اتصال CONXL

اتصال  ConXL برای دستیابی به اتصالی محکم و مطمئن، حذف جوشهای کارگاهی و نصب آسان، طراحی و ارائه شده است که یک اتصال خمشی تیر بال پهن فولادی به ستون قوطی نورد شده با باکس ساخته شده از ورق می باشد. کالر، قطعۀ پیرامونی اصلی این اتصال است که شامل بال و جان فولادی است که از قبل در کارخانه به بالهای تیر جوش شده است (جوش شیاری با نفوذ کامل)، به صورت استاندارد و با شیوۀ فورج تولید می شود.

وظیفۀ انتقال نیروها برعهدۀ این قطعه است. فلنج اتصال که در بالا و پایین به تیر جوش می­شود و توسط بولت به کالر متصل می گردد نیز با همان شیوۀ فورج تولید می­گردد. این اتصال برای قابهای خمشی متوسط و ویژه کاربرد دارد.

تاریخچه ConXL

سیستم کان ایکس ال ConXL ، سیستم اتصالات سازه ای، با فن‌آوری نوینی است، پایۀ شاسی‌های مدولار، که توسط یک مهندس با تجربه آمریکایی به نام رابرت سیمون، که بیش از 30 سال در صنعت ساختمان فعالیت دارد، جهت اجرای انواع سازه‌های فولادی مانند: سازه های مسکونی، صنعتی، تجاری، پتروشیمی، نفت و گاز، بیمارستانها، هتل ها، پارکینگ‌های طبقاتی، مراکز خرید و مرکز داده و همچنین سازه های حیاتی و زیربنایی نظیر لابراتوارها و مراکز تحقیقاتی مهم، ابداع و نخستین بار در سال 2008 میلادی به جامعۀ علمی و مهندسی معرفی گردید.

آقای سیمون، از سالها قبل، به خصوص پس از حملۀ تروریستی 11 سپتامبر 2001، برجهای دوقلوی مرکز تجارت جهانی، در شهر نیویورک در آمریکا، که باعث فرو ریزش کامل آنها شد، در فکر ابداع سیستم ها و روشهای نوینی برای طراحی، ساخت و اجرای سازه های فولادی بود، تا بتواند ضمن افزایش سرعت ساخت و اجرا و تولید انبوه، ساختمانهای با کیفیت، مقاوم در برابر باد و زمین لرزه، ایمن در برابر انفجار و فرو ریزش، و همچنین به لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه ارائه نماید. در همین راستا او برای تحقق اجرای طرح خود، شرکت فن آوری‌های ساختمانی کان ایکس تک (ConXTech) را در ایالات متحده آمریکا پایه ریزی نمود. 

درباره شرکت ConXTech

کمپانی (ConXTech) پس از مطالعه، تحقیق و گذراندن 17 آزمایش لرزه‌ای با مقیاس کامل بر روی سیستم ابداعی خود (اتصال سازه ای کان ایکس الConXL  ) در دانشگاه آریزونا در آمریکا و همچنین بررسی‌های دقیق فنی که توسط هیئت تعیین صلاحیت اتصال (CPRP) موسسه فولاد ساختمانی آمریکا AISC 358 انجام شد، سرانجام در 19 مارس سال 2010 میلادی، موفق به اخذ تأییدیه یرای اتصال سازه‌ای ConXL از AISC گردید. همچنین به واسطۀ قابلیت های این فن آوری، در AISC 358 به صورت آیین‌نامه وارد شده در طراحی‌های لرزه‌ای، برای قاب خمشی فولادی متوسط و همچنین قاب خمشی فولادی ویژه در سطح جهان مورد استفاده قرار گیرد.

  • کالرها (هر دو) توسط کارخانه خاص باید ساخته شود و در واحدهای کوچک و کارگاهی قابل ساخت نیست که این امر هزینه زیادی در بر دارد.
  • کلیه جوشکاری‌های اتصالات مربوط به این سیستم باید در شرایط کنترل‌شده کارخانه‌ای انجام شود.
  • این اتصال تنها در قاب‌های با زوایای کاملاً قائم کاربرد دارد. همچنین فقط تیرهای با عمق یکسان را میتوان در این نوع اتصال استفاده کرد.

