در ساخت و سازهای مدرن، استفاده از روشها و فناوری‌های پیشرفته برای اتصال قطعات سازهای به یک دیگر امری حیاتی است. یکی از این روشها، فورجینگ است که در سال‌های اخیر به دلیل استحکمام بالا، سرعت اجرا و کیفیت اتصالات مورد توجه مهندسین عمران و مجریان پروژه‌های ساختمانی قرار گرفته است. اما استفاده از روش در ایران همچون سایر روش‌های ساخت تابع ضوابطی است که در مقررات ملی ساختمان مطرح شده است.
فورجینگ چیست؟
فورجینگ (Forging) به فرآیند شکل دهی فلزات تحت فشار بالا اطلاق می‌شود که اغلب بدون ذوب شدن انجام می‌گیرد. در ساختمان سازی اصلاح فورجینگ معمولا به اتصالات فورجینگ میلگردها اشاره دارد. در این روش انتهای میلگردها به صورت مکانیکی به یک دیگر متصل می‌شوند بدون نیاز به جوشکاری.
جوش فورجینگ میلگرد
جوش فورجینگ میلگرد یک روش اتصال میلگردها به یکدیگر است که در آن از هیچ ماده‌ی اضافی مانند الکترود یا سیم جوش استفاده نمی‌شود. در این روش، دو سر میلگرد تا دمای خمیری شدن حرارت داده می‌شوند و سپس تحت فشار هیدرولیکی به هم پرس می‌شوند تا یک اتصال یکپارچه و مقاوم ایجاد شود.
کاربرد فورجینگ در ساختمان سازی
در پروژه‌های ساختمانی، از این روش بیشتر برای اتصال میلگردها استفاده می‌شود:
- اتصال میلگردها در ستون‌ها، دیوارها و تیرها
- اتصال میلگردها در پروژه‌های بلندمرتبه
- وصله میلگردها در پروژه‌های با حجم بتن ریزی بالا
- استفاده از سازه‌های بتنی خاص با الزامات لرزه‌ای
- جایگزین مناسب برای اورلپ طولی میلگردها (وصله پوششی)
مزایای استفاده از فورجینگ در ساخت و ساز
- افزایش استحکام اتصال: اتصال‌های فورج شده، مقاومت کششی و فشار بالایی دارند و معمولا ظرفیت باربری آن‌ها از خود میلگرد بیشتر است.
- صرفه جویی در فضای میلگردی: در وصله‌های پوششی (اورلپ)، بخش زیادی از طول میلگرد مصرف می‌شود؛ اما در این روش، این طول حذف می‌شود.
- کاهش مصرف میلگرد: با حذف اورلپ، مقدار مصرف میلگرد کاهش می‌یابد.
- سرعت اجرا: اتصالات فورجینگ بسیار سریع‌تر از جوش یا وصله‌کاری اجرا می‌شوند.
- عدم وابستگی به جوشکار ماهر: اجرای اتصالات مکانیکی نیاز به جوشکار ندارد و با دستگاه‌های مخصوص قابل اجرا است.
- پایداری بالا در برابر زلزله: در صورتی که این روش مطابق با ضوابط آیین‌نامه‌ای اجرا شود، در سازه‌های مقاوم در برابر زلزله کاربرد دارد.
انواع اتصالات فورجینگ
در صنعت ساخت و ساز، اتصالات فورجینگ به چند شکل اصلی وجود دارد:
1. فورجینگ سرد (Cold Forging)
در این روش، دو سر میلگرد توسط دستگاه‌های مخصوص تحت فشار شدید به یکدیگر جوش سرد داده می‌شوند. این روش در ایران رایج‌تر است و نیاز حرارت دهی ندارد.
2. فورجینگ گرم (Hot Forging)
در این نوع، ابتدا انتهای میلگرد حرارت داده می‌شود و سپس تحت فشار، فورج می‌گردد. این روش به دلیل نیاز به کنترل دقیق حرارت کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. کوپلرهای فورجینگ
کوپلرها قطعاتی فولادی هستند که بین دو میلگرد قرار می‌گیرند و با رزوه یا اصطکاک مکانیکی اتصال را برقرار می‌کنند. این روش در آیین نامه‌های ایران مجاز شمرده شده است.
