نحوه اتصال تیرآهن در سازه های فولادی چگونه است؟

تیرآهن و ستون‌ها سازه فولادی را تشکیل می‌دهند که استخوان‌بندی ساختمان اصلی است. اولین نکته‌ای که برای ساخت این استخوان‌بندی باید به آن توجه کرد، تناسب تیرآهن و سایر مقاطع مورد نیاز برای ساخت سازه است. نکته دوم هم شناخت و استفاده از روش صحیح اتصال تیرآهن در سازه فولادی است. هر دو نکته به یک اندازه اهمیت دارند و اگر در رعایت هرکدام از آن‌ها کوتاهی شود، امنیت سازه اصلی در خطر خواهد بود. در این مقاله انواع اتصالات را بررسی می‌کنیم و روش صحیح اجرای آن‌ها را نیز ارائه می‌دهیم.

نحوه اتصال تیرآهن و انواع آن

پروسه اتصال تیرآهن در سازه های فولادی، معمولاً در دو شکل اتصالات بر طبق چشمه اتصال و اتصالات گیردار و اتصالات مفصلی انجام می‌شوند. برای آشنایی با هرکدام آن‌ها لازم است تا هریک را به صورت جداگانه مورد بررسی مفصل و تخصصی قرار دهیم. همانطور که از نام اتصالات مشخص است، از آن برای وصل کردن تیرآهن‌ها و ساخت سازه استفاده می‌شود. اتصالات در تمام سازه‌ها وجود دارند؛ مثلا در آرماتور بندی، میلگردها در بتن کاشته می‌شوند و بتن نیز در اینجا به نوعی اتصال‌دهنده آرماتورها به یکدیگر است.

از آنجایی که ماده‌ای مانند بتن بین قسمت‌های مختلف سازه آهنی وجود ندارد، اتصالات باید در محل تلاقی قطعات نصب شوند و استحکام کافی برای نگهداری سازه را داشته باشند. سازه فولادی باید کلیه بارهای قائم و جانبی وارد شده را تحمل کند؛ بخشی از این فشارها به اتصالات سازه وارد می‌شود. در نتیجه اتصالات تیرآهن در سازه فولادی باید به درستی انتخاب و نصب شده باشند تا در برابر بارها، مقاومت لازم را از خودشان نشان بدهند.

اتصال دو تیرآهن به هم

در این روش، دو تیرآهن به‌صورت جداگانه به هم وصل می‌شوند تا در مجموع ظرفیت باربری بیشتری را فراهم کنند. این اتصال می‌تواند با استفاده از پیچ، جوش یا اتصالات دیگر صورت گیرد. معمولاً در مواقعی که نیاز به طول بیشتر یا تقویت بخش‌هایی از سازه است، از این روش استفاده می‌شود. این نوع اتصال ممکن است به‌صورت مستقیم یا با استفاده از پلیت‌های تقویتی صورت گیرد.

اتصال تیرآهن طبق چشمه اتصال

• اتصال تیرآهن در داخل ستون: در این روش، تیرآهن از داخل ستون رد می‌شود و هیچ اتصال پیچ‌دار یا جوشی در آن صورت نمی‌گیرد. ناگفته نماند که ممکن است در شرایطی هم، چشمه اتصال شامل 2 تیرآهن مجزا باشد که به واسطه اتصال جوش‌دار به همدیگر متصل شده‌اند.
• اتصال تیرآهن روی ستون: در این روش، ساختار داخلی ستون با میلگرد، پروفیل یا پلیت ترکیب می‌شود و تیرآهن روی ساختار بیرونی آن نصب خواهد شد. برای اتصال تیرآهن روی ستون به این روش، باید 2 نبشی موجود در کناره‌ها یا بالا و پایین انتهای تیرآهن را با پیچ محکم نمود و در نهایت همه این سازه را به بدنه ستون پیچ کرد. از طرفی، نحوه اتصال تیرآهن در این روش از طریق پوشاندن اطراف ستون (در قسمت اتصال) با استفاده از ورق سیاه به صورت غلافی هم ممکن است که در نهایت باید تیرآهن را روی ستون با گل‌میخ متصل کرد.

نحوه اتصال تیرآهن به صورت گیردار و اتصالات مفصلی

نحوه اتصالات تیرآهن به صورت گیردار و مفصلی در 3 نوع مختلف صورت می‌گیرد. البته این نکته را نباید از قلم انداخت که درجه اتصال گیردار در تیرآهن با درجه لنگر منتقل‌شده در اتصال، رابطه مستقیم دارد.

• اتصال گیردار تیرآهن: در این نوع اتصالات، قطعات متصل‌شده بین ستون و تیرآهن هیچ امکانی برای حرکت کردن در محورهای Z، Y و X را ندارند و تنها ممان لنگر در بین آن‌ها وجود خواهد داشت. به این نوع اتصالات به دلیل عدم امکان حرکات قطعات، اتصالات صلب گفته می‌شود.
• اتصال نیمه‌گیردار: از این نوع اتصالات معمولاً برای مناطقی که کمتر در آسیب‌های زلزله قرار می‌گیرند، استفاده می‌شود. در اتصالات نیمه‌گیردار علاوه بر نیروهای محوری، نیروی لنگر خمشی هم به قطعات موجود در اتصال وارد می‌شود. چنانچه که این اتصال نتواند بار سازه های فولادی را به درستی به ستون منتقل کند، کارایی آن به عنوان یک سیستم باربر جانبی کاهش می‌یابد. از این لحاظ است که این نوع اتصالات در مناطق زلزله‌خیز مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.
• اتصالات مفصلی: از این اتصال می‌توان برای ایجاد یک سیستم باربر جانبی برای سازه های فولادی کوتاه استفاده کرد. در این روش، از حرکت تیرآهن در 2 محور Y و X جلوگیری می‌شود و در نهایت اتصال مفصلی به وجود می‌آید. این نحوه اتصال تیرآهن نیازمند متصل شدن تیرآهن با استفاده از جوشکاری، پیچ یا نبشی به بدنه ستون است.