جزئیات اتصال

سیستم کان ایکس ال ConXL نوعی سیستم اتصالات سازه‌ای با فن آوری نوین بر پایه ی شاسی‌های ماژولار است که توسط یک مهندس با تجربه آمریکایی به نام رابرت سیمون که بیش از 30 سال در صنعت ساختمان فعالیت دارد ابداع گردیده است. جهت اجرای انواع سازه‌های فولادی مانند: سازه‌های مسکونی، صنعتی، تجاری، پتروشیمی، نفت و گاز، بیمارستانها، هتل‌ها، پارکینگ‌های طبقاتی، مراکز خرید و مرکز داده و همچنین سازه‌های حیاتی و زیربنایی نظیر لابراتوارها و مراکز تحقیقاتی مهم، ابداع و نخستین بار در سال 2008 میلادی به جامعه علمی و مهندسی معرفی گردید.

وظیفۀ انتقال نیروها بر عهدۀ این قطعه است. فلنج اتصال که در بالا و پایین به تیر جوش می شود و توسط بولت به کالر متصل می گردد نیز با همان شیوۀ فورج تولید می گردد. این اتصال برای قاب های خمشی متوسط و ویژه کاربرد دارد.

اجزای تشکیل دهنده اتصال Conxl

سازه های فولادی با سیستم اتصالات کان ایکس ال ConXL از 3 قسمت تشکیل می شوند:
1- ستونهای قوطی مربع شکل cm 40 *40 = HSS یا Box Columns Built-up پرشده با بتن.
2- یقه های ستون، به هرگوشۀ ستون، یک یقه، (که خود از سه قسمت تشکیل شده) با جوش گوشه متصل می شود.
3- تیرهای بال پهن (Wide Flange Beams) همراه یقه های متصل شده به ابتدا و انتهای آنها.

مزایای اتصال Conxl

1- سیستم کان ایکس ال ConXL اتصالی با 6 درجه گیرداری است ( X, Y, Z, Mz, My & T )
2- در احداث سازه‌های فولادی با استفاده از این فن‌آوری نیازی به جوشکاری در محل اجرای پروژه نمی‌باشد و کلیه جوشکاری‌ها در شرایط کنترل شده در کارخانه انجام و تست میشوند.
3- برخلاف سازه‌های متداول که اجرای آنها چند ماه طول می‌کشد، اجرا با این سیستم به کمتر از 2 هفته زمان نیاز دارد.
4- بر اساس تست‌های انجام شده در برابر زلزله و انفجار دارای استحکام لازم بوده و دارای تأئیدیه‌هایی از AISC, ATFP, OSHPD, UFC می‌باشد.
5- پیش ساختگی از مزایای مهم سیستم ConXL بوده که بیش از 80% آن را تشکیل می‌دهد.
6- میزان نصب اسکلت با سیستم کان ایکس ال ConXL، روزانه 900 مترمربع می باشد.
7- در سیستم ConXL به واسطۀ ساخت قطعات و اعضاء سازه در کارخانه، تقریباً می‌توان گفت پرت مصالح وجود ندارد.
8- استفاده از مقاطع قوطی به عنوان ستونهای سازه بجای استفاده از ترکیب مقاطع پروفیل و ورق و نظایر آن سبب بهینه سازی مقاطع و صرفه جویی در مصرف فولاد می شود.
9- این سیستم برای سازه‌های فولادی ساختمانی، دهانه‌هایی تا 12 و برای سازه‌های خاص غیر ساختمانی تا دهانۀ 20 متر، ضمن انجام کنترل‌های لازم بر اساس آئین‌نامه‌های مربوط می تواند مورد استفاده قرار بگیرد.
10- اجرای اسکلت سازه با این سیستم به مراتب سریع تر، بهتر و ایمن‌تر از سیستم های متعارف می‌باشد.

