اتصالات در ساختمانهاى فولادى

 

 

 

1. طراحی و اجرای سازه فلزی

مشکل اصلی آسیب پذیرى لرزه ای ساختمانها ، عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. دستورالعملهای اتصالات جوشکاری شده و ضوابط طراحی ساختمانهای فولادی، گاهی در طراحی و اجرا سهل انگاری میشود. لذا بایستی سطح معلومات فنی این افراد افزایش یافته و نیز مکانیزمی براى اعمال قاطعیت اجرایی و کنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری که حقوق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد.

ساختمانهای فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشکیل میدهند و یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی، کنترل جوشکاری آن میباشد . اهمیت این امر در زلزله های اخیر نتمان داده شده است که خسارات اساسی پس از بریدن جوش اتصال عضو سازه ای مدید میآید

جوشها در همه بخشها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسی گردد. در استاندارد 2800 ، آزمایشات اولتراسونیک و رادیوگرافى براى کنترل اتصالات جوشی قابهای خمشی ویژه اجباری شده است که البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات حتی در ساختمانهای معمولی نیز باید انجام گردد. در این مقاله ، ضمن مروری بر عیبهای معمول جوشکاری در اجرای ساختمانهای فولادی، روشهای بازرسی و کنترل کیفیت جوش ارائه میگردد.

2. عیبها و ناپیوستگى های معمول در جوشکاری

یکی از مهمترین وظایف بازرس یا تیم کنترل کیفی جوش ، ارزیابی حقیقی جوشها به منظور بررسی مناسب بودن آنها در شرایط بهره برداری و در واقع تعیین هر گونه کمبود و نیز نامنظمی در جوش یا قطعه جوشکاری شده که عموما ناپیوستگى نامیده میشود میباشد. در حالیکه یک ناپیوستگى، هر گونه اختلال در ساختار یکنواخت را بیان می کند، یک عیب ناپیوستگى وپژه است که مناسب بودن سازه یا قطعه را زیر سئوال می برد. شکل ناپیوستگى را میتوان به دو گروه کلی خطی و غیر خطی تقسیم نمود. ناپیوستگى هاى خطی طولی به مراتب بیش از پهنا دارند. زمانیکه در جهت عمود بر تنش اعمالى قرار گیرند، یک ناپیوستگى خطی نسبت به غیر خطی شرایط بحرانی تری را ایجاد می کند، چرا که احتمال اشاعه و در نهایت تخریب آن بیشتر خواهد بود.

3. ناپیوستگیهاى فلز جوش و فلز پایه

3-1 . ترکها

بحرانی ترین ناپیوستگى ها، ترکها هستند. شرایط اضافه بار باعث ایجاد ترکها و تمرکز تنش می شود. یک روش گروه بندی ترکها با مشخص کردن آنها به صورت گرم یا سرد است . همچنین ترکها را میتوان توسط جهت آنها نسبت به محور طولی جوش توصیف نمود. ترکهای طولی بعلت تنشهای انقباضی عرضی جوشکاری یا تنشهای سرویس ایجاد می شوند. ترکهای عرضی عموما به علت اثر تنشهای انقباضی طولی جوشکاری روی جوش یا فلز پایه با انعطاف پذیرى کم ایجاد می شوند  انواع مختلف ترک با توصیف دقیق موقعیتهای اجزا مختلف شامل : ترکهای گلویی، ریشه ، کناره ، چاله جوش ، زیر گرده منطقه متاثر از حرارت و فلز پایه هستند.

ترکهای گلویی که از میان گلویی جوش یا کوتاهترین مسیر در سطح مقطع جوش گسترش می یابد، از نوع ترکهای طولی بوده و اغلب در طبقه بندی ترک گرم قراردارند.

ترکهای طولی و عرضی در جوشهای شیاری و گوشه ترکهای ریشه در فلز پایه یا در خود جوش نیز در زمره ترکهای طولی هستند. ترکهای کناره جوش در فلز پایه ایجاد شده و در کناره جوش توسعه ما یابند. ترکهای چاله جوش درنقطه پایانی ردیفهای منفرد جوش در صورت عدم مهارت جوشکار ایجاد می شوند. دسته بعدی ترکها، ترک زیر جوش به علت حضور هیدرورن است .

این نوع ترک بجای فلز جوش در ناحیه تحت تاثیر حرارت به موازات خط ذوب واقع هستند.

3-2. ذوب و نفوذ ناقص

طبق تعریف ، ذوب ناقص یک ناپیوستگى در جوش است که ذوب شدن بین فلز جوش و سطوح ذوب و یا لایه های جوش رخ نداده باشد. بعلت خطی بودن و انتهای نسبتا تیز آن ، ذوب ناقص از ناپیوستگى های بارز در جوش است و در وضعیتهای مختلف در منطقه جوش تشکیل می شود. نفوذ ناقص معرف حالتی است که فلز جوش به طور کامل در سراسر ضخامت ورق گسترده نشده باشد. موقعیت این عیب در مجاورت ریشه جوش است . ذوب و نفوذ ناکافی به علت عدم مهارت جوشکار، شکل نامناسب اتصال یا آلودگی اضافی ایجاد می شود.

3-3. سرباره های محبوس شده

مناطقی در سطح مقطع یا در سطح جوش هستند که سرباره محافظ حوضچه جوش به طور مکانیکی درون فلز منجمد شده محبوس میشود. این سرباره منجمد شده بخشی از مقطع جوش را نمایش می دهد که فلز جوش بخوبی ذوب نمی شود. این پدیده خود سبب ایجاد بخشى ضعیف در نمونه خواهد شد. در حقیقت سرباره های محبوس شده اغلب در ارتباط با ذوب ناقص هستند.

3-4. تخلخل

این نوع ناپیوستگی در خلال انجماد جوش در اثر حبس گاز ایجاد می شود. بنابراین تخلخل را بسادگى میتوان ، حفره های گاز درون فلز جوش منجمد شده دانست . به علت طبیعت کروى شکل آنها، تخلخل کمترین خطر را در میان دیگر ناپیوستگی ها داراست ولی در زمانیکه جوش باید تحمل فشارهای بالا را داشته باشد حضور تخلخل خطرناک خواهد بود. منابع مختلفی براى حضور رطوبت یا آلودگى وجود دارد که میتوان الکترود فلز پایه ، گاز محافظ یا محیط اطراف را در این میان نام برد، تغییر در تکنیک جوشکاری نیز می تواند سبب ایجاد تخلخل شود.

3-5. بریدگی کنار جوش

بریدگی کنار جوش یک ناپیوستگی سطحی است که در فلز پایه مجاور فلز جوش رخ میدهد. در شرایطی عیب را داریم که فلز پایه شسته شده ولی با فلزی پر کننده جبران نمی شود. نتیجه ، ایجاد یک شیار خطی با شکلی نسبتا تیز است که در فلز پایه تشکیل می شود. این عیب بعلت سطحی بودن ماهیت آن براى بارگذاری خستگی خطرناک است . بریدگی کنار جوش عموما به علت تکنیک جوشکاری نامناسب ایجاد می گردد، به ویژه اگر سرعت حرکت جوش زیاد باشد. علاوه بر این اگر گرمای جوشکاری بسیار بالا باشد می تواند سبب ذوب شدن بیش از حد فلز پایه گردد.

3-6 . پرشدن ناقص

این مورد مشابه بریدگی کنار جوش ، یک ناپیوستگی سطحی است که به علت کمبود ماده در مقطع عرضی ایجاد میشود. تنها تفاوت در این میان این است که پرشدن ناقص در فلز جوش ولی بریدگی کنار جوش در فلز پایه یافت می شود. به بیان ساده ، پرشدن ناقص ، زمانی رخ می دهد که فلز پر کننده به اندازه کافی براى پرکردن اتصال جوش در دسترس نباشد . مشابه بریدگی کنار جوش ، پرشدن ناقص نیز هم در سطح رویى و هم در ریشه جوش ظاهر می شود. دلیل اولیه پرشدن ناقص ، تکنیک غلط جوشکاری است . مثلا سرعت زیاد جوشکاری اجازه پرشدن اتصال و هم سطح شدن آن با فلز را نمی دهد.

3-7. سررفتن

نوع دیگر ناپیوستگی سطحی جوش که از تکنیک نامناسب جوشکاری (سرعت جوشکاری خیلی آرام ) ناشی می شود، سررفتن است که در آن ، فلز جوش روى فلز پایه مجاورش سر میرود و درکناره جوش ، شیارى تیز را ایجاد می نماید. به علاوه اگر مقدار سررفتن به اندازه کافی زیاد باشد می تواند ترکی را که از این تمرکز تنش ایجاد می شود را مخفی نماید.

3-8. تحدب بیش از حد

این ناپیوستگی مختص جوشهای گوشه است و طبق تعریف تحدب عبارت از حداکثر فاصله از رویه محدب یک جوش گوشه تا خط واصل بین کناره های جوش است . از نقطه نظر استحکام مقدار تحدب در جوش گوشه ضروری است ولی اگر از حدی بیشتر باشد، به عنوان یک عیب تلقی می شود. این مطلب هم از نقطه نظر اقتصادی (مصرف فلز پرکننده بیشتر) و هم از نظر حضور مناطق تیز اطراف جوش به خصوص در بارگذارى خستگى مطرح می شود. دلیل ایجاد تحدب ، آرام بودن سرعت جوشکاری یا تکنیک ناصحیح جوشکاری است .

3-9. لکه قوس و پاشش

لکه های قوس در نتیجه شروع قوس عمداً یا تصادفی روی سطح فلز پایه دور از اتصال به وجود میآیند. در اثر این رخداد، منطقه ای متمرکز شده از سطح فلز پایه ذوب شده و سریعاً سرد و شکننده می شود. پاشش همان ذرات فلزی پراکنده ناشی از جریان بالای جوشکاری هستند که در تشکیل جوش نقشی ندارند. از نقطه نظر بحرانی بودن ، پاشش ممکن است زیاد مهم تلقی نشود، ولی در هر حال مقادیر زیاد پاشش میتوانند گرماى موضعی زیادی را به سطح فلز مشابه با اثر لکه قوس ایجاد کنند و حتی سبب تشکیل ناحیه تحت تاثیر حرارت شوند.

3-10. اعوجاج

خمیدگى یا اعوجاج از مشکلات مهم جوشکاری است که باید برطرف گردد. این مسئله در اثر انقباض که به هنگام کرم و سرد شدن پس از عملیات جوشکاری در فلز پایه و جوش بوجود میآید، شکل می گیرد. براى کنترل اعوجاج باید شرایط لازم براى جوشکاری شامل کنترل قبل ، حین و بعد از جوشکاری تامین گردد.

