اسکلت پیچ و مهره‌ای

مقدمه

اسکلت‌‌های پیچ و مهره‌ای به عنوان یک روش ساخت و ساز برجسته در بخش‌های مختلف ظهور کرده‌اند و روش مونتاژ سازه‌های فولادی را نیز تغییر داده‌اند. این رویکرد نوآورانه شامل استفاده از انواع اتصالات پیچ و مهره مانند پیچ سر شش گوش می‌باشد که مزایای متعددی را از نظر کارایی، تطبیق پذیری و مقرون به صرفه بودن ارائه می‌دهد. اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای به دلیل توانایی آن‌ها در تسریع جدول زمانی ساخت و ساز، کاهش نیاز به نیروی کار و ارائه انعطاف پذیری برای اصلاحات یا جداسازی آتی محبوبیت گسترده‌ای به دست آورده‌اند.

اسکلت پیچ و مهره‌ای

مفهوم اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای حول محور استفاده از اجزای پیش ساخته می‌چرخد که می‌توانند به راحتی به محل ساخت و ساز منتقل شوند. این قطعات دقیقاً در محیط‌های کنترل‌شده کارخانه تولید می‌شوند و تولید با کیفیت بالا و دقت ابعاد را تضمین می‌کنند. سازه‌های فولادی با اسکلت پیچ و مهره‌ای جزء جدایی ناپذیر ساخت و ساز مدرن هستند. اتصالات بین اعضای فولادی نقش مهمی در انتقال نیرو بین اعضا و به عناصر نگهدارنده دارند. در سال های اخیر، سازه‌های پیچ و مهره‌ای به دلیل مزایایی مانند اجرای سریع، جذابیت صنعتی و عملکرد قابل اعتماد، محبوبیت زیادی در بین طراحان به دست آورده‌اند.

با این وجود، مشابه سایر سازه‌های فولادی، مواردی وجود داشته است که اصول اجرای اسکلت پیچ و مهره رعایت نشده است. این اتصالات برای حفظ یکپارچگی قاب‌های فولادی حیاتی هستند. اتصالات ضعیف می‌تواند منجر به خرابی‌های پیشرونده و فاجعه آمیز در کل ساختار شود. بنابراین درک رفتار و ویژگی‌های این ارتباطات از اهمیت بالایی برخوردار است.

لازم به ذکر است که اهمیت اتصالات از سایر اعضای سازه بیشتر است. اتصالات ضعیف این پتانسیل را دارند که باعث تخریب فوری سازه فولادی شوند. بررسی مکانیسم‌های خرابی ساختمان‌های فولادی نشان می‌دهد که اتصالات ضعیف اغلب نقش تعیین‌کننده‌ای در فرسودگی سازه دارند.

با توجه به اهمیت اتصالات در سازه‌های فولادی، بررسی و درک ویژگی‌های سه نوع اتصال رایج مورد استفاده در این سازه‌ها بسیار مهم است. 

انواع اتصال رایج سازه‌های فولادی

اتصال پرچ: روشی است که معمولاً برای اتصال اجزای مختلف در سازه‌های فولادی استفاده می‌شود. پرچ‌ها در اندازه‌ها و اشکال مختلف هستند و مشخصات آن‌ها از قبیل قطر، جنس و طول توسط مهندس سازه تعیین و در نقشه ساختمان ثبت می‌شود. این مشخصات تضمین می‌کند که پرچ ها الزامات ساختاری سازه را برآورده می‌کنند. هنگام استفاده از پرچ‌ها، توجه دقیق به قرار دادن سوراخ‌های میخ روی قطعات فولادی کمی بیشتر می‌شود. مشخصات دقیق این حفره‌ها به همراه محل دقیق آن‌ها نیز در طرح ساخت گنجانده شده است. این سطح از جزئیات تضمین می‌کند که پرچ‌ها به درستی قرار گرفته‌اند و امکان اتصال ایمن و قابل اعتماد بین اجزای فولادی را فراهم می‌کند.

