نباشد .اما اگر برای نصب از اتصالات جان استفاده شود در هنگام نصب این کاستی وافزایشها را می توان تنظیم کرد .

کلیات

از مطالب زیر می توان در اقتصاد طرح کمک گرفت :

-          همیشه سعی شود که تیر طوری طرح گردد که شرایط مقطع فشرده در آن به وجود بیاید تا بتوان 10 درصد تنش مجاز را افزایش داد Fb=0.66Fy  و همچنین با ساختن اتصالات کاملاً صلب و پیوسته از 10 درصد تخفیف لنگر منفی که به و.سیلة آیین نامه مجاز دانسته سده استفاده کرد .

-           خیلی از اتصالات یک انتقال نیروی مستقیم مؤثری را با حداقل مقدار جوش ، ممکن میسازند ولی باید توجه کرد که برش وجفت وجور کردن اعضا در این حالت خیلی گران قیمت است .اگر یک اتصال برای جوش طراحی شود حداکثر صرفه جویی به دست می آید .ترکیب جوش با پرچ و پیچ مطابق آیین نامه مجاز نمیباشد .

-          در یک ساختمان برای اینکه سبکترین ساخت به دست آید باید از اتصالات صلب و پیوسته استفاده کرد . البته معلوم نیست که این ساخت سبک . اقتصادی ترین نیز باشد .

-          استفاده از طراحی خمیری در کاهش مصرف فولاد مؤثر خواهد بود .

-          تا آنجا که ممکن است اتصالات وجوشهای مربوط به آن طوری طراحی شود که انجام آنها قبل از نصب . در کارخانه به حالت جوشکاری تخت امکانپذیر باشد وفقط درصد کمی از آن به صورت درجا و کارگاهی صورت گیرد.

-          اتصالات باید طوری باشند که قابلیت دسترسی برای جوشکار موجود باشد .

بری یک جوش خوب باید امکان یک جفت وجور خوب هم وجود داشته باشد ،برای انکه یک جفت جور خوب ممکن شود باید نکات زیر را رعایت کرد :

-          برشها دقیق باشند .

-          در موقع نصب عضو کاملاً در جای خود قرار گیرد .

-          افراد ،کاردان وماهر باشند .

-          در طرح ونصب تنظیم اتصال ، دقت کافی به عمل آید .

-          قبل از نصب ، محل لتصال را کاملاً آماده کرد.

فصل 2 : اتصالات ساده تیرها به وسیلة نبشی جان (framed beam connections ) 

روش اتصال

اتصال سادة برشی به کمک نبشیهای جان که از نوع اتصالات ساده می باشد، برای متصل ساختن تیر به تیری دیگر یا به بال ستون به کار می رود .در این نوع اتصال ، نبشی باید تا سر حد امکان انعطاف پذیر در نظر گرفته شود . وقتی که از نبشی جان برای اتصال تیر به ستون استفاده می گردد، فاصلةآزادی درحدود 12 تا 20 میلیمتر در نظر گرفته می شود تا اگر تیر در حد رواداریهای مجاز بلند بود ، بدون بریدن سر آن و تنها با جابجا کردن نبشی بتوان آنرا نصب نمود .

وقتی که اتصال دو تیر به نحوی انجام می گیرد که بالهای فوقانی هر دو در یک تراز واقع می گردد باید قسمتی از بال تیری را که مقصود ایجاد اتصال ساده برای آن است جدا کرده واتصال همانند شکل 2-1-ث ، برقرار ساخت.مقطع تیر فقط مقداری از بال خود را از دست می دهد که سهم آن در باربری برشی کم است .بنابراین هم تراز کردن تیرها فقط مقدار کوچکی از مقاومت برشی اولیه می کاهد . تحقیقات اخیر نشان داده است که خرابی تیرهای تراز شده تحت بارهای سنگین ، در صورتی که اتصال جان به نبشی به وسیلة پیچهای پر مقاومت بر قرار شده باشد ، ممکن است در نتیجة پارگی جان تیر در امتداد سوراخ پیچها صورت پذیرد .نمونه ای از این نوع خرابی که به آن برش قالبی گویند ، در شکل 2-2 به نمایش در آمده است .این مسئله خصوصاً وقتی اتفاق می افتد که از تعداد کمی پیچ که به طور یکنواخت در طول جان تیر توزیع نشده اند ،برای اتصال استفاده به عمل آید .