3-11 . تورق و پارگى سراسری

این ناپیوستگی ویژه مربوط به فلز پایه است . تورق در اثر حضور آلودگى و ناخالصى غیر فلزی موجود درزمان تولید فولاد ایجاد می شود. این ناخالصی ها به طور طبیعی اکسیدی هستند که در زمانیکه فولاد هنوز مذاب است تشکیل شده و در خلال عملیات بعدى نورد کشیده شده و موجب تورق می شوند. نوع دیگر ناپیوستگی مربوط به پارگی سراسری است و زمانی رخ می دهد که در جهت تمام ضخامت در اثر جوشکارى تنشهاى انقباضى بزرگى ایجاد شده باشد. پارگی عموما موازى سطح نورد شده زیر فلز پایه و معمولآ موازى مرز ذوب جوش رخ می دهد. پارگی سراسرى یک ناپیوستگی است که مستقیما به طرز قرار گیرى اتصال مرتبط می شود.

12.3. جابجا شدن و ناپیوستگی هاى ابعادى

در اثر سوارکردن و مونتاژ غلط اجزاى مورد جوش در کنار یکدیگر، جابجایى بصورت هم محور نبودن دو سطح قطعه کار در جوشهای لب به لب است که در مواردى با برشکارى رفع می شود، اما در بیشتر مواقع باید جوش را بریده و مجددا عملیات جوشکاری بادقت تکرار شود. ناپیوستگی هاى ابعادى، نقائص شکل یا ابعاد هستند و هم درجوش و هم در سازه جوش شده بروز مى کنند.

4. آزمایشهای جوش

4-1. ارزیابى جوشکار

آزمونى که صلاحیت جوشکار را براى اجراى ضوابط آیین نامه اى تایید می کند، آزمایش تشخیص صلاحیت یا ارزیابى جوشکار و یا آزمون کیفیت اجرا خوانده می شود. این ارزیابى مشخص می کند که ایا جوشکار دانش و مهارت لازم را در بکارگیرى و اعمال دستورالعمل جوشکارى مدود در رابطه با رده بندى کارى خود دارد یاخیر. ارزیابى جوشکار ممکن است با تجهیزات جوشکارى دستى و یا با تجهیزات جوشکارى تمام اتوماتیک انجام شود.

روشهاى آزمایشى که کیفیت یک جوش را تعیین می کند، در سه طبقه بندى بسیار وسیع قرار می گیرد.

1-آزمایش هاى غیر مخرب

 2- آزمایشهاى مخرب

 3- بازرسى عینى .

4-2. آزمایشهاى غیر مخرب

هدف از این آزمایشها، بازرسى و تشخیص عیوب مختلف جوش (سطحى وعمیق ) و تایید آن می باشد، بدون اینکه قطعه جوش داده شده غیر قابل استفاده شود. اگر آزمایش نشان دهد که محلی از جوش معیوب است می توان از طرفین محل مذکور به اندازه لازم برداشته و با جوش مجدد اتصال کاملی را به دست آورد .

4-2-1. آزمون ذرات مغناطیسى

آزمون ذرات مغناطیسى یکى از آسانترین آزمایشهاى غیر مخرب جوشکارى است . این روش جوش را براى معایبى از قبیل ترکهاى سطحى، ذوب ناقص ، تخلخل ، بریدگى کنار جوش ، نفوذ ناقص ریشه جوش و اختلاط سرباره کنترل می کند. این آزمایش محل ترکهاى داخلى و سطحى بسیار ریز را براى رویت با حشم غیر مسلح آشکار میکند. قطعه مورد آزمایش با استفاده از جریان الکتریکى، یا قراردادن آن در داخل یک سیم پیچ مغناطیسى می گردد. سطح مغناطیسى شده قطعه با لایه نازکى از یک گرد مغناطیسى نظیر اکسید آهن قرمز پوشده می شود و این لایه گرد در صورت وجود یک عیب سطحى یا داخلى در داخل حفره یا ترک مربوطه فرو می رود.

4-2-2. بازرسى با مواد نافذ

بازرسى با مواد نافذ یکى از شیوه هاى غیر مخرب براى محل یابى معایب سطحى می باشد. سطح مورد بازرسى باید ابتدا از لکه هاى روغن ، گریس و مواد ناخالص و خارجى تمیز شود. سپس ماده رنگى مورد نظر بر روى سطح پاشیده شده و در داخل ترکها و سایر ناهمواریهاى نفوذ می کند. رنگ اضافى از روى سطح پاک شده و سپس یک ماده فوق العاده فرار حاوى ذرات ریز سفید رنگ بر روى سطح پاشیده می شود. تبخیر مایع فرار باعث برجاى ماندن گرد خشک سفید رنگ بر روى ماده قرمز نفوذ کرده در ترک می گردد و بر اثر عمل مویینگى، ماده قرمز از ترک بیرون کشیده شده و پودر سفید کاملا قرمز می شود.

4-2-3. آزمون فراصوتى

آزمون فراصوتى قادر به تشخیص معایب داخلى بدون نیاز به تخریب قطعه جوش شده می باشد. موج هاى فراصوتى از داخل قطعه مورد آزمایش عبور داده می شوند و با هرگونه تغییر درتراکم داخلى قطعه منعکس می شوند. امواج منعکس شده (پژواک ها) به صورت برجستگى هایى نسبت به خط مبنا، بر روى صفحه نمایش دستگاه ظاهر می شوند. هنگامى که عیب یا ترک داخلى توسط واحد جست و جو پیدا شود تولید ضربان سومی می کند که بین ضربان اول و دوم بر روى صفحه نمایش ثبت می شود . بنابراین مشخص می شود که این عیب بین سطوح بالاو بایین مصالح (در داخل جسم مصالح ) می باشد.

4-2-4. آزمایش پرتونگاری

پرتونگاری یکى از روشهاى آزمایش غیر مخرب است که نوع و محل عیوب داخلى و بسیار ریز جوش را نشان میدهد. پرتو رادیویى در ضخامت فلز نفوذ کرده و پس از عبور این ضخامت لکه اى بر روى صفحه فیلم ایجاد می کند. میزان جذب پرتوهاى رادیویى توسط مواد مختلف متفاوت است . نفوذ گل ، حفره کازى، ترکها، بریدگى هاى کناره جوش و قسمتهاى نفوذ ناقص جوش تراکم کمترى نسبت به فولاد سالم دارند. بنابراین در حوالى این قسمتها پرتو بیشترى به سطح فیلم می رسد و عیوب فلز جوش ، به صورت لکه هاى تاریکى بر روى فیلم ثبت می شوند.

4-3. آزمایشهای مخرب

این آزمایشهاى مکانیکى نمونه جوش شده جهت تعیین مقاومت و سایر خواص مکانیکى، نسبتا ارزان قیمت بسیار کاربردى هستند. به همین جهت در سطح وسیعى براى ارزیابى و تایید دستوالعمل جوشکارى و صلاحیت جوشکار به کار می روند.

5. نتیجه گیرى

ساختمانهاى فولادى بخش قابل توجهى از ساخت و ساز در ایران را تشکیل می دهند و یکی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادى بویژه از نقطه نظر مقاومت لرزه اى، کنترل جوشکارى آن میباشد. جوشها در همه بخشها بایستى منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و کنترل کیفیت لازم بررسى گردد. در این خصوص حتى ممکن است در یک ساختمان فولادى کوچک به انجام آزمایشات غیر مخرب (NDT) بر روى جوش نیاز باشد. در استاندارد ، 2800، آزمایشات اولتراسونیک و رادیوگرافى براى کنترل اتصالات جوشى قابهاى خمشى ویژه اجبارى شده است که البته بسته به تشخیص مهندس ناظر در سایر حالات نیز انجام میگیرد.

