سازه‌ فلزی پیچ و مهره‌ای | ساخت و اجرا اسکلت فلزی

استفاده از سازه‌‌های پیچ و مهره‌‌ای در صنعت،امروزه به نحو چشمگیری افزایش یافته بنحوی که این سازه‌ها در گذشته فقط شامل مجتمع‌های پتروشیمی وسوله های صنعتی سازه‌های مورد استفاده در صنایع گاز و نفت می‌شدند‌. هم اکنون کاربرد این سازه‌ها در ساختمان‌های مسکونی‌، تجاری ،مسکونی و اداری که در شهرها نیز ساخته می‌شود رشد چشمگیری داشته است‌.

یکی از دلایل بااهمیت استفاده از اتصالات پیچ و مهره‌ای سرعت بیشتر اجرا در محل نصب، عدم نیاز به جوشکاری، زمان نصب سازه ‌در موقعیت‌های سخت نسبت به سازه‌های جوشی در کشورهای صنعتی است. اسکلت‌هایی که در محوطه پروژه‌های ساختمانی تولید می‌شوند همچنین بدلیل به کار گیری دستگاه‌های جوش مدرن ، محدودیت در تامین برق، تیم‌های مجرب‌، عدم وجود ابزار صنعتی سنگین، رنگ آمیزی و زنگ زدایی صحیح و… نه تنها فاقد کیفیت هستند بلکه کاملاً دست و پا گیر و دارای پروسه‌ای زمان بر هستند که بلاشک منجر به ایجاد ترافیک در معا‌بر و مزاحمت همسایگان می‌‌شود.

 مزایای ساخت اسکلت سازه فلزی پیچ و مهره ای

سرعت نصب

این سازه‌ها بعلت حذف کامل جوشکاری در محل نصب سازه، فقط با جایگذاری قطعات و بستن تعدادی پیچ و مهره محدود می‌شود که باعث افزایش چشمگیر سرعت نصب می‌شود و خطاهای نصب را به کمترین مقدار خود می رساند.

سرعت اجرای:

زمان ساخت سازه‌ فلزی پیچ و مهره‌ای کم‌تر از سازه‌های با اتصالات جوشی است و با توجه به مدت زمان بالای اجرای پروژه‌های کشورمان این نوع از سازه‌ها برای کم کردن زمان ساخت پیشنهاد می‌گردد.

امکان باز نمودن سازه و استفاده مجدد:  

سازه‌های فولادی و اعضای آنرا که با پیچ به یکدیگر متصل شده‌اند، می‌توان از هم جدا نمود و در محل دیگری مجدداً آنها را به یکدیگر متصل و سازه جدیدی را احداث نمود. این موضوع در اجرای سازه‌های موقت نظیر پل‌ها و داربست‌های موقت اهمیت ویژه‌ای دارد.

هزینه کمتر: 

ساختن ساختمان پیچ و مهره‌ای به لحاظ اقتصادی می‌تواند هزینه کمتری را به مالک تحمیل کند ولی این بدان معنی نیست که در دو سازه که کاملاً مقاطع آن یکسان است سازه پیچ و مهر‌ه‌ای کم هزینه‌تر باشد‌. به علت باز بودن دست طراح ساخت مقاطع با وزن کمتر، بهینه سازی و امکان کاهش وزن سازه توسط طراح به راحتی امکان پذیر است.

پرت مصالح:

امکان اجرا و تولید مقاطع سبک‌تر و مقاومت بیشتردر ساختمان با سازه های فلزی پیچ و مهره ای وجود دارد و استفاده از ورق در ساخت مقاطع و پرت آهن آلات به حداقل می‌رسد.

کیفیت ساخت:

کیفیت ساخت و ساز طبق نقشه‌های طراحی شده با امکانات موجود در کارخانه و تحت نظارت واحد کنترل کیفی قابل مقایسه با سازه‌های جوشی که در محل نصب سازه ساخته می‌شوند نمی‌باشد.

مقاومت در برابر آتش سوزی:

سازه‌ فلزی پیچ و مهره‌ای مقاومت بیشتری در دمای بالا در برابر حرارات دارند و امکان تخریب سازه کم‌تر از اتصالات جوشی است.

ایمنی و پایداری سازه:

از لحاظ عملی و تئوری ثابت شده‌ که ساختمان‌های پیچ و مهره‌ای بعلت پایداری، کیفیت بهتر در برابر زلزله و نیروهای جانبی مقاومت بیشتری دارند.

رواج جهانی: 

تمامی سازه‌ها به صورت پیچ و مهره‌ای در کشورهای اروپایی و آمریکایی اجرا می‌شود مگر در سازه‌های بسیار کم اهمیت که اتصالات آن جوشی اجرا می‌شود. ‌از دلایل مهم استفاده از این نوع سازه‌ها در این کشور‌ها‌، عملکرد بهتر آن و تجربه بیشتر آن کشور‌ها در ساخت سازه‌های فولادی است.

عدم نیاز به فضای کار:

به دلیل عدم وجود مکان  مناسب جهت ساخت در شهرها، اغلب پیمانکاران دچار زحمت فراوان می‌شوند.