نبشی جان با اتصال جوشی

مطابق اشکال 2-1 –پ،ت،ث، اتصال نبشی جان را می توان با استفاده از جوش برقرار نمود . در این قسمت برقراری اتصال به کمک نبشی زوج مورد توجه قرار می گیرد .اتصال نبشی به جان را جوش   A  واتصال نبشی به تکیه را جوش  B  می نامند .

فصل 3  :    اتصال ساده تیر با نبشی نشیمن انعطاف پذیر                                                                                    

کلیات

اتصالات ساده با نبشی نشیمن از جزییات متداول برای اتصال ساده تیر به ستون تکیه گاهی می باشند .در این نوع اتصالات تیر بر روی یک نشیمن که می تواند تقویت نشده ( انعطاف پذیر )یا تقویت شده باشد ، قرار می گیرد .در این فصل نشیمنهای تقویت نشده مانند نشیمن شکل 3-1 مورد بررسی قرار می گیرند .نبشی نشیمن انعطاف پذیر شکل 3-1 برای تحمل تمام واکنشهای تکیه گاهی تیر طراحی می گردد .این نوع اتصال باید همیشه همراه با یک نشیمن بالایی که تنها وظیفة آن تأمین تکیه گاه جانبی برای بال فشاری است ،استفاده به عمل آید .

مانند اتصالت ساده با نبشی جان ، منظور از اتصالات نشیمن تنها انتقال واکنش تکیه گاهی قائم است .بنابراین اتصال نباید در انتهای تیر ،گیرداری قابل توجهی کند .

به این دلیل است که نبشیهای نشیمن ونبشی نگهدارنده بالایی باید نسبتاً قابل انعطاف باشند .رفتار نبشیهای نشیمن جوش شده توسط محققین چندی مورد مطالعه قرار گرفته است . ضخامت نبشی با توجه به تنش خمشی در مقطع بحرانی نبشی که در شکل 3-2 مشخص گردیده ، تعیین می شود .اگر از اتصال پیچی بدون پیچ کردن تیر به نشیمن  (شکل 3-1-الف ) استفاده گردد ،مقطع بحرانی را بهتر است سطح مقطع خالص در تراز خط پیچ در نظر گرفت (مقطع a-a ).اما وقتی که تیر مانند شکل 3-2-ب ،به نشیمن خود پیچ شود ، چرخش انتهای تیر نیرویی ایجاد می کند که تمایل دارد مایل دور شدن تیر از ستون گردد .مقطع بحرانی خمشی در این حالت در نزدیکی آغاز گردی اتصال سلق افقی به ساق قائم واقع گردیده است (مقطعb-b ).مشابه آن برای نبشیهای جوش شده ،جوش کامل دو انتهای نبشی نشیمن ، آن را متصل به ستون نگاه می دارد ،در این حالت مقطع بحرانی در مقطع c-c از شکل 2-پ قرار می گیرد .در این صورت فرقی نمی کند که تیر به نشیمن خود متصل شده باشد یا نه .در عمل همواره تیررابه

 

نشیمن آن متصل می سازند ،بنابراین روشهای طراحی ارائه شده در این فصل از مقاطع بحرانی شکلهای 3-2-ب وپ، استفاده می نماید ومحل مقطع را در فاصلة  10میلی متری از وجه (  face) نبشی در نظر می گیرند .

لنگر خمشی در مقطع بحرانی نبشی ومحل اتصال به بال ستون ،از ضرب واکنش تکیه گاهی در فاصلةآن از مقاطع بحرانی مورد نظر به دست می آید .واکنش تکیه گاهی در مرکز هندسی توزیع تنش مماسی  (  beariing  stress)  ،مانند آنچه در شکل 3-3 به نمایش در آمده قرار می گیرد .اگر چه آیین نامه A ISC   نحوة محاسبه این لنگر را مشخص نمی سازد ،ولی یک روش محافظه کارانه این است که واکنش تکیه گاهی را در وسط تماس در نظر بگیریم  (شکل3-3-الف ).این کار در اغلب موارد به طرح نبشیسهای ضخیمتر از معمول منجر می گردد. بلاجت ( O.W. blodgett,  Deshgn of Welded Stuctures )  روش محافظه کارانه ای را پیشنهاد می کند . در این روش واکنش تکیه گاهی در وسط طول لازم = برای جلوگیری از لیدگی بین جان وبال که از انتهای تیر اندازه گیری می گردد،در نظر گرفته می شود (شکل 3-3-ب).

