یکی از مهمترین ملاحظات در حین طراحی اتصالات سازه های فولادی، انتخاب نوع اتصالات بر اساس نحوه توزیع مورد انتظار نیروهای داخلی است. بر اساس بار اصلی وارد شده، اتصالات سازه های فولادی به انواع خمشی (صلب)، برشی (نیمه صلب) و محوری تقسیم‌بندی می‌شوند.
به این ترتیب، انتظار می‌رود اتصالات انتخاب شده توانایی تحمل دو یا چند مورد از این بارها را داشته باشند. در ادامه، به معرفی اتصالات خمشی، برشی و محوری می‌پردازیم.
اتصالات خمشی در سازه های فولادی یا اتصالات صلب در سازه های فولادی
اتصالات خمشی در سازه های فولادی، اتصالاتی هستند که اجازه انتقال نیروهای گشتاور خمشی بین ستون و تیر (یا هر جفت عضو سازه‌ای دیگر) را فراهم می‌کنند. در صورت وجود گشتاور داخلی در یک عضو فرعی (مانند تیر فرعی)، اتصالات باید قادر به انتقال آن گشتاور باشند. با وجود تحمل بارهای گشتاوری، مقاومت در برابر بارهای برشی و محوری نیز در طراحی این نوع از اتصالات در نظر گرفته می‌شود. به همین دلیل، به آن‌ها اتصالات صلب یا اتصالات گیردار نیز می‌گویند.
اتصالات خمشی صلبیت و مقاومت بیشتری نسبت به اتصالات برشی دارند. با این وجود، به دلیل استفاده از مصالح بیشتر در نصب این اتصالات، هزینه آن‌ها به مراتب بیشتر از اتصالات دیگر خواهد بود. بنابراین برای به حداقل رساند هزینه‌ها، معمولا فقط از یک یا دو اتصال خمشی در سازه های فولادی استفاده می‌شود. انواع اتصالات خمشی را می‌توان به اتصالات جوشکاری شده، فلنجی و صفحه انتهایی تقسیم کرد. در ادامه، به معرفی هر یک از این موارد می‌پردازیم.
اتصالات جوشکاری شده در سازه های فولادی
اتصالات جوشکاری شده در سازه های فولادی باعث ایجاد یک پیوند مستحکم و صلب در تمام جهات می‌شوند. با جوش دادن یک ورق بین ستون و تیر (جوشکاری گوشه‌ها)، محدودیت کاملی در جابجایی و دوران عضوها به وجود می‌آید. به این ترتیب، یک اتصال خمشی شکل می‌گیرد.
اتصالات فلنجی در سازه های فولادی
اتصال فلنجی، بال ستون را به جان تیر مجاور وصل می‌کند. به منظور ایجاد یک اتصال صلب، صفحه یا ورق توسط پیچ یا جوش به جان تیر متصل می‌شود. در تصویر زیر، نمونه‌ای از یک اتصال فلنجی نمایش داده شده است. در این تصویر، دو ورق (زرد) با استفاده از پیچ به بال‌های تیر و جان ستون وصل شده‌اند. در صورت خمش تیر، نیروهای گشتاور به اتصالات منتقل می‌شوند.
اتصالات صفحه ای در سازه های فولادی
اتصال صفحه ای، گشتاور اعمال شده را با کمک یک صفحه صلب (پیچ کاری یا جوشکاری شده) بین عضوهای درگیر توزیع می‌کند. تصویر زیر، نمونه‌ای از کاربرد اتصالات صفحه ای در سازه های فولادی است. در صورت اعمال خمش بر روی ستون، مولفه‌های گشتاور توسط ورق‌های زرد رنگ به تیر منتقل می‌شوند.
اتصالات برشی در سازه های فولادی یا اتصالات نیمه صلب در سازه های فولادی
اتصالات برشی در سازه های فولادی، اتصالاتی هستند که امکان انتقال نیروی برشی بین دو عضو سازه را فراهم می‌کنند. بنابراین، در صورت وجود نیروهای برشی در یک عضو فرعی (مانند تیر فرعی)، این نیروها به عضو اصلی (مانند ستون) انتقال داده می‌شوند. به طور کلی، اتصالات برشی مانند یک مفصل (پین) عمل می‌کنند و بر خلاف اتصالات خمشی، عکس العملی زیادی در برابر نیروی گشتاور از خود نشان نمی‌دهند. اتصالات برشی، متداول‌ترین نوع اتصالات سازه های فولادی هستند که با عناوین مختلفی نظیر اتصالات نیمه صلب، اتصالات ساده، اتصالات نیمه گیردار یا اتصالات مفصلی نیز شناخته می‌شوند.
