طراحی اتصالات تیر به ستون
طراحی اتصالات تیر به ستون
اتصالات تیر به ستون در قاب‌های خمشی
اتصالات خمشی تیر به ستون مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرد. چون عمده لنگر خمشی تیر در بالهای آن توسعه می‌یابد، بنابراین برای فراهم نمودن یک اتصال خمشی، باید به نحو مقتضی بالهای تیر به ستون متصل شوند. اتصال بالهای تیر به ستون از طرق مختلف نظیر اتصال مستقیم و با استفاده از جوش نفوذی و یا پیچ، به صورت غیرمستقیم و توسط ورق‌های روسری و زیرسری و یا توسط ورق فوقانی و نشیمن انجام گیرد.
اتصال مستقیم بالهای تیر به ستون به دلیل نیاز به پخ‌زنی (کونیک نمودن) بال برای جوش شیاری چندان متداول نیست و استفاده از ورق‌های انتهایی، ورق‌های فوقانی و تحتانی و یا نبشی نشیمن متداولتر است. اجرای اتصال خمشی تیر به جان ستون مشکلتر از ایجاد اتصال به بال ستون است. بنابراین برای اجرای مناسب اتصال تیر به جان ستون می‌توان از یک نیمرخ سپری با طول حدود ۲ برابر ارتفاع تیر که بالها و جان آن که برای قرار گرفتن مناسب در فاصله بالها و جان ستون بریده شده است، استفاده نمود.
جان ستون توسط جوش گوشه و به بال ستون توسط جوش شیاری انجام می‌گیرد. راهکار دیگر اتصال تیر به جان ستون، استفاده از ورق‌های فوقانی و نشیمن تقویت شده است، که در این اتصال جان ستون به شدت در معرض تنش‌های خمش و موضعی قرار می‌گیرد. بنابراین استفاده از مقطع سپری مناسب‌تر است.
اتصالات تیر به ستون باید بگونه‌ای طراحی شوند که شرایط ایجاد مفصل پلاستیک در داخل تیر و خارج ازاجزای اتصال را فراهم نمایند. در اتصالات جوشی تیر به ستون، اتصال بال تیر یا ورق پوششی آن به وجه ستون یا به ورق پیشانی (فلنج) که به ستون پیچ میشود باید منحصراً از نوع نفوذی کامل باشد. برای اتصال جان تیر یا ورق اتصال جان، به بال ستون یا ورق انتهایی، استفاده از جوش نفوذی نسبی یا جوش گوشه مجاز است. رفتار اتصالات تیر به ستون در قاب‌های خمشی به عنوان اعضای کنترل شونده توسط نیرو در نظر گرفته می‌شوند.
انواع اتصالات تیر به ستون
انواع اتصالات تیر به ستون‌ها به صورت ذیل طبقه می‌شوند.
- اتصالات ساده تیر به ستون
- اتصالات خمشی کاملاً گیردار تیر به ستون
- اتصالات خمشی نیمه گیردار تیر به ستون
معیار طبقه‌بندی میزان گیرداری اتصالات بر اساس میزان نسبت لنگر خمشی، تغییر شکل‌ها و دوران‌های ارتجاعی و غیرارتجاعی اتصالات در قاب‌های خمشی ویژه و متوسط و نیز مقاومت و شکلپذیری اتصال بر اساس محدوده عملکرد ارتجاعی و غیرارتجاعی آنها طبق پارامترهای ذیل طبقه بندی میشود.
- میزان انتقال لنگر
- سختی اتصالات
- شکلپذیری اتصالات
انواع اتصالات خمشی گیردار از پیش تایید شده تیر به ستون
صورتی که اتصالات معرفی شده در این بخش، ضوابط و محدودیت‌های بیان شده را تامین نمایند، به عنوان اتصالات خمشی گیردار از پیش تایید شده تیر به ستون و در قاب‌های خمشی ویژه (SMF) و متوسط (IMF) قابل استفاده خواهند بود.
