متداول ترین سیستم اتصالات در المان های فولادی

سیستم مرو ، بی نقص و مطمئن

سیستم سازه فضاکارِ مرو که می توان گفت متداول ترین سیستم در اتصالات سازه های فضاکار است در سال ۱۹۴۲ توسط دکتر مکس منگرین هاوسن و پس از مطالعات بر روی سازه های طبیعی در کشور آلمان ابداع شد. بررسی های او بر روی سازه های طبیعی باریک ولی مقاوم نشان داد که چگونه آنها قدرت خود را توسط مقاطع عرضی لوله ای و با استفاده از گره هایی که در فواصل منظم در امتداد طولشان وجود دارد به دست می آورند.

پیدایش مرو

نام مرو که امروز به عنوان یک سیستم مشهور شناخته می شود، از مخفف نام اصلی منگریگ هاوسن روهر باویس گرفته شده است. این سیستم در ابتدا به عنوان سیستمی برپایه مدول های ثابت شده تصور می شد خرپای فضایی مرو یک گره اتصالی کلی و مجموعه ای از اعضا با طول استاندارد دارد که از یک متر شروع شده و با ضریب ” رادیکال2″ ما بین اندازه ها به ترتیب ادامه می یابد افزایش طول اعضا از یک گره مرکزی که فرمی کروی دارد شروع شده و تقلیدی از رشد مارپیچی حلزون است. استفاده از مرو باعث شده است که قیمت سازه فضایی در ارتیاط با کیفیت و زمان نصب سازه فضا کار بسیار بهینه تر از گذشته شود.

انواع مرو کدامند

هر چند اکنون انواع مختلفی از اتصالات گره های سیستم مرو برای بخشی از تقاضاها در دسترس است ولی اعضا در شبکه های فضایی یک لایه و دولایه برای طولهای مورد نیاز ساخته می شوند. این سیستم طراحی جالبی از منظر معماری و عملکرد ، و انعطاف پذیری خوبی نیز از نظر سازه ای دارد.

ویژگی های مهم

مزیت اصلی در سازه های سیستم مرو آن است که شکل گره های کروی خط عمل تمام نیروهای اعضاست که درمرکز گره به هم برخورد می کنند. بنابراین هیچ گونه خروج از مرکزی برای ایجاد خمش در لوله هایی که در ابتدا نیروهای محوری فشاری و کششی را حمل می کنند، وجود ندارد . همچنین توخالی بودن اتصالات، موجب کمینه شدن وزن آن می شود . این نوع گره در برپایی دکل های آنتن نیز کاربرد داشت. در ادامه با اجزای مرو آشنا خواهیم شد.

گوی

این گوی های توپر که به منظور ایجاد پایداری و ارتباط بین اعضای سه بعدی به کار می روند از فولاد ریخته شده ساخته شده اند. تعداد ۱۸ سوراخ رزوه دار شعاعی به طور یکنواخت روی سطح ماشین کاری شده گوی ها پراکنده شده و اعضای لوله ای توسط انتهای مخروطی خود با زوایای مختلف ۴۵، ۶۰ و ۹۰ نسبت به سایر سوراخ ها در آنها جای می گیرند و پیچ می شوند.

وظیفه گوی

گوی ها خود و اعضای مربوطه شان را در یک موقعیت ثابت نگه می دارند و باعث ایجاد تعادل بین نیروهای اعضا می شوند با رایانه های مدرن و روش های ساخت دیجیتالی ، دقت روش های سوراخ کاری افزایش یافته است. در این حالت سوراخ ها می توانند در هر زاویه مورد نیاز در مقایسه با زوایای استاندارد موجود ایجاد شوند ، اگرچه زاویه حداقلی به میزان ۳۵ درجه بین سوراخ های مجاور مورد نیاز است.

این توانایی در ایجاد سوراخ های دنده دار در زوایای غیر استاندارد، انعطاف بیشتری به طراح در انتخاب هندسه شبکه فضایی می دهد. سطح گوی در اطراف سوراخ ها مسطح شده تا قرارگیری مهره های حائل را بر روی آن ساده تر کند .

