در طراحی سازه های ترکیبی، اتصال موثر میان اعضای فلزی و اجزای بتنی یکی از مهمترین و چالش برانگیزترین بخش های اجرایی به شمار می‌رود. این اتصالات باید توانایی انتقال نیروهای ثقلی، جانبی، کششی و برشی را با اطمینان کامل داشته باشند و از لحاظ سازه ای، رفتاری یکپارچه میان مصالح ناهمگون ایجاد کنند. تفاوت در خواص مکانیکی بتن و فولاد، از جمله مقاومت فشاری بالا در بتن و شکل پذیری مطلوب در فولاد، لزوم استفاده از روش هایی دقیق، پایدار و مهندسی شده را ایجاب می‌کند.
روش های اتصال سازه فلزی به بتنی به طور کلی به دو دسته‌ی مکانیکی و شیمیایی تقسیم می‌شوند. در روش های مکانیکی از قطعاتی مانند انکر بولت، کاشت میلگرد، پلیت های مهاری و سیستم های پس کششی استفاده می‌شود؛ در حالی که روش های شیمیایی مبتنی بر استفاده از چسب های رزینی، گروت های ویژه یا ملات های اتصال دهنده هستند. هر یک از این روش‌ها با توجه به نوع بارگذاری، شرایط اجرایی، الزامات دوام و قابلیت کنترل کیفیت در محل اجرا انتخاب می‌شوند.
انواع اتصالات در سازه های بتنی
برای آشنایی با روش اتصال سازه فلزی به بتنی لازم است در ابتدا با انواع اتصالات آشنا شوید. اتصالات در سازه های بتنی وظیفه انتقال نیروها و حفظ پیوستگی اجزا را دارند. انتخاب درست نوع اتصال، تاثیر زیادی بر استحکام و عملکرد کلی سازه دارد.
۱- اتصالات صلب
اتصالات صلب به گونه‌ای طراحی می‌شوند که جابجایی و چرخش نسبی میان اعضای متصل را به حداقل برسانند و قادر به انتقال کامل لنگر خمشی، نیروی برشی و نیروی محوری باشند. این نوع اتصالات دارای سختی بالا و تغییر شکل نسبی بسیار ناچیز هستند و به طراحی دقیق برای جلوگیری از تمرکز تنش نیاز دارند. کاربرد اصلی اتصالات صلب در قاب های خمشی بتنی و به خصوص در اتصال تیر به قالب ستون یا ستون به فونداسیون سازه های مقاوم در برابر زلزله است.
اجرای صحیح این اتصالات مستلزم استفاده از آرماتورهای پیوسته و کافی، بتن ریزی بدون درز سرد، رعایت دقیق جزئیات آرماتوربندی مانند خاموت های متراکم برای تحمل تنش های برشی و خمشی و کنترل کیفیت بتن و آرماتور در محل اتصال می‌باشد.
۲- اتصالات مفصلی
اتصالات مفصلی نوعی اتصال سازه فلزی به بتنی هستند که امکان چرخش نسبی بین اعضای متصل را فراهم می‌کنند اما توانایی انتقال لنگر خمشی را ندارند. این اتصالات عمدتا برای انتقال نیروهای برشی و محوری طراحی شده‌اند و به دلیل سادگی و هزینه کمتر، در سازه های مختلف کاربرد فراوانی دارند. از جمله مهمترین کاربردهای آن‌ها می‌توان به سازه های خرپایی بتنی، اتصال تیرهای فرعی به ستون‌ها و پل های بتنی با تکیه گاه های چرخان اشاره کرد.
در اجرای اتصالات مفصلی، استفاده از آرماتورهای مناسب برای انتقال نیروهای برشی، طراحی دقیق به منظور جلوگیری از لغزش یا جابه‌جایی غیرمجاز و بهره گیری از صفحات فلزی برای کاهش اصطکاک و تسهیل چرخش اهمیت زیادی دارد. نمونه بارز این نوع اتصال، تکیه گاه های پل های بتنی است که آزادی چرخش را در جهت های مشخصی فراهم می‌کنند.
پیشنهاد ناشر
ممکن است این را نیز بپسندید: مهره بولت قالب بندی
۳- اتصالات نیمه صلب
اتصال سازه فلزی به بتنی نیمه صلب حالتی میان اتصالات صلب و مفصلی دارند و توانایی انتقال بخشی از لنگر خمشی همراه با نیروی برشی و محوری را دارا هستند. این نوع اتصالات دارای سختی متوسط و رفتار غیرخطی بوده و طراحی آن‌ها نسبت به اتصالات صلب و مفصلی پیچیده تر است.
کاربرد اصلی اتصالات نیمه صلب در سازه های بتنی پیش ساخته و برخی قالب های بتنی (تیرها و ستون های بتنی) است که نیاز به انعطاف پذیری و توزیع متعادل نیروها وجود دارد. در اجرای این اتصالات، استفاده از ترکیب آرماتور و صفحات فلزی برای ایجاد سختی مناسب، طراحی دقیق جهت کنترل میزان چرخش و انتقال لنگر و انجام آزمایش‌های کنترل کیفیت، اهمیت دارد. نمونه ای از این اتصالات، سیستم های پیش ساخته ای است که با پیچ و مهره و آرماتورهای جوش‌شده اجرا می‌شوند.