- اتصال پیچی با ورق‌های روسری و زیرسری (BFP)
- اتصال مستقیم تیر با مقطع کاهش یافته (RBS)
- اتصال از طریق ورق انتهایی با سخت کننده با ورق لچکی (BSEEP) و بدون سخت کننده (بدون ورق لچکی ) (BUEEP) اتصالات فلنجی تیر به ستون
- اتصال مستقیم تقویت نشده جوشی (WUF-W)
- اتصال جوشی با ورق‌های روسری و زیرسری (WFP)
- اتصال تیر به ستون با اتصال لچکی پیچ شده (KBB)
- اتصال تیر به ستون از نوع ConXL
رعایت ضوابط و محدودیت‌های بیان شده برای اتصالات معرفی شده باعث تامین گیرداری (FR) میشود.
ویژگی‌ها و مشخصات اتصالات خمشی گیردار از پیش تایید شده
هنگامی که مقادیر مقاومت‌های موجود بر اساس ضوابط آیین‌نام‌های مشخص میشود، لازم است برای در نظر گرفتن اثرات ناشی از عوامل مختلف نظیر کیفیت مصالح و ساخت، تجهیزات کارگاهی و رفتار مورد انتظار اتصالات پیش تایید شده و در جهت محافظه کارانه و تامین قابلیت اعتماد لازم در این اتصالات از ضرایب کاهش مقاومت استفاده شود. بنابراین برای حالات حدی شکلپذیر از ضریب مقاومت φd=۱ و برای حالات حدی غیرشکلپذیر از ضریب مقاومت φn=۰/۹ در محاسبه ظرفیت و مقاومت اعضای مختلف اتصالات تیر به ستون استفاده شده است.
ناحیه حفاظت شده
مطابق تعریف و ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ناحیه حفاظت شده در یک عضو از سازه ناحیه‌ای شکلپذیر از عضو است که انتظار می‌رود در آن مفصل پلاستیک تشکیل شود. به دلیل اهمیت این ناحیه و رفتار حساس آن در حرکات رفت و برگشتی سازه، این ناحیه باید عاری از هر گونه عملیاتی که موجب دگرگونی عملکرد عضو در این ناحیه میشود، باشد. ناحیه حفاظت شده در دو انتهای تیر، فاصله بین بر ستون تا نصف عمق تیر از محل تشکیل مفصل پلاستیک به سمت داخل دهانه در نظر گرفته میشود. این ناحیه بجز در مواردی که مشخص شده است باید کلیه الزامات لرزه‌ای مربوط به اتصالات و مقاطع را تامین نماید.
در اتصالات گیردار خمشی تیر به ستون از پیش تایید شده، ناحیه حفاظت شده برای هر نوع از این اتصالات به طور جداگانه قابل تعریف است. نظر به اهمیت ناحیه‌ی حفاظت شده‌ی اعضا در تامین شکلپذیری مورد نیاز، الزامات عمومی که باید در اجزای ناحیه حفاظت شده در نظر گرفته شود به شرح ذیل است.
- بکار بردن وصله مستقیم یا غیرمستقیم جوشی یا پیچی نیمرخ‌ها یا ورق‌های تشکیل دهنده‌ی عضو در ناحیه حفاظت شده ممنوع است.
- هر گونه ناپیوستگی ناشی از عملیات ساخت و نصب مانند جوش‌های موضعی، وسایل کمکی برای نصب،ناصافی‌های ناشی از برش‌های حرارتی در ناحیه حفاظت شده ممنوع بوده و در صورت وجود باید به نحو مناسبی برطرف شده و تعمیر شود.
- خال جوش کردن ورق‌های ذوزنقه‌ای تیرهای مختلط و نیز جوش برشگیرهای از نوع گل میخ در تیرهای مختلط در ناحیه حفاظت شده، در صورت تامین ضوابط (اتصالات از پیش تایید شده) مجاز است.
ورق‌های پرکننده انگشتی
این ورق‌ها به منظور همراستا نمودن (هم محور نمودن) و سهولت در اجرای اجزای سازه‌ای اتصالات بکار برده می‌شوند. ضوابط مربوط به کاربرد این ورق‌ها در اتصالات جوشی و پیچی در مبحث ۱۰ ملی ساختمان ارائه شده است. در صورت کاربرد مناسب ورق‌های پرکننده انگشتی تاثیر سازه‌ای بر روی پیش تنیدگی و آزادشدگی پیچ‌ها و عملکرد اتصالات ندارند. در صورت کاربرد کامل این ورق‌های پرکننده، تکیه‌گاهی به اندازه ۷۵٪ قطر پیچ در مقایسه با سطح کاهش یافته‌ی دارای پیچ در وسط آن و در امتداد طولی سوراخ لوبیایی تامین میشود. به عبارت دیگر نقش ورق‌های پرکننده انگشتی در هر دو طرف عضو و احاطه آنها توسط مصالح اجزای اتصالات به عنوان رابط بین سوراخ‌های انگشتانه هستند.
