وصله تیر و ستون

این الزامات برای اتصالات وصله اسکلت فلزی (Splice) ستون در ساختمان های چند طبقه ای متصل می باشد. در این نوع ستون های ساختمانی لازم است که تداوم هر دو مقاومت و سختی را در مورد هر دو محور ستون ها فراهم کنیم. به طور کلی آنها به فشار محوری و لنگر حاصل از واکنش های تیرها بستگی دارند. اگر یک وصله در نزدیکی یک نقطه از محدودیت جانبی (یعنی در حدود ۵۰۰ میلیمتر از سطح کف) قرار گرفته باشد، و ستون به همان نقطه در آن طراحی شده است، اتصال ممکن است به سادگی برای بار محوری و هر لحظه اعمال شده طراحی شده باشد. اگر، با این حال، اتصالات به دور از نقطه ای از محدودیت جانبی (یعنی بیش از ۵۰۰ میلی متر از سطح کف) قرار گرفته است، یا در هنگام محاسبه طول موثر ستون، لنگر اضافی که می تواند باید توسط عمل مهار القا شود باید مد نظر قرار گیرد.

شکل۱ – وصله تیر و ستون در اسکلت فلزی

دو نوع اتصالات وصله اسکلت فلزی در این بخش در نظر گرفته شده است، مواردی که در انتهای اعضا برای تماس در به صورت تکیه‌گاهی آماده می‌شوند، و اتصالاتی که در انتهای اعضا برای تماس به صورت تکیه‌گاهی آماده نمی‌شوند. در هر دو مورد، اتصالات ستون باید اعضای متصل را در یک خط نگه دارد و هر جا که قابل اجرا باشد، اعضا باید مرتب شوند تا محور مرکزی از مصالح وصله با محور مرکزی مقاطع ستون های بخش بالا و پایین وصله سازگار باشد.

موارد مهم در مورد وصله‌ها به قرار زیر است:

طول استاندارد پروفیل‌های فولادی به صورت معمول ۱۲ متر است. هنگامی که طول دهانه تیر و یا ارتفاع ستون از طول پروفیل استاندارد بیشتر باشد، تیر یا ستون را باید در محل مناسب وصله نمود.
هنگامی که نیروهای طراحی در تیر و ستون در یک ناحیه به طور چشمگیر از بقیه نواحی بزرگتر می‌شود، استفاده از مقطع با ظرفیت باربری بالا در ناحیه مورد نظر همراه با وصله نمودن آن به نواحی مجاور ضروری است.
اجرای یک سازه فولادی معمولا با ضایعات پروفیل‌های فولادی همراه است برای کاهش ضایعات و استفاده از نیمروخ‌های فولادی موجود در کارگاه می‌توان آنها را توسط وصله به یکدیگر متصل و استفاده نمود.
حمل و نقل اعضای اسکلت فلزی با طول بلند به محل کارگاه دارای مشکلاتی است، بنابراین معمولا اعضای فولادی در کارخانه‌ها صنایع فولادی در طول‌های کوتاه تهیه می‌شوند و در محل وصله‌ها به یکدیگر متصل می‌کنند.

وصله‌ها را می‌توان به صورت جوشی و پیچی اجرا نمود.

وصله اسکلت فلزی تیر

چون در تیرهای I شکل به طور عمده لنگر خمشی توسط بال‌ها و نیروی برشی توسط جان مقطع تحمل می‌شوند. از این رو، برای انتقال لنگر خمشی در نقطه قطع باید بال های تیر و برای انتقال نیروی برشی جان‌ها را به کمک ورق‌هایی به یکدیگر وصله نمود. در شکل زیر نمایی از یک وصله استاندارد که در آن بال ها و جان‌ها هر یک از دو قسمت تیر توسط ورق‌های وصله به یکدیگر متصل شده‌اند را نشان داده شده است.

شکل ۲ – وصله تیر به تیر با چهار ورق

شکل ۳ – وصله تیر به تیر با ۸ ورق

در مواقعی که بال‌ها ضخیم باشند و یا به بیانی لنگر خمشی در محل قطع دو تیر بزرگ باشد توصیه می‌شود از ۶ ورق برای اتصال بال‌ها به یکدیگر استفاده شود.

