تفاوت ستون کوتاه با ستون بلند | راهکارهای افزایش مقاومت آن

زمان مطالعه : ۶ دقیقه

تفاوت ستون کوتاه با ستون بلند | راهکارهای افزایش مقاومت آن

ستون به عنوان مهم‌ترین عنصر در سازه بتن آرمه وظیفه انتقال بار به فونداسیون را بر عهده دارد. ستون‌ها، دیوارها، المان‌های خرپایی از جمله اعضای فشاری به حساب می‌آیند که تحت تاثیر بار محوری و لنگر خمشی قرار می‌گیرند. ستون از جمله اعضای فشاری پر مصرف در سازه‌ها می‌باشد.

مطالبی که در این دانشنامه بیان می‌شود در زمینه بررسی ستون کوتاه و ستون بلند و مقایسه این دو ستون بتنی خواهد بود. قطعا راجب پارامترهای این دو ستون مطالبی شنیده‌اید اما آیا با نحوه طراحی و آنالیز این دو و تفاوت‌هایی که با هم دارند مطلع هستید، برای مطالعه بیشتر در ادامه با ما همراه باشید.

انواع دسته بندی ستون‌

تصویر ستون بتن آرمه

اگر نسبت طول یک عضو عمودی به کوچکترین بعد مقطع آن بیش از 3 برابر باشد آن عضو ستون نامیده می‌شود ولی اگر این نسبت کمتر از 3 برابر باشد پایه یا پدستال نام دارد. ستون، پایه و پدستال‌ها عمدتا به عنوان قطعات فشاری در ساخت پل، ساختمان، کارخانه و بسیاری موارد دیگر به کار برده می‌شوند.

ستون‌ها بر اساس معیارهای مختلف مانند شکل مقطع، مصالح استفاده شده در ساخت، انواع بارگیری، انواع آماتوربندی و خاموت بندی، طول و ارتفاع ستون طبقه بندی می‌شوند.

این المان بر اساس شکل مقطع می‌تواند مربعی، مستطیل شکل، دایروی، پنج ضلعی، هشت ضلعی، T شکل و L شکل اجرا شود. ستون چوبی، فولادی، بتن آرمه، سنگی و ستون کامپوزیت دسته بندی است که استفاده از انواع مصالح ساختمانی به وجود می‌آورد. دسته بندی بر اساس ارتفاع ستون، در دو نوع ستون کوتاه و ستون بلند می‌باشد.

لازم به ذکر است :

ستون بتنی بدون میلگرد فولادی تحت اثر بارهای فشاری تخریب خواهد شد به همین علت المان ستون و دیگر اعضای بتنی را مسلح به میلگرد فولادی می‌کنند تا مقاومت فشاری عضو افزایش یابد.

ستون کوتاه

هرگاه نسبت طول به ابعاد جانبی یک ستون کمتر یا برابر عدد 12 باشد، آنگاه آن ستون، کوتاه شناخته می‌شود. همچنین اگر نسبت ابعاد و وضعیت کلی ستون به نحوی باشد که تحت بارهای نهایی بر اساس نیروی محوری و لنگر خمشی به مرحله شکست برسد، آن ستون، ستون کوتاه می‎‌باشد.

ستون بلند

تصویر ستون بلند

با توجه به تعریف بالا در مورد ستون کوتاه یا همان ستونک می‌توان گفت ستونی که میزان طول موثر آن به کمترین بعد جانبی آن 12 نباشد ستون بلند نامیده می‌شود. یک ستون بلند علاوه بر تنش فشاری مستقیم، تحت تاثیر خم شدن لحظه‌ای نیز قرار می‌گیرد. ظرفیت تحمل بار یک ستون بلند بیشتر از یک ستون کوتاه است. البته ظرفیت حمل بار در ستون بلند به میزان لاغری ستون هم بستگی دارد. هر چقدر لاغری ستون افزایش داشته باشد ظرفیت تحمل بار ستون کاهش می‌یابد.

بخوانید: معرفی 4 ستون رایج از انواع ستون بتن آرمه

تفاوت ستون کوتاه و ستون بلند

با توجه به مواردی که گفته شد اکنون می‌توانیم تفاوت‌های اساسی موجود بین ستون کوتاه و ستون بلند را بررسی کنیم. در زیر سعی شده است به زبانی ساده به شرح این تفاوت‌ها پرداخته شود:

  • در ستون بلند، نسبت طول موثر به بعد جانبی بیشتر از 12 است در حالی که این نسبت در ستون کوتاه کمتر و یا مساوی 12 است.
  • در ستون بلند ابعاد جانبی در مقایسه با ارتفاع، بسیار کوچک‌تر می‌باشد اما در ستون کوتاه ابعاد جانبی در مقایسه با ارتفاع بزرگ‌تر است.
  • ستون بلند تحت تاثیر کمانش می‌شکند و آسیب می‌بیند ولی خرابی در ستون کوتاه تحت اثر ضربه و خرد شدن و همچنین بر اثر نیروی برشی می‌باشد.
  • ضریب لاغری در ستون بلند بیشتر از 45 است ولی در ستون کوتاه ضریب لاغری از 45 بیشتر تجاوز نمی‌کند.
  • در ستون بلند با افزایش ارتفاع ستون، ظرفیت ستون برای تحمل بارها کمتر می‌شود اما با کاهش ارتفاع در ستون میزان تحمل بار افزایش می‌یابد ولی این کاهش و افزایش ارتفاع باید طبق مقررات ملی ساختمان و دلایل مهندسی انتخاب شود.
  • شعاع ژیراسیون در ستون بلند کم و در ستون کوتاه زیاد است.
  • ستون‌های خیلی بلند ظرفیت بار کمتری خواهند داشت.
  • ستون بلند تحت کمانش قرار می‌گیرد و ستون کوتاه بیشتر تحت تنش فشاری و کمتر تحت تاثیر کمانش قرار می‌گیرد.

