تولید اسکلت فلزی ، برج ، جرثقیل و سوله
طراحی ، ساخت و نصب استراکچر فلزی
سازه های فلزی، که به اسم اسکلت فولادی یا اسکلت فلزی نیز شناخته می‌شود، به مجموعه‌ای از عضوهای باربر ساخته شده از نیم‌رخ‌های فولادی یا ورق فلزی می گویند که به کمک اتصالات مختلف به یکدیگر وصل می‌شوند. از آن‌جا که روش‌های تولید پروفیل فولادی یا همان نیمرخ تکامل یافته شده و آزمون و خطای بسیاری را پشت سر گذاشته ، این مقطع ها در بسیاری از موارد رفتار مطلوب و مناسبی را از خود داده اند.
موضوع حائز اهمیت در این سازه‌های فلزی، عملکرد اتصالاتی است که برای ساخت اعضای مرکب از ورق و پروفیل در محل گره‌ها استفاده می کنند.
روش‌های مختلف انواع اتصالات فلزی در سازه‌های فلزی بدین شرح می باشد:
یکی از عوامل کنار گذاشتن پرچ رشد فناوری در زمینه جوشکاری و همچنین پروسه تخصصی، پر دردسر و زمان بر در مراحل تولید تا اجرا می‌باشد. بااین‌وجود ضوابط مربوط به ساخت و اجرای اتصالات پرچی تا به امروزه استفاده می شود و هنوز توسط آئین‌نامه AICS ارائه می‌شود.
شاید بتوان علت آن را وجود اتصالات پرچی در گوشه و کنار دنیا و شناخت و تحلیل آن ها برای ارزیابی مقاومت و ترمیم این نوع اتصالات در سازه ها بدانیم.
از میان انواع روش‌های مختلف اتصال در سازه‌های مختلف فلزی همواره وجود اعتماد و تکیه فنی و مهندسی بر انواع اتصالات پیچ و مهره‌ای در سازهای فلزی بوده و طبق آخرین گزارشات جمع آوری شده، بیشترین خسارات در سازه‌های فلزی در زمان زلزله مربوط به سازهای فلزی جوشی است.
با توجه به این موضوع اتصالات حساس مانند اتصالات جوش شیاری گیردار تیر به ستون در محل کارخانه و همچنین نصب اجزاء از پیش‌ساخته شده سازه فلزی به وسیله پیچ و مهره انجام می پذیرد. ازاین رو علاوه بر تسریع اجرای پروژه، کیفیت اتصالات اسکلت فلزی پیچ و مهره‌ای بهبود چشمگیری داشته است.
هنگام ساخت و طراحی انواع اسکلت فلزی گزینه بهتر کدام است؟ انواع اسکلت فلزی پیچ و مهره ای و یا جوش تیرها و مهار ها به ستون های فولادی؟
برای پاسخ به این سوال، که سبب بحث در مورد بهترین روش ساخت و ساز می شود، اکثر شرکت ها ترجیح می دهند سازه‌ها را به یکدیگر جوش دهند، در صورتی که سازه‌های اسکلت فلزی پیچ و مهره در چند سال اخیر در ایران و علاوه بر آن در کشورهای اروپایی و بیشتر بخش های دیگر جهان به طور گسترده استفاده می شود.
عوامل بسیاری وجود دارد که باید مورد توجه قرار گیرد. لیست کوتاه شامل پذیرش مشتری، مصالح، هزینه و ایمنی است. هر تکنولوژی اتصال دارای معایب و مزایای خود برای تولید، حمل و نقل، نصب و استفاده از مصالح می باشد. برای شرکت ها استفاده از روش اتصالی است که به بهترین نحو بودجه و نیاز آنها را تامین کند.
مزایا و معایب اسکلت فلزی پیچ و مهره و جوشی به شرح زیر است:
با توجه به شرایط بد اقتصادی کنونی هزینه های مورد نیاز برای انجام هر پروژه ایی بسیار مهم است از این رو هزینه مورد نیاز برای ساخت اسکلت فلزی چه به صورت پیچ و مهره و چه به صورت جوشی مورد بررسی قرار میگیرد. با توجه به تجربه های ساخت شرکت دانیال صنعت در ساخت و ساز ها ساخت اسکلت فلزی جوشی نسبت به اسکلت پیچ و مهره ای مقرون به صرفه تر است زیرا مصالح مورد نیاز برای ساخت سوله اسکلت فلزی جوشی کمتر است. ازاین رو اولین تفاوت اسکلت فلزی پیچ و مهره ای با جوشی در هزینه ساخت آن ها است.