اتصال پیچ: روش اتصال پیچی که برای اتصال آهن‌های ساختمانی استفاده می‌شود، شامل پیچ‌هایی با اندازه‌ها، شکل‌ها و مواد مختلف است. در حالی که اصول کلی اتصال پیچی شبیه به اتصال پرچ است، تفاوت قابل توجهی وجود دارد. در اتصالات پیچی، به جای پرچ کردن، از پیچ و مهره برای محکم کردن قطعات استفاده می‌شود. پیچ‌ها از نظر اندازه، شکل و جنس متفاوت هستند. سوراخ در قطعه مورد اتصال عمداً کمی بزرگ‌تر از قطر پیچ ایجاد می‌شود تا درج آن تسهیل شود.

اتصال جوشکاری: اتصال جوشکاری روشی پرکاربرد و محبوب برای اتصال سازه‌های فولادی است. در میان تکنیک‌های مختلف جوشکاری موجود، جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود پوشش داده شده به عنوان متداول‌ترین روش مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش جوشکاری خاص شامل استفاده از قوس الکتریکی برای ذوب فلزات است که پیوندی قوی بین قطعات متصل ایجاد می‌کند.

برای اطمینان از یکپارچگی و پایداری سازه، استفاده از تکنیک‌های جوشکاری مناسب، رعایت استانداردهای صنعتی و مستندسازی دقیق مشخصات جوشکاری ضروری است. با انجام این کار، اتصالات جوشکاری در سازه‌های فولادی می‌توانند استحکام و قابلیت اطمینان مورد نیاز را ارائه دهند و به پایداری و طول عمر کلی سازه کمک کنند.

انواع پیچ و مهره در اسکلت پیچ و مهره‌ای

در اسکلت پیچ و مهره‌ای از انواع پیچ و مهره برای اطمینان از اتصالات مطمئن و قابل اعتماد بین اعضای سازه استفاده می‌شود. در این قسمت به بررسی برخی از انواع پیچ و مهره‌های رایج مورد استفاده در اسکلت پیچ و مهره‌ای می‌پردازیم:

• پیچ و مهره‌های سر شش گوش

 پیچ‌های سر شش گوش که با نام‌های پیچ شش ضلعی یا پیچ‌های شش ضلعی نیز شناخته می‌شوند، در ساخت و ساز بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند. آن‌ها دارای سر شش ضلعی هستند که به راحتی با استفاده از آچار یا سوکت محکم می‌شود. مهره‌های شش ضلعی، مطابق با شکل سر پیچ، در ارتباط با این پیچ‌ها استفاده می شود.

• پیچ و مهره‌های شش گوش سنگین

پیچ و مهره‌های شش گوش سنگین پیچ‌های با استحکام بالا هستند که برای کاربردهای سازه‌ای طراحی شده‌اند. این پیچ‌ها معمولاً قطر زیادی دارند و برای ایجاد اتصالات قوی و قابل اعتماد در سازه‌های سنگین استفاده می‌شوند. آن‌ها اغلب با مهره‌های شش گوش سنگین جفت می‌شوند که اندازه بزرگ‌تری نسبت به مهره‌های شش گوش استاندارد دارند و از سازگاری و افزایش ظرفیت باربری اطمینان حاصل می‌کنند.

• پیچ و مهره‌های کنترل کشش

 پیچ‌های کنترل کشش که به پیچ و مهره‌های TC یا پیچ و مهره‌های پیچشی نیز معروف هستند، پیچ‌های تخصصی هستند که برای نصب دقیق و کنترل شده طراحی شده‌اند. آن‌ها دارای یک طراحی منحصر به فرد هستند و سفت شدن دقیق و مداوم را تضمین می‌کنند. پیچ‌های کنترل کشش معمولاً در کاربردهایی استفاده می‌شوند که کشش دقیق بسیار مهم است؛ مانند پل‌های فولادی و محیط‌های پر استرس.

• پیچ و مهره لنگر

 پیچ و مهره‌های لنگر به طور خاص برای محکم کردن عناصر ساختاری بر روی سطوح بتنی یا بنایی طراحی شده‌اند. آن‌ها معمولاً دارای یک انتهای رزوه‌ای هستند که در بتن تعبیه می‌شود و یک نقطه اتصال مطمئن را فراهم می‌کند. مهره‌های لنگر، مشابه مهره‌های شش گوش استاندارد، در ترکیب با پیچ‌های لنگر برای محکم کردن عناصر متصل استفاده می‌شوند.