‌شرایط محیطی کار:

لازم است درجه حرارت محیط، تهویه هوا، محل استقرار و نیز فضای دسترسی به اتصال برای اجرای مناسب اتصالات جوشی در شرایط مناسب و قابل قبولی باشد. در حالی که محدودیت‌های ذکر شده در اجرای سازه‌های فولادی به کمک اتصالات پیچی به مراتب کمتر است. مشکل عمده در اجرای سازه‌های فولادی با اتصالات پیچی در اثر اجرای غلط و نامناسب سوراخ‌ها و عدم رعایت میزان پیش تنیدگی در پیچ‌ها و عدم انطباق آنها هنگام اجرا و نصب پدید می‌آید. بنابراین در تعبیه سوراخ‌های اعضا در کارگاه‌های صنایع فلزی باید به دقت محل سوراخ‌ها تعیین و با وسایل و تجهیزات مناسب عمل سوراخ نمودن اعضا صورت گیرد.

خوردگی سازه:

 در سازه‌های پیچ و مهره‌ای قبل از رنگ آمیزی‌، قطعات داخل دستگاه‌های سندبلاست و وایربرس تحت نظر واحد کنترل کیفی زنگ زدایی می‌شوند که در سازه‌های جوشی این عملیات انجام نمیشود و همچنین در سازه‌های جوشی بجای رنگ غنی شده با روی‌، که در سازه‌های پیچ و مهره‌‌ای استفاده می‌شود‌، ضد زنگ بکار می‌‌رود که این امر باعث خوردگی سریع سازه می‌شود.

امکان استفاده در مدیریت حوادث: 

امکان جابجایی و نصب اینگونه سازه ها در مناطق بحران زده مانند سیل و زلزله امکان پذیر است بدلیل اینکه امکان جابه جایی اینگونه سازه ها وجود دارد.

مقایسه سازه های جوشی با سازه های پیچ و مهره ای

جلوگیری از خوردگی اتصالات‌

در دوران سرویس دوام اتصالات به درجه خوردگی محیط بستگی دارد. خرابی‌های که از زنگ زدگی باعث گسیختگی پیش از موقع می شود، بنابراین محافظت در برابر خوردگی به منظور حفظ تمامیت و یکپارچگی سازه در طول عمر خود باید مورد توجه قرار گیرد. یکی از اجزای مهم پیچ‌ و مهره‌ها در سازه‌های فولادی بوده که تمامیت کل سازه به آنها بستگی دارد. برای محافظت در برابر خوردگی می‌توان از فلزهای مقاوم و یا پوشش‌های محافظ قبل و بعد از نصب استفاده نمود. بهترین راهکار در محیط‌های بسیار خورنده، استفاده از اتصالاتی است که از آلیاژهای مقاوم ساخته شده اند. پوشش‌های محافظ شامل روی، کادمیوم و فلزات گران قیمتی مانند نیکل و قلع است که باید پیش از نصب مورد استفاده قرار گیرند. در مورد فلزات فعال‌تر مانند روی و کادمیوم ضخامت پوشش اهمیت زیادی دارد اما پوشش‌های نازك نیکل و قلع می‌تواند در دراز مدت به خوبی از سازه محافظت نماید.

استفاده از سازه‌ فلزی پیچ و مهره‌ای در حال حاضر در صنعت، بطور روز افزون افزایش یافته در حالی که این سازه‌ها در گذشته فقط شامل سوله‌های صنعتی و مجتمع‌های پتروشیمی و سازه‌های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز می‌شدند‌. امروزه کاربرد این سازه‌ها در ساختمان‌های مسکونی‌، اداری و تجاری که در شهرها نیز ساخته می‌شود با رشد چشمگیری رو به‌ رو بوده است‌.اسکلت فلزی اکنون تشکیل دهنده پیکره ی اغلب ساختمان هاست و امروزه این واژه را در عرصه ساختمان سازی زیاد می شنویم. اسکلت فلزی ها از جنس فولاد و از تیر و ستون هایی که بصورت عمودی و افقی به هم متصل شده اند ، تشکیل می شود که اسکلت به کمک این ستون ها تیر و ستون های ساختمان را پایدار نگه می دارد.

سازه فلزی پیچ و مهره ای

در محوطه پروژه های ساختمانی اسکلتهایی تولید می شوند بدلیل بکار گیری دستگاه های جوش مدرن ، محدودیت در تامین برق مکفی عدم وجود ابزار صنعتی سنگین، تیم های مجرب، رنگ آمیزی و زنگ زدایی صحیح و … نه تنها فاقد کیفیت هستند بلکه کاملاً دست و پاگیر و دارای پروسه ای زمان بر هستند که بلاشک منجر به ایجاد ترافیک در معبر و مزاحمت همسایگان میشود. روش سنتی ساخت اسکلت در محل از لحاظ اتصال و برپایی نیز علاوه بر موارد ذکر شده هزینه بالایی از بابت جرثقیل دارد. با توجه به زلزله خیز بودن کشور ما و حوادث ناگواری که در سالهای گذشته خصوصاً در بم و کرمانشاه صورت گرفت رویکرد و نگرشی جدید به تولید صنعتی و استاندارد اسکلتهای ساختمانی پدید آمده است، زیرا این نوع ساختمانها با طراحی خاص و اجرا بصورت صنعتی و مدرن، مقاومت شایانی در مقایسه با اسکلتهای سنتی دارند. نکته اقتصادی دیگر پایین تر بودن هزینه تولید و نصب نسبت به روش سنتی معمول در کل است که در مواقع کمبود عرضه و افزایش قیمت تیرآهن درصدی قابل توجه میگردد. با توجه به گستره طراحی در تیر ورقها و سازه های پیش ساخته، محاسبات، فضاسازی و بارگذاری نیز با آزادی عمل بالایی صورت میپذیرد.