اتصال خورجيني در صنعت ساختمان کشور

اتصال خورجيني متداول ترين شکل اتصال در ساختمان هاي اسکلت فلزي در ايران است؛ مبدع اين اتصال ايرانيان هستند و در هيچ کجا شناخته شده نيست! نحوه اجراي اتصال خورجيني بدين طريق است که تيرهاي باربر از طرفين ستون ها به طور يکسره عبور داده مي شوند و روي نبشي هايي که در طرفين ستون نصب شده اند قرار مي گيرند و معمولا در بالاي هر تير هم يک نبشي قرار مي دهند، لذا اتصال خورجيني تامين کننده نشيمن براي عبور يک جفت تير سرتاسري از طرفين ستون است.
اتصال خورجيني کاربرد گسترده اي در ايران دارد که علت آن عمدتا سادگي اجرا، کاهش هزينه، کم کردن نيمرخ بال پهن و شماره هاي بالاي نيمرخ IPE است. به طور کلي ساختمان هاي فولادي به دليل نرمي و انعطاف پذيري از پايداري خوبي در برابر نيروهاي ناشي از زلزله برخوردارند، اما متاسفانه در زلزله هاي خرداد ماه ?? منجيل و رودبار و زلزله اخير بم برخلاف انتظار، شديدا آسيب ديدند و خسارات جبران ناپذيري را به بار آوردند.
علت اين امر را بايد عمدتا در کيفيت اتصالات جست. ضابطه اصلي طرح اتصالات در نقاط زلزله خيز قابليت انتقال لنگر براي سازه هايي است که فاقد بادبند يا ديوار برشي بتن آرمه اند؛ در حالي که اتصالات خورجيني از سوي هيچ کدام از آيين نامه هاي موجود به عنوان اتصالات گيردار شناخته نشده اند.
يکي از اجزاي کليدي دراتصال خورجيني، نبشي هاي بالا و پايين اتصال است. تيرهاي اصلي قاب ها که به صورت يکسره از کنار ستون ها عبور کرده اند روي نبشي هاي نشيمن سوار مي شوند و معمولا از يک نبشي اتصال کوچک نيز براي اتصال بال فوقاني تير به ستون استفاده مي شود که مقداري گيرداري در اتصال به وجود مي آورد. نبشي تحتاني پهن تر از پهناي بال تير I شکلي که بر روي آن قرار مي گيرد، انتخاب مي شود و اين عمل به خاطر فراهم آوردن سطحي که بتوان تير را به نبشي جوش داد، ايجاد مي شود.
نبشي هاي تحتاني وقتي که ستون ها به صورت خوابيده بر روي زمين آماده سازي مي شوند در محل هاي خود جوش مي شوند و پس از ساخت ستون ها و گذاردن تيرها بر روي نبشي هاي تحتاني، بال تير I شکل به نبشي تحتاني به صورت تخت جوش شده و سپس با استفاده از نبشي هاي کوچکتري که طول بال آنها از پهناي بال تيرI شکل کوتاه تر است در قسمت فوقاني تير I شکل اتصال ديگري ايجاد مي شود مجددا کيفيت جوش اين نبشي از نوع تخت بوده، ولي دقت کافي در انجام آن صورت نمي پذيرد. نبشي بالا دو جوش به تير و ستون دارد. جوش به ستون به دليل آنکه سربالا انجام مي شود اصلا مرغوب نيست و اين جوش شره اي با کيفيت پايين تري اجرا مي شود.
از آنجا که اصل است که جوش بايد مقاوم تر از فولاد مادر باشد لذا اگر نيروي جانبي وارد شود بايد فولاد پاره شود نه جوش و از آنجايي که جوش ها متاسفانه هميشه ضعيف تر از فولاد عمل مي کنند در نتيجه اتصال خورجيني براي سازه جوش مناسب نيست. نبشي هاي بالا وپايين معمولا حکم عاملي جهت نگهداري تير بر جاي خود را دارد و به رغم اينکه اندازه و طول نبشي، ضخامت و طول جوش عوامل اصلي در تعيين رفتار بهينه اتصال در هنگام زمين لرزه هستند، اما در طراحي اين اتصال بدون رعايت ضوابط علمي جوش اجراي اسکلت انجام مي پذيرد.
اتصال خورجيني در برابر بارهاي قائم با اتصالات صلب برابري مي کند، اما در برابر نيروهاي جانبي بيشترين نيرو به اتصال به صورت پيچشي است که اين نيرو مي بايست از شاه تير به نبشي و از نبشي به ستون وارد شود و بنابراين دو واسطه در انتقال نيرو وجود دارد و از آنجا که نبشي با جوش هاي غيراستاندارد به ستون متصل شده است، لذا واسطه اي ضعيف است و در اثر زلزله يا ساير نيروهاي جانبي سقف پايين مي آيد! در خرابي هاي زلزله هاي گيلان و بم در اکثر موارد تير و نبشي پايين آمده است که نشان مي دهد نبشي ضعيف بوده است.
قاب با اتصال خورجيني تنها بايستي براي بارهاي قائم طراحي شوند. اين اتصال در مقابل بارهاي جانبي عملکرد خوبي نداشته و تنها براي تحمل بارهاي قائم مناسب هستند و بارهاي جانبي را بايستي سيستم هاي ديگري چون بادبندها تحمل کنند. اگر چه اتصال بادبند نيز خود با مشکلاتي همراه است چرا که به دليل فاصله بين تيرهاي متصل به ستون، چنانچه بادبند در آکس ستون ها قرار گيرد، نمي تواند به تيرها متصل شود و چنانچه به يکي از تيرهاي اصلي اتصال خورجيني نصب شوند آنگاه بادبند در آکس ستون واقع نمي شود.
يکي ديگر از مشکلات اتصال خورجيني هنگامي بروز مي کند که تيرها در دو طرف، دهانه هاي نامساوي را پوشش دهند، در اين صورت دهانه هاي نامساوي عکس العمل هاي نامساوي را در برابر بارهاي وارده نشان خواهند داد و افزايش لنگرها را موجب مي شوند. عدم اتصال تيرها به هم و نامساوي بودن دو دهانه اطراف باعث مي شود که نتوانند با هم کار کنند

اتصال خورجینی

اتصال خورجيني متداول ترين شكل اتصال در ساختمان هاي اسكلت فلزي در ايران است؛ مبدع اين اتصال ايرانيان هستند و در هيچ كجا شناخته شده نيست! نحوه اجراي اتصال خورجيني بدين طريق است كه تيرهاي باربر از طرفين ستون ها به طور يكسره عبور داده مي شوند و روي نبشي هايي كه در طرفين ستون نصب شده اند قرار مي گيرند و معمولا در بالاي هر تير هم يك نبشي قرار مي دهند، لذا اتصال خورجيني تامين كننده نشيمن براي عبور يك جفت تير سرتاسري از طرفين ستون است.

اتصال خورجيني كاربرد گسترده اي در ايران دارد كه علت آن عمدتا سادگي اجرا، كاهش هزينه، كم كردن نيمرخ بال پهن و شماره هاي بالاي نيمرخ IPE است. به طور كلي ساختمان هاي فولادي به دليل نرمي و انعطاف پذيري از پايداري خوبي در برابر نيروهاي ناشي از زلزله برخوردارند، اما متاسفانه در زلزله هاي خرداد ماه 69 منجيل و رودبار و زلزله اخير بم برخلاف انتظار، شديدا آسيب ديدند و خسارات جبران ناپذيري را به بار آوردند.

علت اين امر را بايد عمدتا در كيفيت اتصالات جست. ضابطه اصلي طرح اتصالات در نقاط زلزله خيز قابليت انتقال لنگر براي سازه هايي است كه فاقد بادبند يا ديوار برشي بتن آرمه اند؛ در حالي كه اتصالات خورجيني از سوي هيچ كدام از آيين نامه هاي موجود به عنوان اتصالات گيردار شناخته نشده اند.

يكي از اجزاي كليدي دراتصال خورجيني، نبشي هاي بالا و پايين اتصال است. تيرهاي اصلي قاب ها كه به صورت يكسره از كنار ستون ها عبور كرده اند روي نبشي هاي نشيمن سوار مي شوند و معمولا از يك نبشي اتصال كوچك نيز براي اتصال بال فوقاني تير به ستون استفاده مي شود كه مقداري گيرداري در اتصال به وجود مي آورد. نبشي تحتاني پهن تر از پهناي بال تير I شكلي كه بر روي آن قرار می گيرد، انتخاب مي شود و اين عمل به خاطر فراهم آوردن سطحي كه بتوان تير را به نبشي جوش داد، ايجاد مي شود.

نبشي هاي تحتاني وقتي كه ستون ها به صورت خوابيده بر روي زمين آماده سازي مي شوند در محل هاي خود جوش مي شوند و پس از ساخت ستون ها و گذاردن تيرها بر روي نبشي هاي تحتاني، بال تير I شكل به نبشي تحتاني به صورت تخت جوش شده و سپس با استفاده از نبشي هاي كوچكتري كه طول بال آنها از پهناي بال تيرI شكل كوتاه تر است در قسمت فوقاني تير I شكل اتصال ديگري ايجاد مي شود مجددا كيفيت جوش اين نبشي از نوع تخت بوده، ولي دقت كافي در انجام آن صورت نمي پذيرد. نبشي بالا دو جوش به تير و ستون دارد. جوش به ستون به دليل آنكه سربالا انجام مي شود اصلا مرغوب نيست و اين جوش شره اي با كيفيت پايين تري اجرا مي شود.

از آنجا كه اصل است كه جوش بايد مقاوم تر از فولاد مادر باشد لذا اگر نيروي جانبي وارد شود بايد فولاد پاره شود نه جوش و از آنجايي كه جوش ها متاسفانه هميشه ضعيف تر از فولاد عمل مي كنند در نتيجه اتصال خورجيني براي سازه جوش مناسب نيست. نبشي هاي بالا وپايين معمولا حكم عاملي جهت نگهداري تير بر جاي خود را دارد و به رغم اينكه اندازه و طول نبشي، ضخامت و طول جوش عوامل اصلي در تعيين رفتار بهينه اتصال در هنگام زمين لرزه هستند، اما در طراحي اين اتصال بدون رعايت ضوابط علمي جوش اجراي اسكلت انجام مي پذيرد.

اتصال خورجيني در برابر بارهاي قائم با اتصالات صلب برابري مي كند، اما در برابر نيروهاي جانبي بيشترين نيرو به اتصال به صورت پيچشي است كه اين نيرو مي بايست از شاه تير به نبشي و از نبشي به ستون وارد شود و بنابراين دو واسطه در انتقال نيرو وجود دارد و از آنجا كه نبشي با جوش هاي غيراستاندارد به ستون متصل شده است، لذا واسطه اي ضعيف است و در اثر زلزله يا ساير نيروهاي جانبي سقف پايين مي آيد! در خرابي هاي زلزله هاي گيلان و بم در اكثر موارد تير و نبشي پايين آمده است كه نشان مي دهد نبشي ضعيف بوده است.

قاب با اتصال خورجيني تنها بايستي براي بارهاي قائم طراحي شوند. اين اتصال در مقابل بارهاي جانبي عملكرد خوبي نداشته و تنها براي تحمل بارهاي قائم مناسب هستند و بارهاي جانبي را بايستي سيستم هاي ديگري چون بادبندها تحمل كنند. اگر چه اتصال بادبند نيز خود با مشكلاتي همراه است چرا كه به دليل فاصله بين تيرهاي متصل به ستون، چنانچه بادبند در آكس ستون ها قرار گيرد، نمي تواند به تيرها متصل شود و چنانچه به يكي از تيرهاي اصلي اتصال خورجيني نصب شوند آنگاه بادبند در آكس ستون واقع نمي شود.

يكي ديگر از مشكلات اتصال خورجيني هنگامي بروز مي كند كه تيرها در دو طرف، دهانه هاي نامساوي را پوشش دهند، در اين صورت دهانه هاي نامساوي عكس العمل هاي نامساوي را در برابر بارهاي وارده نشان خواهند داد و افزايش لنگرها را موجب مي شوند. عدم اتصال تيرها به هم و نامساوي بودن دو دهانه اطراف باعث مي شود كه نتوانند با هم كار كنند.

تاثیر اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولادی

 

سازه فولادی از مجموعه ای از اعضای باربرساخته شده از نیمرخهای فولادی یا ورق می باشد که به کمک اتصالات به یکدیگر متصل می گردند. با توجه به روشهای تکامل یافته ای که برای تولید نیمرخ های فولادی به کار گرفته می شود این مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاری از خود نشان می دهند. مساله بسیار مهم رفتار اتصالاتی است که الف) برای ساخت اعضای مرکب از نیمرخ و ورق برای یکپارچه نمودن اعضا(شامل تیر و ستون و مهاربندها)در محل گره ها مورد استفاده قرار می گیرد.وسایلی که برای ساخت اعضا و اتصال آنها به یکدیگر به کار می رود شامل پیچ و پرچ و جوش است.
در این میان استفاده از جوش در ساختمان سازی متعارف در ایران بسیار رایج است.

تا زمان وقوع زلزله نورث ریچ(1994)تصور بر این بود که در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی جوشی این سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولی از خود نشان می دهند.اما وقوع این زلزله این فرض رازیر سوال برد.در این زلزله مشاهده شد که در بسیاری از اتصالات ، در محل درز جوش اتصال ، فلز مادر(Base metal) دچار ترک یا بعضا شکست شده است. این مساله باعث شد تا تحقیقات گسترده ای در مورد علت این پدیده صورت گیرد که این تحقیقات تا به امروز ادامه دارد.از طرف دیگر مشاهده و تحقیق درباره وضعیت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی نشان می دهد که اتصالات جوشی متداول در ایران از کیفیت مناسبی برخوردار نیستند و با وجود سابقه نسبتا طولانی در استفاده از جوشکاری در صنعت ساختمان هنوز نقایص زیادی در این زمینه مشاهده می شود.

