طراحی وصله تیر و ستون با حل دو مثال به همراه بررسی جزئیات اجرای این اتصالات

همانطور که می دانید محدودیت های اجرایی به ویژه محدودیت در حمل و نقل باعث شده تا برای اجرای سازه های فولادی، از وصله در تیر و ستون ها استفاده کنیم. طراحی وصله تیر و ستون ها باید طوری باشد که گویی هیچ وصله ای وجود نداشته و عملکرد آن دقیقا مشابه با المان یکپارچه ی اولیه است اما سوال اینجاست که محل مناسب این وصله ها کجاست؟ وصله درز سرد چیست؟ میزان اورلب در میلگرد ها به چه میزانی است؟

ما در این ایبوک جامع 60 صفحه ای به همه سوالات پاسخ خواهیم داد و البته موضوعات مهمی را مانند طراحی وصله تیر و ستون را گام به گام با حل مثال کاملا باز خواهیم کرد.

این صفحه تنها بخشی کوتاه از این ایبوک جامع می باشد متن اصلی این ایبوک را منطبق بر فهرست مطالب، دانلود کنید.

چرا وصله؟!

منظور از «وصله»، مجموعه تمهیداتی است که برای اتصالِ هم­راستای دو المان مشابه (مانند اتصال تیر به تیر یا اتصال ستون به ستون) به‌کاربرده می‌شوند تا طول المان افزایش یابد. پیش از ادامه­ لازم است توجه کنیم که اتصال تیر فرعی به تیر اصلی (مانند تیرچه­ های سقف عرشه فولادی) از نوع اتصال محسوب می­شوند و به همین­ دلیل از لفظ «اتصالِ هم راستا» استفاده کرده ایم. همین­طور باید دقت داشته­ باشیم که متصل کردن دو المان غیر مشابه (مانند تیر به ستون) را در حالت کلی «اتصال» می نامیم که نمونه­ هایی از آن اتصال ساده با نبشی نشمین یا اتصال گیردار کله ­گاوی است.

ممکن است این سوال برایتان پیش آید که چرا تیر یا ستون­های در همان طول مورد نیاز ساخته نمی­ شود تا نیازی به وصله نباشد؟

ستون های باکس حمل شده به کارگاه که محل تعبیه ی وصله ی آنها مشخص است

وصله‌ها را می توان به سه روش اجرا کرد که عبارت‌اند از:

1-اتصال مستقیم دو عضو صرفاً توسط جوش، که مطابق بند 10-2-9-6 مبحث دهم فقط باید از جوش نفوذی کامل استفاده کنیم.

2-استفاده از ورق‌های وصله جهت اتصال دو عضو که در این حالت، مقطع دو عضو، توسط ورق‌هایی که به‌صورت کامل با استفاده از جوش گوشه یا تعدادی پیچ، نیمی از آن‌ها روی هر یک از دو قطعه قرارگرفته شده است، به هم متصل می‌شوند.

3- روش ترکیبی که ترکیبی از دو روش اول و دوم است. به‌ عنوان‌ مثال، بال‌ها را مستقیماً با جوش نفوذی کامل به هم جوش بدهیم ولی جان‌ها را با وصله به هم متصل کنیم.

در چه مواردی باید از وصله استفاده کنیم؟

وصله تیر به تیر

از آن­جایی­ که در تیرهای I شکل، به‌طور عمده لنگر خمشی توسط بال‌ها و نیروی برشی توسط جان مقطع تحمل می‌شوند، از این‌ رو در نقطه‌ی قطع (محل وصله­ ی دو پروفیل به یکدیگر)، برای انتقال لنگر خمشی توسط بال‌های تیرها و نیز برای انتقال نیروی برشی توسط جان تیرها، باید با کمک ورق‌هایی، بال‌ها را به هم و جان‌ها را نیز به هم متصل کنیم؛ به عبارت دیگر لازم است که جان و بال­ های تیر در محل وصله هم وجود داشته باشد که این جان و بال­ ها توسط ورق­ هایی به جان و بال­ های هر دو پروفیل متصل می­شوند. در شکل زیر نمایی از یک وصله تیر که در آن بال‌ها و جان‌های هر یک از تیرها، توسط ورق‌های وصله به یکدیگر متصل شده‌اند، نشان داده‌شده است.

وصله تیر به تیر

وصله تیر فلزی

 مناسب‌ترین محل وصله تیرهای فلزی کجاست؟

انواع وصله تیرها و جزئیات اجرایی

روش‌های مختلفی برای اتصال تیر به تیر وجود دارد که عبارتند از:

1- روش جوش مستقیم

2- استفاده از وصله و جوش مستقیم (روش ترکیبی)

3- وصله سه ورقی (استفاده از جوش یا پیچ)

4- وصله چهار ورقی (استفاده از جوش یا پیچ)

5- وصله هشت ورقی (استفاده از جوش یا پیچ)

توضیحات هریک ازین روش ها را به طور کامل می توانید در متن اصلی ایبوک مشاهده کنید.