یک توزیع تنش منطقی دیگر بر روی نبشیهای انعطاف پذیر ،توزیع مثلثی به نمایش در آمده در شکل 3-3-پ، است .اگر نبشی خیلی سخت باشد ممکن واکنش تکیه گاهی در لبة خارجی نبشی ببیشتر گردد وتوزیع مشابه شکل 3-3-ت، شود .

فصل 4 : اتصال ساده با نشیمن تقویت شده (stiffened Seat Connection)

کلیات

وقتی که واکنش تکیه گاهی از حد قابل قبول برای نشیمنهای ساده تجاوز نماید ،می توان از نشیمن تقویت شده استفاده نمود .وقتی که واکنش تکیه گاهی تیر به حدود 20 تن می رسد ،ضخامت نبشی نشیمن تقویت نشده بی اندازه بزرگ می شود .

نشیمنهای تقویت شده به منظور انتقال لنگر به کار گرفته نمی شوند ،ووظیفة آنها تنها تحمل بارهای قائم می باشد .اتصالات نشیمن تثویت شده جزء اتصالات نوع 2 یعنی ساده به حساب می آیند .

واکنشهای تکیه گاهی به دو صورت ممکن است بر نشیمن تقویت شده وارد گردند ،در حالت متداول ،واکنش تکیه گاهی به وسیلة تیری که جان آن مستقیماً در امتداد سخت کننده قرار گرفته است ،منتقل می شود (شکل  4-1 ) . در حالت دوم طوری تیر قرار می گیرد که جان آن با صفحة سخت کننده راویة 90 درجه می سازد .شکل 4-2 نمایشگر این نوع نشیمن می باشد . همان طور که در شکلب  4-3 دیده می شود ، یکی دیگر از عوامل تفاوت رفتار نشیمنهای تقویت شده ، زاویة برش لبة آزاد سخت کنندة آن می باشد .اگر زاویة    حدوداً 90 درجه باشد ، سخت کننده خود مانند یک ورق سخت نشده تحت فشار یکنواخت ، رفتار می نماید وباید از کمانش موضعی آن جلوگیری کرد .وقتی که ورق سخت کننده به صورت مثلثی باشد ،رفتار متفاوتی بروز می دهد .وقتی که صفحات سخت کننده در زیر یک نشیمن طاقچه ای به صورت مثلثی برش داده می شود ، صفحه به صورتی متفاوت با حالتی که لبة آزاد موازی جهت بار وارده است (شکل 4-4 ) ،عمل می نماید .این تفاوت خصوصاًدر ناحیه ای که بیشترین تنشها رخ می دهند به وجود می آید . شکل 4-5 نمایشگر قرارگیری صفحة لچکی زیر نشیمن و علائمی است که در مورد آن به کار می رود .برای صفحات سخت شدة کوچک که عکس العمل تیر را متحمل می شوند ، در صورت مثلثی بودن ورق سخت کننده ، خطر کمانش وخرابی بسیار کم می باشد .

در حالت کلی ، برش ورق به صورت مثلثی باعث ایجاد اتصالی سخت تر از حالت ورق مستطیلی ، می گردد .

فصل 5 : اتصال صلب تیر به ستون

مقصود طراح در هنگام استفاده از اتصال صلب تیر به ستون این است که اتصال قابل به انتقال کامل لنگر باشد وهمچگونه چرخش نسبی بین اعضای وارد به وجود نیاید (اتصال نوعع یک آیین نهمه ).از آنجا که اکثر لنگر خمشی تیر به صورت بک زوج نیرو در بالهای کششی وفشاری تیر با بازوی تقریباً مساوی ارتفاع تیر حمل می شود ،نقش اصلی یک اتصال صلب فراهم آوردن امکاناتی برای انتقال این نیروهای محوری می باشد .همچنین با توجه به اینکه اکثر

نیروی برشی توسط جان تیر حمل می شود ،پیوستگی کامل اتصال ایجاب می کند که نیروی برشی مستقیماً از جان انتقال پیدا .

