ستون کامپوزیت چیست؟ ستون های مختلط کامپوزیت ترکیبی است از بتن و فولاد که مجموعه ای از مزایای ستون های بتن آرمه و ستون های فولادی را دارد. ستون مختلط شکل پذیری بیشتری نسبت به ستون های بتنی دارد و اتصالات آن ها ساختمان های فولادی است. پر کردن بتن داخل ستون، نه تنها موجب افزایش ظرفیت باربری مقطع فولادی می شود، بلکه موجب مقاومت ستون در برابر حریق نیز می گردد.
فهرست
انواع متداول مقاطع مختلف
انواع متداول مقاطع مختلف در تصاویر آمده است. این مقاطع شامل:
الف – مقاطع فولادی محاط در بتن که به آن ها بتن مسلح به پروفیل فولادی (Steel Reinforced Concrete) نیز می گویند.
ب- مقاطع تو خالی پر شده با بتن (Concrete Filled Tube) می باشد که خود انواع متنوعی از جمله مقاطع معرفی شده در تصویر دارد.
از نظر شکل پذیری و ظرفیت چرخشی، مقاطع تو خالی پر شده با بتن بهترین رفتار را در مقایسه با سایر انواع ستون مختلف دارد. بتن توسط مقطع فولادی احاطه شده است و حتی در لحظه رسیدن به مقاومت نهایی نیز دچار گسیختگی کامل نمی شود.
وجود فولاد در بیرونی ترین تارهای مقطع (جایی که بیشترین کشش وجود دارد) به طور موثری سبب افزایش مقاومت خمشی مقطع می گردد. همچنین وجود فولاد با مدول الاستیسیته زیاد (در مقایسه با بتن) در دورترین فاصله از مرکز مقطع افزایش ممان اینرسی می شود که این دو مورد نهایتا سبب افزایشش سختی مقطع می گردد. بتن یک هسته ایده آل برای باربری ثقلی می باشد و همچنین کمانش موضعی تیوب فولادی (خصوصا قوطی) را به تاخیر می اندازد و در برخی حالات، کمانش موضوعی را به کلی حذف می کند.
آزمایشات نشان می دهد که تیوب فولادی با محصور کردن بتن، مقاومت فشاری ستون ها را در حالت تیوب دایره (لوله) بالا برده و در نوع تیوب چهارگوش (قوطی) شکل پذیری را افزایش می دهد. لذا استفاده از مقطع CFT به عنوان ستون های در معرض بارهای فشاری با ستون های بتنی با انبوه میلگردهای متقاطع، تیوب فولادی می تواند از کرمو شدن بتن جلوگیری کند.
اگر فرصت مطالعه این متن را ندارید ! هم اکنون تماس بگیرید و مشاوره رایگان دریافت کنید.
به عبارت دیگر، تراکم و شلوغی آرماتور، خصوصا در نواحی اتصال حذف می شود که در ملاحضات لرزه ای بسیار سودمند خواهد بود.
نتایج آزمایشات بسیاری نشان می دهند که مقاومت، شکل پذیری و جذب انرژی با پرکردن مقاطع تو خالی بتن افزایش می یابد. مزایای فرعی دیگری نیز در استفاده از CFT وجود دارد.
تیوب فولادی نقش یک قالب ماندگار را برای بتن ایفا می کند که این موضوع سبب کاهش هزینه های انسانی و مصالح می شود. سرعت ساخت با روش CFT خصوصا در ساختمان های متوسط تا بلند مرتبه، بسیار بیشتر است.
هزینه خود اعضا در مقایسه با سازه فولادی بسیار کمتر است و طبق اصل مقاومت بر دلار هزینه، تقریبا هزینه CFT برابر با هزینه اعضای بتن مسلح می باشد.
همچنین در مقایسه با قاب خمشی فولادی، در قاب مهاربندی نشده CFT، میزان صرفه جویی در فولاد با افزایش طبقات افزایش می یابد.