کاربرد این ورق‌ها در هر دو نوع از اتصالات گیردار از پیش تایید شده فلنجی (BSEEP & BUEEP) و اتصال گیردار پیچی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری (BFP) مجاز است.
اتصال گیردار پیچی تیر به ستون از طریق ورق روسری و زیرسری (BFP)
اتصالات خمشی گیردار تیر به ستون با ورق فوقانی و تحتانی پیچ شده به بال تیر از طریق اتصال جوشی بین ورق‌های پوششی یا ورق‌های فوقانی و تحتانی به ستون و نیز اتصال پیچی بین بال تیر و ورق‌های فوقانی و تحتانی برقرار میشود و کلیه اتصالات از نوع اصطکاکی هستند. برای این نوع اتصال ورق‌های فوقانی و تحتانی باید یکسان باشند، اتصال بین ورق‌های فوقانی و تحتانی به بال ستون از طریق جوش‌های شیاری با نفوذ کامل CJP و اتصال این ورق‌ها به بال تیرها از طریق پیچ‌های پر مقاومت ایجاد شده باشد. اتصال جان تیر به بال ستون از طریق یک ورق به صورت نوار برشی و با جوش و پیچ برقرار میشود.
شروع تسلیم و تشکیل مفصل پلاستیک در تیر و در ناحیه مجاور انتهای ورق‌های فوقانی و تحتانی یا ورق‌های پوششی رخ می‌دهد. با رعایت محدودیت‌های ضوابط لرزه‌ای، این نوع اتصالات شرایط لازم را برای استفاده در قاب‌های خمشی ویژه و متوسط را دارا هستند.
بایستی توجه نمود که کاربرد این اتصالات در قاب‌های خمشی ویژه با دال بتنی سازه‌ای در صورتی امکان پذیر است که امکان تغییر شکل و دوران در اتصالات تیر به ستون از طریق ایجاد فاصله بین دال بتنی و ستون، به اندازه حداقل ۲۵ میلیمتر از دو طرف بال ستون و از مصالح شکلپذیر در فضای بین بال ستون‌ها و بتن سازه‌ای دال مجاز باشد.
ضوابط و محدودیت‌های اتصال BFP
در این نوع اتصال، طبق ضوابط برای تیرها، استفاده از مقاطع نورد شده IPE یا مقاطع ساخته شده با ورق‌های فولادی برای مقاطع I شکل مجاز است. در ستون‌ها نیز با رعایت ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان می‌توان از نیمرخ نورد شده یا مقاطع ساخته شده نیز استفاده نمود.
- اتصال تیر به بال ستون بواسطه ورق‌های فوقانی و تحتانی یا ورق‌های پوششی باید از طریق جوش‌های شیاری با نفوذ کامل برقرار شود.
- حداکثر ارتفاع تیرها برای مقاطع نورد شده ۱۰۰ سانتیمتر و برای مقاطع ساخته شده از ورق به ارتفاع مقطع نوردشده معادل محدود شده است. حداکثر ارتفاع مقطع نورد شده ستون‌ها هنگامی که از دال سازه‌ای بتنی استفاده میشود به مقدار ۱۰۰ سانتیمتر محدود شده است. در صورت عدم استفاده از دال سازه‌ای بتنی حداکثر ارتفاع به مقدار ۴۰ سانتیمتر محدود شود. ستون‌ها با مقطع صلیبی نباید عرض یا عمق بیشتر از مقادیر مجاز مقاطع نورد شده را داشته باشند. مقاطع ستون‌های جعبه‌ای بال پهن در صورت مشارکت در عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی در دو راستای متعامد نباید عرض یا عمق بیشتر از ۷۰ سانتیمتر را داشته باشند.