ساخت و اجرای اسکلت فلزی و سازه‌ فلزی پیچ و مهره‌ای

به دلیل یکپارچگی، سهولت و سرعت در ساخت ساختمان های اسکلت فلزی مورد توجه قرار می گیرند. این یکپارچگی فقط با اتصالات دقیق و درست امکان پذیر می شود. یک اتصال نامنمنجر به افت و خسارات اساسی در سازه های فلزی می گردد. انواع اتصالات در اسکلت فلزی شامل اتصالات پیچ و مهره و اتصالات جوشی می شود که در جایگاه خود در انواع روش های جوش و توسط جوشکار اسکلت فلزی انجام می شود و باید با تست جوش اسکلت فلزی انجام شود.

پیش از اجرای اسکلت فلزی پیچ و مهره معایب سازه هاو مزایای آن را باید مورد بررسی قرار گیرد . اتصالات پیچی به خاطر سرعت بسیار بالا در اجرا و اطمینان از رفتار آن ها به گونه ی مورد انتظار و شکل صنعتی مطلوب از بهترین انواع اتصال در سازه های فولادی هست.

مزایای سازه‌ فلزی پیچ و مهره‌ای نسبت به سایر سازه ها

• سرعت اجراي بالا
• همزماني ساخت اسکلت فلزي پيچ و مهره اي در کارخانه با اجراي فونداسيون و ساير مراحل آماده سازي پروژه و حتي قبل از
• شروع عمليات اجراي ساختمان
• پرت پایین آهن آلات با توجه به قیمت های روز
• مقاومت بالاتر در برابر آتش سوزي
• عدم نیاز به فضای عملیات ساخت و حصول رضایت همسایگان
• ايمني و پايداري سازه در مقابله با خسارات مخرب زلزله
• فقدان خوردگي در سازه هاي پيچ و مهره اي به جهت استفاده از دستگاه هاي سند بلاست و کيفيت رنگ آميزي قطعات

روش‌های مرسوم اتصالات:

در اتصال های پیچی اسکلت فلزی پیچ و مهره به طور کلی دو عملکرد در اتصالات پیچی می توان متصور شد که عبارتند از:

عملکرد اتصال اتکایی:

در عملکرد اتکایی، پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می گیرد و مهره بسته می شود. زمانی که بار خارجی به پیچ وارد می شود، قطعات اتصال لغزش پیدا می نماید که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه های اتصال وارد می شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ می شود. این اتصال فقط برای حالت بارگذاری ثقلی هست و در طرح لرزه ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده کرد. در این اتصال هیچ نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد نمی شود و برای اجرای این اتصال، فقط سفت کردن پیچ به وسیله کارگر کافی است.

برای ساخت سازه های فولادی با استفاده از  آهن آلات از روش های مختلفی اعم از جوشکاری و یا پیچ و مهره استفاده می گردد که هریک دارای مزایا و معایبی نسبت به دیگری می باشد. در ادامه ضمن معرفی انواع اتصالات در سازه های فولادی به بررسی دقیق اسکلت پیچ و مهره ای ساختمان و هزینه اجرای آن خواهیم پرداخت. امروزه استفاده از سازه های فولادی در کشور ما ایران رونق فراوانی یافته است و در پی افزایش قیمت پروفیل نسبت به قیمت ورق خام، استفاده از تیر ورق در ساختمان های فولادی صرفه اقتصادی بیشتری دارد. سازه های فولادی به دو دسته کلی پیچ و مهره ای و جوشی تقسیم بندی می شوند. در سازه های پیچ و مهره ای می بایست تمامی مراحل جوشکاری در کارخانه و قبل از نصب صورت گیرد و در محل نصب به جز در موارد خاص انجام جوشکاری ممنوع و غیر استاندارد می باشد. لازم به ذکر است در صورت رعایت استانداردهای مربوطه و کنترل دقیق اجرا توسط دستگاه نظارت و بازرسی، سازه های پیچ و مهره ای از کیفیت بالاتری نسبت به نوع جوشی برخوردار است. اخیرا در کشور ما ایران، اهمیت این موضوع آشکار شده است و استفاده از سازه های پیش ساخته و به اصطلاح صنعتی سازی مورد استقبال قرار گرفته است. بنابراین شناخت سازه های پیش ساخته و اتصالات آن ها امری بسیار ضروری می باشد. جهت اطلاع از انواع ساختمان های پیش ساخته می توانید به مقاله مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.

