طراحی اتصال گیردار فلنجی چهارپیچی با سخت کننده و بدون سخت کننده به صورت دستی

اتصال گیردار فلنجی چیست؟

همانطور که شما هم می دانید یکی از انواع اتصالات فولادی، اتصال گیردار فلنجی می باشد که عموما به دو صورت اتصال فلنجی تیر به ستون و اتصال تیر به تیر فلنجی تقسیم می شوند اما چرا در طراحی سازه از این اتصال استفاده می کنیم؟ مراحل طراحی اتصال گیردار فلنجی به چه صورتی است؟

در این ایبوک جامع 59 صفحه ای به بررسی مفهوم اتصال فلنجی خواهیم پرداخت و سپس طراحی اتصال گیر دار فلنجی را در حالت بدون سخت کننده و با سخت کننده بررسی خواهیم کرد.

در این صفحه تنها خلاصه ای از این ایبوک جامع را مشاهده می کنید. متن اصلی ایبوک را منطبق بر فهرست مطالب، دانلود کنید.

اتصال فلنجی چیست؟

اتصال فلنجی یکی از انواع اتصالات پیش تأیید شده‌ی گیرداری است (صلب) که در بسیاری از آیین نامه‌های طراحی از جمله مبحث دهم مقررات ملی ایران در مورد آن صحبت شده است.

اتصال گیردار فلنجی ممکن است به دو صورت مورد استفاده قرار گیرد:

• اتصال فلنجی تیر به ستون: در رابطه با این اتصال در ادامه توضیحاتی ارائه خواهد شد.
• اتصال فلنجی تیر به تیر: در این گونه اتصال همانطور که در شکل زیر هم مشاهده می‌شود، بال فوقانی تیر باید اندکی بریده شود تا تیرها پس از اتصال در یک تراز قرار گیرند. در صورتی که بال فوقانی بریده نشود، پس از اتصال یکی از تیرها اندکی پایین‌تر از دیگری قرار می‌گیرد که این امر در هنگام اجرای سقف مشکل ساز می‌شود.

 

 

در شکل زیر سه نمونه از اتصال فلنجی تیر به ستون، که در مبحث دهم مقررات ملی معرفی شده‌اند، مشاهده می‌شوند.

 

 

 

با توجه به آیین نامه‌ی ایران، همانطور که در شکل بالا هم مشخص است، اتصال فلنجی به سه دسته تقسیم شده است:

• اتصال فلنجی چهار پیچی بدون سخت کننده. (لچکی)
• اتصال گیردار فلنجی چهار پیچی با سخت کننده. (لچکی)
• اتصال فلنجی هشت ‌پیچی با سخت کننده.(لچکی)

با افزایش میزان لنگر انتهای تیر، تعداد پیچ‌های مورد نیاز افزایش یافته و همچنین سخت کننده‌ هایی برای اتصال فلنجی طراحی می‌شوند

مزایا و معایب اتصال گیردار فلنجی

اتصال فلنجی هم مانند تمامی اتصالات دیگر، مزایا و معایبی دارد.

مزایای اتصال فلنجی

• مناسب برای مناطق سردسیر
• حذف نیاز به جوش کارگاهی
• زمان و هزینه‌ی نصب پایین
• شاقول بودن قاب
• هزینه‌ی پایین‌تر در مقایسه با سایر اتصالات

هر یک ازین مزایا و همینطور 5 عیب اتصال فلنجی  را به صورت کامل در متن اصلی ایبوک کاملا توضیح می دهیم.

ضوابط اتصالات فلنجی

الزامات و نکات مربوط به اجرای اتصالات فلنجی در مبحث دهم مقررات ملی در بند 10-3-13-3 آورده شده است:

در این اتصال ناحیه‌ی حفاظت شده از بر ستون بر روی تیر، به صورت زیر تعریف می‌شود:

الف- اتصالات فلنجی بدون استفاده از سخت کننده (لچکی):

 ناحیه حفاظت شده = min{d . 3d }

ب- اتصالات فلنجی با استفاده از سخت کننده (لچکی):

ناحیه حفاظت شده =  L_st + min {d/2 . 3d }

 

 

 در قاب‌های خمشی ویژه با دال بتنی سازه‌ای و دارای برشگیر فولادی مدفون در بتن در فاصله‌ی بین دو ناحیه‌ی حفاظت شده‌ی تیر، عمق مقطع تیر (d) نباید از 700 میلیمتر کمتر در نظر گرفته شود.

