امروزه استفاده از سازه‌های پیچ و مهره در صنعت، به نحو چشمگیری افزایش یافته به طوری که این سازه‌ها در گذشته فقط شامل سوله‌های صنعتی و مجتمع‌های پتروشیمی و سازه‌های مورد استفاده در صنایع نفت و گاز می‌شدند. هم اکنون کاربرد این سازه‌ها در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری که در شهرها نیز ساخته میشود با رشد چشمگیری روبرو بوده است.
از مهمترین دلایل استفاده از سازه‌های پیچ و مهره در کشور‌های صنعتی عدم نیاز به جوشکاری، زمان نصب سازه در موقعیت‌های سخت، همچنین سرعت بیشتر اجرا در محل نصب نسبت به سازه‌های جوشی است. همچنین اسکلت‌هایی که در محوطه پروژه‌های ساختمانی تولید می‌شوند بخاطر محدودیت در تامین برق کافی و بکار گیری دستگاه‌های جوش مدرن (با نرخ نفوذ بالا و استاندارد)، عدم وجود ابزار صنعتی سنگین، تیم‌های مجرب، رنگ آمیزی و زنگ زدایی صحیح و … نه تنها فاقد کیفیت هستند بلکه کاملاً دست و پاگیر و دارای پروسه‌ای زمان بر هستند که بلاشک منجر به ایجاد ترافیک در معا‌بر و تزاحم همسایگان میشود.
روش‌های مرسوم اتصالات در سازه‌های فلزی :
۱-اتصالات سازه‌های فلزی پیچ و مهرهای
۲-اتصالات پرچی
۳-اتصالات جوشی
پیچ وسیله‌ای است برای سفت کردن و بستن قطعات به یکدیگر که از جنس فلزی ساخته شده است. پیچ‌ها یا به درون یک شیار می‌روند و دو قطعه را به یکدیگر جفت میکنند (شیار خارجی) و یا همانند مهره درون پیچ دیگری محکم می‌گردند (شیار داخلی). رایجترین استفاده پیچ‌ها نگه داشتن اجسام به یکدیگر و قرار دادن صحیح در جای خود می‌باشد.
مهره جسمی حلقه‌ای شکل، گرد یا چند ضلعی است که داخل سوراخش رزوه شده است. رزوه و شیار مهره‌ها با رزوه و شیار پیچ‌ها باید دارای تناسب خاص برای چرخش صحیح پیچ درون مهره باشد که معمولاً از جنس فولاد، آهن یا دیگر فلزات هستند اما برای پیچ‌های پلاستیکی باید از پیچ های پلاستیکی استفاده شود.
مزایا اتصالات پیچ و مهره :
۱-سرعت اجراپیچ و مهره نسبت به جوشکاری و سایر اتصالات با سرعت بالای قابل انجام می باشد.
۲-این روش اتصال سازه ای قابلیت برچیدن و جداکردن تیر ها و ستون ها را دارا می باشد.
۳-کیفیت ساخت سازه با امکانات موجود در کارخانه و طبق نقشه‌های طراحی شده و تحت نظارت واحد کنترل کیفی قابل مقایسه با سازه‌های جوشی که در محل نصب سازه ساخته می‌شوند نبوده و دارای کیفیت بسیار بالایی است
۴-پرت مصالح و ورق های فولادی و جوشکاری و ... به حذاقل می رسد.
۵-ایمنی و پایداری سازه با اتصال پیچ و مهره به بالاترین حد می رسد.
۶-از نظر اقتصادی اتصال ستون به تیر ها بااستفاده از پیچ و مهره مقرون به صرفه می باشد.
۷-مقاومت در برابر آتش سوزی در دماهای بالا معمولا اتصالات پیچ و مهرهای مقاومت بیشتری در برابر حرارت دارند و احتمال تخریب سازه بسیار کمتر از اتصالات جوشی است
۸-عدم نیاز به فضای کار، معمولاً در شهرها به دلیل عدم وجود موقعیت و مکان مناسب جهت ساخت، اغلب پیمانکاران دچار زحمت فراوان شده که با استفاده از این نوع سازه‌ها، قابلیت اجرا در شلوغ‌ترین و کم حجم‌ترین موقعیت‌ها را فراهم کرده است
۹-از این اتصال در سایر نقاط جهان به عنوان اتصال مقاوم یاد می شود
۱۰-خوردگی در سازه پیج و مهره نسبت به سایر اتصالات به حداقل می رسد.مهرهای قبل از رنگ آمیزی، قطعات داخل دستگاه‌های سندبلاست و وایر برس تحت نظر واحد کنترل کیفی زنگ زدایی می‌شوند که در سازه‌های جوشی این عملیات انجام نمیشود و همچنین در سازه‌های جوشی بجای رنگ غنی شده با روی، که در سازه‌های پیچ و مهرهای استفاده میشود، ضد زنگ بکار میرود که این امر باعث خوردگی سریع سازه میشود
۱۱-امکان استفاده در مدیریت حوادث و در مناطق سیل زده و زلزله و...امکان پذیر می باشد.
۱۲-شرایط محیطی کار برای اجرای مناسب اتصالات جوشی لازم است درجه حرارت محیط، تهویه هوا، محل استقرار و نیز فضای دسترسی به اتصال در شرایط مناسب و قابل قبولی باشد. در حالی که محدودیت‌های ذکر شده در اجرای سازه‌های فولادی به کمک اتصالات پیچی به مراتب کمتر است.
انواع پیچ‌ها در اتصالات
.تقسیم بندی پیچ‌های معمولی و پیچ‌های پرمقاومت با توجه به مقاومت نهایی کششی آنها و نوع مصالحی که در ساخت و تولید آنها به کار میرود، انجام می‌گیرد. هر دو نوع پیچ معمولی و پرمقاومت دارای شکل ظاهری مشابه یکدیگر هستند
پیچ‌های معمولی:
ASTM A .مصالح پیچ‌های معمولی از نوع فولاد نرمه با کربن کم هستند. پیچ‌های معمولی در استاندارد۳۰۷با علامتمشخص می‌شوند. قیمت پیچ‌های معمولی از پیچ‌های پرمقاومت کمتر بوده و با قطرهای محدود ساخته می‌شوند. مورد مصرف آنها در سازه‌های سبک مانند خرپاهای کوچک، سازه‌های موقتی و اعضای درجه دوم سازه‌ها مانند مهاربندها و لاپه‌ها هستند. از پیچ‌های معمولی به عنوان وسیله کمکی مونتاژ نیز در اتصالاتی که اعضای اصلی آن توسط جوش و یا پیچ های پرمقاومت متصل می‌شوند استفاده میکنند
پیچ‌های پرمقاومت
.عرضه پیچ‌های پرمقاومت تحول زیادی در صنعت سازه‌های فولادی و اتصالات آنها به وجود آورد. مصالح پیچ‌های پرمقاومت از فولاد با کربن متوسط است که خود و مهره آنها به وسیله عملیات مرغوب سازی (حرارت دهی و کاهش حرارت) تولید می‌شوند و قبل از شروع عملیات مرغوب سازی حدود ۱۶ تا ۲۵ ساعت گداخته می‌شوند
انواع عملکرد اتصالات پیچی
انواع اتصال‌های پیچی
به طور کلی دو فلسفه در عملکرد اتصالات پیچی وجود دارد که شامل اتصال اتکایی و اتصال اصطکاکی هستند.
۱-عملکرد اتصال اتکایی :
در عملکرد اتکایی، پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می‌گیرد و مهره بسته میشود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد میشود، قطعات اتصال لغزش پیدا میکنند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه‌های اتصال وارد میشود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ میشود. این اتصال تنها برای حالت بارگذاری ثقلی بوده و در طرح لرزه‌ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این نوع اتصال هیچ نیروی پیش‌تنیدگی در پیچ ایجاد نمیشود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله‌ی کارگر کفایت می‌کند.
۲-عملکرد اتصال اصطکاکی :
هنگامی که پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می‌گیرد، علاوه بر مهره باید از واشر نیز استفاده نمود. باید توجه شود که واشر مصرفی در اتصال اصطکاکی نباید از نوع واشر فنری باشد. در طراحی لرزه‌ای تنها باید از این فلسفه‌ی طراحی در اتصال استفاده شود. به عبارتی دیگر، در طراحی همه‌ی اتصالات قاب‌های خمشی و قاب‌های دوگانه و نیز اتصالات بادبندی و وصله‌ی ستون‌های باربر جانبی در قاب‌های ساده باید از این نوع عملکرد استفاده نمود. در این نوع اتصال، علاوه بر سفت کردن نخستین پیچ، باید به مقداری که در طراحی مشخص شده است، نیروی پیش‌تنیدگی نیز در پیچ ایجاد شود. با اعمال نیروی پیش- تنیدگی، در پیچ تحت کشش قرار گرفته و با اعمال بار، بین صفحات اتصال اصطکاک به وجود می‌آید کهباعث عدم لقی و کارکرد کامل اتصال میشود. باید در نظر داشت که شکل پیچ در اتصال اصطکاکی با شکل پبچ در اتصال اتکایی متفاوت است. به طوری که پیچ‌های اتصال اصطکاکی دارای سر پیچ بزرگتر هستند.