اجرا و ساخت اسکلت فلزی جوشی به طور معمول سریعتر از اجرا اسکلت فلزی پیچ و مهره ای می باشد. از زمان شروع پروژه یعنی خریداری مصالح برای ساخت اسکلت فلزی جوشی نهایتا یک هفته تا ده روز، مصالح خریداری شده و به محل پروژه انتقال داده می شود. ولی در ساخت اسکلت پیچ و مهره با توجه به این نکته که باید در کارخانه ساخته شود، کمی زمانبر تر نسبت به ساخت اسکلت فلزی جوشی است ولی این نکته را هم در نظر بگیرید که بعد از انتقال سازه به محل پروژه به نسبت سازه های جوشی زمان بسیار کمی برای نصب نیاز دارد. از این رو دومین تفاوت اسکلت فلزی پیچ و مهره ای با جوشی را می توان به زمان ساخت آن ها اشاره کرد.
در زمان بازسازی یا آسیب رسیدن به هر یک از سازه ها باید سریعا اقدام به تعمیرات کرد. اگر اسکلت فلزی موجود از نوع جوشی باشد نیازمند زمان بیشتر و همینطور هزینه بالاتری برای تعمیر آن هستیم زیرا به برشکاری، جوشکاری و همینطور نیروی متخصص نیازمندیم.
از طرف دیگر تعمیرات اسکلت پیچ و مهره تنها نیاز به باز کردن و جایگزینی اعضای اسکلت سوله از محل پروژه ساده‌ای است. بنابراین سومین تفاوت اسکلت فلزی پیچ و مهره ای با جوشی در زمان تعمیر آن ها است.
بطور کلی اسکلت های فلزی به تنهایی دارای استقامت بالایی هستند و نوع جوش آنها به یکدیگر تضمین کیفیت این اسکلت را دارد. اسکلت فلزی پیچ و مهره معمولا به دلیل اینکه از سمت کارخانه ساخت اسکلت فلزی و زیر نظر مهندسان کاربلد و همینطور کنترل کیفیت هستند برای انتخاب مطمئن تر هستیم ولی در ساخت اسکلت های فلزی با اتصال جوشی اگر جوشکار از دانش و مهارت کافی در این زمینه برخوردار نباشد، مشکلات زیادی را می تواند برای شما ایجاد کند.
حال استفاده از اسکلت پیچ و مهره ای در سازه های مدرن به طور گسترده یافت می شود. در گذشته استفاده از اسکلت های پیچ و مهره ای تنها محدود به مجتمع های صنعتی، سوله ها و همچنین در صنایع نفت و گاز بود ولی امروزه شاهده استفاده گسترده از این سازه های فلزی در ساختمان های مختلف از جمله مسکونی] اداری و تجاری نیز هست.
این سازه ها به علت سرعت بالایی که در مرحله نصب دارند و همینطور عدم وجود نیاز به عملیات دشوار جوشکاری بسیار مورد توجه افراد قرار گرفته.
همان طور که در قسمت های قبلی گفتیم اسکلت های پیچ و مهره ای دارای کیفیت بالاتری نسبت به اتصالات جوشی دارد و امروزه بسیار مورد توجه افراد قرار گرفته است. اسکلت های جوشی نسبت به اسکلت پیچ و مهره ای دارای سرعت ساخت پایین تری نسبت به نوع جوشی می باشد و همینطور از کیفیت پایین تری نیز برخوردار می باشند.
همچنین این اسکلت ها دارای محدودیت هایی اعم از استفاده از تجهیزات مدرن، تامین برق، استفاده از تیم حرفه ای و همچنین زنگ زدایی می باشند که استفاده از آن ها را با دشواری هایی روبرو می کند. به دلیل زیاد بودن زلزله در ایران، انواع اسکلت های پیچ و مهره ای از محبوبیت بیشتری برخوردار بوده است و همچنین استفاده از آن ها نسبت به اتصالات جوشی صرفه اقتصادی بیشتری دارد.