 

در اتصالات فلنجی محل تشکیل مفصل پلاستیک به صورت زیر می‌باشد:

الف- اتصالات فلنجی بدون استفاده از سخت کننده (لچکی):

 

محل تشکیل مفصل پلاستیک  = S_h  = min {d/2 . 3d }

 

ب- اتصالات فلنجی با استفاده از سخت کننده (لچکی):

محل تشکیل مفصل پلاستیک = S_h = L_st + t_p

 

 

بخش اول: طراحی اتصال فلنجی چهارپیچی بدون سخت‌کننده

دهانه‌ای را فرض نمایید که طول خالص دهانه 5.5 بوده و هدف، طراحی یک اتصال فلنجی برای تیر ورق شکل زیر می‌باشد.

 

 

بار مرده‌ی وارد بر تیر 2 ton/m و بار زنده هم 1 ton/m   می‌باشد. فولاد مورداستفاده از نوع فولاد نرمه بوده و مشخصات آن عبارتند از:

 

E = 2.04 × 10⁶ kg/cm² 

F_y = 2400 kg/cm² 

F_u = 3700 kg /cm²

حل:

مشخصات هندسی مقطع به شرح زیر محاسبه می‌باشند:

 

h (cm)	Z (cm3)	S (cm3)	I (cm4)	A (cm2)
43	1565	1400.65	30111.67	92

 

در سازه‌ها با شکل‌پذیری متوسط و ویژه با توجه به آیین‌نامه‌ی مبحث دهم انتظار تغییر شکل‌های فراارتجاعی قابل‌توجهی وجود دارد، در نتیجه در ابتدا نیاز به کنترل ضوابط فشردگی لرزه‌ای برای مقطع تیر موردبررسی می‌باشد. این کنترل با توجه به جدول 10-3-4-1 صورت می‌گیرد.

 

 

کنترل شرایط فشردگی لرزه‌ای برای بال مقاطع I شکل در اتصال گیردار فلنجی:

 

 

حال بال تیر ورق را برای این شرایط کنترل می‌کنیم:

 

  کنترل شرایط فشردگی لرزه ای برای جان مقاطع I شکل به چه صورت است؟

 

مبحث دهم مقررات ملی برای اتصالات فلنجی در جدول 10-3-13-2 محدودیت ‌های ابعادی ارائه نموده است که در شکل زیر مشاهده می‌شوند که هریک از پارامتر های موجود در جدول زیر تعاریف خاص خود را دارند که به آن در متن اصلی ایبوک اشاره خواهیم کرد.

 

 

با مشخص شدن مشخصات هندسی و همچنین کنترل فشردگی لرزه‌ای مقطع، گام‌های طراحی اتصال را می‌توان آغاز نمود، اما پیش از ورود به محاسبات، گام‌های مورد نیاز به صورت خلاصه عبارتند از:

گام 1: محاسبه‌ی برش و لنگر در وجه ستون

گام 2: مشخص نمودن پارامترهای هندسی اتصال با توجه به نوع آن

گام 3: بدست آوردن قطر مورد نیاز برای اتصال (قطر پیچ)

گام 4: انتخاب قطر پیچ مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل

گام 5: محاسبه‌ی ضخامت ورق اتصال مورد نیاز

گام 6: انتخاب ورق مورد استفاده با توجه به محاسبات گام قبل

گام 7: محاسبه‌ی نیروی ضریب دار بال تیر

گام 8: کنترل تسلیم برشی ورق اتصال

گام 9: کنترل گسیختگی برشی ورق اتصال

گام 10: مربوط به حالت با سخت‌کننده

گام 11: محاسبه‌ی مقاومت برشی پیچ‌ها

گام 12: محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ورق انتهایی و ورق بال ستون

علاوه بر این گام‌های طراحی اتصال گیردار فلنجی، ستون هم باید مورد بررسی قرار گیرد تا در محل اتصال، الزامات لازم را ارضا نماید که این کنترل‌ها در پایان دوازده گامِ فوق، انجام خواهند شد

محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ستون

محاسبات در بال ستون با توجه به شکل زیر انجام می‌شود:

 

این محاسبات را در5 گام زیر با شما بررسی خواهیم کرد:

گام1: کنترل بال ستون برای جاری شدن خمشی

گام 2: محاسبه‌ی نیروی طراحی ورق پیوستگی (در صورت نیاز)

گام 3: محاسبه مقاومت کمانش جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر

گام 4: محاسبه‌ی مقاومت لهیدگی جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر

گام 5:  محاسبه‌ی نیروی ورق پیوستگی

تمامی این 5 گام کاملا به صورت عددی و قابل فهم در متن ایبوک بیان شده است.