وصله سه ورقی تیر

نمونه ی اجرایی وصله جوشی چهار ورقی

نحوه اجرای وصله تیرها

برای وصله تیر فلزی، ابتدا لازم است که اندازه‌ی ورق‌های اتصال و طول جوش مورد نیاز یا تعداد پیچ لازم محاسبه شود. برای نصب وصله تیرها، قبل از اقدام به نصب وصله ‌ها، به ‌منظور اجرای جوشکاری با نفوذ مناسب، در هرکدام از نیمرخ‌ها یا ورق‌ها، درز یا پَخ مناسبی ایجاد می‌گردد ( با استفاده از سنگ‌زنی با دستگاه فرز با زاویه 45 درجه). سپس در محل مناسب، دو تیرآهن در امتداد هم (با استفاده از ریسمان کاری و تراز کردن)  قرارگرفته و سپس جوشکاری‌ها و پیچ گذاری های لازم انجام می‌شود. البته اگر جوشکاری داشتیم، بعد از آن باید سطح جوش را سنگ‌زنی کنیم تا صاف و یکدست شود.

طراحی وصله تیر ها

اما طراحی این وصله ها چگونه صورت می گیرد؟ در این ایبوک گام به گام طراحی وصله تیر ها را بررسی می کنیم و سپس با حل مثال زیر کاملا موضوع را باز خواهیم کرد.

مثال)

می‌خواهیم تیر AB که از تیر ورقی با ابعاد جان 260  میلی­متر و 8 میلی متر و بال با ابعاد 130 میلی­متر و 12 میلی متر  (PG-W260X8-F130X12 ) با تنش تسلیم F_y = 2400 kg/ cm² و تنش نهایی F_u = 37000 kg/cm² تشکیل شده است، با استفاده از وصله و پیچ به یکدیگر متصل کنیم. اگر بیشترین برش حاصل از ترکیب بارهای زلزله تشدید یافته در محل وصله 13ton باشد، جزئیات اجرایی این وصله را طراحی کنید؟ ( فاصله وصله از بر ستون   S = 70cm سانتی‌متر، طول دهانه تیر برابر با  L= 6cm و بار مرده و زنده سقف به ترتیب برابر با   D=465 kg/ m²  و   L= 200kg/m² است. سوراخ‌ها استاندارد و پیچ‌ها، M16 از نوع پر مقاومت A325 هستند و عملکرد اصطکاکی دارند. سطح ورق‌ها، تمیز شده با ماسه شنی و رنگ نشده است)

وصله ستون‌ به ستون

غالب ساختمان­ های فولادی که در چندین طبقه احداث می­ شوند، ستون­ های سازه دارای وصله­ هایی هستند. در این قبیل سازه­ ها به دو دلیل مجبوریم از وصله‌ ستون استفاده کنیم:

1- محدودیت طول شاخه­ ی تیرآهن یا ستون ساخته شده با ورق­ه ای فولادی (نظیر ستون باکس، صلیبی و …) که استفاده از وصله ستون‌ها برای دست‌ یابی به ارتفاع ‌های بیش ­تر

2-اتصال ستون ‌های کوچک‌تر و سبک‌تر طبقات بالاتر سازه (که تحت اثر نیروی محوری کمتری نسبت به ستون‌های طبقات زیرین قرار دارند) به ستون‌های با مقطع بزرگ‌تر در طبقات پایینی سازه

وصله پیچی ستون

وصله پیچی یک ستون با مقطع باکس به همراه سوراخ دسترسی تعبیه شده بر روی ستون

مناسب‌ترین محل وصله ستون‌ها کجاست؟

انواع وصله ستون‌ فولادی و جزئیات اجرایی

روش‌های مختلفی برای اتصال ستون‌ها وجود دارد. ابتدا لازم است شرایط توسط مهندس طراح سازه مورد بررسی قرار گرفته و سپس برای انتخاب نوع وصله­ ی ستون تصمیم‌گیری کند. به‌ طور کلی، 3 حالت متداول برای اجرای وصله ستون‌ها وجود دارد:

1. اگر ابعاد دو مقطع ستون یکسان باشد،
2. درصورتی‌که تغییر مقطع دو ستون فولادی را داشته باشیم
3. درصورتی‌که تفاوت زیادی در ابعاد مقطع دو نیمرخی که به هم متصل می‌شوند وجود داشته باشد

البته که تنها معرفی این روش ها کافی نیست و من در متن ایبوک کاملا جزئیات اجرایی هر یک از روش ها را به همراه هم بررسی خواهیم کرد.