کاربرد سوراخ های گوی

سوراخ ها در سطح گوی به گونه ای ایجاد شده اند که امتداد محور اعضای لوله ای که در آنها قرار می گیرند دقیقاً در مرکز کره با هم تلاقی کند. گره های استاندارد در محدوده ای از اندازه های استاندارد برای انتقال نیروهای اعضای شبکه با بزرگی مختلف تولید می شوند. گره های با سوراخ های کمتر برای کاربرد های معمول از قبیل گره های تکیه گاهی استاندارد تولید می شوند.

دسته بندی گوی ها

۱- گوی های معمولی دارای چندین سوراخ با زوایای ارتباطی استاندارد؛

۲- گوی های استاندارد که برای اتصالات با زوایای خاص بکار میروند؛

۳- گوی های ویژه سرستون که به صورت استوانه ای و به صورت کروی می باشد.

جنس گوی ها

گوی ها می تواند از جنس آلومینیوم یا فولاد باشد. اما اگر فولادی باشد باید برای تغییر شکل های موجود کنترل گردد که در این صورت اتصالات بزرگتری خواهیم داشت. آلومینیوم علاوه بر اینکه وزن و مدول الاستیسیته کمتری از فولاد دارد ، مقاومت کششی بالاتری نیاز دارد.

متداول ترین نوع گوی

یکی از گوی های متداول در کشور ما از جنس آلیاژ فولادی سیکا ۴۵ با مقاومت Fy و Fu کمی بیش از St52 می باشد و گوی ها ، مخروطی ها و همه اجزای سازه فضاکار به صورت مرو از آلیاژ فولاد تولید می گردد. گوی های اتصال مرو از جنس آلیاژ فولاد فرج شده کوبن کاری شده سیکا ۴۵ می باشد. مهمترین عیب سیکا ۴۵ این است که چنانچه نیاز به جوش روی آن باشد جوش پذیری خوبی ندارد و باید با پیش گرمایش امکان جوش ، روی گوی را فراهم کرد .

خصوصیات گوی استاندارد

گوی استاندارد با زوایای مابین پیچ برابر ۴۵درجه می باشد ، ضخامت های معمول گوی ها از ۶۰ تا ۹۰ میلی متر تا ۳۰ سانتی متر متغیر است. قطر معمول خارجی گوی ها به طور استاندارد در اندازه های ۶۰،۹۰،۱۱۰۱۳۰،۱۵۰ سانتی متری است . آنچه در طراحی اتصالات به خصوص طراحی گوی ها حائز اهمیت است ، بررسی عدم تداخل پیچ های درون آن است که این مورد می تواند با نرم افزارهای جانبی یا به صورت دستی کنترل گردد . همچنین اگر در محل اتصال پیچ ها از داخل بسته و محکم شوند اتصال انعطاف پذیری بیشتری خواهد داشت. در عناصر سازه ای مرو اتصال عضو مفصل به عنوان یک مفصل پرچی ایده آل عمل نمی کند اما می تواند گشتاورهای پیچشی اضافه بر نیروهای عادی در اعضا را انتقال دهد .

مخروطی

جهت ملاحظات هندسی در محل اتصال المان به گوی از قطعه مخروطی شکل فولادی که به لوله جوش می شود، استفاده می گردد. این قطعه دارای دو نوع کششی و فشاری است.

کاربرد اصلی

مهمترین نقش آن جلوگیری از تراکم لوله ها در نزدیکی گوی است. پیچ یک اتصال جدا شدنی بوده و جهت انتقال نیرو از آن کمک گرفته می شود و نیروی کششی از گل پیچ به نشیمنگاه مخروطی انتقال پیدا می کند. اتصال لوله ها به گره ها توسط بسته شدن این پیچ در رزوه های ایجاد شده در گره ها صورت می گیرد که اندازه و جنس این قطعه نیز بر اساس نوع و میزان بار وارده طراحی شده و از ابعاد مختلفی برخوردار است. این پیچ از طریق یک سوراخ تعبیه شده بر روی سطح عضو لوله ای وارد آن شده از بخش مخروطی جوش داده شده به انتهای لوله عبور می کند. پیچ های این سیستم دارای کلاس سختی بالا می باشند. در طراحی اتصالات مهمترین نکته بررسی هندسه گوی و عدم تداخل طول رزوه پیچ های درون گوی می باشد .