بخش دوم: طراحی اتصال گیردار فلنجی چهارپیچی با سخت‌کننده

در بخش گذشته یک نمونه اتصال فلنجی بدون سخت‌کننده انجام شد، در این بخش اتصالی مشابه، این بار با استفاده از سخت‌کننده طراحی خواهد شد. مشخصات مقطع مورد نظر دقیقاً مشابه با بخش قبل می‌باشد که در ادامه این مشخصات دوباره نشان داده شده‌اند.

طول خالص (نه اکس به اکس) دهانه‌ی مدنظر 5.5 متر بوده و مشخصات مقطع تیر در شکل‌های زیر مشاهده می‌شوند.

 

 

 

بار مرده‌ی وارد بر تیر 2 ton/m  و بار زنده هم 1 ton/m می‌باشد. فولاد مورداستفاده از نوع فولاد نرمه بوده و مشخصات آن عبارتند از:

 

E = 2.04 × 10⁶ kg/cm² 

F_y = 2400 kg/cm²

F_u = 3700 kg /cm²

 

حل:

مشخصات هندسی مقطع پس از محاسبه، به شرح زیر می‌باشند:

 

h (cm)	Z (cm3)	S (cm3)	I (cm4)	A (cm2)
43	1565	1400.65	30111.67	92

 

در سازه‌ها با شکل‌پذیری متوسط و ویژه با توجه به آیین‌نامه‌ی مبحث دهم انتظار تغییر شکل‌های فراارتجاعی قابل توجهی وجود دارد، در نتیجه در ابتدا نیاز به کنترل ضوابط فشردگی لرزه‌ای برای مقطع تیر موردبررسی می‌باشد.  این کنترل با توجه به جدول 10-3-4-1 صورت می‌گیرد.

 

کنترل شرایط فشردگی لرزه‌ای برای بال مقاطع I شکل:

 

 

حال بال تیر ورق را برای این شرایط کنترل می‌کنیم:

 

 کنترل شرایط فشردگی لرزه‌ای برای جان مقاطع I شکل به چه صورت است؟

در نتیجه بال و جان تیرورق شرایط فشردگی لرزه‌ای برای هر دو حد شکل‌پذیری متوسط و ویژه را دارا می‌باشند.

با مشخص شدن مشخصات هندسی و همچنین کنترل فشردگی لرزه‌ای مقطع، گام‌های طراحی اتصال را می‌توان آغاز نمود:

گام 1: محاسبه‌ی برش و لنگر در وجه ستون

گام 2: مشخص نمودن پارامترهای هندسی اتصال با توجه به نوع آن

گام 3: بدست آوردن قطر مورد نیاز برای اتصال (قطر پیچ)

گام 4: انتخاب قطر پیچ مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل

گام 5: محاسبه‌ی ضخامت ورق اتصال مورد نیاز

گام 6: انتخاب ورق مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل

گام 7: مربوط به حالت بدون سخت‌کننده (محاسبه‌ی نیروی ضریب دار بال تیر)

گام 8: مربوط به حالت بدون سخت‌کننده (کنترل تسلیم برشی ورق اتصال)

گام 9: مربوط به حالت بدون سخت‌کننده (کنترل گسیختگی برشی ورق اتصال)

گام 10: کنترل هندسه‌ی سخت‌کننده‌ها

گام 11: محاسبه‌ی مقاومت برشی پیچ‌ها

گام 12: محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ورق انتهایی و ورق بال ستون

همانطور که در ابتدای بخش گذشته هم گفته شد، علاوه بر این گام‌ها که برای طراحی اتصال، ورق انتهایی و پیچ‌های مورد نیاز می‌باشند، ستون هم باید مورد بررسی قرار گرفته تا در محل اتصال، ستون الزامات لازم را ارضا نماید که این کنترل‌ها در پایان دوازده گامِ فوق، انجام خواهند شد.

محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ستون:

محاسبات در بال ستون با توجه به شکل زیر انجام می‌شود:

 

در این مرحله از طراحی اتصال گیردار فلنجی را به 6 گام تقسیم بندی کرده ایم که به صورت زیر بیان می شود:

گام 1: کنترل بال ستون برای جاری شدن خمشی

گام 2: محاسبه‌ی نیروی طراحی ورق پیوستگی (در صورت نیاز)

گام 3: محاسبه مقاومت جاری شدن موضعی جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر

گام 4: محاسبه مقاومت کمانش جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر

گام 5: محاسبه‌ی مقاومت لهیدگی جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر

گام 6:  محاسبه‌ی نیروی ورق پیوستگی

 

منابع

1. اتصالات در سازه‌های فولادی، صمد آقازاده، پویا آقازاده، انتشارات فدک ایساتیس.
2. آیین‌نامه‌ی طراحی سازه‌های فولادی ایران، مبحث دهم، ویرایش سال 92.
3. Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications, AISC3580-16

 

• انواع اتصالات در سازه های فولادی
• اتصال فلنجی چیست؟
• مزایا و معایب اتصال گیردار فلنجی
• ضوابط اتصالات فلنجی
• انواع اتصالات فنلجی در سازه های فولادی
• طراحی اتصال گیردار فلنجی چهار پیچی بدون سخت‌کننده
  گام 1: محاسبه برش و لنگر در وجه ستون
  گام 2: مشخص نمودن پارامترهای هندسی اتصال با توجه به نوع آن
  گام 3: بدست آوردن قطر مورد نیاز برای اتصال (قطر پیچ)
  گام 4: انتخاب قطر پیچ مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل
  گام 5: محاسبه‌ی ضخامت ورق اتصال مورد نیاز
  گام 6: انتخاب ورق مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل
  گام 7: محاسبه‌ی نیروی ضریب دار بال تیر
  گام 8: کنترل تسلیم برشی ورق اتصال
  گام 9: کنترل گسیختگی برشی ورق اتصال
  گام 10: مربوط به حالت با سخت‌کننده
  گام 11: محاسبه‌ی مقاومت برشی پیچ‌ها
  گام 12: محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ورق انتهایی و ورق بال ستون
• محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ستون
  گام1: کنترل بال ستون برای جاری شدن خمشی
  گام 2: محاسبه‌ی نیروی طراحی ورق پیوستگی (در صورت نیاز)
  گام 3: محاسبه مقاومت کمانش جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر
  گام 4: محاسبه‌ی مقاومت لهیدگی جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر
  گام 5:  محاسبه‌ی نیروی ورق پیوستگی
• طراحی اتصال گیردار فلنجی چهار پیچی با سخت‌کننده
  گام1: محاسبه برش و لنگر در وجه ستون
  گام 2: مشخص نمودن پارامترهای هندسی اتصال با توجه به نوع آن
  گام 3: بدست آوردن قطر مورد نیاز برای اتصال (قطر پیچ)
  گام 4: انتخاب قطر پیچ مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل
  گام 5: محاسبه‌ی ضخامت ورق اتصال مورد نیاز
  گام 6: انتخاب ورق مورداستفاده با توجه به محاسبات گام قبل
  گام 7: (برای اتصال بدون سخت‌کننده) محاسبه‌ی نیروی ضریب دار بال تیر
  گام 8: (برای اتصال بدون سخت‌کننده) کنترل تسلیم برشی ورق اتصال
  گام 9: (برای اتصال بدون سخت‌کننده)  کنترل گسیختگی برشی ورق اتصال
  گام 10: کنترل‌های مربوط به هندسه ورق‌های لچکی
  گام 11: محاسبه‌ی مقاومت برشی پیچ‌ها
  گام 12: محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ورق انتهایی و ورق بال ستون
• محاسبه‌ی مقاومت اتکایی ستون
  گام 1: کنترل بال ستون برای جاری شدن خمشی
  گام 2: محاسبه‌ی نیروی طراحی ورق پیوستگی (در صورت نیاز)
  گام 3: محاسبه مقاومت جاری شدن موضعی جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر
  گام 4: محاسبه مقاومت کمانش جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر
  گام 5: محاسبه‌ی مقاومت لهیدگی جان ستون بدون ورق پیوستگی در محل بال فشاری تیر
  گام 6:  محاسبه‌ی نیروی ورق پیوستگی

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