انواع اتصالات تیرآهن در سازه های فولادی

اتصالات انواع مختلفی دارد و هرکدام از آن‌ها برای نوع خاصی از سازه‌های فولادی و یا به صورت ترکیبی به کار می‌روند. در ادامه انواع این اتصالات را توضیح می‌دهیم.

• اتصال تیرآهن روی ستون: در این روش، دو نبشی در کناره‌های بالا و پایین تیرآهن پیچ می‌شود و سپس با استفاده از نبشی‌ها، تیرآهن روی ستون پیچ خواهد شد.
• اتصال تیرآهن داخل ستون: تیر بدون اینکه برش یا جوش بخورد یا پیچ شود، از وسط ستون عبور می‌کند. البته اگر محل تلاقی دو تیرآهن، چشمه محل اتصال باشد، به برشکاری و جوشکاری نیاز است. 
• اتصال گیردار: این اتصالات کاملا ثابت هستند و تیرآهن با ورق یا نبشی روی ستون فیکس می‌شود و نمی‌تواند در هیچ جهتی حرکت کند.
• اتصال نیمه گیردار: لنگر خمشی هم در کنار سایر اتصالات مورد استفاده قرار می‌گیرد. اجرای این روش به دقت بالایی نیاز دارد و در مناطق لرزه‌خیز نباید استفاده شود.
• اتصال مفصلی: در این روش بالا و پایین تیرآهن به ستون جوش می‌خورد یا پیچ می‌شود و حرکت تیرآهن در محورهای Y و X را محدود می‌کند.

سازه فولادی و انواع آن در صنعت ساختمان

حالا که با انواع اتصال تیرآهن آشنا شدیم، بهتر است تا انواع سازه‌های فولادی را هم مورد بررسی قرار دهیم. سازه‌های فولادی همیشه پای ثابت اتصالات تیرآهن هستند و با استفاده از آن‌ها می‌توان انواع مهاربندی را در سیستم‌های باربر جانبی ایجاد کرد. در ادامه این مطلب با 4 سازه فولادی مختلف با ویژگی‌های متنوع آشنا خواهید شد.

• سازه فولادی با چند طبقه بتنی و چند طبقه فولادی: همان‌طور که از عنوان این سازه فولادی پیداست، از آن برای ساخت ساختمان‌های تجاری با پارکینگ‌های چندبقه‌ای استفاده می‌شود. قسمتی از سازه فولادی که در خاک قرار می‌گیرد و قرار است تا فشار را متحمل شود، از بتن مسلح ساخته می‌شود. نحوه اتصال تیرآهن در این سازه فولادی بسیار مهم است تا بتواند در نهایت، نیروهای طبقات بالایی را به خوبی متحمل شود.
• سازه فولادی با هسته بتنی مرکزی: این سازه فولادی معمولاً دارای یک یا چند ستون بتنی عرضی است که قطعات دیگر مثل تیرآهن در اطراف آن روی هم قرار می‌گیرند. این سازه، بخش عمده‌ای از نیروهای جانبی سازه فولادی را به هسته بتنی منتقل می‌کند. نحوه اتصال تیرآهن در این سازه فولادی بسیار حساس و حائز اهمیت است.
• سازه فولادی با تیرآهن و ستون بتنی: نحوه اتصال تیرآهن در این سازه فولادی با استفاده از ستون‌های داخل سازه که از جنس بتن آرمه ساخته شده‌‌اند، صورت می‌گیرد.
• سازه فولادی ترکیب‌شده با مقاطع فولادی: برای ساخت این سازه فولادی از بتن و مقاطع فولاد استفاده می‌شود. اهمیت قابل توجه این سازه فولادی با توجه به بهره‌مندی آن از قوطی صنعتی است که درون آن با بتن، میلگرد و تیرآهن پر می‌شود.

نحوه اتصال تیرآهن در سازه های فولادی چه اهمیتی دارد؟

سازه‌های فولادی فاقد هرمقدار بتن در ساختار خود هستند و به همین دلیل نیاز دارند تا برای نگهداری مقاطع فولادی از اتصالات متعدد بهره‌مند شوند. برای این کار و جبران خلأ ناشی از وجود بتن در سازه فولادی باید از انواع نحوه اتصال تیرآهن استفاده کرد. مهم‌ترین موضوعی که اهمیت اتصالات در سازه فولادی را پررنگ می‌کند، نگه داشتن قطعات و اعضای مختلف موجود در یک سازه است که معمولاً به وسیله تیرآهن و ستون صورت می‌گیرد.

نحوه اتصال تیرآهن، ستون و همچنین بادبند از اعضا و قطعات مهم موجود در یک سازه فولادی هستند که باید قسمت‌های مهمی به یکدیگر متصل شوند. تمامی این مجموعه در نهایت باید توانایی افزایش استحکام سازه را به دوش بکشد تا همه نیروهای ممکن را در جای‌جای سازه به صورت مساوی تقسیم کند.