نمونه اجرایی وصله ستون با ورق وصله ی بال و جان

استفاده از ورق پرکننده ی وصله ی ستون برای دو ستون با ابعاد متفاوت

رعایت حداکثر شیب 1 به 6 در وصله گلدانی ستون

نحوه اجرای وصله ستون ها

ابتدا باید اندازه‌ی ورق‌های اتصال و طول جوش مورد نیاز یا تعداد پیچ لازم محاسبه شود. سپس برای نصب وصله ستون‌ها، ابتدا باید سطح تماس دو ستون را به‌خوبی گونیا کنند و با سنگ زدن (یا استفاده از دستگاه فرز) صاف کنند تا کاملاً در تماس با یکدیگر یا با صفحه‌ی وصله قرار گیرد.

غالباً به‌منظور اجرای وصله ستون‌ها به یکدیگر پیش از برپا کردن ستون‌ها ، ورق‌های اتصال دو بال یا یک بال و یک جان روی ستون پایینی نصب گردیده و در وضعیت تخت یا افقی جوش داده می‌شوند. پس از برپا کردن ستون پایینی، ستون‌ بالایی وصله را با دقت زیاد روی آن نصب می‌کنند. با این کار، تقریباً نیمی از جوشکاری‌های ورق‌های اتصال ستون به ستون بر روی زمین و در حالت‌های افقی یا تخت و با دقت و کنترل زیادتری صورت خواهد گرفت.

طراحی وصله ستون‌ به ستون

اما طراحی این وصله ها چگونه انجام می شود؟ در این ایبوک گام به گام به طراحی اتصال ستون به ستون می پردازیم و سپس با حل مثال زیر کاملا موضوع را باز خواهیم کرد.

مثال

در طبقه‌ای به ارتفاع 4/3 متر، می‌خواهیم دو ستون با مقطع باکس با ابعاد 300x300x15 میلی­متر ساخته‌شده از ورق را با تنش تسلیم F_y = 2400kg/cm²  و تنش نهایی  F_u= 3700 kg/cm² توسط وصله با استفاده از اتصال جوشی به یکدیگر متصل کنیم. اگر بیشترین نیروهای ناشی از ترکیب بارهای متعارف در محل وصله،  P_u =79 ton  و  M_u = 25.7 t.m باشند و نیز بیشترین نیروی محوری ناشی از ترکیب بارهای تشدید یافته P_u = 92 ton باشد، ابعاد ورق‌های وصله، نوع جوش، بعد جوش و طول آن را طراحی کنید؟

وصله در سازه‌های بتنی

در اوایل مقاله گفتیم که وصله کردن مجموعه تمهیداتی برای پیوستن دو عضو به یکدیگر است. در سازه‌های بتنی نیز اکثراً ناپیوستگی‌هایی به وجود می‌آید که لازم است تمهیداتی برای متصل و وصله کردن آن‌ها در اختیار داشته باشیم. برخی از این موارد در مقالات طراحی تیر بتنی و طراحی ستون بتنی بیان شده است که علاوه بر آن­ها، در این قسمت از ایبوک قصد داریم شما را با دو مورد از مهم ترین آنها آشنا کنیم. که البته در این صفحه به صورت خلاصه تنها قسمتی از توضیحات را بیان خواهیم کرد.

الف) درز سرد در بتن ‌ریزی

بگذارید با یک مثال خوب بحث را شروع کنیم. همان‌طور که می‌دانید برای اجرای ستون‌های بتنی از قالب‌بندی استفاده می‌شود. ارتفاع قالب­ های ستون به دلیل مسائل اجرایی و راحتی بتن ریزی توسط اکیپ اجرایی معمولاً از حدود 3 متر تجاوز نمی­ کند و همین طور به دلیل محدودیت آیین نامه برای ارتفاع سقوط بتن خیس در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، نمی ­توان بتن­ ریزی ستون رو از ارتفاع بیشتر از 3 متری انجام داد (مواردی چون تعبیه دریچه در وسط ارتفاع ستون برای بتن­ریزی یکپارچه­ ی ستون مستثنی است). در نظر گرفتن این مسائل باعث می­شود که بعد از یک نوبت بتن ریزی ستون، وقفه ه­ایی ایجاد شود تا پس از گرفتن بتن، ستون مجدداً قالب بندی و ادامه­ی ­بتن­ ریزی آن از سر گرفته شود. ایجاد شدن این وقفه در این مرحله و ادامه بتن­ ریزی روی بتنی که سفت شده ­است، سازه بتنی را با مشکل مهمی مواجه می­کند. اگر بدون توجه به این مسئله، بتن‌ ریزی ستون‌های طبقه بعدی انجام شود، به دلیل گیرش سطح بتن ستون‌های قبلی، پیوستگی مناسبی بین بتن قبلی (سخت شده) و بتن جدید (خیس) به وجود نیامده و یک درز ناپیوستگی بین بتن قبلی و جدید ایجاد شود که اصطلاحاً درز سرد (یا درز اجرایی) نامیده می‌شود. به‌ طور کلی عواملی چون محدودیت وقت، توانایی و تجهیزات کم اکیپ اجرایی، محدودیت در حجم بتن‌ ریزی و مشکلات اجرایی و کارگاهی، مهم‌ترین عوامل ایجاد درز سرد می‌باشد.