در یک اتصال صلب تیر به ستون ، تیرها ممکن از دو طرف به هر دو بال ستون متصل شده باشند ( اشکال 5-1-الف،ب و پ)ویا فقط به یک ستون ، متصل شوند (شکلهای 5-1-ت و2 ).همچنین ممکن است که مانند شکل 5-3 ، تیرها از یک یا دو طرف به جان ستون به طور صلب متصل شده باشند .اگر در سیستم قاب صلب ، تیرها از یک یا دو طرف ستون به جان ستون به طور صلب متصل شده باشند .اگر در یک سیستم قاب صلب ، تیرها فقط از دو طرف بر دو بال ویا جان متصل شده باشند(البته نه با هم) سیستم ،قاب صلب دو طرفه یا صفحه ای( (two –way or planer frame  خوانده می شود .سیستم قاب صلبی که شامل اتصالاتی باشد که در آن تیرها از چهار طرف بر دو بال و جان ستون متصل شده باشند ( البته ممکن است که فقط بر یک جان باشد )،به نام قاب صلب فضایی یا چهار طرفه خوانده می شود .تنوع اتصالات تیر به ستون آنقدر زیاد است که مشکل بتوان لیست کاملی از آنها تهیه نمود ،لیکن اتصالات نشان داده شده در اشکال 5-1 ،5-2 ،5-3 ،امروزه بهذ نحو گسترده تری مورد استفاده قرار می گیرند .قسمتی از جوش اغلب اتصالات در کارخانه ویا در روی زمین انجام می شود وباقی آن پس از نصب توسط جوش در محل ویا پیچهای پر مقامت تکمیل می شود .                                                                                                                                                                                            

هدف اصلی در طرح یک اتصال صلب ، انتقال نیروهای موجود از طریق اتصال بدون هر گونه تغییر شکل موضعی ناشی از این نیروها میباشد.استفاده از اتصالات صلب درقابهای سازه های فولادی دو فایده دارد ،اول اینکه از طرح و محاسبة‌پلاستیک که اقتصادی تر می باشد ، می توانیم استفاده کنیم ، ودیگر اینکه اگر از طرح ومحاسبة الاستیک استفاده کرده باشیم در صورت فشرده بودن تیرهای تیرهای متصل شده به ستون ، می توانیم از ده درصد کاهش مجاز لنگر خمشی ده درصد افزایش تنش خمشی مجاز استفاده نماییم . در هر دو حالت ، اتصال باید قادر باشد که تا ظرفیت پلاستیک اعضای متصل شده بهذ آن بار انتقال دهد و همچنین آنقدر شکل پذیر باشد تا بتواند دورانهای مفصل پلاستیک را تحمل کند. آزمایشهای انجام شده ، توانایی اتصالات صلب را برای هر دو منظور فوق به اثبات رسانیده اند .

سخت کنندههای افقی در ناحیة فشاری اتصال

از آنجایی که در یک اتصال صلب ، نیروهای موجود در بالهای تیر به صورت نیروهای فشاری وکششی وارد بال ستون می شوند،ممکن است احتیاج به سخت کننده های فشاری و کششی باشد.

(اشکال 5-1-ب و5-2-الف).این سخت کننده ها در ناحیه ای که نیروی بال ستون جلوگیری می نمایند.

تمام توصیه هایی که آیین نامة AISC در این مورد عرضه می دارد،بر پایة آزمایشهای تمام مقیاس قرار دارد که در مراکز تحقیقاتی ودانشگاهی انجام شده است.

سخت کننده در ناحیة کششی اتصال                                                                                                       

همانطور که در شکل 5-3-الف ، نشان داده شده است ،در اثر نیروی کششی ناشی از بال کششی تیر ،بال ستون به طرف بیرون کشیده شده وتغییرفرم می دهد .