عملکرد لرزه ای ساختمانهای فولادی
براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هایی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پایداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمایند. با توجه به منحنی نیرو-تغییر مکان سازه ها و توجه به این مطلب که سطح بین منحنی نیرو-تغییرمکان و محور تغییرمکان نشان دهنده میزان انرژی جذب شده توسط سازه است. هر چه سازه شکل پذیرتر باشد انرژی بیشتری را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتری دارد. فولاد نرمه به علت طبیعت شکل پذیر از این نظر ماده مناسبی می باشد و می تواند میزان زیادی انرژی جذب کند.

اما تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و یا انهدام خواهد شد.در زلزله منجیل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمانهای فولادی دچار تخریب کامل شدند. رفتار این سازه ها در این زلزله ثابت کرد که در بسیاری از موارد سازه های موجود دارای سیستم مقاوم زلزله مناسبی نیستند. استفاده از تیرهای خورجینی(تیرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سیستم حاصل و مدل صحیح برای این اتصالات باعث شده این سیستم از نظر مهندسی زلزله بسیار آسیب پذیر تلقی گردد.
درس حاصل از این زلزله کیفیت پایین ساخت و ساز شهری بودکه در سالهای اخیر تلاشهایی برای اصلاح آن به عمل آمده است. در زلزله نورث ریچ آمریکا مشاهده شد که در بسیاری ازساختمانهای فولادی اتصال تیرها و ستونها دچار ترک و یا بعضا شکست شد.بیشتر این ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.



صنعت جوشکاری ساختمان در ایران
با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهایی که با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید.در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایرن به ناگهان سر از زمین برآورد.گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.

از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروز انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که باید از کیفیت مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل دخیل در طرح و ساخت سازه های فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان به صورت زیر بیان نمود :

1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها

2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان

3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور

4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها



1- عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها
در بسیاری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزییات ارایه شده در آیین نامه تطابق ندارد.این موارد ناشی از موارد متعددی است که از میان آنها به موارد زیر می توان اشاره کرد:

الف) آشنا نبودن مهندسین سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارایه نقشه ها و

جزییات غیرقابل اجرا

ب) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا

پ)آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم

توانایی در تمیز دادن حالات مختلف از یکدیگر
بعد از اجباری شدن آیین نامه2800(1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیتهای معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روزافزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در این سیستم اتصال تیر به ستون از نوع گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگراز تیر به ستون وجود داشته باشد.در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجاییکه متاسفانه عملیات جوشکاری در محل کارگاههای ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گیرد کنترل کیفیت جوش بخصوص در هنگام مونتاژ درارتفاع زیاد از سطح زمین حتی به صورت عینی(Visual) امکان پذیر نمی باشد. همچنین معمولا در محل اتصال ورق به ستون به جای جوش نفوذی از جوش گوشه استفاده می شود در نتیجه هنگام زلزله این نقاط علاوه بر تحمل نیروی کمتر در حالت تردشکن گیسخته خواهد شد. زمانی که در یک عضو فشاری ازدومقطع در کنار یکدیگر استفاده می شود باید هم پایداری کل عضوبه عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تاخیچکدان تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند.برای این منظور این مقاطع باید در فواصل مشخص به یکدیگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش یابد. بسیاری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به یکدیگر وصل نمی شوند و در نتیجه دومقطع بایکدیگر عمل نمیکنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بین جوش دومقطع در ستونهای ترکیبی را مقرر نموده است.اما در موارد زیادی مشاهده می شود که فاصله بین جوش ستونها بیشتراز این مقدار است.


2- کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
یکی از مهمترین اشکالات موجوددر اجرای ساختمانهای فولادی در کشور کیفیت پایین جوشکاری ساختمان می باشد.عوامل مختلفی در این امر تاثیر می گذارند.استفاده ازجوشهای کارگاهی حتی در مورد جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری درکارگاه ساختمانی و استفاده از نیروی انسانی غیرمجرب از عولمل اصلی پایین آمدن کیفیت جوشکاری ساختمان می باشد.در نتیجه عوامل برشمرده شده مشکلات عدیده ای گریبانگیر اتصالات جوشی می باشد.

در بسیاری از موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن یا مواد نامناسب دیگر است و یا اینکهروی فلززنگ زده یا رنگ خورده جوش داده می شود.گاه در فاصله بین پاسهای متوالی جوش حتی از جدا نموده گل جوش نیز خودداری می شود و یابدون برداشتنگل جوشکاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود.از انواع جوشهایی که در کارهای ساختمانی بسیار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب موارد این نوع جوش از کیفیت پایینی برخوردار است. در بسیاری از موارد در اثر استفاده از تکنیکهای نامناسب جوشکاری نقایصی چون تابیدگی و پیچش در قطعات اتفاق می افتد.

عیوبی نظیر نفوذ ناقص بریدگی کناره جوش اختلاط سرباره تخلخل و وجود ترک درفلز مادر باعث کاهش ظرفیت باربری قطعات می شود. یکی از متداولترین اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تیرهای لانه زنبوری می باشد.بسیاری از مجریان طرح این تیرها را در وضعیت نامطلوبی در کارگاه ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسیاری از موارد جوش میانی تیر از کیفیت پایینی برخورداراست و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت و تقویتهای لازم درمجل تکیه گاه تیر و وسط آن صورت نمی پذیرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمانها نیز از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول نمی شود .


3- نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
با توجه به اهمیتی که شهرداری برای مسایلی از قبیل پارکینگ و نورگیرها و مسایلی از این دست قایل است مشاهده می شود که بیشتر توجه مهندسان نیز به این امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسایل سازه ای نمی شود.البته باید به این نکته نیز اشاره شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجویان عمران مهندسینی که از دانشگاه فارغ التحصیل می شوند در این زمینه دارای اطلاعات کافی نیستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسوولیت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته باید به این موارد مساله سختی کار را نیز افزود.به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسین از انجام بازدید از این جوشها طفره می روند. در نهایت امر اینکه آنطور که از ظواهر امر مشخص است شهرداریها نیز در این زمینه کوچکترین نقشی ایفا نمی کنند و هیچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.

4- عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
بسیاری از کارفرمایان عمل طراحی سازه و ایجاد تمهیدات مقابله با زلزله را یک امر زاید می دانند و تلاش می کنند تا کمترین هزینه ممکن را صرف این کار نمایند.از طرف دیگر شهرداریها کمترین نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسایل معماری دقت می کنند. این عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسین سازه اهمیت داشته باشد و طرح از حداقل اهمیت برخوردار باشد به خاطر همین موضوع مهندسین سازه اغلب کمترین وقت را صرف این عمل می نمایند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی نبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای یک ساختمان در نقشه های دیگر ساختمانها استفاده می شود. در بسیاری از موارد جزییات اتصالات موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.



نتیجه گیری و پیشنهادات

از بررسی های انجام شده بر روی ساخت وساز ساختمانهای فلزی در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زیادی در طرح و اجرای این سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقایص مربوط به اتصالات جوشی است.اجرای جوش کارگاهی و نبود آموزش کافی برای مهندسان عمران و عدم نظارت کافی بر حسن اجرای جوش و ... مشکلاتی است که این صنعت را رنج میدهد.و برای رفع این موارد بهترین راه

1- در صورت امکان استفاده از جوش در کارخانه به جای جوش کارگاهی

2- بالابردن سطح آگاهی عمومی جامعه درباره زلزله بر ساختمانها

3- آموزش جوشکاری به جوشکاران و دادن گواهینامه به جوشکاران ماهر ساختمانی

4- آموزش جوشکاری به عنوان واحد درسی به مهندسین عمران و یا ایجاد شاخه جدیدی

تحت عنوان بازرسی جوش اسکلت برای مهندسیت ناظر

5- تقویت سیستم نظارتی موجود و ایجاد سیستم های نظارتی ناظربر کار مهندسین عمران

می باشد.

منبع: معماری نیوز

سازه های صنعتی(پیچ ومهره) و مبانی بازرسی در سازه‌های پیچ و مهره‌ای

تفاوت اتصالات اتکایی و اصطکاکی

انواع سوراخ­ها:

1.    سوراخ استاندارد---- لقی 2 میلی متر

2.    سوراخ فراخ (لق) --- لقی 5 میلی متر

3.    لوبیایی کوتاه

4.    لوبیایی بلند  از سوراخ فراخ فقط برای اتصالات اصطکاکی استفاده می شود(مجاز هستند).

سوراخ استاندارد برای اتصال اتکایی و اصطکاکی به کار می رود.  سوراخ لوبیایی کوتاه برای اتصال اتکایی عمود بر مسیر نیرو و اتصال اصطکاکی در تمام حالات به کار می رود.

سوراخ لوبیایی بلند برای اتصال اتکایی فقط عمود بر مسیر نیرو مجاز است و در اتصال اصطکاکی فقط می توانند در یکی از ورق های اتصال در هر امتداد اختیاری مورد استفاده قرار گیرند.

اتصال اصطکاکی: 

در این نوع اتصال هرگونه لغزشی بین صفحات اتصال در اثر بار خدمت نامطلوب است 

اتصال اتکایی: 

در این نوع اتصال الزامی برای جلوگیری از لغزش صفحات اتصال در اثر بارهای خدمت وجود ندارد.(البته این لغزش مجاز تنها به اندازه ای که تنه پیچ ها با جدار سوراخ ها تماس پیدا کنند). 