در اسکلت های پیچ و مهره ای معمولا از دو نوع مدل پیچ که شامل، پیچ معمولی و پیچ پرمقاومت است، استفاده می شود. تقسیم بندی پیچ های معمولی و پیچ های دارای مقاومت بالا با توجه به مقاومت نهایی آن ها و نوع مصالحی و تجهیزاتی که در تولید و ساخت آن ها به کار می رود، انجام می گیرد. هر دو نوع پیچ معمولی و پر مقاومت دارای شکل ظاهری شبیه به یکدیگر می باشند.
استفاده از سازه های فلزی در ساختمان ها سابقه طولانی دارد. در ابتدا از چدن برای اجرای چنین ساختارهایی استفاده می شد، اما پس از مدتی آهن کربن دار یا آهن قابل انعطاف جای چدن را گرفت. با استفاده از مواد فلزی ، ساخت سازه هایی با طرح ها و شکل های مختلف امکان پذیر شد.
چدن و آهن کربن دار به تدریج جای خود را به فولاد داد. امروزه ، فولاد بیشترین استفاده در اسکلت فلزی ساختمان ها را دارد به حدی که گاهی به جای استفاده از اصطلاح ‘اسکلت فلزی’ از ‘اسکلت فولادی’ استفاده می کنند.
مزایای اسکلت فلزی باعث شده است که آن را به طور گسترده ای در ساخت سوله ها و ساختمان های بزرگ مورد استفاده قرار دهد. این نوع اسکلت را می توان در شلوغ ترین و کوچکترین مکان ها اجرا کرد و به همین دلیل از طرف معماران و مهندسان سازه در شهرهای بزرگ به خوبی پذیرفته شده است. سازه فلزی کیفیت ساخت و ساز را افزایش می دهد و ضایعات مواد را کاهش می دهد.
برای اینکه یک اتصال پیچ و مهره ای عملکرد خوبی را در سازه داشته باشد و نقش مهم و اصلی خود را به خوبی و با کمترین ایراد ایفا کند، ابتدا لازم است در طراحی و نیز اجرای اتصالات ضوابط خاصی را مورد توجه قرار گیرد و این ضوابط معمولا توسط آیین نامه ها و یا استاندارد ها در هر کشور به صورت منحصر به فرد تبیین می شوند.
در ایران، رعایت مقررات ملی ساختمان، به عنوان مهم ترین و گسترده ترین ترین ضوابط موجود در عرصه ساختمان، امری ضروری می باشد و کلیه مهندسین و طراحان ملزم به استفاده از آن می باشند. در کنار این منبع، مدارک فنی متعددی نظیر استانداردها، آیین نامه ها، نشریات سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور و سایر ویژگی های فنی انتشار می یابد. لذا با توجه به ضروری بودن مقررات ملی ساختمان، در این بخش ضوابط مربوط به این منبع رسمی را ملاک انتخاب قرار می دهیم و در زمان نیاز به سایر مراجع ذکر شده رجوع خواهیم کرد.
انواع مختلف پیچ های مورد استفاده در انواع اسکلت های فلزی که شامل پیچ های معمولی و پیچ های پرمقاومت می شود. همان طور که در بخش ابتدایی گفتیم دو نوع فرایند اصطکاکی و اتکایی برای پیچ ها وجود دارد که پیچ های معمولی تنها در اتصالات اتکایی مورد استفاده قرار می گیرد و انواع پیچ های پر مقاومت در هر دو عملکرد قابل استفاده گسترده هستند.
در انواع اتصالات اتکایی ایجاد نیروی پیش تنیدگی ضروری نیست ولی در اتصالات اصطکاکی پیچ ها باید از قبل پیش تنیده گردند. برای آسان کردن فرایند پیش تنیدگی استفاده از یکی از سه روش واشرهای کشش سنج، سفت کردن مجدد مهره یا آچار مدرج امکان پذیر است.
همانطور که میدانید از اتصالات پیچی در اسکلت های پیچ و مهره ای که شامل دو نوع اتصال اصطکاکی و اتکایی می شود که در ادامه به شرح جزئیات این دو مورد خواهیم پرداخت:
در اتصالات اتکایی محل قرار گیری پیچ در داخل سوراخ صفحات بوده که با استفاده از مهره بسته شده است. این اتصالات با استفاده از هیچ گونه نیروی پیش تنیده در پیچ اجرا خواهد شد و تنها با استفاده از سفت کردن توسط نیروی کار بسته خواهد شد.