نحوه اجرای Conxl

1- حمل قطعات به محل پروژه: ابتدا کلیۀ قطعات ساخته شده در کارخانه شامل: ستون ها و یقه‌های متصل به آنها و همچنین تیرهای بال پهن همراه پلیت‌های رابط، با توجه به مقررات مربوطه به محل پروژه حمل می‌شوند.
2- نصب ستونها در محل بیس پلیت‌ها: در شرایطی که پی ساختمان اجرا شده و بیس‌پلیت ها نیز نصب شده باشند، ستون های چهارگوش HSS و یا ستون‌های باکس همراه یقه‌های متصل به آنها توسط جرثقیل در محل بیس‌پلیت ها قرار داده شده و پس از اطمینان از شاقول بودن و قرار داشتن در امتداد محورهای مختصات مورد نظر نسبت به جوشکاری و اتصال آنها به بیس پلیت اقدام می‌نمایند.
3- نصب تیرها: پس از نصب ستون‌ها و اطمینان از ایستایی موقت آنان در حین اجرای سازه، با استفاده از جرثقیل، هر یک از تیرها را در محل محور مربوطه و مابین دو ستون قرار می دهند. در اتصال ConXL، یقه‌های متصل به بال‌های تیر، به راحتی و بدون استفاده از ابزار خاص به صورت ثقلی در داخل شیارهایی که در یقه‌های ستون تعبیه شده ( کام )، قرار می گیرند و سپس آنها را توسط اتصالات به یکدیگر می بندند.
4- اجرای سقف ها: پس از نصب کلیۀ تیرهای اصلی و نصب تیرچه‌های فلزی کف‌ها در سازه، نوبت به اجرای سقف طبقات می‌رسد. در سیستم سازه‌ای کان ایکس ال ConXL از کف‌های صلب شامل: تیرهای فولادی همراه با عرشه فلزی و شبکه‌ای از مفتول‌های بافته شده فولادی به عنوان مش تقویتی و بتن استفاده می شود.

الزامات و محدودیت‌ها

  • تیرها

    – فقط تیرهای I شکل آماده و یا ساخته شده از ورق مورد پذیرش است.
    – حداکثر عرض بال تیر I شکل، 300 میلی متر است.
    – حداکثر ضخامت بال تیر I شکل، 25 میلی متر است.
    – در صورت استفاده از تیر ورق I شکل، جوش اتصال ورق جان به ورق بال نباید از ضخامت ورق جان و یا 8 میلی متر کمتر باشد.
    – نسبت دهانه خالص به ارتفاع تیر برای قابهای خمشی متوسط نباید از 5 و برای قابهای خمشی ویژه نباید از 7 کمتر باشد 

    ستون‌ها

    – ستون باید از مقطع قوطی (Box) باشد.
    –  حداقل بُعد ستون 400 میلی متر است.
    –  حداقل ضخامت جدار مقطع 10 میلی متر است.
    – کلیه ستونها باید با بتن با وزن مخصوص حداقل 1700 کیلوگرم بر متر مکعب و حداقل مقاومت 28 روزه با 210 کیلوگرم بر سانتی متر مربع روی نمونه استوانه‌ای استاندارد پر شوند.    – بتن داخل ستون بجز کنترل هسته اتصال در سایر موارد در محاسبات وارد نمی شوند و صرفاً از آن به عنوان یک حاشیه اطمینان استفاده می شود. 

    قطعات اتصال CONXL

  • – قطعات خاص فلنجی باید به روش ریخته‌گری و Forging مطابق ضوابط دستورالعمل پیوست B ساخته شوند. مصالح فولادی جهت ساخت این قطعات باید بر اساس ضوابط استاندارد ASTM 572 تهیه گردد.

  •      – سوراخهای لازم بر روی این قطعات باید به شیوه دریل کاری انجام شود. قطر سوراخ‌ها باید سه میلیمتر بیشتر از قطر پیچهای مربوط باشد.

  •      – پیچهای مورد استفاده باید از نوع A490 با حداقل قطر 31/8 میلیمتر بوده و اتصال به صورت اصطکاکی تامین شود.

