در ساختوساز، دو روش اصلی برای ایجاد استخوانبندی یا اسکلت ساختمان به کار میرود: اسکلت فلزی و اسکلت بتنی. هرکدام از این روشها هنگام اجرا، جزئیات و مراحل خاص خود را دارند. در مورد اسکلت فلزی، دو شیوه رایج برای نصب و اجرا وجود دارد: اتصال با پیچ و مهره و اتصال با جوش. در این مطلب، این دو روش را معرفی میکنیم.
در ساختمانهایی با اسکلت فولادی، قطعات فلزی باید به شکل اصولی و مطابق استاندارد به یکدیگر وصل شوند. این اتصالات، پس از پیسازی و ریختن فونداسیون، از مهمترین مراحل ساختوساز به شمار میروند. هزینه اجرای اتصالات در اسکلت فلزی معمولاً بخش زیادی از کل هزینه را شامل میشود. به همین دلیل، طراحی درست و مناسب اتصالات در سازههای فولادی بسیار اهمیت دارد.
هرکدام از روشهای اتصال با پیچ و مهره یا با جوش، مزایا و معایب خاص خود را دارند. هنگام انتخاب هر روش، باید شرایط و نحوه اجرای آن به خوبی شناخته شود. بر همین اساس، در این نوشته میخواهیم انواع اتصالات در سازههای فولادی و نقاط قوت و ضعف هرکدام را بررسی کنیم.
بیشتر بخوانید: بررسی انواع و بهترین تیلر های کشاورزی بازار ابزار ایران
رونیکس را بخوانید.
کارگری مشغول انجام وظیفهاش روی داربستهای فلزی یک ساختمان در حال ساخت بود.
صفر تا صد اسکلت فلزی
در این مطلب، انواع روشهای به هم پیوستن قطعات فولادی را بر پایهی ابزارهای مورد استفاده دستهبندی میکنیم. سپس، روند نصب و اجرای آن را در پنج گام ساده و پیدرپی توضیح میدهیم.
اتصالات پرچی در سازه فولادی
پرچ یکی از روشهای قدیمی و پرکاربرد برای وصل کردن قطعات سازههای فولادی بود که از فولاد کربنی محکم و با قابلیت تحمل کشش بالا ساخته میشد. امروزه این روش تقریباً دیگر استفاده نمیشود. به طور کلی، پرچها را میتوان در گروههای پرچ گرم، پرچ سرد، پرچ کارخانهای و پرچ مخصوص نصب در کارگاه دستهبندی کرد.
ساختار اصلی سازه از فلز تشکیل شده است که در آن، روش اصلی به هم پیوستن قطعات، استفاده از پرچ است.
معایب استفاده از اتصال پرچ
سازههای فولادی مانند هر نوع ساختمان دیگری، میتوانند نقاط ضعفی داشته باشند. یکی از این موارد، امکان زنگزدگی است. اگر فولاد در برابر رطوبت و عوامل خورنده محافظت نشود، ممکن است دچار آسیب شود. همچنین، این سازهها در دمای بسیار بالا مقاومت خود را از دست میدهند و این موضوع در برابر آتشسوزی اهمیت زیادی دارد. هزینه اولیه ساخت چنین سازههایی گاهی بالاتر از روشهای سنتی است. علاوه بر این، برای اجرای دقیق و ایمن، نیاز به تخصص و دقت بالایی در طراحی و نصب وجود دارد. در صورت وقوع زلزلههای بسیار شدید، اگر طراحی به درستی انجام نشده باشد، ممکن است آسیبپذیریهایی نشان دهند. با این حال، با رعایت اصول مهندسی و نگهداری مناسب، بسیاری از این چالشها قابل مدیریت هستند.
اتصالات پیچ و مهرهای در سازه فولادی و انواع آن
در این شیوه، از پیچ و مهرههای ویژهای برای به هم وصل کردن قطعات سازههای فولادی بهره میبرند. این پیچها و مهرهها استحکام بسیار بالایی در برابر کشش دارند. روش کار با پیچ و مهره در مقایسه با روش پرچکاری، بسیار آسانتر است و برای انجام آن نیازی به نیروی متخصص و بسیار ماهر نیست. برای این نوع اتصال، گونههای مختلفی از پیچ و مهره تولید و به کار گرفته میشود. در فرآیند نصب اسکلتهای فلزی، پیچها و مهرههایی با استانداردهای ASTM A325، ASTM A490، ASTM A449 و DIN 6914 از مهمترین انواع پیچهای مورد استفاده در ساختمانسازی به شمار میروند.