• پیچ و مهره‌های چشمی

 پیچ‌ و مهره‌های چشمی پیچ‌هایی با انتهای حلقه‌ای یا دایره‌ای هستند که یک "چشم" را تشکیل می‌دهند. این پیچ‌ها امکان اتصال قلاب‌ها، طناب‌ها یا سایر مکانیسم‌های بست را فراهم می‌کنند. آن‌ها اغلب در برنامه‌هایی که نیاز به بلند کردن یا آویزان کردن است استفاده می‌شوند. مهره‌های چشمی که دارای سوراخ رزوه‌ای در مرکز هستند، همراه با پیچ‌های چشمی برای ایجاد اتصالات ایمن استفاده می‌شوند.

این‌ها تنها چند نمونه از پیچ و مهره‌های مورد استفاده در اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای هستند. نوع خاصی از پیچ و مهره انتخاب شده برای یک کاربرد خاص به عواملی مانند الزامات بار، سازگاری مواد و ملاحظات طراحی سازه بستگی دارد. انتخاب و نصب صحیح پیچ و مهره برای اطمینان از استحکام، پایداری و طول عمر اتصالات پیچ در ساختار کلی بسیار مهم است.

مکان‌های اجرایی اسکلت پیچ و مهره‌ای

در حال حاضر، اسکلت پیچ و مهره‌ای به طور گسترده در پروژه‌های ساختمانی معاصر استفاده می‌شود. پیش از این، استفاده از آن‌ها عمدتاً به سوله‌ها، مجتمع‌های صنعتی و صنایع نفت و گاز محدود می‌شد. با این حال، در زمان حاضر، این سازه‌ها محبوبیت قابل توجهی پیدا کرده‌اند و به طور گسترده در محیط‌های مختلف از جمله ساختمان‌های اداری، مجتمع‌های مسکونی و موسسات تجاری اجرا می‌شوند. افزایش پذیرش اسکلت پیچ و مهره‌ای را می‌توان به فرآیند نصب سریع آن‌ها و حذف عملیات پیچیده جوشکاری که قبلا مورد نیاز بود نسبت داد.

مزایای اسکلت پیچ و مهره‌ای

اتصالات پیچ و مهره‌ای چندین مزیت را ارائه می‌دهند که آن‌ها را به یک انتخاب مطلوب در ساخت سازه تبدیل می‌کند. برخی از این مزایا عبارتند از:

مقرون به صرفه بودن: اتصالات پیچ و مهره‌ای راه حلی کم هزینه برای کارهای نصب و اجرا ارائه می‌دهند. در مقایسه با جوشکاری، فرآیند پیچ و مهره به ابزار و تجهیزات تخصصی کمتری نیاز دارد و در نتیجه هزینه‌ها کاهش می‌یابد.

قابلیت استفاده مجدد و انعطاف پذیری: یکی از مزیت‌های قابل توجه اتصالات پیچ و مهره‌ای امکان جداسازی آسان و باز کردن سازه است. این امکان استفاده مجدد یا پیکربندی مجدد اجزا را فراهم می‌کند و در صورت نیاز، انعطاف‌پذیری را در اصلاح یا گسترش ساختار ارائه می‌دهد.

دسترسي: عمليات جوشكاري اغلب به ابزار و تجهيزات خاصي نياز دارد كه ممكن است در مناطق خاص دسترسي محدودي داشته باشند. در مقابل، اتصالات پیچ و مهره‌ای چنین محدودیت‌هایی ندارند؛ زیرا پیچ و مهره‌ها به طور گسترده و راحت در دسترس هستند.

نیروی کار ماهر: اتصالات پیچ و مهره‌ای نیازی به کارگران بسیار ماهر با تخصص جوشکاری ندارند. فرآیند نصب عمدتاً شامل سفت کردن پیچ‌ و مهره‌ها است که می‌تواند توسط طیف وسیع‌تری از کارگران انجام شود و به کارایی نیروی کار و صرفه‌جویی در هزینه کمک کند.