منبع: کتاب طراحی سازه های فولادی بر مبنای آیین نامه فولاد ایران  تالیف:شاپور طاحونی

---

مبانی بازرسی در سازه‌های پیچ و مهره‌ای

علیرضا کافیان عطاری1- وحید بارویی2
[e-mail]
2- [e-mail]

چکیده:
یکی از مهم‌ترین اجزای سازه‌های فولادی که وظیفه‌ی انتقال نیروهای اعضا به یکدیگر و به تکیه‌گاه‌ها را بر عهده دارد، اتصالات میان اعضا می‌باشد. اتصالات پیچی به دلیل سرعت بسیار بالا در اجرا  و اطمینان از رفتار آن‌ها به گونه‌ی مورد انتظار و شکل صنعتی مطلوب ساخت سازه‌ای، از بهترین انواع اتصال در سازه-های فولادی بوده که در سال‌های اخیر مورد توجه طراحان قرار گرفته است. اما، در روند ساخت این نوع سازه‌ها، با توجه به تکنولوژی تولید و ساخت در کشور ما، مواردی از عدم اجرای درست و اصولی دیده می‌شود. در این مقاله تلاش شده است تا با گردآوری نکات آیین‌نامه‌ای و روند تولید با توجه به فرآوری و تکنولوژی موجود، نکاتی را در طراحی، اجرا و از همه مهم‌تر بازرسی سازه‌های فولادی با اتصالات پیچی ارایه گردد.
پیشگفتار:
اتصالات در همه‌ی سازه‌ها از جمله سازه‌های فولادی یکی از اجزای سازه بوده و عامل اصلی یکپارچگی سیستم‌های سازه‌ای می‌باشد. به طور کلی تعریف نوع قاب نیز بر اساس نوع و رفتار اتصال صورت می‌گیرد. یک اتصال ضعیف و نامناسب می‌تواند منجر به یک سری زوال‌های پی‌درپی و بنیادی در سازه‌ی فولادی گردد. از آن‌جاکه زوال دیگر اعضای سازه‌ای خیلی کم اتفاق می‌افتد، بسیاری از زوال‌های سازه‌ای ناشی از طراحی ضعیف اتصالات و یا ضعف در جزییات اجرایی می‌باشد که با اندکی دقت در  نحوه‌ی شکست بیشتر سازه‌های فولادی تحث بارگذاری‌های گوناگون، قابل مشاهده است که ضعف اتصال چگونه می‌تواند عاملی بسیار تعیین‌کننده در خرابی سازه‌های فولادی ‌باشد.

انواع عملکرد اتصالات پیچی:
انواع اتصال‌های پیچی: به طور کلی دو فلسفه در عملکرد اتصالات  پیچی وجود دارد که عبارتند از: اتصال اتکایی و اتصال اصطکاکی.
عملکرد اتصال اتکایی: در عملکـرد اتکایی، پیـچ درون سوراخ صفحـات اتصـال قرار می‌گیرد و مهره بسته می‌شود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد می‌شود، قطعات اتصال لغزش پیدا می‌کنند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه‌های اتصال وارد می‌شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ می‌گردد. این اتصال تنها برای حالت بارگذاری  ثقلی می‌باشد و در طرح لرزه‌ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این نوع اتصـال هیچ نیروی پیش‌تنیـدگی در پیچ ایجاد نمی‌شود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله‌ی کارگر کفایت می‌کند.
عملکرد اتصال اصطکاکی: هنگامی که پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می‌گیرد، علاوه بر مهره باید از واشر نیز استفاده نمود. باید توجه شود که واشر مصرفی در اتصال اصطکاکی نباید از نوع واشر فنری باشد. بر اساس بند 10-3-5-3 مبحث دهم ویرایش 1387، در طراحی لرزه‌ای تنها باید از این فلسفه‌ی طراحی در اتصال استفاده شود. به عبارتی دیگر، در طراحی همه‌ی اتصالات قاب‌های خمشی و قاب‌های دوگانه و نیز اتصالات بادبندی و وصله‌ی ستون‌های باربر جانبی در قاب‌های ساده باید از این نوع عملکرد استفاده نمود. در این نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستین پیچ، باید به مقداری که در طراحی مشخص شده است، نیروی پیش‌تنیدگی نیز در پیچ ایجاد شود. با اعمال نیروی پیش-تنیدگی، در پیچ تحت کشش قرار گرفته و با اعمال بار، بین صفحات اتصال اصطکاک به وجود می‌آید که باعث عدم لقی و کارکرد کامل اتصال می‌شود. باید در نظر داشت که شکل پیچ در اتصال اصطکاکی با شکل پبـچ در اتصـال اتکایی متفاوت است؛ به طوری که پیـچ‌های اتصال اصطکاکی دارای سرپیچ بزرگتر هستند.
زمانی‌که یک پیچ پرمقاومت بدون کشش اولیه، تحت اثر نیروی کششی خارجی قرار می‌گیرد، نیروی کششی درون پیچ با نیروی اعمال شده برابر می-گردد. در صورتی‌که پیچ پیش‌تنیده(پیش‌کشیده) شده باشد، درصد بسیار زیادی از نیروی کششی خارجی صرف ایجاد نیروهای فشاری و یا گیره‌ای اعمال شده به اجزای اتصال می‌شود. به دلیل آن‌که به‌طور معمول کشش به وجود آمده در پیچ‌های پرمقاومت ناشی از نیروی کششی خارجی در لحظه‌ی جداشدن قطعات از یکدیگر نزدیک به ده درصد بیش از کشش در آغاز بارگذاری می‌باشد، لذا باید همه‌ی پیچ‌هایی که تحت اثر کشش مستقیم قرار دارند، پیش‌کشیده شوند.
الزامات ضریب اصطکاک سطوح فولادی در اتصالات اصطکاکی: به طور کلی اصطکاک حاصل دو عامل می‌باشد، یکی زبری سطح و دیگری نیروی پیش‌تنیدگی. در طراحی فرض بر رنگ نشدن و وجود زبری مناسب سطوح اتصال می‌باشد، در نتیجه هنگامی که قطعات نصب می‌شوند، باید همه‌ی سطوح اتصال(شامل سطوح مجاور سرپیچ‌ها و مهره‌ها) از قسمت‌های پوسته شده و دیگر مواد زاید عاری بوده و به‌ویژه سطوح تماس اتصالات اصطکاکی باید به طور کامل تمیز باشد و اثری از پوسته‌ی زنگ، رنگ، لاک، انواع روغن و مصالح دیگر در آن‌ها وجود نداشته باشد. بنابراین پس از این‌که اتصال به وجود آمد، محل همه‌ی پیچ‌های بسته شده رنگ‌آمیزی می‌شود.
محدودیت‌های اتصالات پیچی: بر اساس فصل 10.1.10 مبحث دهم، برای اتصالات زیر باید از اتصال اصطکاکی با پیچ پرمقاومت یا اتصال جوشکاری شده استفاده شود:
وصله‌ی ستون‌ها در سازه‌های با ارتفاع 60متر و بیشتر.
وصله‌ی ستون‌ها در سازه‌های با ارتفاع بین 30تا60 متر در صورتی‌که نسبت بُعد کوچک پلان به ارتفاع در آن‌ها از 40% کمتر باشد.
وصله‌ی ستون‌ها در سازه‌های با ارتفاع کمتر از 30 متر در صورتی‌که نسبت بُعد کوچک پلان به ارتفاع در آن‌ها از 25% کمتر باشد.
در سازه‌های با ارتفاع بیش از 40متر، برای اتصال همه‌ی تیرها و شاه‌تیرها به ستون‌ها و یا اتصالات هر نوع تیر یا شاه‌تیری که مهار ستون‌ها با آن‌ها مرتبط باشد.
همه‌ی سازه‌هایی که جراثقال‌های با ظرفیت بیش از 5تن تحمل می‌کنند. وصله‌ی خرپاها یا تیرهای شیب‌دار سقف، اتصال خرپاها به ستون‌ها، وصله‌ی ستون‌ها، مهار ستون‌ها، مهار زانویی بین خرپای تیر سقف و ستون و تکیه‌گاه‌های جرثقیل مشمول این امر می‌باشند.
در اتصالات تکیه‌گاه‌های اعضایی که ماشین‌های متحرک یا بارهای زنده از نوعی را تحمل می‌کنند که تولید ضربه و یا معکوس شدن تنش‌ها را به همراه داشته باشد.
هر اتصال دیگری که در نقشه‌های طرح و محاسبه قید شده باشد.