عملکرد اتصال اصطکاکی:

زمانی که پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می گیرد، علاوه بر مهره باید از واشر نیز استفاده کرد. باید توجه شود که واشر مصرفی در اتصال اصطکاکی نباید ازنوع واشر فنری باشد. براساس مبحث دهم در طراحی لرزه ای فقط باید از این عملکرد طراحی در اتصال استفاده گردد. به عبارتی دیگر، در طراحی همه ی اتصالات قاب های خمشی وقاب های دوگانه و نیز اتصالات بادبندی و وصله ی ستون های باربر جانبی در قاب های ساده باید این نوع عملکرد بکار برد. در این نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستین پیچ، باید به مقداری که در طراحی تعیین شده است، نیروی پیش تنیدگی نیز در پیچ ایجاد گردد. بستن پیچ و مهره ها نیازمند ابزار بخصوص بنام آچار ترک متر و پرسنل متخصص جهت بستن صحیح پیچ هاست که این مورد در نوع خود نیازمند تمهیداتی در سیستم اجرایی هست.

سازه های فولادی با اسکلت پیچ و مهره

یکی از مهم ترین اجزای سازه های فولادی که وظیفه انتقال نیروهای اعضا به یکدیگر و به تکیه گاه ها را بر عهده دارد، اتصالات میان اعضا می باشد. به دلیل سرعت بالای اجرا در سازه های پیچ و مهره ای و همچنین شکل صنعتی مطلوب ساخت سازه ای و رفتار مورداطمینان این سازه، استفاده از آن ها طی سال های اخیر محبوبیت زیادی در میان طراحان یافته است. با این حال همانند سایر سازه های فولادی در کشور ما، در اجرای اسکلت های پیچ و مهره ای نیز مواردی از عدم اجرای اصولی مشاهده می شود. نخستین رکن موثر در یکپارچگی اسکلت های فولادی را می توان اتصالات در نظر گرفت از این رو اهمیت شناخت این قطعات بر کسی پوشیده نیست. اتصالات ضعیف موجب از هم پاشیدگی های پی در پی و اساسی در کل سازه گردیده و به دلیل اهمیت بالای آن، نوع قاب نیز براساس رفتار اتصال تعیین می گردد. نابودی و خرابی در سایر اعضای سازه نسبت به اتصالات بسیار کمتر بوده و اتصالات ضعیف می توانند سازه فولادی را به یکباره نابود سازند. با این حال با بررسی نحوه شکست ساختمان های فولادی می توان به راحتی مشاهده کرد که ضعیف بودن اتصالات نقش تعیین کننده ای در زوال سازه ها را خواهد داشت. پس از روشن شدن اهمیت نقش اتصالات در سازه های فولادی، در ادامه به بررسی سه اتصال رایج در این سازه ها خواهیم پرداخت. انواع اسکلت فلزی ساختمان را می توانید در لینک مربوطه مطالعه نمایید.

اتصال پیچ:

پیچ های اتصال آهن آلات ساختمان، اندازه ها، شکل و جنس های مختلف دارد. اصول کلی اتصال پیچ مشابه اتصال پرچ است. با این تفاوت که در این جا به جای پرچ کوبی جهت محکم کردن قطعه از پیچ و مهره استفاده می شود. شکل مقابل نحوه اتصال یک نبشی به انتهای تیرآهن معمولی را نشان می دهد. قطر سوراخ قطعه را 3 تا 5 میلی متر بزرگ تر از قطر پیچ در نظر می گیرند.

اتصال پرچ:

برای اتصال قطعات میخ پرچ هایی مورد استفاده قرار می گیرند، اندازه ها و شکل های و اندازه های مختلف دارند. مشخصات میخ پرچ موردنیاز سازه ها اعم از قطر، جنس و طول آن توسط مهندس سازه مشخص گردیده و در نقشه ساختمان وارد می شود. محل قرارگیری سوراخ میخ بر روی قطعات فولادی کمی بزرگ تر در نظر گرفته شده و مشخصات این سوراخ ها به همراه محل دقیق نیز در نقشه ساختمانی موجود است.

اتصال جوش:

اتصالات جوشی از پر استفاده ترین و محبوب ترین اتصالات در سازه های فولادی است. در میان روش های مختلف جوشکاری قطعات، جوش قوس الکتریکی با الکترود روکش دار را می توان پرمصرف ترین روش جوش به شمار آورد. همان طور که پیش تر گفتیم استحکام اتصالات در جلوگیری از زوال سازه نقش اساسی دارد از این رو کیفیت، روش و مشخصات جوشکاری از اهمیت زیادی برخوردار است. باید نوع الکترود مصرفی، شرایط جوشکاری، بعد و نوع هرکدام از جوش ها و … با دقت در نقشه ها درج شوند. به طور کلی 5 نوع اتصال جوشی براساس شکل قطعات موجود در سازه های فولادی مورد استفاده قرار می گیرد که در شکل زیر مشاهده می کنید.