ساختار اصلی این سازه از فلز تشکیل شده است. در این روش، قطعات مختلف با استفاده از پیچ و مهره به یکدیگر متصل میشوند. این نوع اتصال، هسته و روش اصلی ساخت را شکل میدهد.
مزایای اتصال پیچ و مهرهای
اتصال با پیچ و مهره در مقایسه با روشهای دیگر اتصال اسکلت فلزی، فواید زیادی دارد:
* نصب و باز کردن قطعات سازه در صورت لزوم، به راحتی انجام میشود.
* برای انجام کار، نیازی به تعداد زیاد کارگر متخصص نیست.
* ایمنی کارگران بیشتر است، چون احتیاجی به وسایل حرارتی و گرمایشی نیست.
* تغییر شکل و کج شدن سازه بسیار کم میشود.
* با ابزارهای معمولی میتوان کار را با سرعت بالا انجام داد.
* این روش سر و صدای زیادی ایجاد نمیکند.
* بلافاصله پس از سفت شدن پیچ و مهرهها، میتوان بار را روی سازه قرار داد.
* بین قطعات متصل شده در اسکلت فلزی، هیچ جابجایی یا لقی وجود ندارد.
* به دلیل تعداد کمتر پیچ و مهره، اندازه صفحات اتصال کوچکتر میشود.
معایب اتصال پیچ و مهرهای
همانند دیگر روشها، استفاده از اتصال با پیچ و مهره نیز کاستیهایی دارد که در ادامه بیان میشود:
* هزینه مواد و قطعات مورد نیاز در این روش نسبتاً زیاد است.
* اگر بارهای لرزشی یا ضربهای به سازه وارد شود، ممکن است اتصالات شل شوند.
* در این روش، استقامت سقف در برابر نیروی کششی کمتر میشود.
* اگر بار وارده بر اتصال بیش از اندازه تحمل آن باشد، احتمال شکست و آسیب دائمی وجود دارد.
* در صورت زنگزدگی یا خوردگی پیچ و مهره، امکان از کار افتادن اتصال به وجود میآید.
اتصالات جوشی در سازه فولادی و انواع آن
همانطور که از اسم این روش مشخص است، برای وصل کردن قطعات فلزی به یکدیگر از دستگاه جوش استفاده میشود. اگر قصد خرید دستگاه اینورتر جوش را دارید، میتوانید مطلب «راهنمای خرید اینورتر جوشکاری» را بخوانید. انواع اتصالات جوشی بر اساس نحوه قرارگیری قطعات در کنار هم، به دستههای زیر تقسیم میشوند:
اتصال لب به لب
اتصال روی هم
اتصال سپری
اتصال گوشه گونیا
اتصال پیشانی
اسکلتهای فلزی که با پیچ و مهره به هم وصل میشوند
رونیکس انواع مختلف «دستگاه جوش» را میسازد. برای دیدن این محصولات، اینجا را انتخاب کنید.
مزایای اتصال جوشی
اتصال قطعات فلزی با جوش، فواید بسیاری دارد. از مهمترین برتریهای آن میتوان به سرعت بالا در ساخت اسکلت فلزی و نیز وزن و هزینه کمتر ساخت اشاره کرد. در ادامه دیگر مزایای این روش اتصال را مرور میکنیم:
تحمل کامل نیروهای فشاری وارد بر سازه
مناسب بودن برای سازههای فلزی که تحت نیروهای پیچشی قرار دارند
استحکام بالای اتصال بین قطعات اسکلت
زیبایی ظاهری بیشتر سازه
ایفای نقش کامل سطح مقطع در انتقال بارها به دلیل عدم وجود سوراخ در مقاطع
معایب اتصالات جوشی
اتصالهای جوشی نیز مشکلات و کاستیهای خود را دارند. یکی از اصلیترین ضعفهای این نوع اتصال، عدم امکان انبساط در بخشهای باربر است که سبب جمعشدگی و حرکت در محل اتصال و در نتیجه ایجاد ترک میشود. همچنین کنترل و بازرسی دقیق استحکام این اتصالها ضروری است که فرآیندی زمانبر محسوب میشود. از دیگر معایب اتصال جوشی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
– تغییر شکل در سطح داخلی یا خارجی به علت امکان تبخیر رطوبت موجود در فولاد
– نیاز به نیروی جوشکار متخصص و با مهارت برای اجرای مناسب اتصال
– احتمال ایجاد خستگی و ضعف در محل اتصال قطعات فولادی به دلیل گرمای زیاد ناشی از فرآیند جوشکاری
رونیکس تولیدکننده انواع «کمپرسور باد» و «کلاه ایمنی» است. برای مشاهده این محصولات، کلیک کنید.