۴- اتصالات پیش ساخته
اتصال پیش ساخته، در سازه های بتنی پیش ساخته به منظور اتصال اجزایی مانند تیرها، ستون‌ها، دال‌ها و دیوارها طراحی می‌شوند. این اتصالات امکان تولید صنعتی و مونتاژ سریع در محل را فراهم می‌کنند و به سه نوع اصلی تقسیم می‌شوند:
- اتصالات خشک: اتصال سازه فلزی به بتنی با پیچ، مهره یا جوش بدون نیاز به بتن ریزی در محل
- اتصالات مرطوب: اتصال با بتن ریزی در محل برای ایجاد پیوستگی کامل
- اتصالات ترکیبی: ترکیبی از روش های خشک و مرطوب
این اتصالات در ساختمان های صنعتی، پارکینگ ها و پل های پیش ساخته که سرعت اجرا اهمیت زیادی دارد، کاربرد دارند. در اجرای آن‌ها دقت در تراز و هم راستایی اجزا، استفاده از ملات یا رزین مناسب برای پر کردن درزها و تضمین کیفیت جوش یا پیچ ها بسیار مهم است. نمونه بارز، اتصال ستون پیش ساخته به فونداسیون با صفحات فلزی و بتن ریزی در محل است.
۵- اتصالات انبساطی
اتصال سازه فلزی به بتنی انبساطی به منظور جبران تغییر شکل های ناشی از انبساط و انقباض حرارتی، جمع شدگی بتن و حرکات لرزه ای طراحی می‌شوند. این اتصالات امکان جابه‌جایی نسبی بین بخش های مختلف سازه را فراهم کرده و از ایجاد ترک های ناشی از تغییرات دما یا جمع شدگی جلوگیری می‌کنند.
معمولا درزهای انبساط با مواد انعطاف پذیری مانند نئوپرن یا پلی اورتان پر می‌شوند تا ضمن حفظ پیوستگی سازه، امکان حرکت کنترل شده را فراهم آورند. این نوع اتصالات در پل های بتنی بلند، ساختمان های بزرگ با طول زیاد مانند سالن های صنعتی و سازه هایی که تحت تغییرات دمایی شدید قرار دارند، کاربرد دارند.
در اجرای اتصالات انبساطی، طراحی دقیق فاصله و عرض درز، انتخاب مواد مناسب پرکننده و انجام کنترل های دوره ای برای تضمین عملکرد صحیح اهمیت زیادی دارد. نمونه بارز این اتصالات، درزهای انبساط در عرشه پل بتنی است که با مواد الاستیک یا مواد نرم و انعطاف پذیر پر شده‌اند.
۶- اتصالات برشی
اتصالات برشی به منظور انتقال نیروهای برشی بین اجزای مختلف سازه طراحی شده‌اند و معمولا همراه با سایر انواع اتصالات به کار می‌روند. این اتصالات تمرکز اصلی خود را بر انتقال نیروی برشی قرار داده و برای این منظور از کلیدهای برشی یا آرماتورهای خاص استفاده می‌کنند.
کاربرد اتصالات برشی شامل اتصال دال به تیر یا ستون، دیوارهای برشی بتنی و اتصالات پیش ساخته به منظور انتقال نیروی برشی می‌شود. در اجرای این نوع اتصالات، به کارگیری آرماتورهای عرضی، اطمینان از تماس صحیح سطوح بتنی و کنترل کیفیت بتن و آرماتور ضروری است. نمونه ای از این اتصالات، اتصال دال بتنی به تیر با استفاده از آرماتورهای عرضی است که به انتقال موثر بارهای برشی کمک می‌کند.
پیشنهاد ناشر
ممکن است این را نیز بپسندید: بولت عصایی قالب
طراحی اتصال تیر فولادی به تیر بتنی
طراحی اتصال تیر فولادی به تیر بتنی نیازمند دقت در انتقال نیروها (برشی، خمشی و محوری) و حفظ یکپارچگی سازه می باشد. این اتصال معمولا در سازه های ترکیبی (فولادی – بتنی) یا در بازسازی ها کاربرد دارد. روش های رایج شامل استفاده از اتصالات مکانیکی (مانند پیچ و مهره یا انکربولت) و کلیدهای برشی است.
- انتقال نیروی برشی: برای انتقال نیروی برشی، کلیدهای برشی به تیر فولادی جوش داده می‌شوند و داخل بتن تیر قرار می‌گیرند. تعداد و چیدمان کلیدها بر اساس استانداردهایی مانند AISC یا Eurocode محاسبه می‌شود.
- انتقال لنگر خمشی: در اتصالات صلب، معمولا صفحات فلزی (بیس پلیت) در انتهای تیر فولادی نصب می‌شوند و انکربولت ها در بتن قرار می‌گیرند. همچنین، بتن با آرماتورهای طولی و عرضی تقویت می‌شود تا بتواند تنش های کششی و برشی را به خوبی تحمل کند.