نکات اجرایی اسکلت پیچ و مهره

امروزه استفاده از اسکلت پیچ و مهره ای در سازه های جدید به وفور یافت می شود. در گذشته استفاده از سازه های پیچ و مهره ای تنها محدود به سوله ها و مجتمع های صنعتی و همچنین در صنایع نفت و گاز بود ولی امروزه شاهده استفاده گسترده از این سازه ها در ساختمان های اداری، مسکونی و تجاری نیز می باشیم. این سازه ها به علت سرعت بالای نصب و بی نیاز بودن از عملیات دشوار جوشکاری بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. در ادامه به بررسی مزایا و معایب اسکلت پیچ و مهره ای خواهیم پرداخت.

مزایای اتصالات پیچ و مهره ای

• کم هزینه بودن کارهای نصب و اجرا
• امکان باز نمودن سازه و استفاده مجدد
• محدودیت در تامین وسایل و تجهیزات جوشکاری
• عدم نیاز به کارگر ماهر
• بی سر و صدا بودن هنگام نصب و اجرا
• شرایط محیطی کار
• عدم محدودیت در اعضای اتصال

کیفیت ساخت اسکلت های پیچ و مهره ای

در میان انواع اسکلت های فولادی و بتنی، سازه های پیچ و مهره ای به دلیل دور بودن انجام عملیات از عوامل مخرب، از کیفیت ساخت بالاتری نسبت به سایر سازه ها برخوردار می باشند. همان طور که می دانید تمامی عملیات ساخت این سازه ها در کارخانه انجام شده و از این رو با کیفیت و دقت بالاتری تولید می شود. در ساخت سازه ها با استفاده از اتصالات جوشی، به دلیل انجام جوشکاری در محل ساخت، دقت و کیفیت کار پایین آمده و این اتصالات نسبت به اتصالات پیچ و مهره ای از کیفیت ساخت پایین تری برخوردار می باشند. همچنین در سازه های بتنی نیز مقاومت نسبت به دو سازه ذکر شده کمتر می باشد.

سرعت ساخت

سرعت ساخت اسکلت پیچ و مهره ای به دلیل تولید صفر تا صد در کارخانجات و استفاده از تجهیزات بیشتر، نسبت به سازه های تولیدی با اتصالات جوشی بیشتر می باشد. همچنین به دلیل آماده بودن تمامی قطعات، عملیات نصب به آسانی و با سرعت بالا انجام می شود. به همین دلیل است که در مکان های شلوغ برای صرفه جویی در زمان انجام پروژه از این سازه ها استفاده می شود.

ایمنی سازه

سازه های پیچ و مهره ای همان طور که عنوان شد نسبت به سایر سازه ها کیفیت ساخت بالاتری دارند از این رو دارای مقاومت و استحکام بیشتری در برابر زلزله و بلایای طبیعی نیز می باشند. به دلیل مقاومت بالای این سازه ها از آن ها در ساخت ساختمان های مرتفع و دهانه سوله ها استفاده می شود. همچنین در این سازه ها به دلیل ساخت در محل کارخانه و استفاده از پوشش برای جلوگیری از خوردگی امکان زنگ زدگی سازه نسبت به اتصالات جوشی کمتر می باشد.

هزینه ساخت و قیمت اسکلت پیچ و مهره ای

در اسکلت های پیچ و مهره ای سعی می شود که از موادی سبک تر استفاده شود بنابراین هدر رفت مصالح نیز نسبت به سازه های جوشی کمتر است و در نتیجه هزینه ساخت آن نیز به مراتب کمتر می باشد. شاید برخی افراد تصور کنند که هزینه ساخت اسکلت بتنی کمتر باشد ولی با در نظر گرفتن کلیه هزینه ها اسکلت پیچ و مهره ای مقرون به صرفه تر است. با این حال این بدان معنا نیست که در دو سازه که مقاطع یکسانی دارند اسکلت پیچ و مهره ای کم هزینه تر است. ولی به این دلیل که مهندس سازه می تواند به راحتی با بهینه سازی وزن سازه را کاهش دهد امکان صرفه جویی در این نوع سازه ها به مراتب بیشتر است.

شرایط محیط کار

شرایط محیطی خاصی را اتصالات جوشی می طلبد که از آن جمله می توان به درجه حرارت محیط، تهویه هوا و فضای دسترسی به اتصال اشاره کرد ولی در سازه های پیچ و مهره ای این محدودیت ها وجود ندارد.

رواج جهانی

می توان گفت تمامی سازه های فولادی در کشورهای جهان با استفاده از اسکلت پیچ و مهره ای تولید می شود و این سازه ها در کشورهای دنیا رواج زیادی داشته از این رو اهمیت آن بر کسی پوشیده نیست.

معایب اسکلت پیچ و مهره ای

اجرای نامناسب و یا غلط سوراخ ها و نیز رعایت نکردن میزان پیش تنیدگی آن ها و درآخرعدم منطبق بودن آن ها بزرگترین مشکلی است که در اجرای اتصالات پیچی وجود دارد هنگام اجرا و نصب می باشد. بنابراین دقت در تعیین محل سوراخ ها و استفاده از وسایل مناسب جهت این کار بسیار ضروری می باشد.