پیچ های سیستم مرو

پیچ های رایج از انواع خاص M64 ،M32 ،M27 ،M20 ،M12 می باشند که به طور اختصاصی برای سازه های فضاکار همراه با تعبیه پین های کنترل کننده با طول های مختلف ساخته می شود . طول پیچ ها بستگی به نیروهای انتقالی طرح دارد. نیروهای کششی از مخروط انتهایی عضو توسط سطوح باربر داخلی مخروط به پیچ ها انتقال پیدا کرده و سپس از طریق پیچ در حال کشش به رزوه های گره منتقل می شوند. در این حالت پیچ ها و طول رزوه شده درون گوی بیشترین تاثیر را در انتقال نیرو دارند نیروهای فشاری نیز از طریق مهره های پیرامونی پیچ های اتصالی و توسط اتصال مستقیم سطوح باربر ماشین کاری شده و پیچ هایی که به صورت موثر فقط در موقعیت صحیح روی گره ها واقع شده اند، انتقال می یابند.

رابطه بین گوی و پیچ

معمولا قطر گوی ها کمی بالاتر انتخاب می شود تا تعداد تیپ پیچ های موجود کاهش یابد. همچنین در لوله های اتصال مرو برای ورود پیچ در محل اتصال پس از میزان نمودن لوله سوراخی در نقاط انتهایی لوله ها تعبیه شده است که اگرچه مقاومت هموند ها را می تواند تا حدی کاهش دهد، اما برای خروج و تبخیر آب می تواند مفید باشد.

اسلیو (غلاف)

اتصال پیچ به گره ها توسط مهره ای که به وسیله یک خار با پیچ درگیر شده است صورت می گیرد. این قطعه نیز بر اساس نوع و میزان بار وارده طراحی شده و از ابعاد مختلفی برخوردار است. مهره ای است که در فشار عمل می کند و جهت محکم کردن پیچ ها در داخل گوی نیز استفاده می شود.

انواع اسلیو

اسلیوها به دو شکل شیاردار و سوراخ دار تولید می شوند که توسط پین به پیچ متصل می گردند. جهت محکم کردن و اطمینان از ورود کافی پیچ درون رزوه از اسلیو یا غلاف استفاده می کنیم که طول آن بستگی به نیروی موجود در اتصال و طول پیچ دارد. پین روی اسلیو (غلاف) برای کنترل میزان فرورفتگی پیچ درون گوی تعبیه شده است. غلاف ها در دو نوع فرج کاری یا نوع استفاده از دستگاه تراشکاری اتوماتیک CNC تولید می شود.

یک مهره فاصله انداز به شکل منشور شش ضلعی و یک میخ تا پیچ بتواند بچرخد و کاملا سفت شود؛

یک زبانه فلزی که از پیچ عبور کرده آن را به مهره حائل متصل می کند.

اعضای استاندارد مقاطع دایره ای توخالی از لوله های فولادی یا آلومینیومی هستند که به صورت مقاطع مخروطی باریک شونده و در انتها جوش شده است. برای محافظت در برابر خوردگی لوله ها از داخل و خارج گالوانیزه می شوند و پوشش آنها شامل پودر پلی استر پوشش دهنده یا دو قسمت یورتان است. سیستم هولز مرو از اعضایی از جنس چوب های لایه لایه تشکیل شده که در انتها دارای لوله های کوتاه فولادی برای اتصال به گره ها می باشند.

مراحل اتصال اعضای لوله ای به پیوندۀ گویسان

اعضای لوله ای به اندازه های لازم بریده میشوند؛

مخروط های انتهایی به دو سر اعضای لوله ای جوش داده می شوند؛

عضو و مخروط های انتهایی گالوانیزه می شوند؛

پیچ ها از طریق سوراخ تعبیه شده در انتهای عضو لوله ای در آن وارد می شوند؛

پیچ ها پس از قرارگیری در جای خود به وسیله زبانه فلزی به مهره حائل متصل می شوند. در ضمن مهرۀ حائل نیز گالوانیزه می شود؛

به کمک مهرۀ حائل پیچ ها در سوراخ های موجود در پیونده گویسان قرار می گیرند. برای حفظ زیبایی ظاهری سازه ممکن است سوراخ های تعبیه شده بر روی اعضای لوله ای توسط یک سرپوش پلاستیکی پوشانده شوند.