کاهش نویز: فرآیند نصب اتصالات پیچ و مهره‌ای در مقایسه با عملیات جوشکاری نسبتاً آرام است. این موضوع می‌تواند در محیط‌های حساس که کنترل نویز مهم است، مانند مناطق مسکونی یا مناطقی که محدودیت صدا دارند، سودمند باشد.

محیط کار ایمن‌تر: اتصالات پیچ و مهره‌ای نیاز به عملیات جوشکاری را از بین می‌برند و خطرات احتمالی مرتبط با جوشکاری مانند قرار گرفتن در معرض دمای بالا، دود و جرقه را کاهش می‌دهند. این امر محیط کار ایمن‌تری را برای کارگران ساختمانی ایجاد می‌کند.

گزینه‌های اتصال همه کاره: اتصالات پیچ و مهره‌ای انعطاف پذیری را در اعضای اتصال ایجاد می‌کنند؛ زیرا هیچ محدودیتی در مورد انواع مواد قابل اتصال وجود ندارد. این تطبیق پذیری امکان ترکیب‌های متنوعی از اعضای فولادی را فراهم می‌کند و طراحان را قادر می سازد تا به الزامات ساختاری خاص به طور موثر دست یابند.

کیفیت: کیفیت اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای از سایر سازه‌های فولادی و بتنی پیشی می‌گیرد زیرا فرآیند ساخت آن‌ها در برابر عوامل مخرب کمتر است. تمام عملیات ساخت و ساز برای سازه‌های پیچ و مهره‌ای در محیط‌های کنترل شده کارخانه انجام می‌شود و از دقت و کیفیت بالاتری در حین تولید اطمینان حاصل می‌کند. در مقابل، اتصالات جوشی مورد استفاده در ساخت سازه‌ها در محل اغلب کاهش دقت و کیفیت ساخت پایین‌تر را تجربه می‌کنند. از طرف دیگر سازه‌های بتنی معمولاً در مقایسه با سازه‌های پیچ و مهره‌ای و جوشی مقاومت کمتری از خود نشان می‌دهند.

سرعت ساخت بالا: اسکلت‌های پیچ و مهره در مقایسه با سازه‌هایی که از اتصالات جوشی استفاده می‌کنند، مزایای سرعت ساخت قابل توجهی را ارائه می‌دهند. این در درجه اول به دلیل توانایی دستیابی به تولید تقریباً کامل در کارخانه‌ها و هم‌چنین استفاده از طیف وسیع تری از تجهیزات تخصصی است. با در دسترس بودن همه قطعات، فرآیند نصب به طور قابل توجهی آسان تر و سریع تر می‌شود. 

ایمنی سازه: ایمنی سازه یکی دیگر از جنبه‌های مهم است که در آن سازه‌های پیچ و مهره‌ای برتری دارند. این سازه‌ها به دلیل کیفیت ساخت بالاتر، مقاومت و استحکام بیشتری در برابر زلزله و بلایای طبیعی از خود نشان می‌دهند. افزایش دوام سازه‌های پیچ و مهره‌ای آن‌ها را برای ساخت ساختمان‌های بلند و مونتاژ سوله‌ها مناسب می‌کند. علاوه بر این، رویکرد ساخت و ساز مبتنی بر کارخانه و استفاده از پوشش‌های محافظ در سازه‌های پیچ و مهره‌ای، احتمال خوردگی را به حداقل می‌رساند و خطر زنگ زدگی سازه را در مقایسه با اتصالات جوشی کاهش می‌دهد.

محبوبیت: در مقیاس جهانی، اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای محبوبیت زیادی به دست آورده‌اند و به روند غالب در بسیاری از کشورها تبدیل شده‌اند. می‌توان گفت که تقریباً تمام سازه‌های فولادی در سراسر جهان در حال حاضر با استفاده از اسکلت پیچ و مهره‌ای ساخته می‌شوند. در نتیجه، اهمیت و مزایای این روش ساخت به طور گسترده‌ای شناخته شده و تصدیق می‌شود.