مقایسه اسکلت پیچ و مهره ای با اسکلت جوشی

اسکلت های پیچ و مهره ای امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته اند زیرا کیفیت بالاتری نسبت به اتصالات جوشی دارند. اسکلت های جوشی نسبت به پیچ و مهره ای سرعت ساخت پایین تری داشته و از کیفیت پایین تری نیز برخوردار می باشند. همچنین این سازه ها دارای محدودیت هایی اعم از استفاده از تجهیزات مدرن، تامین برق، استفاده از تیم متخصص و همچنین زنگ زدایی می باشند که استفاده از آن ها را با دشواری هایی روبرو می سازد. به دلیل زلزله خیر بودن کشور ایران، اسکلت های پیچ و مهره ای از محبوبیت بیشتری برخوردار بوده و همچنین استفاده از آن ها نسبت به اتصالات جوشی مقرون به صرفه تر می باشد.

مشخصات پیچ و مهره در اسکلت فلزی

پیچ پرمقاومت و پیچ معمولی در اتصالات پیچ و مهره ای استفاده می شود. تقسیم بندی پیچ های معمولی و پیچ های پرمقاومت با توجه به مقاومت نهایی آن ها و نوع مصالحی که در ساخت و تولید آن ها به کار می رود، انجام می گیرد. در شکل زیر شکل ظاهری یک پیچ کامل متشکل از تنه پیچ، مهره و واشر نشان داده شده است. هر دو نوع پیچ معمولی و پر مقاومت دارای شکل ظاهری مشابه یکدیگر هستند. خود پیچ از کله پیچ و قسمت دندانه شده تشکیل شده است.

پیچ های معمولی

کربن کم یا فولاد نرمه از مصالح پیچ های نرمه هستند. ویژگی این پیچ ها را می توان به صورت زیر بیان نمود. کل ظرفیت این پیچ ها به واسطه مقاومت برشی یا کششی در سرتاسر قطر تامین می گردد. این پیچ نسبتا کم مقاومت بوده و از آن ها تحت بارهای کم و استاتیکی در مواردی همچون سازه های سبک، اعضای درجه دوم سازه ها مانند لاپه ها و میل مهارها، خرپاهای کوچک و وسیله کمک مونتاژ در اتصالات استفاده می شود. پیچ های معمولی در استاندارد ASTM پیچ های A307 نامیده می شوند. مصالح این پیچ ها از نوع فولاد نرم یا کربن کم بوده و حداقل تنش گسیختگی آن ها در حدود 60 Ksi معادل 4200 kg/cm2 است.

پیچ های 3.6، 4.6، 4.8، 5.6 در استاندارد DIN آلمان جزو پیچ های معمولی محسوب می شود. پیچ های معمولی از قطر 12 میلی متر تا 36 میلی متر در بازار یافت می شود. احتمال دارد این پیچ ها بر اثر نیروهایی مانند نوسان و ضربه از یکدیگر جدا شوند بنابراین لازم است برای جلوگیری از این اتفاق از تجهیزاتی مانند واشر فلزی، ورق های شیاردار و یا خار خم شده در پشت مهره استفاده کرد. استفاده از پیچ های معمولی فقط در اتصالات اتکایی مجاز می باشد. جهت اطلاع از قیمت پیچ و مهره می توانید به لینک مربوطه در سایت مرکزآهن مراجعه نمایید.

پیچ های پرمقاومت

مقاومت بالای این پیچ ها همانگونه که از اسمشان مشخص است باعث شده تا از محبوبیت بالایی برخوردار باشند. این پیچ ها از فولاد باکیفیت و با کربن متوسط تولید شده و با استفاده از حرارت دهی مقاومت می گردند. ویژگی این پیچ ها را می توان به صورت تیتروار زیر بیان نمود.

کل ظرفیت این پیچ ها مجموع دو مورد زیر می تواند باشد:

مقاومت برشی در سراسر قطر پیچ

اصطکاک ایجاد شده بین مهره و سطوح فلزی متصل شده

برای به دست آوردن ظرفیت اصطکاکی باید این پیچ ها به میزان 70 درصد مقاومت کششی نهایی فولاد پیچ ها، پیش تنیده شوند.

انواع پیچ های پرمقاومت در استاندارد ASTM

1 – پیچ های A325 و A449 با تنش تسلیم حدود 5600 kg/cm2 تا 6300 kg/cm2 که از فولاد با کربن متوسط و عملیات حرارتی تهیه می شوند.

2 – پیچ های a490 با تنش تسلیم حدود 8000 kg/cm2 تا 9000 kg/cm2 که از فولاد آلیاژی و با عملیات حرارتی تهیه می شوند.

3 – در استاندارد DIN پیچ های 8.8 به عنوان پیچ های پرمقاومت و پیچ های 12.9 و 14.9 به عنوان پیچ های خیلی پرمقاومت مطرح هستند. قطر پیچ های پر مقاومت در محدوده 12 تا 38 میلی متر بوده و قطرهای 20 و 22 میلی متر بیشتر در کارهای ساختمانی رایج هستند.

4 – پیچ های پرمقاومت تحت بارهای متناوب و بزرگ استقامت دارند.

