انواع اتصالات تیر به ستون در اسکلت فلزی + نکات اجرایی
اتصالات تیر به ستون، از مهمترین نقاط اتصال در سازههای فولادی هستند که نقش حیاتی در انتقال نیرو و یکپارچگی سازه ایفا میکنند. در میان انواع این اتصالات، اتصال مفصلی تیر به ستون و اتصال صلب (گیردار)، دو دسته اصلی هستند که هر کدام ویژگیها و کاربردهای خاص خود را دارند. در این مقاله، به بررسی اتصال تیر به ستون در حالتهای مختلف، مزایا، محدودیتها و جزئیات اجرایی آنها پرداختهایم؛ پس تا پایان مطلب همراه آکادمی عمران باشید.
طبقهبندی انواع اتصالات تیر به ستون
اتصالات تیر به ستون بهعنوان یکی از اصلیترین محلهای اتصال دو یا چند عضو سازهای در اسکلتهای فولادی هستند و نحوه عملکرد آنها تأثیر مستقیم بر ایمنی، شکلپذیری و رفتار لرزهای سازه دارد. برای تحلیل و طراحی صحیح این اتصالات، لازم است انواع آنها بر اساس معیارهای مشخص شناخته و دستهبندی شوند.
بهطور کلی، اتصالات تیر به ستون بر اساس چند معیار اصلی طبقهبندی میشوند که عبارتاند از:
- رفتار سازهای و میزان صلبیت اتصال
- شکل و اجزای هندسی اتصال
- روش اجرای اتصال (پیچی، جوشی، یا ترکیبی)
- نوع نیروی منتقلشونده (برش، لنگر، نیروهای محوری)
- نوع مصالح و شرایط سازهای
هر یک از این معیارها تعیینکننده نوع عملکرد اتصال بوده و بر صلبیت، شکلپذیری، جزئیات اجرایی و سطح ایمنی موردنیاز در طراحی تأثیر میگذارد. در ادامه، مهمترین محورهای طبقهبندی را بهصورت رسمی و ساختارمند بررسی میکنیم.
تا ۱۳ میلیون تخفیف فقط تا ساعت ۱۲ امشب!
انواع اتصال تیر به ستون فلزی بر حسب صلبیت
رفتار سازهای یا صلبیت اتصال، بنیادیترین معیار طبقهبندی اتصالات تیر به ستون است و میزان انتقال ممان خمشی و محدودیت دوران نسبی بین تیر و ستون را مشخص میکند. بهطور ساده، اگر دو عضو سازهای نسبت به یکدیگر چرخش قابلتوجهی نداشته و بتوانند ممان خمشی را بهطور کامل منتقل کنند، این اتصال بهعنوان صلب شناخته میشود.
بر اساس آییننامهها و معیارهای مهندسی، اتصالات تیر به ستون از نظر رفتار سازهای به دو گروه اصلی تقسیم میشوند:
- اتصال صلب یا گیردار (Rigid / Moment Connection)
- اتصال مفصلی (Simple / Pinned Connection)
اتصال گیردار تیر به ستون فلزی
اتصال گیردار تیر به ستون فلزی، بهطور کامل صلب بوده و اجازه حرکت تیر در هیچ یک از جهات X، Y و Z را نمیدهد. در این نوع اتصال، لنگر خمشی (Moment) و نیروی برشی از تیر به ستون منتقل میشود و برای دستیابی به این صلبیت، لازم است ورقهای اتصال گیردار بهصورت مناسب تعبیه شوند.
تامین گیرداری کامل معمولا از طریق ترکیب ورقهای زیرسری به عنوان نشیمن و ورق روسری (کله گاوی) انجام میشود و در صورت نیاز، از ورق یا نبشی جان (ورق تودلی) برای افزایش صلبیت و پایداری استفاده میشود.
این اتصالات میتوانند به صورت ورق انتهایی فلنجی، ورق اسپلایس (وصله) پیچ و مهرهای، یا بهطور مستقیم توسط جوش اجرا شوند، که هر روش مزایا و محدودیتهای خاص خود را دارد.
اتصال مفصلی با نبشی نشیمن
اتصالات مفصلی، اتصالاتی هستند که در آنها تیر نسبت به ستون در دو جهت X و Y محدودیت حرکت دارند اما اجازه دوران آزاد دارند. این نوع اتصالات لنگر خمشی را منتقل نمیکنند؛ بنابراین در آنها ورقهای اتصال گیردار تعبیه نمیشوند. تنها بالای تیر و پایین آن به کمک جوش به ستون متصل میشود.