مراحل نصب اسکلت فلزی در ساختمان
1- آرماتوربندی و اجرای فونداسیون
کار ساختوساز ساختمان معمولاً با کندن و خالی کردن زمین آغاز میشود. دلیل این کار واضح است: رسیدن به لایههای محکمتر خاک برای ساختن پیهای مقاوم، ایجاد پارکینگ و دیگر نیازهای پروژه. البته رعایت نکات ایمنی و مهار کردن دیوارههای اطراف گود، بهویژه برای گودهای عمیقتر از یک متر و بیست سانتیمتر، از موارد مهمی است که در طول انجام پروژه باید به آن توجه کرد. پس از آن، نوبت به ساخت پی میرسد. این بخش، مهمترین مرحله در اجرای یک ساختمان است که در آن، ترکیب درست بتن و میلگرد، بیشترین مقاومت را برای پی ساختمان فراهم میکند. شاید بعضی افراد این مرحله را جزو مراحل نصب اسکلت فلزی ندانند، ولی واقعیت این است که موفقیت در تمام مراحل بعدی ساختوساز، به اجرای درست و اصولی پی بستگی دارد.
2- تعبیه صفحه ستون ها و بولت
همزمان با اجرای مرحله پی، عملیات قرار دادن بولتها و نصب صفحههای زیرستون بر روی بتن نیز انجام میگیرد. این بخش از کار نیازمند دقت و توجه بسیار بالا است و حضور و نظارت بیواسطه مهندسان ناظر در این مرحله اهمیت فوقالعادهای دارد. بدیهی است که تراز بودن صفحههای ستون، جایگیری درست آنها روی بولتها و اتصال محکم صفحات به فونداسیون، نقش بسیار مهمی در مراحل بعدی نصب اسکلت فلزی ساختمان ایفا میکند.
بیشتر بخوانید:از سوئد تا فرانسه؛ معرفی انواع ابزار لوله کشی!
برای نصب ستونها در یک سازه فلزی، ابتدا محل دقیق قرارگیری آنها بر اساس نقشههای اجرایی مشخص میشود. سپس پایهها و اتصالات مورد بررسی قرار میگیرند تا از صحت و آمادگی آنها اطمینان حاصل شود.
ستونهای فلزی با استفاده از جرثقیل در جای خود قرار داده میشوند. در این مرحله دقت میشود که ستون کاملاً عمود و تراز باشد. پس از اطمینان از موقعیت صحیح، ستون به طور موقت در جای خود ثابت نگه داشته میشود.
در مرحله بعد، اتصالات ستون به فونداسیون یا سایر اجزا به صورت کامل و محکم انجام میشود. این کار معمولاً با پیچ و مهره یا جوشکاری صورت میپذیرد. در پایان، وضعیت نهایی ستون از نظر تراز و استحکام کنترل میشود تا مطمئن شویم همه چیز به درستی و مطابق با استانداردها انجام شده است.
3- کار گذاشتن ستون های اسکلت فلزی
روز نصب ستونهای اسکلت فلزی، مرحلهای بسیار مهم و سرنوشتساز است. ستونها یکی پس از دیگری از زمین بلند میشوند و پس از آن که بهطور دقیق در حالت عمودی قرار گرفتند، روی صفحههای فلزی که از قبل روی پی ساختمان نصب شدهاند، قرار میگیرند. اتصال محکم هر ستون به صفحهی زیرین آن را اتصال گیردار میگویند. این اتصال لازم است، اما به تنهایی کافی نیست. چون ستونها بلند هستند و در برابر نیروهایی مثل باد ناپایدارند، باید بلافاصله پس از نصب، با استفاده از اعضای مهارکننده مثل بادبند، تقویت و ثابت شوند. در این مرحله از ساخت اسکلت فلزی، نوع اتصالها خیلی اهمیت دارد؛ اینکه روش کار جوشکاری است یا از پیچ و مهره استفاده میشود. روش جوشکاری، شیوهای رایجتر و پرکاربردتر در بیشتر پروژههای ساختمانی است.