از انواع اتصالات برشی می‌توان به اتصالات صفحه ای، نبشی و نشیمن اشاره کرد.
اتصالات نبشی در سازه های فولادی
در اتصال نبشی، از چند لچکی L شکل (قطعات مثلثی شکل) برای نگهداشتن عضوهای اصلی و فرعی در کنار یکدیگر استفاده می‌شود. در این اتصالات می‌توان از یک لچکی در یک سمت یا دو لچکی در هر دو سمت عضوها استفاده کرد. با به کارگیری دو لچکی (اتصال دو نبشی)، صلبیت اتصال افزایش می‌یابد. به علاوه، مقاومت اتصال در برابر نیرهای برشی نیز بیشتر می‌شود. اتصالات نبشی برای اتصال بال یک عضو به جان عضو دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. رایج‌ترین پیکربندی اتصالات نبشی، پیچ کاری دو لچکی در دو طرف عضوهای درگیر است. استفاده از پیچ در این حالت، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد.
اتصالات صفحه ای یا اتصالات تک ورق در سازه های فولادی
در اتصالات صفحه ای یا تک ورق نیز مانند اتصالات نبشی، از یک ورق برای کنار هم نگهداشتن دو عضو سازه استفاده می‌شود. برای اتصال این ورق به عضو فرعی می‌توان از پیچ کاری یا جوشکاری استفاده کرد. با این وجود، اتصال ورق به عضو اصلی حتما باید از طریق جوشکاری صورت گیرد. به همین دلیل، هزینه اتصالات صفحه ای از اتصالات نبشی بیشتر است.
اتصالات نشیمن در سازه های فولادی
در اتصال نشیمن یا نبشی نشیمن، از چند لچکی L شکل برای اتصال عضوهای اصلی و فرعی به یکدیگر استفاده می‌شود. تفاوت این اتصالات با اتصالات نبشی در محل نصب آن‌ها است. اتصالات نشیمن بال عضو اصلی را به بال عضو فرعی متصل می‌کند. اگرچه، نحوه اجرای اتصالات (پیچ کاری یا جوشکاری) در هر دو مورد مشابه است. علاوه بر این، در اتصالات نشیمن از یک لچکی نگهدارنده بر روی جان یا بال عضو فرعی استفاده می‌شود.
اتصالات T شکل در سازه های فولادی
در این اتصال، یک مقطع T شکل به منظور کنار هم نگه داشتن عضو اصلی و فرعی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این ترتیب، مقاومت در برابر بارهای برشی و خمشی به میزان زیادی افزایش می‌یابد. مقاومت تکیه‌گاهی در اتصال T شکل از اهمیت بالایی برخوردار است.
اتصالات محوری در سازه های فولادی
اتصالات محوری در سازه های فولادی، وظیفه مقاومت در برابر بارهای محوری را دارند. این اتصالات معمولا برای اتصال ستون به ستون یا تیر به تیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. اتصالات وصله ای، مهاربند و خرپا به عنوان انواع مختلف اتصالات محوری شناخته می‌شوند.
اتصالات وصله ای
اتصال وصله ای به منظور انتقال نیروهای محور، برشی و خمشی طراحی می‌شود. این نوع اتصالات دو عضو هم راستا (تیر یا ستون) را در کنار یکدیگر نگه می‌دارند. سطح مقطع‌های دو عضو درگیر در اتصالات وصله ای می‌توانند مشابه یا متفاومت باشند.
اتصالات مهاربند
اتصال مهاربند به منظور نگهداری ستون یا عضوهای دیگر سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع اتصال بارهای کششی و فشاری (بارهای محوری) اعمال شده را بین عضوهای مختلف توزیع کرده و از عضوهای اصلی سازه نگهداری می‌کنند.
اتصالات خرپایی
خرپا، مجموعه‌ای از تیرهای متصل به هم است که تشکیل یک سازه صلب را می‌دهد. به دلیل توزیع خوب بار در خرپا، این سازه مقاومت بسیار خوبی در برابر انواع بار دارد. اتصالات خرپایی نیز از اتصال چندین تیر فرعی به یکدیگر و همچنین به ستون یا تیر اصلی ایجاد می‌شوند. این نوع اتصالات، توزیع بارهای فشاری و کششی بین عضوهای سازه را به بهترین نحو انجام می‌دهند.