ب) وصله کردن آرماتورها

میلگرد یکی از پرمصرف‌ترین مصالح در ساختمان‌های بتنی است. با توجه به طول محدود شاخه­ های میلگرد موجود در بازار (12 متر) و نیز کاهش پرت میلگردها، اغلب در هنگام اجرای سازه‌های بتنی باید با روش‌های مختلفی مثل وصله میلگردها یا با کنار هم قرار دادن آن‌ها تحت ضوابط خاصی میلگرد، طول اجرایی میلگرد مورد نظر خود را ایجاد کنیم. البته بایستی سعی شود که در طراحی و اجرا حتی‌الامکان از آرماتورها به‌صورت پیوسته و یکپارچه استفاده شود. درصورتی‌که استفاده از وصله در آرماتورها اجتناب ‌ناپذیر باشد، باید توجه کنیم از اجرای این وصله‌ها در محل لنگر حداکثر جلوگیری کنیم و تا حد امکان آن‌ها را در محل‌هایی با لنگر خمشی حداقل اجرا کنیم.

وصله کردن میلگردها، به 4 روش مختلف انجام می‌شود :

1-وصله پوششی( lap splices)

2-وصله جوشی (welded splices)

3-وصله با انتهای اتکایی( end-bearing splices)

4-وصله مکانیکی( mechanical splices)

برای شناخت بهتر هر یک ازین وصله، متن اصلی و قابل دانلود این ایبوک را مطالعه کنید.

منابع

1. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 92
2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 92
3. فصل دهم از جلد ششم (طراحی اتصالات) کتاب طراحی سازه‌های فولادی به روش حالات حدی و مقاومت مجاز، ازهری، میر قادری
4. تکنولوژی و طرح اختلاط بتن دکتر مستوفی نژاد
5. راهنمای اتصالات جوش شاپور طاحونی
6. آیین نامه اتصالات در سازه های فولادی (نشریه 264)

1. وصله چیست؟
2. وصله تیر به تیر
   مناسب ترین محل وصله تیر به تیر کجاست؟
3. انواع وصله تیر ها و جزئیات اجرایی
4. نحوه ی اجرای وصله تیر ها
5. طراحی وصله تیر ها
   گام بندی طراحی وصله تیر
   محاسبه نیروهای طراحی وصله تیر
   طراحی ورق‌های اتصال بال تیرها
   طراحی پیچ‌های موردنیاز
   کنترل موردنیاز
   کنترل مقاومت اتکایی در جدار سوراخ پیچ
   کنترل تسلیم و کنترل گسیختگی در ورق
   کنترل گسیختگی برشی قالبی
   کنترل تیر در مقطع سوراخ‌دار
   طراحی ورق اتصال جان
   تعیین ابعاد ورق وصله ­ی جان و تعداد و آرایش سوراخ پیچ­ها
   کنترل‌ها
   کنترل مقاومت برشی پیچ
6. وصله ستون‌ها
   مناسب‌ترین محل وصله ستون‌ به ستون کجاست؟
7. انواع وصله ستون‌ها و جزئیات اجرایی
8. نحوه اجرای وصله ستون ها
9. طراحی وصله ستون‌ها
   گام بندی طراحی وصله ستون به ستون
   محاسبه نیروهای طراحی وصله ستون
   کنترل‌ها
   کنترل ورق وصله برای انتقال لنگر خمشی (بال‌ها)
   کنترل ورق اتصال برای انتقال نیروی برشی (جان‌ها)
   کنترل اتصال برای نیروهای ترکیب  بارهای متعارف
   کنترل اتصال برای نیروی محوری ترکیب بار تشدید یافته
   طراحی جوش ورق‌های اتصال
   کنترل برش قالبی فلز پایه
10. وصله شمشیری راه‌پله
11. وصله در سازه‌های بتنی
    درز سرد در بتن‌ریزی
    وصله کردن آرماتورها
    وصله­ ی پوششی میلگرد
    وصله­ ی جوشی میلگرد
    وصله­ ی اتکایی میلگرد
    وصله­ ی مکانیکی میلگرد

• ثبت شده در
  وزارت ارشاد
• دانلود سریع
  پس از پرداخت
• ضمانت ارسال
  بروزترین نسخه کتاب