- به منظور تامین شکلپذیری کافی در قاب‌های خمشی ویژه SMF حداکثر وزن واحد طول تیرها به مقدار ۲۵۰ کیلوگرم بر متر محدود شده است ولی هیچ گونه محدودیتی برای وزن واحد طول ستون‌ها وجود ندارد.
- به منظور تامین شکلپذیری کافی در قاب‌های خمشی ویژه SMF حداکثر ضخامت بال تیر به مقدار ۳۰ میلیمتر محدود شده است.
- به منظور تامین تقاضای دوران اتصالات در محدوده غیرخطی برای قاب‌های خمشی ویژه SMF حداقل نسبت فاصله خال صدهانه به عمق تیر در قاب‌های خمشی ویژه برابر ۹ و در قاب‌های خمشی متوسط به مقدار ۷ محدود شده است.
- نسبت عرض به ضخامت در بالها و جان تیرها و ستون‌ها بایستی مطابق الزامات ضوابط لرزه‌ای مبحث دهم مقررات ملی ساختمان باشد.
جزئیات اتصالات
مشخصات مصالح ورق‌ها
کلیه ورق‌های اتصالات باید مطابق یکی از مشخصات استانداردهای مرسوم و معتبر موجود باشند.
جوش ورق بال تیر
ورق‌های فوقانی و تحتانی بال تیرها باید از طریق جوش شیاری با نفوذ کامل CJP و با در نظر گرفتن نیروهای لرزه‌ای مورد نیاز بحرانی به بال ستون متصل شوند. جوش‌های نفوذی فوقانی و تحتانی ورق نباید به یکدیگر متصل شوند. همچنین اگر در اتصال تیر به ستون از ورق پشت بند برای جوشکاری استفاده شود آنگاه باید بعد از جوشکاری این ورق برداشته شود. به منظور دسترسی به جوش بی عیب و بعد جوش مناسب ناحیه زیر پاس ریشه جوش باید تمیزکاری شود.
اتصالات ورق برشی جان تیر
اتصال ورق برشی به بال ستون بایستی از طریق جوش انجام گیرد. اتصال هر ورق برش به بال ستون باید شامل جوش‌های شیاری با نفوذ کامل CJP، جوش‌های دو طرفه نفوذی نسبی PJP یا جوش‌های گوشه دو طرفه باشد.
پیچ‌های اتصالات
آرایش پیچ‌ها به طور متقارن و حول محورهای تیر قرار گیرد و تعداد آنها در صفحات بال اتصالات به دو پیچ درهر ردیف محدود شود. طول مجموعه پیچ‌ها نباید بیش از عمق تیر باشد و از سوراخ‌های استاندارد در بال تیر وورق بالها استفاده شود. سوراخ پیچ‌ها در بال تیرها و در ورق‌های بال باید از طریق دستگاه سوراخکاری و دستگاه مته کاری ایجاد شوند. استفاده از سوراخ‌های منگنه‌ای (پانچ) مجاز نیست.
محدودیت‌ها و الزامات اتصال تیر با مقطع کاهش یافته RBS
تیرها و ستون‌ها بایستی از نیمرخ نورد شده یا مقاطع ساخته شده از ورق طبق ضوابط ارائه شده برای مشخصات مصالح باشند.
اتصال تیر به ستون از طریق اتصال تیر به بال ستون انجام گیرد.
حداکثر ارتفاع تیرها و ستون‌ها برای مقاطع نورد شده ۱۰۰ سانتیمتر و برای مقاطع ساخته شده از ورق به ارتفاع مقطع معادل نورد شده محدود شده است. ابعاد عرض و ضخامت بال ستون‌ها با مقطع صلیبی نباید بیشتر از مقادیر مجاز آن در مقاطع نورد شده معادل باشند. مقاطع ستون‌های جعبه‌ای بال پهن در صورت مشارکت در عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی در دو راستای متعامد نباید عرض یا عمق بیشتر از ۷۰ سانتیمتری را داشته باشند.