اصلی ترین کاربرد ستون کوتاه در بین طبقات و در راه پله است که جهت حفظ تعادل سازه اجرا می‌شود اما اگر مهندس طراح تشخیص دهد نیروی های برشی وارده منجر به آسیب دیدن ستونک می‌شود و استحکام سازه را به خطر می‌اندازد، نباید ستون کوتاه اجرا شود و یا باید از راهکارهای مقاومتی استفاده گردد.

در هنگام وقوع زلزله، راه پله جزو آسیب پذیرترین قسمت‌های ساختمان می‌باشد. زیرا ظرفیت برشی راه پله بتن آرمه کم است و زلزله موجب شکست در آن می‌شود بنابراین ستون کوتاه بیشتر در خطر آسیب پذیری است. ستون کوتاه در سازه بایستی با نرم افزار طراحی شده و طبق محاسبات مهندسی اجرا شود. در تصویر زیر می‌توانید انواع ستون کوتاهی که در سازه ممکن است به وجود آید را بررسی کنید.

تصویر انواع ستون کوتاه
انواع ستون کوتاه در سازه بتن آرمه

عملکرد ستون کوتاه در سازه

تصویر ستون بتنی مسلح

ستون کوتاه در سازه‌ها بویژه در سازه‌هایی با ارتفاع زیاد می‌تواند موجب خرابی شود. این نوع ستون در مقابل نیروی برشی تحمل چندانی ندارد و اگر نیروی برشی بیشتری به ستونک اعمال شود حتما خرابی به بار می‌آورد.

بنابراین با توجه به مقاومت ستون کوتاه و عواملی که در بالا ذکر شد، بهتر است در طراحی سازه حداقل استفاده را داشته باشد. اجرای ستونک در مناطق زلزله خیز به هیچ وجه توصیه نمی‌شود زیرا با اعمال نیروهایی که زلزله به سازه وارد می‌کند اصلا استحکامی نخواهد داشت و به راحتی فرو می‌ریزد.

بخوانید: هر آنچه باید درباره تفاوت‌های تیر و ستون بدانید

همان طور که بررسی شد بارهای جانبی وارد شده به ستون و اختلاف لنگر بالا و پایین موجب برش ناگهانی، ترک و ریزش آن می‌شود. بنابراین جهت افزایش ظرفیت برشی المان ستون، راهکارهایی مثل افزایش ارتفاع و استفاده از میلگرد برشی اجرا می‌شود. استفاده از ستون کوتاه در پروژه‌ها در کنار دیوار و یا در طبقه اول سازه با ارتفاع زیاد صحیح نیست اما اگر راهی برای حذف آن نبود بایستی نهایت سعی در انعطاف پذیرتر کردن ستون کوتاه انجام شود.

اگر زمین ساخت پروژه تراز نباشد و سازه بر روی شیب اجرا شود احتمال به وجود آمدن ستون کوتاه زیاد است، برای جلوگیری از این عامل یا باید قبل از اجرا، زمین پروژه تراز شود و یا بهتر است این سازه مخصوصا در مناطق لرزه خیز ساخته نشود. اما در مواقعی که هیچ راهی برای عدم اجرای پروژه و همچنین حذف ستون کوتاه نیست، بایستی راهکارهای تقویتی المان را چاره کار قرار داد.

تقویت ستون کوتاه

راهکارهای مقاومتی پیش از ساخت پروژه و در سازه‌هایی که قبلا ساخته شده و دارای ستون کوتاه است نیز قابل استفاده می‌باشد و می‌توان مجدد این ستون‌ها را مقاوم سازی کرد و ایمنی سازه را افزایش داد.

در سال‌های اخیر برای افزایش مقاومت برشی از الیاف کامپوزیت استفاده می‌شود. این روش، FRP نام دارد؛ به سرعت طرفداران زیادی را جذب کرده و بسیار مناسب سازه‌های بتنی می‌باشد.

از الیاف کامپوزیت نوعی میلگرد تولید می‌شود که بهترین جایگزین برای میلگرد فولادی است. این نوع محصول میلگرد FRP نام دارد و در مقاله زیر اطلاعات مربوط به ساخت، مواد تشکیل دهنده و کاربرد آن در سازه به طور کامل بررسی شده است.

بخوانید: میلگرد FRP | راه حل نهایی برای خوردگی میلگرد

راهکار دیگر برای تقویت ستون، استفاده از ورق فولادی در اطراف ستون کوتاه بتنی می‌باشد، البته این روش بایستی طبق محاسبات مهندسی انجام شود.

جمع بندی

ستون به دلیل اینکه در برابر نیروهای جانبی قرار دارد در سازه نقش مهمی ایفا می‌کند و تخریب شدن یا آسیب دیدن آن منجر به تخریب کل سازه می‌شود. ستون‌ در سازه در دو نوع ستون بلند و ستون کوتاه قابل اجرا است. در متن دانشنامه به مقایسه این دو ستون پرداخته شد و دلایل استفاده و یا عدم استفاده از ستون کوتاه بررسی شده است.

ستون کوتاه به دلیل اینکه در مقابل نیروی برشی مقاومت کافی را ندارد یا باید از سازه حذف شود و یا با روش‌های مقاومتی، استحکام لازم در آن اجرا شود.

قیمت آهن آلات به صورت لحظه‌ای در سایت عصر آهن بروز رسانی می‌شود، همچنین برای تهیه انواع آهن آلات، تیرآهن و میلگرد می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن با شماره ۰۴۱۳۳۲۵۰۲۸۰ در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید اقلام مربوطه راهنمای شما خواهند بود.

۰۶