آرشیو مرداد ماه 1396

برای ستون های فولادی توخالی اجرای ورق پیوستگی به صورت سخت کننده داخلی در اتصالات قاب خمشی با شکل پذیری ویژه یکی از روش های متداول در کشور است؛ لکن جزئیات اجرای این نوع سخت کننده دشوار و منوط به بریدن وجوه ستون میباشد. به علاوه برای ستون های مختلط که قرار است با بتن پر شوند، وجود ورق های داخلی مانع عبور بتن میگردد. از این رو انواع دیگری از این نوع سخت کننده ها در کشورهای دیگر استفاده میشود که علاوه بر سهولت اجرا، رفتار سازه ای بهتری نیز دارند. از جمله این روش ها اجرای سخت کننده به صورت دیافراگم خارجی یا سخت کننده یقه ای میباشد. این نوع سخت کننده خصوصا برای مقاطع قوطی نورد شده که در ابعاد بزرگ در حال حاضر در کشور نیز تولید میشوند بهترین گزینه اجرائی میباشد. این مقاطع در حال حاضر تا سایزهای 500 میلیمتری مربع و 600 میلیمتری مستطیل شکل تا ضخامت 25 میلیمتر به صورت یکپارچه نورد میشوند.


 آئین نامه انجمن معماری ژاپن AIJ روش طراحی اتصالات صلب قاب خمشی با دیافراگم خارجی را برای ستون های توخالی فولادی و ستون های توخالی مختلط (CFT) ارائه کرده است. این نوع اتصال برای هر دو گونه ستون با مقطع دایره و چهارگوش توخالی امکان پذیر است. تحقیقات Kamba و همکارانش در سال 1983 و Tabuchi و همکارانش در سال 1985 منجر به ایجاد شاکله اصلی فرمول های طراحی گردید. اخیرا اتصالات گیردار تیر به ستون قوطی شکل با دیافراگم خارجی توسط گروه های تحقیقاتی خارج از دانشگاه کوبه نیز مطالعه شد که علاوه بر بهبود فرمول های قدیمی، موجب افزایش دامنه کاربرد فرمول ها و قابلیت اطمینان بیشتر به آنها شد (Matsui  و همکاران در سال 1996، Ikebataو همکاران در سال 1999، Mitsunari و همکاران در سال 2001).

 

 

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 آنها مانند ساختمان های فولادی است. پر کردن بتن داخل ستون نه تنها موجب افزایش ظرفیت باربری مقطع فولادی می شود، بلکه موجب مقاومت ستون دربرابر حریق نیز میگردد.

انواع متداول مقاطع مختلط در تصاویر آمده است. این مقاطع شامل الف- مقاطع فولادی محاط در بتن که به آنها بتن مسلح به پروفیل فولادی (Steel Reinforced Concrete) نیز میگویند (که از مباحث این جزوه خارج است) و ب- مقاطع توخالی پر شده با بتن (Concrete Filled Tube) می باشد که خود انواع متنوعی از جمله مقاطع معرفی شده در تصویر ذیل دارد.

از نظر شکل پذیری و ظرفیت چرخشی، مقاطع توخالی پر شده با بتن بهترین رفتار را در مقایسه با سایر انواع دیگر ستون مختلط دارد. بتن توسط مقطع فولادی احاطه شده است و حتی در لحظه رسیدن به مقاومت نهائی نیز بتن دچار گسیختگی کامل نمیشود.

وجود فولاد در بیرونی ترین تارهای مقطع (جائی که بیشترین کشش وجود دارد) به طور موثر سبب افزایش حداکثر مقاومت خمشی مقطع می گردد. همچنین وجود فولاد با مدول الاستیسیته زیاد (در مقایسه با بتن) در دورترین فاصله از مرکز مقطع باعث افزایش ممان اینرسی میشود که این دو مورد نهایتا سبب افزایش سختی مقطع میگردد. بتن یک هسته ایده آل برای باربری ثقلی میباشد و همچنین کمانش موضعی تیوب فولادی (خصوصا قوطی) را به تاخیر می اندازد و در برخی حالات کمانش موضعی 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 شدید بسیار سودمند خواهد بود.                                                                                                                                                                                                                          ر مقایسه با ستونهای بتنی با انبوه میلگردهای متقاطع، تیوب فولادی می تواند از کرمو شدن بتن جلوگیری کند. به عبارت دیگر تراکم و شلوغی آرماتور خصوصا در نواحی اتصال حذف می شود که در ملاحظات لرزه ای بسیار سودمند خواهد بود. نتایج آزمایشات بسیاری نشان میدهند که مقاومت، شکل پذیری و جذب انرژی با پرکردن مقاطع توخالی با بتن افزایش می یابد.

مزایای فرعی دیگری نیز در استفاده از CFT وجود دارد. تیوب فولادی نقش یک قالب ماندگار برای بتن ایفا میکند و این موضوع سبب کاهش هزینه های انسانی و مصالح میشود. 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 (webb,1993). همچنین در مقایسه با قاب خمشی فولادی، در قاب مهاربندی نشده CFT، میزان صرفه جوئی در فولاد با افزایش طبقات افزایش می یابد (Morino و همکاران1996).

جزئیات اتصال نسبتا ساده تیر به ستون قوطی می تواند به کار برده شود. این موضوع سبب کاهش هزینه ها و سهولت طراحی میشود. با استفاده از بتن پر مقاومت، CFT ها نسبت به ستون های متداول بتن آرمه در هر فوت مربع قوی تر هستند (webb,1993). جائی که مقاومت زیاد مورد نظر است، سایز کوچکتری از ستون می تواند طرح شود و فضای مفید ساختمان افزایش یابد. اسکلت کوچکتر و سبکتری بر روی فونداسیون قرار می گیرد که مجددا سبب کاهش    هزینه ها خواهد شد.