جزییات اتصال نسبتا ساده تر به ستون قوطی می تواند به کار برده شود. این موضوع سبب کاهش هزینه ها و سهولت طراحی می شود. با استفاده از بتن پر مقاومت، CFT ها نسبت به ستون های متداول بتن آرمه در هر فوت مربع قوی تر هستند.
جایی که مقاومت زیاد مورد نظر است، سایز کوچکتری از ستون می توان طرح شود و فضای مفید ساختمان افزایش یابدو اسکلت کوچکتر و سبکتری بر روی فندانسیون قرار می گیرد که مجددا سبب کاهش هزینه ها خواهد شد.
روش های طراحی
روش های طراحی متعددی برای ستون های مختلط در کشور های مختلف ارائه شده و یا در دست تدوین می باشد. در ژاپن روش طراحی ستون های مختلط توسط انجمن معماری ژاپن (AIJ) استاندارد طراحی شده است، طراحی ستون های مختلط با دو روش، شامل روش جمع آثار قوا و یا با روش در نظر گرفتن مقطع فولادی به عنوان یک آرماتور خیلی قوی مانند طراحی مقاطع بتن مسلح صورت می پذیرد.
هر دو روش بر اساس روش طراحی تنش های مجاز می باشدو اما روش طراحی یوروکد4 با روش ژاپن متفاوت است. روش جمع آثار قوا ظرفیت بخش های بتنی و فولادی را به طور جداگانه محاسبه و با هم جمع می کند و از عمل کامپوزیت فولاد و بتن صرف نظر می کند.
طبق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ایران:
– حداکثر نسبت عرض به ضخامت قوطی فولادی برابر با 2.26 0.5 (E/FY) می باشد که برای فولاد ST37 برابر با حدود 67 به دست می آید. همچنین برای لوله این مقدار برابر با 0.15 (E/FY) می باشد.
– مساحت مقطع فولادی باید حداقل یک درصد مساحت کلی مقطع باشد.
در ویرایش سال 2001 استاندارد ژاپنی AIJ برای سازه های کامپوزیت فولاد و یتن محدودیت های زیر در نظر گرفته شده است:
– تنش جازی شدن تیوب فولادی در محدوده 235 مگاپاسکال تا 355 مگاپاسکال در نظر گرفته شود.
– محدودیت عرض به ضخامت برای قوطی فولادی پر شده با بتن، برابر 1.5 است که برای ST37 معمولی این محدودیت برابر با 71 می باشد. این محدودیت در استاندارد مذکور برای مقاطع پر شده با یتن 1.5 برابر نسبت به فولاد لخت آزادانه تر است.
– حداکثر طول مجاز عضو CFT در این استاندارد 50 برابر عرض تیوب می باشد.
طبق یورو کد 4 این محدودیت ها عبارت اند از:
– محدودیت عرض به ضخامت برای قوطی فولادی پر شده با بتن برابر 52* (FY/235) 0.5است که برای ST37 معمولی این محدودیت حدود 52 می باشد.
ساختمان شعبه بانک در منطقه مرکزی کوبه پس از زلزله 17 ژانویه 1995 در این ساختمان از ستون های تو خالی پر شده با بتن استفاده شده است. گرچه این ساختمان در نزدیکی مرکز زلزله قرار دارد، لیکن تخریب نشده است.
این ساختمان و سایر ساختمان هایی که با این نوع ستون استوار شده بودند نمونه هایی برای اثبات رفتار خوب و مقاومت ستون های تو خالی پر شده با بتن در زلزله ها می باشد.
همچنین شما می توانید برای کسب اطلاعات بیشتر و یا مشاوره و خرید و سفارش نصب انواع نما ساختمانی با تیم بانیان نما مبنا در تماس باشید:
تماس با کارشناس فروش: 09123153599
دفتر تهران: ملاصدرا، خیابان شیراز جنوبی