وصله اسکلت فلزی ستون

در ساختمان‌های فولادی چندین طبقه به دلیل محدودیت طول تیر آهن‌ها استفاده از وصله ستون‌ها برای دست‌یابی به ارتفاع مورد نظر اجتناب‌ناپذیر است. از طرف دیگر ستون‌های طبقات بالاتر سازه تحت اثر نیروی محوری کمتری نسبت به ستون‌های طبقات زیرین قرار دارند و می‌توان مقاطع آنها را از پروفیل‌های سبک‌تری انتخاب کرد که در این مورد هم اجرای وصله در ستون ضروری است. در هر حال توصیه می‌شود تا ارتفاعی معادل طول یک شاخه تیر آهن (۱۲ متر) که در حدود ۳ طبقه است شماره پروفیل تغییر نکند.

عملیات وصله اسکلت فلزی در ستون‌ها باید در حد امکان از محل از تقاطع تیر و ستون به مقدار کافی دور باشد. برای ستون‌هایی که عمده نیروهای طراحی بار محوری فشاری است بهترین محل وصله در یک سوم قسمت میانی ستون و با فاصله ۸۰ تا ۹۰ سانتی‌متری از کف تمام شده طبقه است. ستون‌هایی که علاوه بر نیروی محوری تحت لنگر خمشی قابل ملاحظه‌ای نیز قرار دارند، بهترین مکان برای وصله ستون محلی است که لنگر خمشی در ان حداقل مقدار خود را داشته باشد. برای ستون‌هایی که در اثر نیروی جانبی تحت تاثیر لنگر خمشی واقع می‌شوند. معمولا نقاط عطف (لنگر خمشی صفر) در حوالی وسط ارتفاع ستون در هر طبقه قرار دارد. چنانچه انجام عملیات اتصال برای وصله ستون در وسط ارتفاع آن مشکل باشد. اجبارا باید وصله را در محل قابل دسترسی اجرا نمود. در شکل‌ها نمونه‌های متعدد از وصله ستون نشان داده شده است. معمولا ورق‌های اتصال به ستون پایینی توسط جوش کارخانه و یا قبل ازبر پا کردن ستون انجام می‌شود، و اتصال ورق ستون بالایی توسط پیچ یا جوش به صورت درجا انجام می‌شود.

چنانچه مقاطع در حال تماس در وصله ستون به خوبی گونیا و سنگ زده شوند و بار وارده فقط نیروی محوری فشاری باشد علی‌الاصول نیازی به وصله نبوده و مقاومت لهیدگی در سطح تماس نیروی فشاری را منتقل می‌کند. در مسائل عملی نه تنها نیروهای وارده به ستون ترکیبی از نیروهای محوری و برشی و لنگر خمشی است بلکه تمهیدات کافی مانن گونیا کردن و سنگ زدن مقاطع تماس صورت نمی‌گیرد. از این رو لازم است وصله برای انتقال نیروهای موجود در ستون طراحی شود. در هر حال توصیه می‌شود حتی‌المقدور اعضای فشاری در محل وصله دارای انتهای صاف و گونیا شده باشند تا تماس کافی بین آنها برقرار گردد.

چنانچه عمق دو مقطع ستون یکسان باشد اتصالی نظیر وصله نشان داده شوند در شکل زیر گزینه الف قابل استفاده است. در صورتی که عمق دو پروفیل ستون متفاوت باشد در این صورت لازم است برای انتقال مناسب نیرو از وق‌های پرکننده در طرفین بال به ستون بالایی متصل می‌شود، استفاده کرد (ب). وصله دو ستون با ارتفاع مقاطع متفاوت را می‌توان علاوه بر استفاده از ورق‌های پرکننده با کاربرد ورقی برای تماس بین دو مقطع ستون اجرا نمود (پ).

شکل ۴ – انواع وصله ستون

نمونه‌هایی از وصله اسکلت فلزی ستون توسط جوش در شکل‌های زیر نشان داده شده است. ستون‌ها با ارتفاع مقطع یکسان را می‌توان توسط جوش شیاری با نفوذ کامل یا ناقص (الف) یا توسط وصله‌هایی که با پیچ‌هایی به بال ستون‌ فوقانی مونتاژ و با جوش گوشه به بال ستون‌ها متصل نمود (ب). چنانچه ارتفاع مقاطع دو ستون با یکدیگر اختلاف داشته باشند وصله آنها مطابق شکل پ است.