انواع اتصالات پیچی در سازه های فولادی

تا مهندسین مجری ساختمان ها و سازه های مرتبط همانند سازمان نظام مهندسی نحوه اجرای صنعتی سازه ها در محل نصب (اتصالات سازه های فولادی) را بررسی و به این نتیجه برسند که ساخت سوله در مشهد و شهر های بزرگ دیگر که قبل از این بصورت جوشکاری انجام می شد به اتصالات پیچی تغییر یابد که علاوه بر سرعت بیشتر نصب این سازه ها کیفیت بالاتر اتصالات و کارایی بالا در همه شرایط آب و هوایی را به همراه دارد.

اتصال چیست؟

اتصال یکی از مهم ترین بخش های هر سازه ای می باشد که دو قطعه ( element) را به یکدیگر متصل می کند و وظیفه انتقال نیروهای اعضا به یکدیگر و به تکیه گاه ها را برعهده دارد. مهم ترین اتصال در سازه فولادی، اتصال تیر به ستون است.

اتصالات پیچی

در ساخت و اجرای سازه های فولادی ۲ روش برای اتصال در نظر گرفته شده است، اتصالات اصطکاکی و اتکائی
هر دو روش توسط Aisc و مقررات ملی ساختمان ایران مورد قبول است و هر کدام دارای ضوابط و قوانین خاص خود می باشد.

اتصال اتکایی Bearing Joints 

این اتصال به نام های معمولی، لهیدگی و غیر اصطکاکی نیز شناخته می شود. زمانی که دو قطعه توسط پیچ به یکدیگر متصل می شوند بار خارجی وارد شده باعث لغزش قطعات می شود و انتقال بار به وسیله ترکیبی از عمل اصطکاکی و اتکائی در پیچ و بدنه سوراخ ایجاد می شود. این اتصال برای بارهای استاتیکی مناسب بوده و بارهای دینامیکی به دلیل آنکه جهت لغزش دائما در حال تغییر است مناسب نیست.
در این اتصال سفت شدن اولیه پیچ کافی است سفت شدن اولیه به عملی گفته می شود که کارگر معمولی با آچار معمولی تلاش می کند تا پیچ را ببندد.
در این اتصال چون بار خارجی لغزش صورت می گیرد برای اتصالاتی که می خواهد نیروی زلزله را تحمل کنند مناسب نمی باشد و فقط برای بارهای استاتیکی کاربرد دارد.
نکاتی که باید برای این نوع اتصال در نظر گرفت:
بهتر است نیروی اضافی پس از سفت شدن به پیچ وارد شود.
استفاده از واشر در این اتصال الزامی نیست (ولی برای جلوگیری از شل شدگی مهره به مرور زمان می توان از واشر استفاده کرد).

اتصال اصطکاکی Slip Critical Joints

اتصالی که بین صفحات لغزشی ایجاد نشود و مقاومت برشی ناشی از اصطکاک صفحات اتصال به یکدیگر تعیین کننده مقاومت اتصال است.
در این اتصال نیروی p به محض آغاز لغزش بین ورق ها ، نیروی اصطکاکی µf که برابر ti که ضریب اصطکاک بین ورق های اتصال است از لغزش جلوگیری می‌کند.
در این اتصال پس از سفت شدن اولیه پیچ پیش تنیدگی ایجاد می شود. صفحات ورق ها به یکدیگر فشرده شده و آماده بارگذاری می شود.
در این طراحی اتصال لغزشی وجود ندارد و اتصال از قبل آماده ی تحمل بار خارجی است همین دلیل باعث شده تا استفاده از این اتصال در سامانه مقاوم جانبی ساختمان اجباری باشد.
یکی از مواردی که در این اتصال باید به آن توجه کرد تناسب بین قطر پیچ و سوراخ است. سوراخکاری باید با دقت لازم انجام گیرد.
استفاده از پیچ ، مهره و واشر مناسب جهت تامین نیروی پیش تنیدگی در این اتصالات اهمیت ویژه ای دارد.

محدودیت های اتصالات اصطکاکی براساس مبحث دهم

۱. اتصالات سامانه مقاوم جانبی ساختمان که به سیستم لرزه مشارکت دارد:
*اتصال تیر به ستون در قالب خمشی
*اتصال مهاربندیها و بادبندها
*اتصال دیوارهای برشی و فولادی

۲. در سازه های با ارتفاع بیش از ۴۰ متر:
*اتصال ستون ها
*اتصال همه تیرها و شاه تیرها به ستون ها یا اتصال هر نوع تیر یا شاه تیری که مهار ستون ها با آن ها در ارتباط است

۳. اتصال سازه هایی که جرثقیل ها با ظرفیت بیش از ۵ تن تحمل می کنند:
*وصله خرپاهایا تیرهای شیب دار سقف
*اتصال خرپاها به ستون ها
*مهار ستون ها
*مهار زانویی بین خرپای تیر سقف و ستون و تکیه گاه های جرثقیل

۴. اتصالاتی که در ماشین های متحرک یا بارهای زنده را تحمل می کنند که تولید ضربه یا معکوس شدن تنش به همراه دارد:

۵. هر اتصالی که در نقشه های طراحی و محاسبه قید شده باشد:

نکات مهم در اتصالات اصطکاکی
*تنش مجاز مناسب با توجه به سوراخکاری
*شرایط سطحی مناسب
*استفاده از پیچ، مهره و واشر مناسب
*اعمال نیروی پیش تنیدگی مناسب
*بازرسی
*عدم رنگ آمیزی سطوح ( آزمایش ها نشان داده است که در صورتی که ضخامت کلی اندود در این اتصال به ۱۵ میلی متر به ازای هر سطح برسد، پیش تنیدگی ممکن است از بین برود)
*ضخامت فیلر باید ۱/۴ اینچ معادل ۶ میلیمتر باشد.