- جزئیات اجرایی: برای اجرای صحیح اتصال، بتن باید به طور یکنواخت و بدون وقفه ریخته شود تا درز سرد ایجاد نشود. کیفیت جوش انکرها و قطعات فلزی باید به دقت بررسی شود و آرماتورها باید با پوششی مناسب محافظت شوند تا از خوردگی جلوگیری شود. همچنین، تراز بودن تیرها اهمیت زیادی دارد و هنگام نصب باید هم راستایی اجزا به درستی انجام شود.
تجهیزات مورد نیاز اتصال سازه فلزی به بتنی
برای اتصال سازه فلزی به سازه بتنی، تجهیزات و مصالح خاصی مورد نیاز است که با توجه به نوع اتصال (صلب، مفصلی یا برشی) و الزامات طراحی متفاوت هستند. در ادامه، تجهیزات مورد نیاز را به صورت جامع و دقیق ارائه می دهیم.
۱- کلیدهای برشی
کلیدهای برشی برای انتقال نیروی برشی بین تیر فولادی و دال بتنی به کار می‌روند و نقش مهمی در ایجاد عملکرد هماهنگ اجزای سازه دارند. این قطعات معمولا از فولاد کم کربن یا فولاد ضد زنگ ساخته می‌شوند و به صورت میله هایی با سر پهن طراحی شده‌اند که به سطح بالایی تیر یا ستون فولادی جوش می‌شوند. ابعاد رایج این کلیدها معمولا شامل قطر ۱۹ میلی متر و طولی در حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلی متر است. نحوه انتخاب اندازه و شیوه نصب آن‌ها مطابق الزامات آیین نامه هایی مانند AISC 360 یا Eurocode 4 تعیین می‌شود.
۲- انکر بولت ها
انکربولت ها برای اتصال مطمئن صفحات فلزی به بتن به منظور انتقال نیروهای کششی، برشی یا ترکیبی به کار می‌روند. این اجزا معمولا شامل پیچ های فولادی با رزوه های استاندارد، مانند نوع A325 هستند که با مهره و واشر نصب می‌شوند. طول آن‌ها به گونه ای انتخاب می‌شود که عمق مناسبی در بتن ایجاد کند. برای تثبیت بهتر انکربولت ها، معمولاً از مواد پرکننده ای مانند رزین اپوکسی یا گروت استفاده می‌شود تا فضای اطراف آن‌ها پر و اتصال محکم تر شود. همچنین، دقت در ایجاد سوراخ ها نقش مهمی در کیفیت و دوام این اتصالات دارد.
۳- بیس پلیت ها
بیس پلیت ها یا صفحات فلزی به عنوان یکی از تجهیزات اتصال سازه فلزی به بتنی، در اتصال تیر یا ستون فولادی به بتن، سطح تماس لازم را ایجاد می‌کنند و انتقال نیرو را ممکن می‌سازند. این صفحات معمولا از فولاد با ضخامت ۱۰ تا ۲۵ میلی متر ساخته می‌شوند و سوراخ هایی برای عبور انکربولت‌ها دارند. برای اطمینان از عملکرد مناسب، جوشکاری آن‌ها به عضو فولادی باید دقیق باشد و سطح فلز با پوشش ضد زنگ محافظت شود، مخصوصا در محیط هایی که احتمال خوردگی وجود دارد.
پیشنهاد ناشر
ممکن است این را نیز بپسندید: قیمت قالب لبه خم
۵- گروت یا ملات پرکننده
یکی دیگر از مصالح اتصال سازه فلزی به بتنی گروت است. برای پر کردن فاصله میان صفحه فلزی و بتن و انتقال یکنواخت نیروها از گروت غیر انقباضی با مقاومت فشاری ۴۰–۶۰ مگاپاسکال استفاده می‌شود. پیش از اجرا، سطح بتن باید صاف، خشک و عاری از گرد و غبار باشد.
۶- مواد پرکننده درزها (در صورت نیاز)
در اتصالات انبساطی یا برای کاهش اصطکاک سطوح از مواد الاستیک مثل پلی اورتان یا نئوپرن بهره گرفته می‌شود. عرض و عمق درز طبق محاسبات طراحی تعیین می‌شود.
نتیجه گیری
اتصال سازه فلزی به بتنی بخش مهمی از ساخت سازه های ترکیبی است که باید با دقت و مهارت انجام شود. این اتصال‌ها باید بتوانند نیروهای مختلف را به خوبی منتقل کنند و باعث شوند که فلز و بتن به صورت هماهنگ رفتار کنند. هر نوع اتصال، مثل اتصال صلب، مفصلی یا نیمه صلب، کاربرد خاص خود را دارد و انتخاب درست آن‌ها تاثیر زیادی روی عملکرد سازه دارد. علاوه بر انتخاب روش مناسب، کیفیت اجرا و دقت در نصب اتصالات نقش مهمی در دوام و ایمنی سازه دارد. رعایت استانداردها و کنترل مصالح در این مرحله بسیار ضروری است.
بدون دیدگاه