انواع اتصالات پیچ و مهره ای

اگر اتصال پیچ و مهره ای بخواهد نقش اصلی را به بهترین نحو و کمترین نقص داشته باشد تا بتواند عملکرد مطلوبی داشته باشد، لازم است در طراحی و نیز اجرای اتصال ضوابط خاصی مورد توجه قرار گیرد و این ضوابط معمولا توسط آیین نامه ها و استاندارد در هر کشور تبیین می شوند. در کشور ما ایران، رعایت مقررات ملی ساختمان، به عنوان فراگیرترین ضوابط موجود در عرصه ساختمان، امری الزامی می باشد و کلیه طراحان و مهندسین ملزم به استفاده از آن می باشند. در کنار این منبع، مدارک فنی متعددی نظیر آیین نامه ها، استانداردها، نشریات سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور و سایر مشخصات فنی منتشر می شوند. لذا با توجه به لازم الاجرا بودن مقررات ملی ساختمان، در این جا ضوابط مربوط به این منبع رسمی را ملاک قرار می دهیم و در صورت نیاز به سایر مراجع ذکر شده رجوع می نماییم.

مشخصات و فواصل سوراخ ها در اتصالات پیچی

بدلیل مقاومت سازه های پیچ و مهره ای و حفظ کیفیت، قطعات باید به بهترین شکل و متناسب با قطر پیچ سوراخ شوند. دقت در این امر سبب جلوگیری از زوال ساختمان می گردد.

انواع سوراخ در اتصالات پیچی

انواع مختلفی سوراخ در اتصالات پیچی وجود دارد و می توان برای افزایش سرعت از انواع آن ها استفاده کرد. در ادامه به بررسی انواع سوراخ ها در اتصالات پیچی براساس مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان خواهیم پرداخت.

• سوراخ بزرگ شده
• سوراخ استاندارد گرد
• سوراخ لوبیایی کوتاه
• سوراخ لوبیایی بلند
• سوراخ لوبیایی (بلند یا کوتاه) عمود بر جهت نیرو

بهتر است بدانید که براساس تعریف سوراخ استاندارد باید قطری بیشتر از 2 میلی متر نسبت به قطر پیچ داشته باشد. همچنین در مبحث دهم تنش های مجاز برشی پیچ در اتصالات اصطکاکی براساس نوع سوراخ بیان شده است. جدول زیر ابعاد اسمی سوراخ پیچ را نشان می دهد.

الزامات ضریب اصطکاک سطوح فولادی در اتصالات اصطکاکی

در یک حالت کلی دو عامل کلیدی در این اتصالات وجود دارد. اولین آن زبری سطح و دیگری نیروی پیش تنیدگی می باشد. در مرحله اولیه مهندسان فرض را بر این می گیرند که سطوح اتصال بدون رنگ آمیزی زبری مورد نظر را داشته باشد، در این صورت زمانیکه قطعات متصل شدند تمامی بخش های متصل شده را رنگ آمیزی می کنند. تنها نکته ای که وجود دارد این است که دقت کنید تمامی سطوح عاری از کثیفی های حاصل از روغن، پوسته های زنگ زدگی، لاک و یا مصالح و … باشد تا رنگ آمیزی یکنواخت و مطلوبی داشته باشید.

 انواع استاندارد پیچ و مهره

استانداردهای DIN برحسب میلی متر و استانداردهای آمریکایی ASTM براساس اینچ هستند. البته استانداردهای آمریکایی به میلیمتر هم ارائه شده اند. DIN 931933 غالبا برای اتصالات اتکایی و DIN 6914 گل درشت نیم دنده که فقط گرید 10.9 دارد نیز برای اتصالات اصطکاکی و با تنش های بالا استفاده می شود.

رده مهره و واشر

در زیر مهره معادل با هر رده پیچ بر مبنای استاندارد ISO 934 آورده شده است. مطابق اطلاعات زیر از مهره کلاس 6 برای بولت 5.8، از کلاس 8 برای پیچ رده 8.8 و یا پیچ A325 و از کلاس 10 برای رده 10.9 و یا پیچ A490 استفاده می شود.

انواع سوراخ پیچ

پیچ ها علاوه بر سوراخ استاندارد، دارای انواع و شکل های مختلف دیگری نیز می باشند. انواع سوراخ ها در اتصالات پیچی به شرح زیر می باشد

• سوراخ استاندارد
• سوراخ بزرگ شده: تنها قابل استفاده در اتصالات اصطکاکی می باشند.
• سوراخ لوبیایی بلند: در اتصالات اتکایی فقط در امتداد عمود بر مسیر نیرو مجاز بوده و در اتصال اصطکاکی در تمام امتدادها مجاز می باشد.
• سوراخ لوبیایی کوتاه: برای استفاده در اتصالات اتکایی امتداد سوراخ بایستی عمود بر امتداد نیرو باشد ولی برای اتصالات اصطکاکی در تمام امتدادها مجاز هستند.

فواصل سوراخ ها

حداقل فواصل سوراخ پیچ ها در اتصالات پیچی:

فاصله مراکر تمامی سوراخ ها نباید از 3 برابر قطر وسیله اتصال کمتر باشد.

حداکثر فاصله مرکز تا مرکز سوراخ ها در اتصالات پیچی:

بیشترین میزان فاصله مراکز سوراخ ها نبایستی از 24 برابر ضخامت نازک ترین قطعه اتصال دهنده و از 300 میلی متر بیشتر باشد.