معایب اسکلت پیچ و مهره‌ای

علیرغم مزایای متعدد اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای، معایبی نیز در ارتباط با این روش ساخت وجود دارد. این معایب شامل موارد زیر است:

نصب وقت گیر: در حالی که سازه‌های پیچ و مهره‌ای معمولاً در مقایسه با سازه‌های جوشی سریع‌تر ساخته می‌شوند، فرآیند سفت کردن و محکم کردن پیچ‌ و مهره های متعدد هنوز هم می‌تواند زمان بر باشد. مونتاژ اتصالات متعدد نیاز به توجه دقیق دارد و می‌تواند جدول زمانی کلی ساخت و ساز را افزایش دهد.

افزایش پیچیدگی: اتصالات پیچ و مهره‌ای سطح بیشتری از پیچیدگی را به فرآیند ساخت و ساز وارد می‌کند. نیاز به تراز دقیق، گشتاور مناسب و روش‌های سفت کردن صحیح، پیچیدگی مونتاژ را می‌افزاید، که نیازمند نیروی کار با حوصله و نظارت دقیق برای اطمینان از اجرای صحیح اتصالات است.

پتانسیل برای شل شدن مفصل: با گذشت زمان، اتصالات پیچ شده ممکن است به دلیل عواملی مانند ارتعاشات، انبساط یا انقباض حرارتی و یا بارهای خارجی، سطحی از شل شدن را تجربه کنند. اگر شل شدن به موقع رفع نشود و پیچ‌ها مجدداً در صورت لزوم سفت نشوند می‌تواند منجر به کاهش یکپارچگی سازه شود.

هزینه نگهداری: سازه‌های پیچ و مهره‌ای ممکن است نیاز به بازرسی و نگهداری دوره‌ای داشته باشند تا از یکپارچگی اتصالات اطمینان حاصل شود. برای جلوگیری از خرابی‌های احتمالی و حفظ عملکرد سازه، بررسی‌های منظم برای خوردگی، شل شدن، یا سایش و پارگی پیچ ضروری است. این فعالیت‌های تعمیر و نگهداری می‌تواند هزینه‌های اضافی را در طول عمر سازه متحمل شود.

ظرفیت انتقال بار محدود: اتصالات پیچی ممکن است از نظر ظرفیت انتقال بار در مقایسه با اتصالات جوشی دارای محدودیت‌هایی باشند. سطح تماس کوچک‌تر بین پیچ و مهره‌ها و اعضا ممکن است منجر به کاهش ظرفیت حمل بار، به ویژه در کاربردهای پر استرس شود.

ملاحظات زیبایی شناختی: وجود پیچ و مهره‌های قابل مشاهده در سازه‌های پیچ شده ممکن است با ترجیحات معماری یا طراحی خاصی هماهنگ نباشد. در کاربردهایی که ظاهری بدون درز و از نظر زیبایی دلپذیر مورد نظر است، روش‌های اتصال جایگزین، مانند جوشکاری، ممکن است ترجیح داده شوند.

توجه به این نکته ضروری است که این معایب بسته به نیازهای خاص پروژه و تخصص به کار رفته در فرآیند ساخت و ساز می‌تواند متفاوت باشد. طراحی مناسب، نصب دقیق و نگهداری منظم می‌تواند به کاهش برخی از این معایب مرتبط با اسکلت‌های پیچ و مهره کمک کند.

سخن پایانی

اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای صنعت ساخت و ساز را متحول کرده‌اند و مزایای زیادی را ارائه می‌دهند که آن‌ها را به گزینه‌ای مطلوب برای سازه‌های فولادی تبدیل می‌کند. با تولید کنترل‌شده در کارخانه، اسکلت‌های پیچ‌دار کیفیت ساخت بالا، دقت ابعادی و کاهش ضایعات مواد را تضمین می‌کنند. آن‌ها یک جایگزین کارآمد برای جوشکاری در محل ارائه می‌کنند، نیاز به نیروی کار را کاهش می‌دهند و نیاز به کارگران ماهر را به حداقل می‌رسانند. توانایی اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای در ارائه راه حل‌های ساخت و ساز کارآمد، بر اهمیت آن‌ها در شکل دادن به آینده ساخت و ساز فولادی، تضمین محیط‌های ساخته شده ایمن‌تر، سریع‌تر و پایدارتر تاکید می‌کند.