در طراحی این اتصالات، معمولا یک نشیمن شامل ورق نشیمن و نبشی نشیمن (با یا بدون لچکی) به کار میرود و در صورت نیاز، از ورق یا نبشی جان (تودلی) برای افزایش پایداری و هدایت نیروها استفاده میشود.
در اتصالات پیچی، میتوان اتصال مفصلی را تنها با استفاده از یک ورق جان ایجاد کرد. کنترل کیفیت جوش ورق جان به ستون یا به تودلی تیرهای حمال اهمیت بسیار بالایی دارد، زیرا نقص در جوش میتواند موجب شکنندگی و خطرپذیری اتصال شود.
تفاوت اتصال مفصلی و گیردار تیر به ستون
اتصال مفصلی به تیر اجازه دوران آزاد میدهد و تنها نیروی برشی و واکنش تکیهگاهی را منتقل میکند، در حالی که اتصال گیردار تیر را در تمام جهات محدود کرده و قادر به انتقال کامل لنگر خمشی و نیروی برشی است. انتخاب صحیح نوع اتصال بر اساس نیاز سازه، شرایط بارگذاری و عملکرد مورد انتظار، نقش کلیدی در طراحی و ایمنی سازه دارد.
| ویژگی | اتصال مفصلی | اتصال گیردار |
| حرکت تیر | دوران آزاد | محدود در X، Y و Z |
| انتقال لنگر | ندارد | کامل |
| اجزا | نشیمن، نبشی جان (اختیاری) | ورق زیرسری، روسری، نبشی جان |
| روش اجرا | جوش یا پیچ | جوش، فلنجی یا پیچ و مهرهای |
انواع اتصالات تیر به ستون بر حسب شکل هندسی
علاوه بر رفتار سازهای، اتصالات تیر به ستون را میتوان بر اساس شکل هندسی و نحوه قرارگیری اجزای تقویتی نیز طبقهبندی کرد. این معیار شامل نحوه قرارگیری و شکل قطعات اتصال مانند نشیمن، نبشی، ورق انتهایی، سپری، ورق تودلی، کلهگاوی و دیگر اجزای تقویتی است.
شکل و نحوه قرارگیری این اجزا نقش مهمی در مسیر انتقال نیروها، میزان صلبیت اتصال، پیچیدگی ساخت و روش اجرای جوش یا پیچ دارد. انتخاب مناسب هندسه اتصال، علاوه بر تضمین عملکرد سازه، باعث بهینه شدن مصالح مصرفی و سرعت اجرای پروژه میشود.
نمونههای رایج اتصالات بر اساس شکل هندسی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- اتصالات قابشده
- اتصالات نشسته ساده (تقویت نشده)
- اتصالات نشسته تقویتشده
- اتصالات با نبشی جان، ورق فوقانی و تحتانی
- اتصالات با سپری (پروفیل سپری)
- اتصالات فلنجی (ورق انتهایی)
اتصالات قاب شده
در این نوع اتصالات طرفین جان تیرها توسط یک جفت نبشی به وسیله پیچ یا جوش به بال ستون متصل میشود. عمده نیروی انتقالی توسط اتصال قاب شده نیروی برشی تیر است که به وسیله نبشیها از جان تیرها به ستونها منتقل میشود.
این نوع از انواع رایج و استاندارد اتصالات فولادی است و از لحاظ صلبیت و مقاومت در طبقهبندی اتصالات ساده محسوب میشود.
اتصال نشسته ساده (تقویت نشده)
در اتصالهای ساده تقویت نشده، تیرها روی یک نشیمن انعطافپذیر (که معمولا نبشی است) قرار میگیرند. در این اتصالات همیشه یک نبشی بالاسری برای تامین مهار جانبی بال فشاری تیر تعبیه میشود.
همچنین در اتصال نشسته ساده، عکس العمل تکیه گاهی تیرها به وسیله نبشی نشیمن به بال ستون انتقال داده میشود. ساقهای نبشی به وسیله جوش یا پیچ به بالهای تیر و ستون متصل میشوند.
از نظر صلبیت و مقاومت، این نوع متصل شدن نیز در ردهبندی اتصالات ساده قرار دارد. به دلیل انعطافپذیری زیاد نبشی نشیمن، این نوع اتصالها قادر به انتقال نیروهای عکسالعمل تکیهگاهی بیش از حد نیست. در مقاله انواع اتصالات فلزی (فولادی)، به طور کامل به این موضوع پرداختهایم.
