ستون های CFT یا ستون های فولادی پر شده از بتن

 

ستون CFT

ستون های CFT یا ستون های فولادی پر شده از بتن، به ستون هایی مختلط که به صورت قوطی یا لوله فولادی هستند، گفته میشود. از این ستون ها با استفاده از عملکرد مشترک فولاد در محیط و بتن در بخش مرکزی  جهت باربری استفاده میشود. در برخی از مقالات از این ستون با نام اختصاری CFST  نیز یاد شده است. این نوع ستون با ایده استفاده از مزیت های بتن و فولاد به صورت همزمان شکل گرفت، در واقع ستون های CFT ترکیبی از مقاومت های بتن و فولاد بوده و از ستون های فولادی و یا ستون های بتنی مقاوم تر است. دراوایل قرن بیستم برای اولین بار، از ستون های فولادی پرشده با بتن استفاده شد.

قبل از استفاده از ستون های CFT،  دراسکلت فلزی ساختمان ها، برای حفاظت در برابر حریق، فولاد را با یک لایه نازک از بتن میپوشاندند. همین موضوع باعث شد تا مهندسین دریابند بتن موجب افزایش مقاومت ستون میشود. به تدریج استفاده از ستون های CFT در سراسر جهان به خصوص در کشورهایی از اروپا و آسیای شرقی وآمریکا افزایش یافت.

ستون های CFT به چند دسته تقسیم میشوند:

CFT _ مقاطع فولادی پرشده با بتن

SR-CFT _ مقاطع فولادی پرشده با بتن مسلح دارای مقطع تقویتی

SFR-CFT _ مقاطع فولادی پرشده با بتن مسلح دارای الیاف

مقاطع توخالی دایره ای شکل سطح محصورشدگی بیشتری را برای بتن درونی خود دارند اما با این حال از مقاطع مربعی و مستطیلی بیشتر استفاده میشود چرا که این نوع مقاطع به راحتی قابل طراحی و دارای مقاومت خم شدگی مناسب نیز هستند. مقاطع مستطیلی در دو شکل بیضی و گرد به دلیل زیبایی و استحکام بالا مورد توجه قرار گرفته اند.

 

مزایای مقاطع فولادی پرشده با بتن

یکی از اصلی ترین مزایای ستون های CTF  یا مقاطع فولادی پرشده با بتن کاهش هزینه های اقتصادی است. استفاده از ستون های CFT  سبب کاهش مصرف فولاد در ساخت سازه شده و در نهایت با هزینه کمتر سازه ای مقاوم و با کیفیت خواهید داشت. تعدیل کمانش موضعی بخش فولاد، افزایش عمر و مقاومت بتن به جهت محصور شدگی از دیگر مزایای ستون های CFT  میباشد.

بتن همیشه از بهترین گزینه ها در ساخت سازه ها بوده است اما یکی از مهم ترین ایراد های آن زمان بالا، در اجرای سازه خواهد بود. مقاوم سازی بتن برای تحمل باربالای سازه، عملیات قالب بندی و بازنمودن قالب ها سبب افزایش اجرای سازه با بتن میشود به همین خاطر ستون های CFT  که ترکیبی از فولاد و بتن هستند گزیه بسیار مناسبی خواهد بود چراکه فولاد به عنوان قالب دائمی بتن عمل کرده وامکان تحمل بارهای سنگین را نیز دارد. به همین دلیل این نوع ستون علی رغم استفاده از بتن در مدت کمتری، سازه را به پایان میرساند.

همانطور که میدانید سازه ها باید در برابر حریق نیز مقاوم سازی شوند. مقاومت سازه ای با مقاطع فولادی توخالی پرنشده برای ساختمان های بلند در یک آتش سوزی حدود نیم ساعت است، این در حالی است که زمان مقاومت مقاطع فولادی پرشده با بتن بیشتر است. هسته مرکزی بتن گرما را حذب کرده و تغییرات دما در بخش بیرون مقاطع فولادی کند تر رخ میدهد و مقاومت سازه تا حد زیادی افزایش میدهد. با این حال در صورت از بین رفتن دیواره فولادی بیرونی ستون های CFT ، بتن های درون ستون بخش باربری را بر عهده میگیرند تا ساختمان به یک باره ریزش نکند. طبق تحقیقات انجام شده، هندسه مرکز و خروج از مرکزیت بار و ضخامت به کاررفته در لایه محافظ فولاد در برابر حریق بسیار تاثیر گذار است.

ستون های پرشده از بتن با دولایه فولاد بسیار مقاوم تر خواهد بود چراکه دمای فولادی بیرونی هرچقدرهم زیاد باشد جداره فولادی درونی دمایی کمتری خواهد داشت و همین امر مقاومت ستون های پرشده با بتن که دارای دو لایه فولاد هستند را، افزایش میدهد.

استفاده از ستون های CFT  سبب میشود فضای کمتری در سازه مورد استفاده قرار گیرد. در بسیاری از موارد ابعاد بزرگ ستون ها، طراحان را برای استفاده از دهانه بلند و سیستم باربری جانبی با قاب خمشی را منصرف میکند، بنابراین ستون های CFT  این امکان را به آنها می دهد. فضای داخلی مفیدی که این ستون ها ایجاد میکنند میتواند در طبقات زیرین و پارکینگ های طبقاتی مورد استفاده قرار گیرد.

استفاده از بتن با توجه به اثر محصورشدگی سبب افزایش مقاومت سازه شده و در مورد مقاطع بتن مسلح با استفاده از المان خاموت این امر اجرایی میشود. تحقیقات نشان داده، بتن محصور شده به مراتب کرنش بالاتری نسبت به محصور نشده داراست ک این نسبت حدود 11 برابر گزارش شده است.

ستون های پرشده از بتن استهلاک انرژی بیشتری در مقایسه با ستون های توخالی داشته و علت این امر عملکرد مختلط ستون های CFT   می باشد. این موضوع توسط مهندسین با مطالعات گسترده ومدل سازی عددی اثبات شده است.

از ستون های CFT میتوان به جای ستون های مقطعی معمولی استفاده کرده وجابه جایی سازه با استفاده ازافزایش ممان اینرسی مقطع و افزایش مقاومت ستون را افزایش داد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *