ستونهای کمپوزیت
ستونهای کمپوزیت شامل ترکیب‌های مختلفی از دو مصالح بتن و فولاد بوده که با نام‌های ستون مختلط، ترکیبی، مرکب، CFT ،SRC ،RCS ،TWC نیز رایج هستند. استفاده از ستونهای کمپوزیت به اوایل سال ۱۹۰۰ میلادی بر می‌گردد که با ساخت پل‌ها و ساختمان‌ها با اعضاء ترکیبی شروع شد که امروزه شکل‌های مختلفی از این اعضاء دیده میشود گسترش روز افزون آن به خاطر بهبود رفتار ستون‌ها در اثر ترکیب خوب بتن و فولاد است که عملکرد بهتر و صرفه اقتصادی بیشتر را در پی دارد. انواع ستونهای کمپوزیت در سه تیپ کلی زیر خلاصه می‌شوند.
- تیپ ۱- مقاطع فولادی مدفون در بتن
- تیپ ۲- مقاطع فولادی جدار نازك پر شده از بتن
- تیپ ۳- مقاطع فولادی نیمه مدفون در بتن
تیپ ۱- مقاطع فولادی مدفون در بتن
اولین بار این ستون‌ها برای جلوگیری از تخریب ساختمان در برابر آتش سوزی ابداع شد و این نوع از مقاطع با نام‌های SRC یا RCS رایج شده‌اند (Reinforced Concrete & Steel).
تیپ ۲- مقاطع فولادی جدار نازك پر شده از بتن
این نوع از ستونهای کمپوزیت بیشتر برای جلوگیری از کمانش موضعی ستونهای جدار نازك فولادی در نظر گرفته شده است و با نام‌های CFT و TWC مشهور هستند. بتن استفاده شده در این ستون‌ها می‌توانند به وسیله میلگرد مسلح شوند یا اینکه بسته به نوع مصرف بصورت ساده و غیرمسلح استفاده شود. ویژگی‌های منحصر به فرد این نوع از ستونهای کمپوزیت عدم نیاز به میلگردگذاری، صرفه جویی در قالب بندی، سرعت بالای ساخت، اثر محدود کنندگی فولاد بر بتن، محافظت سطح بتن از ضربه و سایش است.
تیپ ۳- مقاطع فولادی نیمه مدفون در بتن
این نوع از ستونهای کمپوزیت از ترکیب انواع مختلفی از اشکال فولاد با بتن شکل می‌گیرند و جذب انرژی بالا، شکل پذیری بالا، افزایش در مقاومت و سختی ستون از ویژگی‌های این نوع از ستونهای کمپوزیت است.
کاربرد ستونهای کمپوزیت
ساختمان‌های کمپوزیت امروزه در جهان بسیار فراگیر شده‌اند و با توجه به فواید بسیار زیاد در عملکرد سازه‌ای و صرفه‌ی اقتصادی بالا، روز به روز شرکت‌های بیشتری در این زمینه کار می‌کنند و هر روز اشکال مختلفی از این نوع ستون‌ها مورد بحث و بررسی قرار می‌گیرد و انواع جدیدی از ترکیب‌ها ابداع میشود، کاربرد این ستون‌ها دامنه بسیار وسیعی دارد از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- ساختمان‌های بلند مرتبه
- کارگاه‌های صنعتی بزرگ
- پایه پل‌ها
- سکوهای ساحلی
- شمع‌های فونداسیون
- ستونهای نگهدارنده مخازن
- ستونهای سازه‌های بتنی با دهانه‌های بزرگ مقاوم سازی انواع سازه‌ها
در سال‌های اخیر تعداد زیادی از ساختمان‌های بسیار بلند که در جهان ساخته شده‌اند بطور عمده با سیستم کمپوزیت بوده و از سازه بتن مسلح برای هسته و سازه فولادی برای پوسته بیرونی استفاده شده است و در اعضاء سازه‌ای از انواع ترکیب‌های فولاد و بتن بصورت کمپوزیت بهره برده‌اند که تعدادی از ساختمان‌های کمپوزیت ساخته شده به این روش شامل موارد زیر هستند.