 

 فصل 6   اتصالات نیمه صلب تیر به ستون  

اتصال نیمه صلب تیر به ستون :

در اتصال صلب تیر به ستون اگر ورق فوقانی طوری طراحی شود که به علت بارهای وارده تحت تنشهای کوچکتر از حد تسلیم ، تغییر شکل الاستیک قابل توجهی دهد ، می تواند به عنوان یک اتصال نیمه صلب ، مورد استفاده قرار گیرد .ناحیة کاهش یافتة این ورق طوری طراحی می گردد که طول کافی ( L ) برای افزایش طول الاستیک را به منظور ایجاد چرخش لازم داشته باشد ( شکل 6-1 )

طراحی لتصالات نیمه صلب نیاز به دانستن محل مرکز چرخش دارد .محل چرخش بستگی به سختی نسبی ناحیة بالا وپایین اتصال دارد .

برای اتصالات نیمه صلب انعطاف پذیر ، محل مرکز چرخش نزدیک به بال پایینی تیر می باشد (شکل 6-2) ، وبرای لتصالات نیمه صلب با صلبیت بیشتر ، مرکز چرخش نزدیک به وسط ارتفاع تیر قرار دارد (شکل 6-3) .

اتصالات تیرهای یکسره

تیرچه ها در محل تقاطع با شاهتیرها می توانند به طور پیوسته به یکدیگر متصل شوند .چند نمونه از این نوع اتصال در شکل شکل 6-4 نشان داده شده است .در شکل 6-4-الف ، بال فوقانی تیرچه وقسمتی از جان واقع در زیر آن طوری بریده شده اند که بتوانند مستقیماً به توسط جوش لب به لب به بال شاهتیر جوش شوند .

در شکل 6-4-ب و پ و ت ، جان تیرچه طوری بریده شده است که بال فوقانی تیرچه بر روی بال فوقانی شاهتیر قرار گیرد .این روش کمک بسیاری به آسانترکردن نصب می نماید .

در اتصال 6-4-پ، ورقهای اضافی در امتداد بال فوقانی تیرچه ، پس از جوش بال فوقانی به شاهتیر مورد استفاده قرار گرفته است . این ورقهای اضافی باعث بالا بردن اساس مقطع تیر در ناحیة لنگر خمشی منفی می شوند و اندازة تیرچه را در سایر مناطق کاهش می دهند .همانند شکلهای ث و ج ،گاهی مواقع ازنبشی نشیمن در زیر بال تحتلنی تیرچه استفاده می کنیم . این نبشی دو کار انجام می دهد :

        الف ) عمل نصب را آسان می کند .

         ب  ) یک ورق پشت بند در زیر جوش شیاری بال تحتانی تیرچه به جان شاهتیر تشکیل می دهد .در اشکال ث و ج ، از ورقهای اتصالی فوقانی استفاده کرده ایم .این ورقهای اتصالی باعث بالا بردن ممان اینرسی   I  واساس مقطع S در انتهای تیرچه ها می شوند .

اگر تیرها بر یکدیگر عمود باسند (شکل 6-5) ، ورقهای اتصالی فوقانی طوری می توانند طراحی گردند که تیرچه ها و شاهتیرها را در بالا به یکدیگر یکپارچه و محکم نمایم .

در شکل 6-6 یک ستون خارجی را نشان داده ایم . در این حالت ورق فوقانی به شکل  T بریده شده وتیرچه ها و شاهتیرها و ستون را به یکدیگر یکپارچه می کنند .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فصل 7 روشها و دتایلهای اجرایی

7-1 اتصال ساده تیر به ستون توسط جفت نبشی جان :

 

 

 

 

 

 

 

این اتصال معمولاً  در عکس العملهای کمتر از 15 –20 ))ton بکار می روند ودر آنها سعی می گرددتا حدامکان انعطاف پذیری کافی برای اتصال وآزادی دوران در تکیه گاهها تأمین شود .گیرداری که دراین نوع اتصال بوجود می آید کم وکمتر از(10-20) درصد گیرداری کامل است .