حداکثر ارتفاع مقطع نورد شده ستون‌ها هنگامی که از دال سازه‌ای بتنی استفاده میشود به مقدار ۱۰۰ سانتیمتر محدود شده است. در صورت عدم استفاده از دال سازه‌ای بتنی حداکثر ارتفاع به مقدار ۴۰ سانتیمتر محدود شود.
برای تیرها حداکثر وزن واحد طول به مقدار ۴۵۰ کیلوگرم بر متر محدود شده است ولی هیچگونه محدودیتی برای وزن واحد طول ستون‌ها وجود ندارد.
حداکثر ضخامت بال اعضا به مقدار ۵۰ میلیمتر محدود شده است. حداقل نسبت فاصله خال صد هانه به عمق تیر در قاب‌های خمشی ویژه برابر ۷ و در قاب‌های خمشی متوسط به مقدار ۵ محدود شده است.
نسبت عرض به ضخامت در بالها و جان تیرها و ستون‌ها بایستی مطابق الزامات ضوابط لرزه‌ای مبحث دهم مقررات ملی ساختمان باشد. برای اینکه بارهای ثقلی موقعیت مفصل پلاستیک را به فاصله قابل ملاحظه‌ای از مرکز مقطع کاهش یافته تیر انتقال ندهند، اندازه عرض بال در محاسبات مربوط به نسبت عرض به ضخامت بال باید بیشتر از عرض بال در فاصله دو سوم از مرکز مقطع کاهش یافته باشد.
مهاربندی جانبی تیرها ضوابط لرزه‌ای مبحث دهم مقررات ملی ساختمان تامین شود.
مهاربندی جانبی الحاقی باید طبق ضوابط لرزه‌ای مجاور مقطع کاهش یافته و در مجاورت مفاصل پلاستیک انجام گیرد.
در صورت استفاده از مهاربندی جانبی الحاقی، اجزای تشکیل دهنده آن در تیر نباید در فاصله‌ای بیشتر از d/2 (نصف عمق تیر) از انتهای دورترین موقعیت مقطع کاهش یافته تیر نسبت به بر ستون قرار داشته باشند. هیچ کدام از اجزای مهاربندی جانبی نباید بر روی تیر در ناحیه بین بر ستون تا انتهای دورترین موقعیت مقطع کاهش یافته نسبت به بر ستون قرار داشته باشند. استفاده از مهارجانبی الحاقی باعث افزایش مقاومت مورد انتظار تیر میشود.
صورت استفاده از مهاربند جانبی الحاقی، عضو مهاری نباید به مقطع کاهش یافته (ناحیه حفاظت شده) متصل باشد. اعضای مهاربندی جانبی الحاقی در ناحیه‌ای از اتصال که در آن انتظار وقوع تغییر شکل‌های جانبی و دورانی بر اساس ضوابط طراحی اتصال RBS پیش بینی شده است ممکن است شروع گسیختگی‌های زیادی را در این ناحیه تحمل نماید. به این ترتیب در صورت تامین مهاربندی جانبی الحاقی، بایستی جزئیات اجرایی آن در ناحیه بین بر ستون تا دورترین موقعیت مقطع کاهش یافته RBS از بر ستون قرار گیرد.
برای سیستم‌های قاب خمشی که در آنها دال بتنی سازه‌ای در بین ناحیه بحرانی (حفاظت شده) با برشگیرهای جوشی با فواصل مرکز به مرکز حداکثر ۳۰۰ میلیمتر استفاده از مهاربندی جانبی بالا و پایین در مقطع کاهش یافته نیاز نیستند.
ناحیه بحرانی (حفاظت شده) باید شامل قسمتی از تیر بین بر ستون و انتهای دورترین موقعیت مقطع کاهشیافته تیر نسبت به بر ستون باشد.
اتصال گیردار مستقیم تقویت نشده جوشی WUF-W
در این نوع اتصال امکان دوران و چرخش غیرالاستیک از طریق تسلیم تیر در ناحیه مجاور برِ ستون وجود دارد.به منظور کنترل گسیختگی اتصال، تمهیداتی در جوش‌های اتصال بالهای تیر به ستون و نیز جوش‌های اتصالجان تیر به بال ستون و نیز شکل سوراخ‌های دسترسی جوش ایجاد شده است. با رعایت ضوابط این مجموعه اتصالات خمشی WUF-W شرایط لازم را برای کاربرد در قاب‌های خمشی ویژه SMF و متوسط IMF را خواهند داشت.