4- سوار کردن تیرها بر روی سر ستون ها
پس از قرار دادن ستونها در جای خود و محکمکاری آنها، مرحلهی بعد وصل کردن تیرها به ستونهاست. روشهای گوناگونی برای اتصال تیر به ستون وجود دارد. شرح دقیق و کامل این روشها در ساخت اسکلت فلزی، خود نیازمند نوشتاری مستقل و تخصصی است، اما به طور خلاصه میتوان گفت که سه نوع اتصال اصلی داریم: «اتصال ساده یا مفصلی»، «اتصال نیمهصُلب» و «اتصال صُلب». هرکدام از این روشها نقاط قوت و ضعف خاص خود را دارند و با توجه به ویژگیهای هر پروژه، میتوان یکی از آنها را انتخاب و اجرا کرد.
5- نصب بادبندها و مهارهای لازم
ساختمان یک سازه است که در برابر نیروهای افقی مانند فشار باد یا تکانهای ناشی از زلزله، لرزان و آسیبپذیر میباشد. بنابراین برای مقاومسازی و جلوگیری از تخریب، به تقویتکنندههای مناسب نیاز دارد. این نیروهای جانبی میتوانند اثرات شدیدی بر ساختمان بگذارند و به همین دلیل هنگام ساخت اسکلت فولادی، استفاده از اعضای مهارکننده یا همان بادبند ضروری است. از میان انواع بادبند، نمونههای متداول مانند بادبند ضربدری، بادبند به شکل K و بادبند به شکل V شناخته شدهتر هستند و به طور گسترده در مراحل اجرای اسکلت فلزی به کار میروند.
نکات اجرایی اسکلت فلزی
یادتان باشد که یک پیِ نامناسب، کل کار را خراب میکند! پس اجرای نقشههای فونداسیون را بسیار مهم بدانید و تمام نکات مربوط به ساخت اسکلت فلزی را با دقت و کامل انجام دهید.
اگر خودِ سازنده، کارهای پیریزی را انجام دهد، مشکلات و همپوشانیهای کاری تا حد زیادی کم میشود.
بارگیری قطعات و انتقال آنها به محل ساخت، باید با نهایت دقت و حساسیت انجام شود.
تا زمانی که از برقراری کامل ایمنی در محل پروژه مطمئن نشدهاید، نباید اجازه شروع کار را به تیم نصب بدهید.
اگرچه مراحل نصب اسکلت فلزی معمولاً سریع پیش میرود، اما دقت و کیفیت کار نباید به خاطر سرعت، پایین بیاید.
اسکلت فلزی؛ دقت، سرعت و کیفیت
طراحی دقیق و حسابشدهی اتصالات فلزی در ساختمانهای فولادی، برای ایمنی بیشتر و مقرونبهصرفه بودن این سازهها بسیار مهم است. طراحی هر اتصال باید ساده و عملی باشد و بر پایهی شناخت درستی از چگونگی انتقال نیرو، اثر سفتی اجزای مختلف، چگونگی پخش شدن نیرو و تأثیر آن بر بخشهای مختلف سازه انجام گیرد. رعایت استانداردهای تعیینشده، ساخت و نصب را آسانتر کرده و باعث سرعت بخشیدن و صرفهجویی در پروژه میشود.
به نقل از سایت اصفهان آهن مواد سازنده سازه های فولادی به شرح زیر است:
“مواد تشکیل دهنده سازههای فولادی
سازههای فلزی، همانطور که از نامشان پیداست، از اتصال قطعات مختلف فلزی به هم ساخته میشوند.
فولادها پس از انجام فرآیندهای حرارتی مناسب و ایجاد تغییرات ریز در ساختارشان، تولید و به کار گرفته میشوند. فولاد در اصل آلیاژی است که از ترکیب آهن و کربن به وجود میآید. با اضافه کردن مواد دیگری مانند گوگرد، کروم، نیکل، فسفر و منگنز به این ترکیب، ویژگیهای خاصی در آن ایجاد میشود. برای نمونه، افزودن مس باعث میشود فولاد در برابر زنگزدگی و خوردگی مقاومت بهتری پیدا کند.
با اضافه کردن منگنز و کربن میتوان به استحکام تسلیم و استحکام کششی بالاتری دست یافت، اما این کار دو نقطه ضعف نیز دارد: فولاد حاصل سختتر میشود و قابلیت تغییر شکل آن کاهش مییابد.