حداکثر فاصله مرکز سوراخ تا لبه:

حداکثر فاصله از مرکز هر پیچ تا نزدیک ترین لبه قطعه در هر راستا به شرح زیر است

استفاده همزمان اتصال جوشی و پیچی

ترکیب پیچ و جوش:

هنگامی که پیچ های معمولی با پیچ های پر مقاومت در حالت اتصال اتکایی به صورت مشترک با جوش استفاده شود، نباید فرض کرد که آن ها در تحمل بار با جوش سهیم هستند. در این صورت کل تنش در اتصال را باید جوش به تنهایی تحمل کند. در صورت استفاده از ترکیب جوش و پیچ های پر مقاومت در اتصال اصطکاکی، می توان جوش و پیچ را در تحمل تنش ها سهیم فرض کرد مشروط بر اینکه در اتصال های برشی سوراخ پیچ ها از نوع استاندارد یا دارای شکاف های عمود بر جهت بار و جوش های گوشه تحت اثر بار طولی در نظر گرفته شده باشند. در چنین اتصال هایی، مقاومت موجود در پیچ ها را نباید بزرگ تر از 50 درصد مقاومت موجود پیچ ها در حالت اتکایی در نظر گرفت.

اهمیت نظارت، بازرسی و کنترل کیفیت بر اجرای اتصالات پیچ و مهره ای

استفاده نکردن صحیح از دانش فنی در مراحل اجرا و طراحی مشکل اصلی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان ها می باشد. دستورالعمل های اتصالات پیچی و جوشی و ضوابط طراحی ساختمان های فولادی، گاهی در طراحی و اجرا مورد سهل انگاری قرار می گیرد. برای اطمینان یافتن از کیفیت اتصالات پیچی بررسی های زیر قبل و بعد از انجام عملیات نصب در سازه های فولادی به خصوص در سازه های با کاربرد خاص و حساس توصیه می شوند. در ادامه این کنترل ها را به صورت تیتروار بیان می کنیم:

گستره بازرسی پیچ و مهره

• تایید صلاحیت نصاب پیچ و مهره
• برنامه کنترل پیچ و مهره
• کنترل توسط بازرس پیچ و مهره و تایید آن ها

وظایف بازرسان پیچ و مهره مطالعه دقیق مباحث اجرایی مشخصات فنی، نقشه های قرارداد، نقشه های کارگاهی ساخت و نیز مصبی پروژه، مطالعه همه گواهی نامه های مطابقت مواد که از سوی کارخانه سازنده صادر شده است و حصول اطمینان از تطابق ویژگی های مواد قطعات با الزامات پروژه، تایید شناسایی مواد پیچ و مهره ها، تایید وجود شرایط مناسب و تحت کنترل جهت انبار قطعات، تایید وجود دستور کارهای مصوب نصب پیچ و مهره و استفاده از این دستور کارها در روند عملیات اجرایی، تایید صلاحیت همه پرسنل نصاب پیچ و مهره، حصول اطمینان از آگاهی تمام نیروهای کاری از دستور کار نصب پیچ و مهره، مشاهده آزمایش پیش از نصب که در آغاز کار و به ازای هر محموله انجام می شود. در روش استفاده از آچار کالیبره عملیات کالیبراسیون آچار در ابتدای هر شیفت کاری بررسی و بازرسی می شود. کنترل کفایت وضعیت اتصال اعم از وضعیت ابعاد سوراخ ها، عدم وجود وضعیت نامناسب در سوراخ هایی که گشاد شده و یا برق زده شده اند.

جمع بندی

اهمیت بالای اسکلت پیچ و مهره ای در بین انواع سازه های بتنی و فولادی در این مقاله آمده است. این سازه ها امروزه نه تنها در ایران، بلکه در تمامی کشورهای جهان مورد توجه ویژه ای بوده و نسبت به سایر سازه ها ارجحیت داده می شوند. با این حال سازه های پیچ و مهره ای نیز همانند سایر اسکلت ها چنانچه براساس قوانین وضع شده ساخته نشوند، ممکن است سبب نزول ساختمان و وقوع پیشامدهای جبران ناپذیر گردند. از این رو مطالعه تمامی قوانین مرتبط با این سازه ها پیش از ساخت ضروری می باشد.

اتصالات در سازه های فولادی چند نوع دارد؟

اتصالات به دو دسته جوش و پیچ تقسیم بندی می شود.

اسکلت پیچ و مهره ای ساختمان چگونه است؟

در گذشته استفاده از سازه های پیچ و مهره ای تنها محدود به سوله ها و مجتمع های صنعتی و همچنین در صنایع نفت و گاز بود ولی امروزه شاهده استفاده گسترده از این سازه ها در ساختمان های اداری، مسکونی و تجاری نیز می باشیم.

مزایای اجرای اتصالات پیچ و مهره ای چیست؟

کم هزینه بودن کارهای نصب و اجرا، امکان باز نمودن سازه و استفاده مجدد، عدم نیاز به کارگر ماهر و غیره

استاندارد پیچ و مهره چند نوع دارد؟

دو استاندارد زیر برحسب میلی متر بوده و در ساخت پیچ و مهره کاربرد دارد ASTM – DIN