 در این اتصال تصور اینکه هرچه نبشی قوی ترباشد ،اتصال قوی تر می گرددصحیح نمی باشد وسعی می گرددنبشی تا حدامکان نازک وقابل انعطاف باشد .اگر نبشیهایی با بال نامساوی دردسترس باشد برای انعطاف پذیری بیشترمی توان بال کوتاه را درطرف جان تیر وبال بلند رابرسطح ستون قراردارد .معولاًمقدارمناسب عرض بال نبشی که برجان تیروصل میگردد بین 80mm تا 60mm  وبال متصل شده به ستون بین 100 mm – 60mm است واگراجباراًازنبشیهایی با بال مساوی استفاده گردد نیشیهای اتصال بین 60×60 ×60  تا 100 ×100 ×100 بکار می روند . طول نبشی اتصال باید طوری انتخاب شود که امکان جوشکاری با زاویه تمایل مناسب برای الکترود جوشکاری بوجود آید ،برای این منظور خوبست  d-b<l<d-b/2 .گاهی نیز این طول را بطور ساده بین 1/2 تا 2/3  ارتفاع نیمرخ در نظر می گیرند البته این طول بایستی ضمن محاسبه جوش تائید گردد . d/2<l<2d/3                                                                                  

 

                                                                                                        

 

 

 

 

جوشهای اتصال :

الف) جوشهای بین نبشی وجان تیر (تیپA ) 

بعد جوش برجان تیر نبایستی از 80% ضخامت جان تیر تجاوز کند .

ب) جوشهای بین بال نبشی وسطح ستون (تیپ B )

جوشهای برسطح  ستون خوبست فقط در دو خط قائم انجام گیرد تا آزادی تغییر شکل در دوران زاویه ای تکیه گاه برای بال نبشی محفوظ بماند . این جوشها بایستی در انتهای خط جوش حداقل به اندازه دو برابر بعد جوش برروی ضلع دیگر برگشت داده شود.کتاب دستی AISC طول جوش برگشتی رامساوی دوبرابر اندازه جوش درنظر می گیرد جوشهای برگشت خصوصاً وقتی تأثیر قابل توجهی دارند که طول نبشی l  کوتاه باشد .در نظر گرفتن طول برگشتی در حدود   l / 12  برای محاسبات منطقی بنظر می رسد .

اتصال جفت نبشی جان برای تیرهایی که دهانه بزرگ دارند چندان مناسب نخواهد بود .

لازم به ذکر است که وقتی اتصال بین ستون بصورت ساده می باشد آن قاب ناپیوسته بوده وقادر به تحمل نیروهای جانبی نمی باشد. در چنین مواردی باید از مهار بندی استفاده نمود.

7-2 اتصال ساده تیر به ستون توسط نبشی نشیمن انعطاف پذیر :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

این نوع اتصال نیز همتنند اتصال تیر با نبشی جان برای عکس العملهای کمتر از ( 15 – 20 ) t  بکار می روند .در این اتصال استفاده از نبشی نشیمن ، عمل نصب وتنظیم تیر را آسان می کند .

گیرداری این نوع اتصال مستقیماً به ابعاد نبشی فوقانی بستگی دارد ودر صورتیکه نبشی فوقانی با ابعاد ظریف بکار رود گیرداری  کم وکمتر از ( 10 – 20 )  درصد گیرداری کامل خواهد بود .

نبشی نشیمن ( تحتانی ) :

در مورد نشیمن اگر با بال نا مسوی در دسترس باشد ،بال کوتاه در زیر تیر وبال بلند در تماس با ستون قرارمی گیرد. پهنای بال نبشی نشیمن معمولاً بین ( 100 – 250  ) mm  در نظر گرفته می شود جوشهای اتصال نبشی نشیمن در دو خط، در دو انتهای طول نبشی نشیمن انجام می گیرد وانتهای آنها در بالای نشیمن حتماً به اندازه دو برابر بعد جوش برگشت داده شود .

نبشی فوقانی :

نبشی فوقانی را معمولاًدر محاسبه در مقابل عکس العمل تکیه گاه به حساب نمی آورند وعمل آن فقط ثابت نمودن تیر در محل خود وتأمین تکیه گاه جانبی وجلوگیری از غلتیدن نیمرخ تیر است .

برای آنکه اتصال تا حدامکان انعطاف پذیر باشد تا از آزادی دوران تیر در تکیه گاهها جلوگیری نشود ، نبشی بالا با ابعاد ظریف ومعمولاً ازنبشی 60  mm × 60  × 60  تا نبشی 100 mm × 100 × 100 استفاده می شود وفقط دو لبه انتهای بالهای آنرا (در امتداد عرض بال تیر )جوش می نمایند .