تنش های مجاز طراحی مطابق با مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران

پیچ چیست؟

اغلب به صورت استوانه ای توپر است که شیارهای مارپیچ روی آن قرار دارد. در کتاب مبحث دهم مقررات ملی ساختمان دو نوع پیچ برای اتصالات فلزی معرفی شده است.

انواع پیچ

تقسیم بندی پیچ ها با توجه به مقاومت نهایی در کشش و نوع مصالحی که در ساخت آن ها به کار می رود تقسیم بندی می شوند.

پیچ معمولی ( پیچ غیر خودکار)

مصالحی که در ساخت این نوع پیچ استفاده می شود از فولاد نرمه با کربن است. از این پیچ برای سازه های سبک مانند خرپاهای کوچک، سازه های موقتی و اعضای درجه دوم سازه ها مانند مهاربندها و لاپه ها می باشد.
از این پیچ ها در پیش مونتاژ سازه های با پیچ های پر مقاومت استفاده می شود.
این پیچ ها مقاومت کمی دارند و ارزان قیمت هستند و در هنگام استفاده باید تعداد بیشتری استفاده کرد، قطر این پیچ ها معمولا ۱۲ تا ۳۶ میلی متر است.
برای سفت کردن این پیچ ها باید از مهره استفاده شود.

انواع پیچ معمولی

پیچ شش گوش، اتاقی، جوشی، استوانه ای، آلن و غیره 
مهم ترین پیچ معمولی که در سازه های فلزی استفاده می شود، پیچ شش گوش و A307 که حدود ۴۲۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع حد گسیختگی دارد.
برای تشخیص پیچ ها از یکدیگر اعدادی بر روی سر آن ها نوشته شده که آن ها را از یکدیگر جدا می کند.
پیچ های ۳.۶, ۴.۶, ۴.۸ و ۵.۶ از نوع پیچ های معمولی هستند.
پیچ ها معمولا با استفاده از دو عدد شناسایی می شوند مثلا در پیچ ۴.۸ ، ۴ نشان دهنده مقاومت نهایی ۴۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع است و ۸ نشان دهنده تنش تسلیم ۴۸۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. پیچ های ۴.۶ از نوع فولاد ST37 جهت اتصالات اتکایی و پیچ های ۵.۶ برای اتصالات با فولاد ST52 کاربرد دارند.

پیچ پر مقاومت

در ساخت این پیچ از فولاد با کربن متوسط ( مقدار کربن از ۰.۳ درصد تا ۰.۵۹ درصد) استفاده شده است. مصالح به کار رفته در ساخت این پیچ توسط عملیات مرغوب سازی ( حرارت دهی، کاهش حرارت) تولید می شود و قبل از شروع عملیات مرغوب سازی حدود ۱۵ تا ۱۶ ساعت گداخته می شود. از این نوع پیچ برای اتصالات اصطکاکی استفاده می شود قطر این پیچ ها ۱۲ تا ۳۸ میلی متر است که قطر های ۲۰ تا ۲۲ میلی متر در کارهای ساختمانی استفاده می شود.
این پیچ ها تغییرات زیادی در نصب و اتصالات سازه های فولادی بوجود آورده است. پیچ های با علامت A325 و A449 با میزان تنش تسلیم حدود 5600 تا 6300 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و A490  از فولاد آلیاژدار با تنش 8000 تا 9000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع تقسیم بندی می شود.
پیچ های 12.9 و 14.9 از نوع پیچ های پر مقاومت هستند که در بازار ایران بسیار کم هستند.
مزایا
*مقاومت بیشتر در مقایسه با پیچ معمولی
*ایجاد اتصالات و محکم بودن لغزش
*استفاده از تعداد پیچ کمتر در مقایسه با پرچ
*عدم آلودگی صوتی
*امکان باز کردن و انجام تغییرات در سازه های فلزی

نیروی کششی در پیچ باعث چه چیزهایی می شود؟

1.    افزایش استحکام اتصال
2.    ایجاد اصطکاک بین قطعات درگیر
3.    بهبود مقاومت خستگی
زمانی که از پیچ ها جهت اتصال دو قطعه به هم استفاده می شود، قطعات رفتاری شبیه فنرهای سری از خود نشان می دهند.

اتصالات تحت بارهای کششی خارجی

وظیفه اصلی پیچ ها اغلب تحمل بار کششی است. برای این که جدایی بوجود نیاید پیچ ها با یک نیروی اولیه به نام پیش بار محکم می شود. نیروی پیش بار کششی با سفت کردن مهره بوجود می آید.

نام گذاری پیچ ها

طبقه بندی پیچ ها در استاندارهای مختلف متفاوت است به عنوان مثال طبقه بندی ISO و ASTM مانند جدول زیر است:

تنوع و تعداد زیاد پیچ ها باعث شده تا نام گذاری صحیح آن ها اهمیت ویژه‌ای داشته باشد. معمولا پیچ ها بر اساس شکل ظاهری، عملکرد و محل مصرف نامگذاری می شوند، پیچ شش گوش، چشمی، آلن سرخزینه، سر استوانه ای، خودکار و ... است.