آشنایی با روش‌های تولید پیچ:
روش‌های نورد و ساخت پیچ: پیچ‌ها به طور کلی به دو روش «فورج سرد» و «فورج گرم» تولید می‌شوند. روش فورج سرد دارای عیوب کمتر و کیفیت بهتری نسبت به فورج گرم می‌باشد. همچنین باید دانست که در حال حاضر در کشور ما، تنها تا سایز M24 به روش فورج سرد تولید می‌شود که به این نکته در طراحی باید توجه نمود.
روش‌های پوشش‌دهی پیچ بر اساس ASTM: ممکن است پس از ساخت، پیچ‌ها برای جلوگیری از خوردگی پوشش‌دهی شوند. روش‌های پوشش‌دهی عبارتند از: الف- پوشش گالوانیزه‌ی سرد یا الکترولیز، ب- پوشش گالوانیزه‌ی مکانیکی(که در ایران کمتر تکنولوژی آن وجود دارد)، پ- پوشش گالوانیزه‌ی گرم یا غوطه‌وری گرم، ت-  پوشش غیرگالوانیزه یا رنگی.
آیین‌نامه‌ی ASTM به طور اکید توصیه می‌کند که برای پیچ‌های رده‌ی 10.9 از هیچ پوشش فلزی استفاده نشود، چراکه امکان به وجود آمدن ترک‌های هیدروژنی در پیچ وجود خواهد داشت. درنتیجه باید توجه داشت که در محیط-های خورنده از پوشش‌های غیرگالوانیزه یا رنگی استفاده نمود. تفاوت روش غیرگالوانیزه با گالوانیزه در مرحله‌ی اسیدشویی‌ست که باعث فعال شدن یون هیدروژن در فولاد پیچ می‌شود؛ در حالی‌که در روش غیرگالوانیزه، از روش شات‌بلاست یا پاشش ریزدانه‌ی فولادی به جای اسیدشویی استفاده می‌شود.
آزمایش‌های پیچ، مهره و واشر:
به طور کلی آزمایش‌های زیر برای ست پیچ و مهره و واشر انجام می‌شود:
آزمایش‌های ابعادی
آزمایش‌های متالورژیکی
آزمایش‌های مکانیکی
آزمایش‌های پوشش مقاوم خوردگی
آزمایش‌های ابعادی و نیز متالورژیکی در هنگام تولید پیچ و مهره و واشر، در کارخانه‌ی سازنده انجام می‌شود. آزمایش‌های مکانیکی پس از تولید پیچ و مهره و واشر، در کارخانه‌ی سازنده یا آزمایشگاه‌های مقاومت مصالح انجام می‌گیرند. آزمایش‌های مکانیکی برای مهندسان طراح و بازرسان سازه دارای اهمیت می-باشد. به‌طورکلی آزمایش‌های مکانیکی شامل آزمایش‌های کشش، سختی‌سنجی و ضربه می‌شود. آزمایش کشش خود شامل سه نوع آزمایش می‌شود که عبارتند از: آزمایش بار گواه، آزمایش کشش گوه‌ای بر روی نمونه‌ی کامل و آزمایش کشش بر روی نمونه‌ی ماشین‌کاری شده.
آزمایش ضربه: در آزمایش ضربه که به آن «تاب نمونه‌ی زخم‌دار» نیز می-گویند، یک نمونه از مصالح مورد استفاده را برداشته، به کمک دستگاه پاندول‌دار و سقوط آزاد پاندول، قطعه شکسته شده و میزان انرژی جذب شده‌ی آن را اندازه‌گیری می‌کنند. آزمایش ضربه برای پیچ اجباری نیست اما در صورت امکان باید آن را انجام داد.
آزمایش کشش: این آزمایش از آزمایش‌های بسیار معمول برای پیچ می-باشد. در آزمایش کشش، پس از بستن کامل پیچ با یک مهره از رده‌ی مقاومتی بالاتر بر روی دستگاه کشش، با سرعتی مناسب پیچ تا حد تنش تسلیم زیر کشش قرار گرفته و سپس به مدت ده ثانیه در همین حالت باقی می‌ماند؛ سپس بار کششی از روی پیچ برداشته می‌شود. در این آزمایش هیچ‌گونه شکست یا افزایش طول همیشگی در پیچ نباید وجود داشته باشد.
آزمایش کشش گوه‌ای: پس از آزمون کشش این آزمایش بر روی پیچ انجام می‌شود. الزام آیین‌نامه برای انجام آزمایش کشش بر روی نمونه‌ی کامل و واقعی پیچ و مهره‌ی استفاده شده در پروژه است، مگر در مواردی که محدودیت ظرفیت دستگاه آزمایش وجود دارد و یا طول پیچ خیلی کوتاه است که در این حالت از نمونه‌ی ماشین‌کاری شده استفاده می‌شود. در این آزمایش باید دست-کم به مقدار چهار رزوه‌ی کامل از پیچ بین فک‌های دستگاه قرار بگیرد. حداکثر سرعت دستگاه نباید از 25 mm/min بیشتر باشد. شکست به‌وجود آمده تنها باید در بدنه‌ی پیچ باشد و در صورت بروز شکست در محل اتصال سرپیچ به بدنه، حتا اگر به مقاومت مورد نیاز نیز رسیده باشد، نمونه مورد پذیرش نیست. این شکست در پیچ‌های ساخته شده به روش فورج گرم بیشتر مشاهده می‌شود و بر همین اساس تا حد امکان باید از پیچ‌های ساخته شده به روش فورج سرد استفاده شود. از آن‌جایی که در ایران و در حال حاضر تنها تا قطر M24 به روش فورج سرد تولید می‌شود، در طراحی باید تلاش نمود تا از قطرهای بالاتر استفاده نشود.
آزمایش سختی‌سنجی: این آزمایش در رده‌ی آزمایش‌های غیرمخرب پیچ بوده و برای آگاهی از میزان سختی قطعه و برابری آن با مقدار استاندارد انجام می‌شود. سختی‌سنجی برای بخش انتهایی، سطح صاف بدنه و سطح صاف سرپیچ انجام می‌شود. به‌طورکلی از سه روش برای آزمون سختی‌سنجی استفاده می‌شود که عبارتند از : روش برینل، روش راکول و روش ویکرز.
برای مهره از آزمایش کشش استفاده نمی‌شود و تنها آزمایش‌های بار گواه و سختی‌سنجی بر روی مهره‌ها انجام می‌گیرد. برای واشر نیز تنها  آزمایش سختی‌سنجی انجام می‌شود.
جهت انجام آزمایش‌های لازم برای پیچ و مهره و واشر، باید تعداد نمونه‌ی لازم بر اساس جدول موجود در نشریه‌ی 264 (آیین‌نامه‌ی اتصالات) استفاده شود. باید دانست که از این جدول تنها می‌توان تعداد نمونه را برای پیچ با پوشش غیرگالوانیزه به‌دست آورد. اما آیین‌نامه‌ی ASTM تعداد نمونه جهت انجام آزمایش برای پیچ‌های پوشش‌دهی شده به هر دو روش گالوانیزه و غیرگالوانیزه  را ارایه داده است که برابر  جدول زیر می‌باشد:

تعریف محموله‌ی تولیدی: به محصولاتی که از نظر ابعادی دارای مشخصات یکسان بوده و همه‌ی آن‌ها از یک شماره‌ی ذوب تولیدی مواد اولیه ساخته شده باشند یک محموله‌ی تولیدی  یا یک «بَچ» می‌گویند. در نتیجه، برای انجام آزمایش‌های لازم پیچ، مهره و واشر، تعداد نمونه بر اساس هر «بچ» تعریف می‌شود.


مشخصات پیچ‌های تولیدی در ایران:
تنش گسیختگی FU در پیچ که با توجه به نحوه‌ی تولید پیچ‌های پرمقاومت در ایران، طراحان باید به مورد مهمی در طراحی سازه توجه کنند. در تولید پیچ، به دلیل استفاده‌ی تولیدکنندگان از فن‌آوری و تجهیزات آلمانی، آیین‌نامه‌ی مرجع DIN آلمان می‌باشد، اما آیین‌نامه‌ی طراحی بر اساس مبحث دهم، برگرفته از علایم استانداردهای امریکایی می‌باشد. در آیین‌نامه‌های امریکایی، رده‌ی پیچ بر اساس مقاومت طبقه‌بندی شده است در حالی که در آیین‌نامه‌های آلمانی بر اساس شکل و عملکرد پیچ دسته‌بندی صورت گرفته است. طراح باید به این نکته توجه داشته باشد که در محاسبات و نیز نقشه‌ها از علامت‌های آلمانی استفاده کنند چرا که پیچ موجود در بازار ایران بر این اساس می‌باشد.
دسته‌بندی پیچ براساس مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان بر اساس جدول زیر است:

رده‌ی مقاومتی پیچ‌های تولیدی در ایران بر اساس جدول زیر می‌باشد:

تعریف رده‌ی مقاومتی پیچ:

رده‌ی مقاومتی در پیچ‌ها بر اساس DIN با سه عدد 8.8، 10.9 و 12.9 تعریف شده است که در ایران رده‌ی 12.9 تولید نمی‌شود. البته این آیین‌نامه رده‌های مقاومتی 4.6 و 5.6 را نیز برای پیچ‌های معمولی تعریف نموده است. از آن‌جا که با توجه به بند 10-3-5-3 مبحث دهم ویرایش 1387، در اتصالات لرزه‌ای تنها باید از پیچ‌های پرمقاومت استفاده شود، این نوع پیچ‌ها در طراحی اتصالات اصطکاکی کاربردی ندارد؛ ضمن آن‌که تولید این نوع پیچ نیز در کشور ما بسیار محدود می‌باشد. این عدد معرف مقدار تنش جاری‌شدن و تنش گسیختگی پیچ می‌باشد. به عنوان مثال، در رده‌ی مقاومتی 8.8، منظور از 8 اول حداقل مقاومت نهایی پیچ برابر8000 Kg/cm² ، و منظور از .8 مقدار تنش جاری‌شدن پیچ برابر با 0.8×8000=6400 Kg/cm² می‌باشد.
به همین ترتیب برای رده‌ی 10.9 داریم:
F_U=10000Kg/cm² و      F_y=0.9×10000=9000Kg/cm²

نمونه ای از پیچ DIN 931

نمونه ای از پیچ DIN 933

آشنایی با وسایل بستن و پیش‌تنیدگی در اتصالات:
وسایل دستی: این ابزار شامل آچار رینگی، بست(Spanner) و ابزاری از این دست بوده که بیشتر برای بستن پیچ‌ها در اتصالات اتکایی کاربرد دارد. این ابزار برای پیش‌تنیدگی اتصالات اصطکاکی کاربردی ندارد.
وسایل ماشینی: چون یک کارگر توانایی لازم برای پیش‌تنیدگی پیچ‌های اتصالات اصطکاکی را ندارد، به ناچار باید از وسایل ماشینی برای این مقصود استفاده نمود. این وسایل شامل ابزار مختلفی‌ست که پرکاربردترین آن‌ها عبارتند از:
آچار هیدرولیک: این وسیله با فشار روغن کار کرده و در سازه‌های فولادی کاربرد زیادی نداشته و بیشتر در مخازن تحت فشار استفاده می‌شود.
آچار بادی: در کشور ما، برای سازه‌های فولادی بیشتر از این وسیله استفاده می‌شود. این وسیله دارای انواع و اندازه‌های گوناگون بوده و کارکرد آن با فشار باد می‌باشد. به همین دلیل باید از کمپرسور باد برای تامین نیروی آن استفاده نمود. در این روش با استفاده از باد پرفشار و ضربه زدن، پیچ‌ها سفت می‌شود.

آچار برقی: این وسایل همان‌گونه که از نامشان پیداست با برق کار می‌کند. این ابزار در کشور ما رایج نیست که شاید به دلیل گرانی ابزار و هزینه‌ی تامین و نگهداری بالا باشد.
به طور کلی به ابزار سفت کردن و پیش‌تنیدن پیچ‌ها Impactor گفته می-شود. نکته‌ی مهم هنگام استفاده از این ابزار عدم آگاهی از میزان گشتاور ایجاد شده و میزان پیش‌تنیدگی پیچ می‌باشد که مورد بسیار مهمی در زمینه‌ی ایجاد یک اتصال درست در هنگام اجراست.
ترک‌متر (Torque Meter): همان‌گونه که اشاره شد، با استفاده از ابزار دستی یا ماشینی برای سفت کردن پیچ‌های اتصال سازه، نمی‌توان میزان گشتاور ایجاد شده و پیش‌تنیدگی حاصل از آن را به‌دست آورد. برای رسیدن به پیش-تنیدگی در پیچ‌های یک مجموعه اتصال، باید میزان گشتاور پیچشی مشخص شود که برای این کار از وسیله‌ای به نام ترک‌متر استفاده می‌شود. این وسیله دارای نشانگری‌ست که به کمک آن می‌توان مقدار گشتاور پیچشی وارد بر پیچ را اندازه‌گیری نمود.



چندکاره (Multi Player): در مورد پیچ‌های تا سایز M20(سایزهای پایین) می‌توان انتظار داشت که نیروی یک کارگر معمولی توان سفت‌کردن آن‌را داشته باشد؛ اما، برای سایزهای بزرگتر از آن که نیروی کارگری تامین‌کننده‌ی میزان سفت‌شدگی نیست، باید از دستگاه «چندکاره» که در اصطلاح به آن «مولتی‌پلایر» گفته می‌شود استفاده نمود. این دستگاه دارای انواع گوناگونی است که براساس شاخصه‌ی نسبی با افزایش نیروی دست کارگر تقسیم‌بندی شده است. به عنوان مثال، مولتی‌پلایر 1:2 میزان نیروی دست کارگر را دو برابر و مولتی-پلایر 1:5 میزان نیروی دست کارگر را پنج برابر می‌کند.
به طور معمول در پروژه‌های ساختمانی، از ترکیب ترک‌متر و مولتی‌پلایر برای سفت‌کردن و پیش‌تنیدن پیچ‌های اتصالات سازه‌های فولادی استفاده می-شود.