اتصال تیر به ستون به صورت نشسته تقویت شده
در اتصالهای نشسته تقویت شده، تیر روی یک نشیمن تقویت شده قرار داده میشود. این نوع نشیمن از دو ورق متعامد با مقطع T شکل، تشکیل شده است. ورق تقویت پایینی میتواند به صورت چند ضلعی یا به شکل مثلث استفاده شود.
اتصال نشسته تقویت شده میتواند توسط نبشی نشیمن به همراه یک نبشی تقویتی اجرا شود.
این نوع اتصالها به منظور انتقال لنگر خمشی استفاده نمیشود و آنها جهت انتقال عکسالعمل تکیهگاهی تعبیه میشوند، ولی به دلیل خروج از مرکزیت بار، پیچها یا جوشهای اتصالدهنده نبشیها به بال ستون تحت اثر لنگر خمشی نیز قرار میگیرند.
همچنین این اتصالات نیز از لحاظ صلبیت و مقاومت در طبقهبندی اتصالهای ساده محسوب میشوند. هنگامی که مقدار عکسالعمل تکیهگاهی بزرگ باشد، استفاده از اتصال نشسته تقویت شده پیشنهاد میگردد.
اتصالهای نشسته علیرغم قرارگیری در طبقهبندی اتصالات ساده، صلبیت و مقاومت بیشتری نسبت به اتصالات قاب شده توسط نبشی، دارند.
به بیان دیگر میزان لنگر خمشی که اتصالهای قاب شده میتوانند انتقال دهند، بیشتر است. در هر حال این اتصال تا حدودی میتواند در طبقهبندی اتصالهای نیمه صلب قرار گیرد.
اتصال تیر به ستون با نبشی جان، ورق فوقانی و تحتانی
در این نوع، بالهای تیر توسط ورقهای بالایی و پایینی و جان تیرها توسط یک جفت نبشی به بال ستون متصل میشوند. اتصالهای ورقها و نبشیها به تیر و ستون میتواند به وسیله جوش یا پیچ باشد.
به جای نبشی جان در این نوع، میتوان از ورق برای متصل کردن جان تیرها به بال ستونها استفاده کرد. این نوع اتصالها علاوه بر انتقال نیروی برشی تیر قادر به انتقال لنگر خمشی از تیر به ستون نیز است.
زاویه چرخش بین تیر و ستون بسته به صلبیت ورقهای اتصال و تیر تا حد امکان ثابت نگه داشته میشود. بنابراین اتصالات شکل بالا از لحاظ صلبیت و مقاومت در طبقهبندی اتصالهای صلب محسوب میشود.
اتصال توسط پروفیلهای سپری
در متصل شدن به وسیله پروفیلهای سپری، بالهای تیر به ساقهای سپری و بال ستون به بال سپری توسط پیچ هایی متصل میشوند. گاهی در این نوع اتصالات جان تیر را توسط نبشی به بال ستون به وسیله پیچ متصل میکنند.
متصل شدن توسط سپری نیز قادر به انتقال نیروی برشی و درصدی از لنگر خمشی است و بسته به ابعاد و اندازه سپریها، نبشی و پیچها و نیز میزان صلبیت تیرها میتواند رفتاری از اتصال نیمه صلب تا صلب را از خود نشان دهد.
اتصال توسط ورق انتهایی جوش شده به تیر (فلنجی)
در اتصال فلنجی ورقی که پهنای آن تقریبا معادل عرض بال ستون و طول آن حدودا دو برابر ارتفاع تیر است، به طور کامل به تیر جوش داده شده و توسط پیچ به بال ستون متصل میشود.
این نوع اتصالات نیز میتواند نیروی برشی و لنگر خمشی از تیر به ستون منتقل کند و در طبقهبندی انواع صلب محسوب میشود. اتصالات جوشی بالهای تیر به ورق به صورت جوش نفوذی کامل و جان تیرها به ورق به صورت جوش نفوذی یا گوشه انجام میگیرد.
اتصال تیر فلزی به ستون بتنی
برای اتصال تیر فلزی به ستون بتنی، در حالت استاندارد معمولا پیش از بتنریزی ستون، میلگردهای مهاری به همراه صفحه فولادی (پلیت) در وجه خارجی ستون جانمایی و نصب میشوند. پس از بتن ریزی ستون و رسیدن بتن به مقاومت لازم، تیر فلزی به صفحه فولادی جوش میشود و اتصال صلب مورد نظر شکل میگیرد.