ضوابط در مقررات ملی ساختمان
در ایران، ضوابط مربوط به اتصالات مکانیکی میلگردها از جمله فورجینگ، در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های بتن آرمه) و همچنین آیین نامه بتن ایران (آبا) ذکر شده‌اند.
1. ضوابط آیین نامه بتن ایران (آبا)
مطابق بند 1-22-9 آیین نامه آبا:
اتصالات مکانیکی میلگردها از جمله در این روش در صورتی مجاز است که توسط دستگاه‌های تایید شده و براساس دستورالعمل‌های فنی معتبر اجرا گردد و نتایج آزمایش‌ها نشان دهد که اتصال مکانیکی، مقاومت کششی حداقل معادل مقاومت میلگرد اصلی دارد.
2. الزامات مبحث نهم مقررات ملی
- مقاومت اتصال باید از مقاومت مشخصه میلگرد بیشتر باشد.
- محل اتصال باید در نقاطی با تمرکز تنش کمتر انتخاب شود.
- در سازه‌های لرزه‌ای، استفاده از این روش در ناحیه بحرانی مجاز نیست مگر با رعایت الزامات خاص.
- اتصال باید تحت آزمایش کشش، خمش و چرخه بارگذاری قرار گیرد.
آزمایش‌ها و کنترل کیفیت در اتصالات فورجینگ
قبل از اجرای انبوه در پروژه، لازم است نمونه‌هایی از اتصال‌ها به آزمایشگاه ارسال شده و تحت آزمایش‌های زیر قرار گیرند:
- آزمایش‌های کشش: بررسی مقاومت کششی اتصال نسبت به میلگرد پایه.
- آزمایش خمش معکوس: برای بررسی عملکرد اتصال در چرخه‌های خستگی
- آزمایش چرخه بارگذاری متناوب: در سازه‌های لرزه‌ای برای ارزیابی دوام اتصال
تنها در صورت قبولی در این آزمایش‌ها اجازه اجرای انبوه داده می‌شود.
نکات اجرایی فورجینگ در کارگاه‌های ساختمانی
- استفاده از دستگاه فورجینگ معتبر و کالیبره شده ضروری است.
- اپراتور آموزش دیده باید دستگاه را راه اندازی کند.
- دو سر میلگرد باید فاقد زنگ زدگی، روغن و آلودگی باشند.
- اتصال نهایی باید فاقد ترک، بریدگی یا تغییر شکل غیرمجاز باشد.
- شماره سریال و تاریخ اتصال در صورت امکان باید ثبت شود.
موارد ممنوعه استفاده از این روش
با وجود مزایای فراوان در این روش در برخی شرایط نباید مورد استفاده قرار گیرد:
- در ناحیه بحرانی سازه لرزه‌ای (مگر با تایید نظام فنی).
- در میلگردهایی با قطر کمتر از 12 میلی متر (به دلیل احتمال کاهش سطح مقطع).
- در شرایطی که دستگاه فورجینگ یا اپراتور تایید شده وجود ندارد.
- در بتن‌های با پوشش ناکافی که امکان دسترسی کهت اجرا محدود است.
مقایسه فورجینگ با روش‌های سنتی وصله کاری
| ویژگی‌ها | فورجینگ | وصله پوششی (اورلپ) | جوشکاری میلگرد |
|---|---|---|---|
| استحکام اتصال | بالا | متوسط | بالا (در صورت اجرای صحیح) |
| نیاز به فضای اضافی | ندارد | دارد | ندارد |
| سرعت اجرا | بالا | متوسط | پایین |
| نیاز به نیروی ماهر | کم | کم | زیاد |
| کنترل کیفیت | بالا (در صورت تست) | کمتر | وابسته به جوشکار |
| هزینه | اولیه بالا، کلی مقرون به صرفه | پایین | متوسط به بالا |