7-3 اتصال ساده تیر به ستون با نبشی نشیمن تقویت شده (سخت شده ):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                                              

در عکس العملهای بیش از 18 t  نبشیهای نشیمن انعطلف پذیر به ضخامت بزرگی احتیاج دارند وبنابراین بکار بردن نشیمن تقویت شده ضروری می گردد.

تکیه گاه لچکی معمولاً ازیک نیمرخ I  با قطعه ای آهن I  که برش داده شده ویاگاهی از دو قطعه ورق که به یکدیگر جوش می شود ویا نبشی که بوسیله لچکی هایی تقویت شده است ، تشکیل می گردد.

ضخامت تیغه T  را معمولاً برابر یا بشتر از ضخامت جان در نظر گرفته می شود ( 10 – 20 mm )  . پهنای بال لچکی را باید قدری بیشتر از عرض بال در نظر داشت تا بتوان تیر را از بالا روی تکیه گاه جوش نمود .اگر لچکی را فقط با دو خط جوش قائم به ستون متصل کنیم از آنجائیکه این دو خط جوش فاصله افقی کمی از یکدیگر دارند در مقابل نیروهای جانبی وارد به لچکی مقاومت چندانی نخواهند داشت .

بنابراین معمولاً دو خط جوش افقی در زیر بال لچکی قرار می دهند .

7-4 اتصال صلب تیر به ستون :

اتصال صلب اتصالی است که درقابهای صلب بکار می رود ودر آن فرض براینست که اتصال از مقاومت کافی برای جلوگیری تغییر زاویه بین اعضاء برخوردار می باشد . به بیان دیگر زاویه اولیه بین تیرها وستونها پس از اعمال بار تغییر نکرده ولنگر بطور کانل از یک عضو به سایر اعضا منتقل می گردد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اتصال صلب تیر به ستون با نشبمن سخت شده                                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

اتصال صلب تیر به ستون با نبشی جان                                                          

7-5 اتصال قیچی ( خورجینی )

ایجاد اتصال گیردار از جمله کارهای دشوار ودر نتیجه گران در سازه های فلادی است .این اتصال علیرغم مزیتی که در خصوص افزایش باربری سازه بویژه برای نیروهای افقی ناشی از باد وزلزله ، در مقایسه با دیگر اتصتلات داراست ایجاد آن در استخوان بندی های فولادی به عکس سازه های بتن آرمه ،علی الاصول چنان مسائل پیچیده وپر خوبی است که طراحان را بر آن می داردتا ضمن صرفنظر کردن از مزیت اتصالات گیردار ،اتصال دیگری را جایگزین آن کنند .این جایگزینی اتصال خورجینی تیرهای اصلی سراسری وستونهای سراسری در استخوانبندیهای چند طبقه وچند دهنه فولادی است که امروزه بطور گسترده ای در صنعت ساختمان سازی مملکت رواج دارد .

اتصالات خورجینی از انواع اتصالاتی هستند که بخاطر سرعت در اجرا بنحو فراگیری در ساختمان های کوتاه ونیمه بلند فلادی مورد استفاده قرار می گیرند وبیش از هشتاد درصد اسکلتهای فولادی داخلی را تشکیل می دهند .این اتصال مختص کشور ایران می باشد وفقط در چندکشور دیگر نظیر اسپانیا وکره جنوبی اجرا می گردد ،در این سیستم تیرهای سراسری پیوسته پس از افراشتن ستونها (دوبل با بست افقی ) از کنار ستونها عبور کرده وروی نبشی نشیمن واقع می شوند .

صلبیت وشکل پذیری ومقاومت اتصال تابع مقدار وهندسه وضخامت جوشهای اتصال نبشیها به تیر وستون است . ضعف عمومی اتصالات خورجینی در انتقال لنگر از تیر به ستونها سبب می شود که چنین سلزه هایی بدون مهار جانبی بسیار نا پایدار باشند وعامل خرابی بسیاری از سازه ها در زلزله های اخیر کشور شده باشند .