قابلیت های سازه فضایی با اتصال گره ای مرو

به دست آوردن یک سطح افقی و تراز در زیر سقف سازه فضایی اجرا شده فارغ از نوع و میزان شیب روی آن که جهت زه کشی نزولات جوی در نظر گرفته می شود؛

امکان ایجاد سطوح مختلف با شیب های متفاوت در یک سطح از سازه فضایی اجرا شده؛

قابلیت اجرای انواع پوشش های محافظ بر روی قطعات (نظیر انواع رنگ ها و حتی انواع آبکاری ها) به واسطه محدود بودن ابعاد اعضای متشکله سازه فضایی؛

قابلیت حذف و یا تغییر محل تکیه گاه سازه فضایی اجرا شده با حداقل تغییرات در سازه موجود و با صرف کمترین زمان و هزینه؛

حداقل تداخل کاری با دیگر فعالیت های عمرانی که در محل اجرا به صورت موازی در حال اجراست؛

عدم نیاز به ماشین آلات سنگین و یا دستگاه های خاص در هنگام نصب و اجرای سازه فضایی و قابلیت ملحوظ نمودن شرایط خاص اجرایی هر پروژه در هنگام طراحی و تولید

نمونه هایی از استفاده از مرو

امکان انتخاب طول های متفاوت برای چشمه های سازه فضایی و پوشش فضا های با ابعاد مختلف از جمله سازه های فضاکار در ایران که با سیستم مرو اجرا شده اند، می توان به موارد زیر اشاره کرد:

پایانه مسافربری ورامین

سالن انتظار ایستگاه راه آهن قم؛

سالن های چهارگانه و گنبدی نمایشگاه بین الملل خراسان

ورزشگاه چند منظوره بانوان در بعثت تهران

فروشگاه های شهروند تهران صادقیه، قزل قلعه ، فرمانیه؛

مرکز تحقیقات و فناوری در کرج

رستوران مرکز تجاری پروما

حسینیه صالح شیراز

ورزشگاه چند منظوره پتروپارس عسلویه

پوشش وید مرکزی مجتمع تجاری اداری نور تهران

گستردگی استفاده از مرو در جهان

هم اکنون در جهان سیستم های خرپاهای فضایی متعددی بر اساس ایده گره های توپی ریخته شده و اعضای لوله ای ساخته شده است. مانند تی. ام. تراس توسط شرکت تایو کیوگو . در ژاپن و ای بی بی ای اسپیس در آفریقای جنوبی تفاوت اصلی این سیستم ها در روش اتصال بین انتهای لوله و گره های توپی است. اگرچه برخی از این سیستم ها بسیار شبیه به سیستم مرو هستند .

انواع جدید پیونده های گرهی مرو

شرکت مرو امروزه علاوه بر گره های توپی ،KK محصولات دیگری را نیز به بازار عرضه کرده که به ویژه در ساخت سازه های فضاکار یک لایه و پوسته مانند که نیاز به صلبیت در گره ها برای افزایش پایداری سازه دارند ، استفاده می شوند. در زیر به برخی از آن ها اشاره ای مختصر می کنیم .

سیستم گره ان . کی بول “NK-Bowl”

این سیستم که گرهی شبیه به یک کاسه دارد بیشتر برای شبکه های دولایه مورد استفاده قرار می گیرد. اعضای مهاری جانش همانند سیستم KK است و با اتصالات مفصلی به گره مرتبط می شوند .

سیستم گره استوانه ای زد.کی “ZK-Cylinder”

این سیستم گره های استوانه ای دارد و در شبکه های تک لایه مستطیلی یا ذوزنقه ای شکل به کار می رود. اتصالات آن مقاومت خمشی بالایی دارند و پوشش سقف مستقیم و بدون واسطه بر روی آنها قرار می گیرد .

سیستم گره دیسک تی . کی “TK-Disc”

این سیستم که اتصالات صفحه ای دارد در شبکه های تک لایه مستطیلی و در دهانه های کوچک مورد استفاده قرار می گیرد و اتصالات اعضا در گره به صورت مفصلی می باشد .

سیستم گره بلوک بی.کی BK-Block” “

این سیستم هم در شبکه های تک لایه و هم دولایه استفاده می شود و اتصالات آن با پیچ صورت می پذیرد .