یکی از معایب این اتصال این است که با وارد آمدن نیروی خارجی به انواع پیچ، قطعات مختلف اتصالات دچار لغزش کمی شده و نیرو به لبه های اتصالات وارد می شود و به نیروی برشی در پیچ تبدیل می شود. به همین علت به شما پیشنهاد می کنیم از این اتصال تنها به جهت بارگذاری ثقلی استفاده کرده و به هیچ وفت در طرح های لرزه ای از آن ها استفاده نکنید.
در عملکرد انواع اتصالات اصطکاکی، علاوه بر مهره از واشر برای محکم کردن نیز استفاده می شود. دقت کنید که واشری که استفاده در این اتصالات استفاده می کنید، از نوع واشر فنری نباشد. در اتصالات نوع اصطکاکی علاوه بر سفت کردن پیچ در مرحله ابتدایی، نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد می شود.
در این صورت با اعمال نیروی پیش وارده شده در پیچ، هنگامی که این اتصالات تحت کشش های بسیاری قرار گرفت و با اعمال بار میان صفحات مختلف، اصطکاک به وجود خواهد آمد که باعث عدم لغزش اتصال می شود. بنابراین ابتدا لازم است در طراحی تمامی اتصالات مختلف قاب های خمشی، اتصالات بادبندی، قاب های دوگانه و همچنین وصله ی ستون های باربر جانبی در قاب های ساده از این اتصالات استفاده کنید.
دقت داشته باشید که پیچ های مورد استفاده در دو نوع اصطکاکی و اتکایی از لحاظ ظاهری با یکدیگر دارای تفاوت هایی هستند و پیچ های استفاده شده در اتصالات اصطکاکی سرپیچ های بزرگ تری دارا می باشند.
در حالت کلی دو عامل مهم در این اتصالات فلزی وجود دارد. اولین آن زبری سطح و دیگری نیروی پیش وارده می باشد. در مرحله ابتدایی مهندسان فرض کرده اند که انواع سطوح اتصال بدون رنگ آمیزی زبری مورد نظر را داشته باشد، در این میان هنگامی که قطعات متصل شدند تمامی بخش های به هم وصل شده را رنگ آمیزی می کنند.
تنها نکته ای که وجود دارد این است که دقت کنید تمامی سطوح بدون کثیفی های حاصل از روغن، پوسته های زنگ زدگی، مصالح و یا لاک و …می باشد تا رنگ آمیزی یکنواخت و مطلوبی به نظر رسد.
به طور کلی استانداردهای آمریکایی ASTM بر اساس اینچ و استانداردهای DIN برحسب میلی متر محاسبه می شوند. البته استانداردهای آمریکایی به میلیمتر هم می توان محاسبه کرد. گل درشت نیم دنده که فقط گرید 10.9 دارد نیز برای اتصالات اصطکاکی و با تنش های بالا و DIN 931933 غالبا برای اتصالات اتکایی و با تنش های بالا استفاده می شود.
هر اسکلت فلزی ترکیبی از اعضای جدا از هم می باشد که این اعضا باید به طریق مناسبی به یکدیگر وصل شوند.
بزرگترین مشکل در اجرای اتصالات پیچ و مهره ای ، اجرای نادرست سوراخ ها و همچنین مشاهده میزان فشار قبل از تنش و در نهایت عدم تطابق آنها در هنگام اجرایی و نصب است. بنابراین ، بسیار مهم است که در تعیین محل سوراخ ها مراقب باشید و از ابزارهای مناسب برای این منظور استفاده کنید.
ولی در اسکلت های جوشی همچین مشکلی وجود ندارد، از این رو این موضوع می تواند یکی از تفاوت اسکلت فلزی پیچ و مهره ای با جوشی در این بخش می باشد.
اسکلت جوشی دارای محدودیت هایی مانند تامین برق و استفاده از دستگاه های جوشکاری مدرن، وجود تیم های متخصص و رنگ آمیزی مناسب و حذف زنگ زدگی است ، به همین دلیل این سازه ها فاقد کیفیت لازم هستند و روند ساخت آنها نیز طولانی است.