  •       سایر موارد

    • تعداد طبقات با استفاده از این سیستم بر اساس محدودیتهای استاندارد 2800 ایران بسته به نوع روش طراحی لرزه ای از انواع قاب خمشی معمولی، متوسط و ویژه به ترتیب برابر با 15،50 و 150متر می باشد.
    • حداکثر طول دهانه برای احداث سازه های ساختمانی با این سیستم 12 متر و سازه های غیر ساختمانی 20 متر می باشد.

محدودیت‌ها

محدودیت ساخت

  • کالرها (هر دو) توسط کارخانه خاص باید ساخته شود و در واحدهای کوچک و کارگاهی قابل ساخت نیست که این امر هزینه زیادی در بر دارد.
  • کلیه جوشکاری های اتصالات مربوط به این سیستم باید در شرایط کنترل شده کارخانه ای انجام شود.
  • این اتصال تنها در قابهای با زوایای کاملاً قائم کاربرد دارد. همچنین فقط تیرهای با عمق یکسان را میتوان در این نوع اتصال استفاده کرد.

محدودیت طراحی

  • در مواردی که ستون در کنج قرار می گیرد و اتصالش دو وجهی است، اما کالرها الزاماً بایستی در هر چهار وجه اجرا شود که باعث غیر اقتصادی شدن پروژه یا سازه میشود.
  • در قابهای پیرامونی یا خارجی، چهار وجهی بودن کالرها باعث ایجاد محدودیت در معماری می گردد. 
  • این اتصال تنها در قاب‌های با زوایای کاملاً قائم کاربرد دارد. همچنین فقط تیرهای با عمق یکسان را میتوان در این نوع اتصال استفاده کرد.

مقایسه Conxl با سایر اتصالات

استفاده از اتصال ConXL دارای مزیت های بسیاری نسبت به سایر اتصالات رایج است. در این بخش، نگاهی اجمالی به عمده مزیت‌های این اتصال می‌اندازیم.

کارایی و استحکام

در اتصال ConXL تصویر (۱) نیروهای خمشی بال تیر از طریق جوش نفوذی کامل در ناحیه‌ی اتصال، به فلنج بال انتقال می‌یابد. فلنج‌های بال، نیروهای فشاری بال تیر را از طریق خمش فلنج بال و فشار مستقیم به کالرها انتقال می‌دهند. فلنج ها، نیروی کششی بال تیر را در حالت خمشی به بولت‌ها و آنها به فلنج‌های کناری و در نهایت به فلنج روبرو انتقال می‌دهند. این نیروهای ترکیبی از طریق سطح تماس کالرها و ستون و جوش‌های گوشه که کالرها را به ستون متصل می‌کنند، به دیواره ستون منتقل می‌شوند. عملکرد اجزای این اتصال به صورت کاملاً یکپارچه است.

ولی در اتصالات رایج (تصویر2) نیروی فشاری بال تیر از طریق جوش نفوذی به یکی از وجوه باکس منتقل شده و انتظار می‌رود توسط استیفنر به سایر وجوه انتقال داده شود.

حجم جوشکاری

حجم جوشکاری در این نوع اتصال به مراتب کمتر از اتصالات نوع معمول است و در ضمن تمامی مراحل جوشکاری با دقت و کیفیت بالا در کارخانه انجام می‌شود، بطوریکه در محل پروژه به هیچگونه جوشکاری نیاز ندارد.

استیفنر

در اتصال conXL مجموعه ای از قطعات به نام کالر و فلنج بال جایگزین استیفنرها (ورق پیوستگی) در اتصالات معمول شده اند.

دقت و سرعت

با استفاده از فیکسچر مخصوص جهت نصب کالر بر روی ستون، ضمن بالا رفتن دقت کار، سرعت انجام آن نیز به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد

استاندارد

مؤسسه AISC در سال 2010 اتصال ConXL را مورد بررسی قرار داده و پس از تأیید منتشر نموده است. در فصل دهم این آیین نامه به صورت مفصل به این اتصال پرداخته شده است که می توانید از طریق لینک زیر اقدام به دانلود آن نمایید.

دانلود فایل

برای دانلود فایل مجوز مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی دکمه زیر را کلیک کنید

اینجا کلیک کنید