ضوابط و محدودیت‌های اتصال
- تیرها و ستون‌ها از نیمرخ نورد شده یا مقاطع ساخته شده از ورق طبق ضوابط ارائه شده برای مشخصات مصالح باشند.
- حداکثر ارتفاع تیرها برای مقاطع نورد شده ۱۰۰ سانتیمتر و برای مقاطع ساخته شده از ورق به ارتفاع مقطع نورد شده معادل محدود شده است.
- برای تیرها حداکثر وزن واحد طول تیرها به مقدار ۲۵۰ کیلوگرم بر متر محدود شده است ولی هیچگونه محدودیتی برای وزن واحد طول ستون‌ها وجود ندارد.
- حداکثر ضخامت بال تیر به مقدار ۳۰ میلیمتر محدود شده است و برای ضخامت بال مقاطع ستون‌ها فقطرعایت الزامات موجود در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان کافی است.
- حداقل نسبت فاصله خال صد هانه به عمق تیر در قاب‌های خمشی ویژه برابر ۷ و در قاب‌های خمشی متوسط به نسبت ۵ محدود شده است.
- نسبت عرض به ضخامت در بالها و جان تیرها و ستون‌ها بایستی مطابق الزامات ضوابط لرزه‌ای مبحث دهم مقررات ملی ساختمان باشد.
- مهار جانبی تیرها و ستون‌ها مطابق الزامات مبحث دهم مقررات ملی ساختمان و این دستورالعمل تامین شود.
اتصال گیردار جوشی تیر از طریق ورق‌های روسری و زیرسری WFP
کاربرد اتصالات گیردار جوشی به کمک ورق‌های روسری و زیرسری فقط به قاب‌های خمشی وسط محدود میشود.
ضوابط و محدودیت‌های اتصال WFP
- ضخامت بال تیر به مقدار ۳۰ میلیمتر محدود شده است.
- نسبت دهانه آزاد تیر به عمق مقطع آن نباید از ۵ کمتر در نظر گرفته شود.
- در دو انتهای تیر، ناحیه حفاظت شده باید برابر فاصله از بر ستون تا انتهای ورق‌های روسری و زیرسری (هر کدام که بزرگتر است) بعلاوه نصف عمق تیر بعد از آن، در نظر گرفته شود. محل تشکیل مفصل پلاستیک Sh در روی تیر باید در محل انتهای ورق‌های روسری و زیرسری (هر کدام که بزرگتر است) در نظر گرفته شود.
- مهار جانبی تیرها بایستی مطابق الزامات مبحث دهم مقررات ملی ساختمان تامین شود. تعبیه مهارجانبی در فاصله بین انتهای ناحیه محافظت شده تا نصف عمق تیر بعد از آن الزامی است. در قاب‌های خمشی با دال بتنی سازه‌ای آنها در صورتی که تیرها در فاصله بین دو ناحیه محافظت شده دارای برشگیرهای مدفون در بتن به فاصله حداکثر ۳۰۰ میلیمتر باشند، تعبیه مهار جانبی در محل‌های مذکور الزامی نیست.
- عمق مقطع ستون‌های H شکل و صلیبی در قاب‌های خمشی با دال بتنی سازه‌ای و دارای برشگیرهای فولادی مدفون در بتن، نباید از ۹۰۰ میلیمتر و در غیاب دال بتنی سازه‌ای از ۴۰۰ میلیمتر تجاوز نماید. عمق و پهنای ستون‌های قوطی شکل ساخته شده از ورق نباید از ۷۰۰ میلیمتر تجاوز نماید.
منبع : عمران سافت
این کلمات به صورت پیش‌فرض زیر مطلب نمایش داده خواهند شد.
- نکات مهم مهندسی عمران
- نکات مهم در مهندسی عمران
- نکات اجرایی ساختمان
- نکات مهم ساختمانی
- نکات مهم نظارت
- نکات مهندسی عمران
- نکات مهم اجرایی عمران
- نکاتی که باید در اجرای یک ساختمان در نظر داشته باشیم به شرح زیر است
- نکات ایمنی ساختمان