روش‌های پیش‌تنیدن در پیچ‌های اتصالات فولادی:

استانداردهای گوناگون هر کدام روش‌هایی را برای پیش‌تنیدگی پیچ‌ها معرفی کرده و به رسمیت شناخته‌اند. یکی از معتبرترین استانداردها در این زمینه، استاندارد کمیته‌ی RCSC که از کمیته‌های زیرمجموعه‌ی AISC می‌باشد بوده و چهار روش کاربردی را برای پیش‌تنیدگی در پیچ معرفی نموده است:
استفاده از آچار کالیبره: در این روش به‌طور روزانه از هر بچ تعداد سه نمونه‌ی پیچ، مهره و واشر انتخاب شده و کالیبره می‌شود. به منظور کالیبراسیون نمونه‌ها از یک دستگاه «اسکید مور- ویلهلم» استفاده می‌شود. و به کمک ترک-متر میزان گشتاور مشخص بر اساس مشخصات نقشه‌ها یا جدول4.4.10  آیین‌نامه-ی مبحث دهم تنظیم شده و برای همه‌ی پیچ‌های مشابه کاربردی در همان روز به کار گرفته می‌شود. نکته‌ی بسیار مهم در عدم برابری میزان پیش‌تنیدگی بین پیچ-ها با مقدار یک گشتاور  اعمال شده‌ی ثابت است. یعنی وقتی برای سه نمونه پیچ یک میزان گشتاور اعمال شود، مقدار نیروی پیش‌تنیدگی نمایش داده شده در دستگاه «اسکید مور- ویلهلم» متفاوت است. بررسی‌ها نشان داده که از میزان گشتاور اعمال شده، حدود هشتاد درصد صرف غلبه بر اصطکاک موجود بین رزوه‌ها و نیز اصطکاک بین سطح مهره بر روی واشر شده و تنها کمتر از بیست درصد گشتاور اعمال شده جهت پیش‌تنیدگی به کار می‌رود. در نتیجه آیین‌نامه کالیبراسیون با این روش را با توجه به دما، شرایط محیطی و مسایلی از این دست برای هر بچ به صورت روزانه به رسمیت می‌شناسد.
استفاده از واشرهای ویژه (DTI Washers): این واشر‌ها دارای برآمدگی-هایی‌ست که برای هر سایز پیچ کالیبره شده است. روش کار به این صورت است که آن را درون اتصال قرار داده و پیچ سفت شده؛ سپس با اعمال نیروی بیشتر تا حد پیش‌تنیدگی برای آن سایز، برآمدگی‌های روی واشر تخت می‌شود. پس از آن با چشم و یا با استفاده از فیلر کنترل انجام می‌گیرد که تخت شدگی کامل واشر نشانه‌ی رسیدن به میزان پیش‌تنیدگی لازم برای پیچ می‌باشد. در این روش نیازی به استفاده از ترک‌متر نمی‌باشد. البته نوع دیگری از این واشرها موجود است که به جای برآمدگی دارای یک نوع کپسول سیلیکونی رنگی‌ست که با رسیدن به پیش‌تنیدگی لازم، کپسول سیلیکونی ترکیده و رنگی قرمز از خود تراوش می‌کند که به راحتی و با چشم، می‌توان پیچ‌های پیش‌تنیده را از غیرپیش‌تنیده تشخیص داد. به منظور اطمینان از کیفیت واشرهای DTI، باید همه-ی الزامات استاندارد ASTM F959M در ساخت، تولید و بازرسی این قطعات به کار گرفته شده باشد.
استفاده از بولت‌های ویژه (Twist-off-Bolt): این روش که گاهی به آن TC Bolt نیز می‌گویند، بر اساس میزان گشتاور لازم برای جداشدن قسمت اضافه-ی سرپیچ کار می‌کند. این نوع پیچ‌ها دارا ی یک قسمت اضافی پایینی بوده که با سفت شدن کامل پیچ به وسیله‌ی آچارهای ویژه‌ی خود، مهره در جهت عقربه-های ساعت چرخانده شده، و بخش اضافی را در خلاف حرکت عقربه‌های ساعت می‌چرخاند، که این باعث بریده شدن قسمت اضافی پایینی پیچ شده که نشانه‌ی پیش‌تنیدگی پیچ می‌باشد. این روش بسیار دقیق اما غیرکاربردی‌ست، چون نیاز به فضای کافی برای قرارگیری آچار مخصوص داشته و همچنین برای سفت کردن پیچ تنها باید از آچارهای ویژه استفاده نمود.
استفاده از چرخش مهره: در این روش ابتدا پیچ‌ها را تا اندازه‌ای که قابل سفت‌شدن می‌باشد، بسته و سپس، روی بدنه‌ی مهره و میله‌ی پیچ را علامت-گزاری کرده، آن‌گاه به میزان دوری که بر اساس طول و قطر در آیین‌نامه مشخص شده، چرخش اضافه بر مهره اعمال می‌شود. طبق جدول 2.4.10 مبحث دهم چرخش لازم برای پیش‌تنیده کردن پیچ‌ها آورده شده که تنها برای سطوح بدون شیب کاربرد دارد. برای همه‌ی سطوح می توان از جدول زیر استفاده نمود:

در اتصالات پیچی سوراخ‌ها بر روی خط مستقیم در جهت نیرو و  یا عمود بر آن در یک یا چند ردیف تعبیه می‌گردد. چنان‌چه تعداد سوراخ‌ها زیاد باشد می‌توان شکل قرارگیری سوراخ‌ها را به صورت زیگراگ اجرا نمود. فاصله-های بین سوراخ‌ها به صورت یکنواخت و هماهنگ با قطر سوراخ انتخاب می-شود.

انواع سوراخ‌ها:

در اتصالات پیچی بر اساس آیین نامه‌های طراحی AISC و مبحث دهم از مقرارت ملی ساختمانی ایران، انواع سوراخ به شرح زیر طبقه-بندی می‌شود :
الف- سوراخ استاندارد گرد
ب- سوراخ بزرگ شده گرد
پ- سوراخ لوبیایی بلند
ت- سوراخ لوبیایی کوتاه
ث- سوراخ لوبیایی(بلند یا کوتاه) عمود برجهت نیرو
آیین‌نامه‌ی AISC در اتصالات اصطکاکی تنش‌های مجاز برشی برای پیچ-های پر مقاومت را بر اساس وضعیت سطوح ورق‌های در حال تماس و نیز نوع سوراخ بیان می‌کند. آیین‌نامه‌ی مذکور سطوح تماسی که تمیز بوده و لایه‌ای از اکسید حاصل از نورد گرم در روی آن قرار داشته باشد را کلاس A می‌نامد و برای وضعیت‌های مختلف سطوح طی جدولی تنش‌های برشی مجاز را ارائه می-کند.
مبحث دهم از مقررات ملی ساختمانی ایران تنش‌های مجاز برشی پیچ در اتصالات اصطکاکی را بر اساس نوع سوراخ بیان می‌نماید. سوراخ استاندارد طبق تعریف آیین‌نامه‌ی ایران سوراخی است که قطر آن 2میلی متر از قطر پیچ بیشتر است. در حالی که آیین نامه AISC سوراخی را استاندارد می‌نامد که قطر آن به طور دقیق برابر قطر پیچ باشد. از نظر اجرایی تعریف آیین‌نامه‌ی  AISC امکان-پذیر نیست، بلکه حتا می‌توان گفت که تعریف آیین‌نامه‌ی ایران برای سوراخ استاندارد نیز بسیار دشوار اجرا می‌گردد. در نتیجه در محاسبات بیشتر محاسبان فرض را بر غیر استاندارد بودن سوراخ ایجاد شده در حالت اصطکاکی( با توجه به بخش «ب» از بند3.10.1.10 و بند 3.5.3.10  ویرایش 1387 مبحث دهم، اتصالاتی که در سیستم لرزه‌بر مشارکت ندارند) گذاشته و کنترل‌ها را بر اساس سوراخ بزرگ در نظر می‌گیرند؛ و در اتصالات اتکایی تاکید بر استاندارد بودن سوراخ دارند، چرا که در هر حال اجرای سوراخ استاندارد در عمل کار آسانی نیست.
فاصله‌ی بین سوراخ‌ها در بازه‌ی مقادیری مشخص می‌باشد. مقدار کمینه برای فاصله‌ی سوراخ‌ها به دو جهت است؛ یکی جلوگیری از گسیختگی و پارگی ورق و دیگری اجرایی بودن کار و فراهم کردن فضای مناسب برای بستن پیچ. مقدار بیشینه‌ی سوراخ‌ها پیروی سه دلیل است. نخست آن که بتوان توزیع به نسبت واقعی‌تری از نیرو در اتصال داشته و همنواختی و یکسانی آن را در پیچ‌ها به‌وجود آورد، تا فرض صلب بودن ورق تامین شود؛ دوم این که با کم کردن فاصله، طول موج کمانشی حاصل از نیروی فشاری را نیز به کمترین مقدار ممکن رساند تا از کمانش موضعی جلوگیری شود؛ و آخرین دلیل هم این که از باز شدن درز بین ورق‌های اتصال و خطر زنگ‌زدگی ورق جلوگیری نمود.
فاصله‌ی کمینه بین سوراخ‌ها بر اساس جدول زیر در واحد کیلوگرم- سانتی‌متر است:

فاصله‌ی کمینه‌ی سوراخ‌ها با لبه‌ی‌ کناری بر اساس جدول زیر در واحد کیلوگرم- سانتی‌متر است:

بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ایران، به جای جمله‌ی (2V_bA)/(F_U/t_L)+0.5d_bA از (2V_bA)/(F_U/t_L )   استفاده شده است؛ بنابراین استفاده از رابطه‌ی AISC محافظه‌کارانه می‌باشد.
Le1 با توجه به نوع برش از جدول زیر اقتباس می‌گردد:

مبحث دهم از مقررات ملی ساختمانی ایران محدودیت‌های زیر را برای سوراخ‌های اتصالات پیچی در نظر می‌گیرد:

الف-  سوراخ‌های بزرگ فقط در اتصالات اصطکاکی مجاز است.
ب- سوراخ‌های لوبیایی کوتاه در تمام امتداد‌ها در اتصالات اصطکاکی مجاز هستند و در اتصالات اتکایی امتداد طولی سوراخ باید عمود بر امتداد نیرو باشد.
پ- در اتصالات اتکایی، سوراخ‌های لوبیایی بلند فقط در امتداد عمود بر مسیر نیرو مجاز هستند و در اتصالات اصطکاکی فقط می‌توانند در یکی از ورق‌های اتصال و در هر امتداد اختیاری وجود داشته باشد.
سوراخ‌های لوبیای و بزرگ به دلایل زیر در اتصالات تعبیه می‌شوند:
الف- در اتصالات اتکایی و یا اصطکاکی که در آن‌ها به دلایلی نیروی پیش-تنیدگی کاهش یا حذف می‌شود. هنگامی که اتصال تحت بارهای دینامیکی قرار می گیرد احتمال تماس تنه‌ی پیچ با دیواره‌ی سوراخ در دفعات مکرر وجود دارد. تعبیه‌ی سوراخ‌های بزرگ یا لوبیایی موجب عدم تماس تنه پیچ  با دیواره-ی سوراخ به‌ویژه در اثر پدیده‌ی خستگی خواهد شد.
ب- تعبیه‌ی سوراخ‌های بزرگ و لوبیایی شرایط مناسب تری برای مونتاژ، تنظیم و رواداری پیچ‌ها در اتصال فراهم می‌نماید.
پ- تعبیه‌ی سوراخ‌های بزرگ و لوبیایی از وقوع تنش‌های ناشی از دما و نیز تنش‌های مرتبه‌ی دوم جلوگیری می‌کند.
در  رابطه با قطر پیچ، باید توجه داشت در ایران قطرهای M18 وM33 تولید نمی‌شود. در نتیجه در طراحی هیچ‌گاه از این دو نمره نباید استفاده کرد.