Petronas Tower
Nanpu Bridge
Sannomiya Intes
Sannomiya Grand
Manulife Tower
Cheung Kong Center
International Finance Center Tower 1
International Finance Center Tower 2
Shun Tak Center
Time Square
Hotel/Office towers in HKCEC Phase I
برج پتروناس مالزی
برج‌های دوقلوی زیبای پتروناس مالزی که با هنر اسلامی آمیخته است و با سیستم کمپوزیت هسته بتنی داخلی، پوسته فولادی بیرونی و انواع اعضاء کمپوزیت، با هزینه ۶ میلیارد دلار و ارتفاع ۴۵۲ متر در ۸۸ طبقه ساخته شده است که دو برج در طبقات ۴۱ و ۴۲ توسط پل هوایی ۶۰ متری بهم متصل شده‌اند.
پل نانپو
پل نانپو یکی از زیباترین پل‌های جهان در شانگهای چین قرار دارد از تیرها و ستونهای مرکب از فولاد، کابل و بتن ساخته شده است مجموع طول پل ۸۳۴۶ متر با دهانه ۴۲۳ متر است.
ساختمان سانومیا اینتز
ساختمان سانومیا اینتز در شهر هیوگوی ژاپن توسط شرکت تاکیناکا طراحی و در سال ۱۹۹۴ تکمیل شد. هم سیستم سازه‌ای کمپوزیت و هم انواع اعضاء ترکیبی از مصالح فولاد و بتن را درآن شاهد هستیم با ۱۴ طبقه دارای فضای کل ۲۰۶۴۲ متر مربع بوده که ۲ طبقه آن در زیر زمین قرار دارد.
ساختمان سانومیا گرند
ساختمان سانومیا گرند در شهر هیوگوی ژاپن توسط شرکت تاکیناکا طراحی و در سال ۱۹۹۵ تکمیل شد. هم سیستم سازه‌ای کمپوزیت و هم انواع اعضاء ترکیبی از مصالح فولاد و بتن را درآن شاهد هستیم با ۱۵ طبقه دارای فضای کل ۳۵۷۸۷ متر مربع است که ۳ طبقه آن در زیر زمین قرار دارد.
مزایا و معایب ستونهای کمپوزیت
تحقیقات نشان داده است که ستونهای کمپوزیت در اثر عملکرد مشترك بتن و فولاد دارای ویژگی‌های بسیاری است که برای نمونه به موارد زیر اشاره می‌کنیم.
- تحمل نیروی فشاری زیاد
- تحمل نیروی برشی زیاد حاصل از زمین لرزه‌های قوی
- پایداری قوی بدون افت در تمام مراحل آزمایشات
- افزایش مقاومت در برابر آتش‌سوزی
- کاهش مصرف فولاد در سازه
- اجرای ستون بدون نیاز به میلگرد گذاری و قفسه آرماتور بندی
- صرفه جویی در قالب بندی و سرعت بالای ساخت
- اثر محدود کنندگی فولاد بر بتن
- محافظت سطح بتن از ضربه و سایش
چند نمونه از مزایای استفاده از ستونهای کمپوزیت در ساختمان‌های بلند
- ایجاد ساختمان‌ها با ابعاد بسیار بزرگ
- مساحت کف زیاد در طبقات در حدود ۱۸۰۰ تا ۲۵۰۰ متر مربع
- مساحت کل عرصه وسیع در حدود ۸۰۰۰۰ تا ۲۰۰۰۰۰ متر مربع
- ستونهای کم در طبقات – افزایش عرصه مفید که در طبقات پایین حائز اهمیت است
- صرفه اقتصادی بالا با توجه به مصرف کمتر مصالح و ایجاد عرصه مفید بیشتر
- تامین امنیت ساکنین ساختمان و سلامتی تجهیزات اساسی سازه در زمین لرزه‌های مهم
معایب کلی ستونهای مرکب
- اتصال تیر به ستون پیچیده
- کاهش اثر محصور کنندگی جانبی فولاد بر بتن با تسلیم شدن جدار فولادی
