معرفی انواع ستون‌های مرکب بتنی و فولادی

امروزه به دلیل نیاز بشر به ساخت و ساز و کمبود زمین مناسب، آپارتمان سازی امری ضروری به نظر می رسد. افزایش ارتفاع ساختمان ها و همچنین درجه اهمیت آن ها، طرحی دقیق و مهندسی را می طلبد. ساختمان‌ها را می توان بر اساس مواد استفاده شده در طراحی و ساخت اجزای سازه ای به دو دسته کلی تقسیم نمود:

 * ساختمان های فولادی

 * ساختمان های بتنی

فولاد را می توان به عنوان عضو اصلی در هر سازه ای بر شمرد که از دیرباز مورد استفاده قرار می گرفته است. مدول الاستیسیته فولاد تقریباً دو برابر بتن می باشد. این مدول الاستیسیته بالا موجب شده تا برای به دست آوردن یک مقاومت مساوی، مقاطع بتنی طراحی شده، حجیم تر و بزرگ تر از مقاطع فولادی که چندان مناسب نمی باشد.

از طرف دیگر، با افزایش سطح مقطع ستون ها، مقدار ممان اینرسی آن ها افزایش یافته، که موجب مقاومت بیشتر در برابر خمش می شود. از این منظر، سازه های بتنی نسبت به سازه های فولادی صلب تر می باشند. بنابراین، مقاومت زیاد فولاد باعث شده که در مقایسه با بتن، برای طراحی اجزای سازه ای مانند ستون، دارای سطح مقطع کوچک تری باشد ولی در عوض، سازه، رفتار نرم تر و انعطاف پذیر تر خواهد داشت.

البته، اگر برای طراحی یک ستون فولادی، از مقطع پروفیل قوطی شکل توخالی استفاده شود، به دلیل فاصله ورق ها نسبت به تار خنثی، ممان اینرسی مقطع بهبود می یابد. مبنای استفاده از مقاطع فولادی قوطی پروفیل شکل در سازه های مرکب، دست یابی به همین مهم و رفتار خمشی بهتر است.

دسته‌بندی انواع ستون مرکب

نیاز به طرح دقیق و داشتن خصوصیات توأمان فولاد و بتن با هم، طراحان را بر این داشت تا به بررسی همه جانبه رفتار ستون های پروفیل قوطی شکل فولادی پر شده با بتن (CFST) بپردازند. در این سازه ها علاوه بر نیاز به بتن، به پروفیل های قوطی نیز نیاز می باشد از این رو قیمت پروفیل آهن در طراحی ستون های مرکب تاثیرگذار می باشد. ستون های CFST، ظرفیت باربری محوری بیشتر، عملکرد شکل پذیری بهتر، ظرفیت جذب انرژی بیشتر و کاهش مقاومت کمتری در مقایسه با ستون های بتن مسلح مرسوم و یا پروفیل قوطی های فولادی دارند. بنابراین، استفاده از این ستون ها در ساخت سازه های بلند مرتبه، پل ها، حائل ها و ... متداول شده است.

بهبود خواص سازه ای با استفاده از ستون های CFST، عمدتاً ناشی از عملکرد ترکیبی پروفیل قوطی فولادی و هسته بتنی می باشد. اثر مهاری توسط مقطع توخالی فولادی موجب می گردد تا هسته بتنی تحت تنش سه محوره رفتار کند و ظرفیت کرنشی و مقاومت آن افزایش یابد. هسته بتنی نیز نقش مهمی را در افزایش ظرفیت باربری و حذف کردن، یا به تأخیر انداختن وقوع کمانش محلی در مقطع بازی می کند.

با استفاده از این مقطع ترکیبی، می‌توان حداقل دو مورد زیر را انتظار داشت:

به دلیل پر شدن پروفیل قوطی فولادی با بتن، سازه رفتار صلب تری داشته باشد. زیرا، در صورت اعمال بار جانبی به ستون، به یک سمت آن نیروی کششی و به سمت دیگر آن، نیروی فشاری اعمال می گردد که بخشی از این نیرو به بتن منتقل خواهد شد.
فولاد می تواند علاوه بر تحمل بارهای جانبی، خمش و برش، بخش اعظمی از بارهای ثقلی را نیز تحمل کند و از سهم بارهای ثقلی وارده به بتن بکاهد، که نتیجه آن، نیاز به مقطع کوچکتر برای طراحی می باشد.مزایا و معایب سیستم ستون مرکب

در ستون های قوطی فولادی پرشده با بتن فواید بی شماری از نقطه نظر ساختاری مطرح می باشد. این ستون ها، مقاومت بالا و شکل پذیری مورد انتظار را تأمین می کنند. بنابراین برای سازه های چند طبقه، سازه با ارتفاع طبقات متفاوت و در مناطق با لرزه خیزی بالا مناسب می باشند. چنانچه قیمت پروفیل قوطی خریداری شده مناسب باشد با استفاده از این سیستم می توان در هزینه های مصرفی صرفه جویی نمود. میزان فولاد مصرفی در ستون های CFST کمتر و سختی ستون های CFST بیشتر از ستون های فولادی خالص است. این موضوع، به دلیل وجود بتن در داخل پروفیل قوطی فولادی می باشد.

از سوی دیگر، مقایسه بین ستون های بتن آرمه نشان می دهد که در ستون های بتن آرمه، تنها آرماتورهای عرضی، فشار محصور شدگی را برای هسته بتنی ایجاد می کنند. در حالی که در ستون های CFST، کل قوطی فولادی نقش محصور کنندگی را برای هسته بتنی ایفا می کند. در این سازه ها وزن پروفیل قوطی نیز نقشی مهم را ایفا نموده و در هنگام طراحی بایستی به این نکته توجه نمود.

در اعضای فولادی، مقاومت کششی بالا و شکل پذیری و در اعضای بتنی، مقاومت فشاری بالا و سختی مطرح است. به طور کلی، ستون های CFST به عنوان یک عضو کامپوزیتی، ترکیبی از بتن و فولاد می باشدکه از خواص سودمند هر دو مصالح بهره می برد. از سوی دیگر، پروفیل قوطی فولادی به عنوان قالب در حین ساخت عمل می کند و نصب آن می تواند سبب تسریع در بتن ریزی شود. بنابراین، کاربرد ستون های CFST موجب کاهش هزینه قالب بندی و نیروی کار می گردد. همچنین، قوطی فولادی به عنوان حفاظ، مانع پوسته شدن بتن می شود. بتن نیز از کمانش فولاد پس از بارگذاری جلوگیری می کند.

لازم بذکر است، با وجود تمام فوایدی که برای ستون های CFST عنوان شد، کاربرد این ستون ها با پاره‌ای از محدودیت‌ ها همراه است که در این زمینه می توان به کمبود تجربه در ساخت و پیچیگی اتصالات به کار رفته در این ستون ها اشاره کرد. همچنین، قرارگیری فولاد در سطح خارجی ستون، نیاز به حفاظت در برابر آتش سوزی را لازم می کند. بنابراین تمهدیدات خاصی را برای آن باید پیش بینی نمود.

منبع: مرکزآهن

این مطلب، یک خبر آگهی بوده و اول خونه در محتوای آن هیچ نظری ندارد.