وظایف بازرسان پیچ و مهره:
مطالعه‌ی دقیق مباحث اجرایی مشخصات فنی، نقشه‌های قرارداد، نقشه‌های کارگاهی ساخت و نیز نصبی پروژه.
مطالعه‌ی همه‌ی «گواهی‌نامه‌های مطابقت مواد» که از سوی کارخانه‌ی سازنده صادر شده است و حصول اطمینان از تطابق ویژگی‌های مواد قطعات با الزامات پروژه.
تایید شناسایی مواد پیچ‌ومهره‌ها.
تایید وجود شرایط مناسب و تحت کنترل جهت انبار قطعات.
تایید وجود دستورکارهای مصوب نصب پیچ‌ومهره و استفاده از این دستورکارها در روند عملیات اجرایی.
تایید صلاحیت همه‌ی پرسنل نصاب پیچ‌ومهره.
حصول اطمینان از آگاهی تمام نیروهای کاری از دستورکار نصب پیچ و مهره.
مشاهده‌ی آزمایش پیش از نصب که در آغاز کار و به ازای هر محموله انجام می‌شود.
در روش استفاده از آچار کالیبره، عملیات کالیبراسیون آچار در ابتدای هر شیفت کاری بررسی و بازرسی شود.
کنترل کفایت وضعیت اتصال اعم از وضعیت ابعاد سوراخ‌ها، عدم وجود وضعیت نامناسب در سوراخ‌هایی که گشاد شده و یا برقو زده شده‌اند.
در اتصالات اصطکاکی، کنترل مناسب بودن وضعیت سطوح ورق‌های اتصالی که بر روی هم قرار می‌گیرند.
کنترل سفت‌شدن نخستین همه‌ی پیچ‌ها، پیش از اعمال نیروی پیش‌تنیدگی.
در اتصالاتی که باید پیش‌تنیده شوند، درقالب یک برنامه‌ی زمان‌بندی مناسب عملیات پیش‌تنیدگی کنترل شود تا از درستی انجام آن اطمینان حاصل شود.
هرگونه اختلاف نظر در خصوص دستیابی به میزان پیش‌تنیدگی مورد نظر باید بلافاصله حل‌وفصل شود.
گزارش کاملی در خصوص اتصالات مشاهده و بازرسی شده که مورد قبول قرار گرفته‌اند تهیه شود. این گزارش باید طبق برنامه و در زمان‌های مربوطه و از پیش مشخص به دستگاه مربوطه تحویل شود.

گواهی‌نامه‌های تطابق:
پیمانکار موظف است که در قالب ارسال نامه‌ی رسمی آگاهی خود را از بررسی و مطالعه‌ی دقیق گواهی‌نامه‌های مواد خام و مصرفی پروژه، پیچ و مهره‌ها، الکترودها و برشگیرها که توسط کارخانه‌های سازنده‌ی آن‌ها تهیه شده است، اعلام نموده و از تطابق آن با استانداردها، مشخصات فنی و مدارک قرارداد اطمینان حاصل کند.
گزارش‌های آزمایش کارخانه‌ی سازنده در رابطه با مواد اولیه‌ی قطعات اتصال (پیچ و مهره‌ها):
پیمانکار موظف است نسبت به ارایه‌ی کپی همه‌ی گواهی‌نامه‌های کارخانه‌ی سازنده‌ی قطعا‌ت اتصال در سیستم مقاوم در برابر زلزله شامل پیچ، مهره، واشر و نیز واشه‌های نشانگر مستقیم کشش DTI اقدام نماید. پیمانکار باید گواهی‌نامه‌های مذکور را به پیوست «گواهی‌نامه‌ی تطابق» ارایه نماید.
گواهی‌نامه‌های کارخانه‌ی سازنده‌ی پیچ و مهره باید حاوی حداقل اطلاعات زیر باشد:
آنالیز شیمیایی مواد خام، شماره‌ی ذوب و گواهی عدم استفاده از عناصر غیر مجاز در روند تولید پیچ و مهره‌‌ها.
نتایج آزمایش‌های سختی، کشش و بارگواه به نحوی که بیا‌نگر چگونگی انجام آزمایش و مطا‌بقت آن با استاندارد باشد.
در صورتی که از پیچ و مهره‌های گالوانیزه استفاده می‌شود، نتایج آزمایش ظرفیت چرخشی و روش انجام آزمایش (با استفاده از ورق صلب یا ابزار اندازه-گیر کشش) و استفاده از روغن.
در صورت گالوانیزه بودن ضخامت و یا وزن پوشش روی، در گواهی‌نامه قید گردد.
نتایج بازرسی چشمی زنگ زدگی.
بیان مطابقت الزامات ابعادی رزوه‌ها با استاندارد.
شماره‌ی محموله و شماره‌ی درخواست خرید .
نشانی کامل پستی سازنده ودفاتر آن.
مهر و امضای واحد کنترل کیفیت.
برای پیچ‌هایی که مطابق استاندارد A 490 تولید می‌شوند، فقط بازرسی «حین تولید» قابل قبول است و بازرسی «محموله‌ی آماده‌ی حمل» به هیچ وجه قابل پذیرش نمی‌باشد.
پیچ ومهره‌های مورد استفاده در سازه‌ی فولادی باید طبق اطلاعات نقشه-های طراحی از لحاظ مقاومت رده و نوع با الزامات استاندارد‌های ASTM به شرح زیر است مطابقات داشته باشند:
A325: استاندارد مشخصات فنی پیچ‌های فولادی عملیات حراراتی شده با حداقل مقاومت کششی120/105ksi.
A490: استاندارد مشخصات فنی پیچ‌های فولادی عملیلت حرارتی شده با حداقل مقاومت کشتی150ksi.
A563: استاندارد مشخصات فنی مهره‌های فولادی آلیاژی وکربن‌دار.
F436: استاندارد مشخصات فنی واشرهای فولادی سخت.
F959: استاندارد مشخصات فنی واشرهای نشانگر مستقیم کشش DTI Washers)) که در اتصالات سازه‌های فولادی به کاربرده می شوند.
F1852- استاندارد مشخصات فنی(پیچ با قطعه جدا شونده)
Twist-off bolts))، با حداقل میزان مقاومت کششی 120/105ksi
دستورکار بستن پیچ و مهره‌ها:
پیمانکار موظف به ارایه‌ی دستورکار آزمایش‌های پیش از بستن، سفت کردن اولیه، پیش‌تنیدگی و بازرسی بعد از بستن می‌باشد. تمامی این دستورکارها باید مطابق الزامات آیین‌نامه‌ی مرکز تحقیقات اتصالات سازه‌ای (RCSC) و مدارک فنی پروژه باشند.
دستورکار بستن، باید مشخص نماید که پیمانکار از کدام روش بستن پیچ و مهره، شامل: روش چرخش مهره، آچار کالیبره، پیچ با قطعه‌ی جداشونده (پیچ-های TC) یا نشانگرهای مستقیم کشش(DTI) استفاده می‌نماید.

جمع‌بندی:
با توجه به این‌که در حال حاضر در کشور ما قطرهای  M18 و M33 تولید نمی‌شود، در طراحی سازه‌های فولادی با اتصالات پیچ و مهره، از این دو سایز نباید استفاده کرد.
از آن‌جا که سیستم تولید پیچ و مهره در کشور ما و در حال حاضر بر اساس استانداردهای اروپایی می‌باشد، از مشخصات پیچ بر اساس DIN آلمان در طراحی‌ها و نقشه‌ها باید استفاده نمود.
با توجه به سیستم تولید پیچ در ایران، در طراحی اتصالات اصطکاکی، تنها از پیچ DIN 6914-HV باید استفاده شود که این پیچ تنها دارای رده‌ی مقاومتی 10.9 می‌باشد.
با توجه به برتری روش تولیدی فورج سرد به فورج گرم و تولید قطعات پیچ تا سایز M24 به این روش در کشور ما، تلاش باید نمود تا در طراحی‌ها تا حدامکان بیش از این سایز استفاده نشود. همچنین در مشخصات نقشه‌ها و دستورکارهای ساخت و نصب، بر خرید پیچ ساخته شده به روش فورج سرد تاکید شود.
برای پیچ‌های اتصالات اصطکاکی به طور ویژه و برای همه‌ی پیچ‌ها به طور کلی، نباید از پوشش‌های گالوانیزه(فلزی) برای محیط‌های خورنده استفاده شود. برای این محیط‌ها از پیچ‌های با پوشش غیرفلزی(رنگی) باید استفاده نمود.
تا حد امکان باید کوشش شود که خرید پیچ و مهره از کارخانه‌ی سازنده صورت گیرد تا گواهی‌نامه‌های مرغوبیت و سایر گواهی‌های تطابق در دسترس باشد.
در هنگام نمونه‌گیری و انجام آزمایش توسط آزمایشگاه‌های مقاومت مصالح، بازرسی دقیق و مستقیم صورت پذیرد.
با توجه به شرایط موجود، روش چرخش اضافی مهره ارزان‌ترین و قابل اطمینان‌ترین روش پیش‌تنیدگی در اتصالات اصطکاکی در کشور ماست.

با سپاس ویژه از استاد گرانقدر جناب آقای دکتر فرامرز رحیمی‌نیا

مدیر وبلاگ : مراجعه به مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ارجع است و مطالعه کتاب طراحی سازه های فولادی بر مبنای آیین نامه فولاد ایران...