اما در شرایطی که پیشبینی لازم قبل از بتنریزی انجام نشده باشد، میتوان صفحه فولادی را با استفاده از رولبولت یا بولتهای مکانیکی و شیمیایی (کاشت بولت) به ستون متصل کرد. در این روش رعایت نکات زیر ضروری است:
- سوراخها باید کاملا تمیز شوند تا چسب یا بولت بهدرستی درگیر شود.
- اندازه بولت و مته باید یکسان باشد تا کاشت صحیح صورت گیرد.
- در صورتی که از چسب کاشت بولت استفاده میشود، توجه شود که این چسب برای مهار بارهای کششی سازه طراحی شده است و انواع شیمیایی آن عملکرد دقیقتری نسبت به مکانیکی دارند.
- هنگام استفاده از رولبولت مکانیکی یا بولتهای لرزهای ویبرهگیر (V) باید به ظرفیت باربری آنها توجه شود.
- در صورت وجود لایه ضعیف روی سطح، حتما زیرسازی و آمادهسازی مناسب انجام شود.
- در کاشت بولت شیمیایی، حتیالامکان از گان مخصوص یا بکس شارژی با نازل مناسب استفاده شود و در انتها بولت باید بهطور کامل سفت شده تا انتقال نیرو بهدرستی انجام گیرد.
در مجموع، دقت در جانمایی، انتخاب نوع بولت مناسب و کنترل کیفیت اجرا، نقش مهمی در انتقال صحیح نیرو و تضمین ایمنی سازه دارد. توصیه میکنیم برای آشنایی بیشتر با کاشت بولت در بتن مقاله کاشت بولت و میلگرد مراجعه کنید.
جمعبندی
اتصالات تیر به ستون با توجه به رفتار سازهای (صلبیت)، شکل هندسی، روش اجرا و مصالح مورد استفاده، عملکرد متفاوتی دارند. انتخاب صحیح نوع اتصال بر اساس نیاز سازه، شرایط بارگذاری و الزامات اجرایی، علاوه بر تضمین ایمنی و پایداری سازه، باعث بهینه شدن مصرف مصالح و تسهیل اجرای پروژه میشود. درک دقیق این دستهبندیها، پایهای برای طراحی مهندسی دقیق و اجرای موفق اسکلتهای فولادی و ترکیبی با ستونهای بتنی است.
در انتهای این مقاله امیدواریم اطلاعات خوبی درباره انواع اتصالات تیر به ستون کسب کرده باشید. در صورتی که در این مورد سوالی دارید میتوانید آن را در بخش دیدگاه با ما به اشتراک بگذارید.
مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران
سوالات متداول
اتصال مفصلی تیر اجازه دوران آزاد دارد و تنها نیروی برشی و عکسالعمل تکیهگاهی را بدون انتقال لنگر خمشی را به ستون منتقل میکند.
اتصال صلب تیر به ستون، حرکات تیر در تمام جهات را محدود کرده و قادر به انتقال کامل لنگر خمشی و نیروی برشی است.
نبشی نشیمن تیر، زیر بال تیر و روی ستون نصب شده و تیر را نگه میدارد و انتقال واکنش تکیهگاهی را انجام میدهد، در حالی که نبشی جان برای افزایش صلبیت و هدایت نیروهای برشی و خمشی بین تیر و ستون به کار میرود و جان تیر را به ستون متصل میکند.
در اسکلت بتنی، تیر معمولا فلزی و ستون بتنی است و اتصال با نصب میلگردهای مهاری و صفحه فولادی (پلیت) قبل از بتنریزی یا اتصال صفحه فولادی با رول بولت و میلگرد مهاری بعد از بتنریزی انجام میشود.
محتوای عالی بود میشه راهنمایی کنید برای خرید اموزش اسکلت های فلزی و به شکل تخصصی اتصالات اسکلت فلزی کدوم اموزش تهیه کنم؟
سلام وقت بخیر
برای آموزش صفر تا صد اجرای ساختمان توصیه می کنم پکیج نظارت و اجرای ساختمان را تهیه کنید که شامل جزئیات کامل اتصالات در سازه های فلزی هم می شود.
خیلی خوب بود.
سلام وقت بخیر
ممنون از حسن نظر شما