ستون‌های بتن آرمه براساس شکل، طول، نیرو در انواع مختلف تقسیم بندی می‌شوند. عملکرد و روش ساخت برای این نوع ستون‌ها در این قسمت از دانشنامه عصرآهن بررسی خواهد شد.
ستون المانی عمودی است که بار تیر، دال و کل سازه را گرفته و به کف و زمین انتقال می‌دهد. ابعاد ستون، مقدار ماسه سیمان و سنگدانه‌ای که باید مخلوط ملات شود، تعداد میلگرد فولادی و فاصله وصله‌ها بر اساس بارهای وارده با در نظر گرفتن موارد ایمنی توسط طراح سازه طراحی می‌شود.
ستون یک قطعه فشاری می‌باشد که تحت تاثیر نیروی محوری فشاری قرار می‌گیرد و بار در امتداد محور طولی ستون عمل می‌کند. علت خم شدن در این عضو سازه‌ای ممکن است به دلیل زلزله، باد و یا بارهای جانبی رخ دهد. موقعیت ستون‌ها باید به نحوی باشد که هیچ تنش کششی در سطح مقطع ستون‌ها ایجاد نشود.
بخوانید: تاریخچه استفاده از میلگرد در بتن | تحولی در ساخت وسازهای عظیم جهان
انواع ستون بتن آرمه
ستون بتنی غیر مسلح ظرفیت فشاری متوسطی دارد و همچنین ظرفیت خمش آن ناچیز است و با ایجاد کشش در مقطع، بتن ترک خواهد خورد. به همین علت ستون بتنی را مسلح به میلگرد فولادی می‌کنند. میلگرد طولی با تحمل قسمتی از فشار، ظرفیت فشاری مقطع را به مراتب افزایش می‌دهد.
ستون‌های بتن آرمه بیشترین کاربرد در ساخت و سازها دارند. در این المان سازه‌ای اسکلت میلگرد فولادی در بتن تعبیه شده است که بتن بار فشاری را تحمل می‌کند و آرماتور در برابر بار کششی مقاومت می‌کند. برای ساختاری مستحکم، شکل پذیر و با دوام میلگرد آرماتوربندی باید برخی خصوصیات مانند سازگاری حرارتی، مقاومت بالا در برابر فشار کششی، اتصال خوب به بتن، ضد خوردگی و غیره را داشته باشد.
ستون با تنگ بسته
بتن یکی از مصالح ساختمانی است که به طور گسترده در جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا به راحتی در دسترس است و بدون مشکل می‌توان تولید کرد. ستون بتن آرمه تنش محوری و تنش خمشی اعمال شده از سایر عناصر مانند تیرها و دال‌ها را حمل می‌کند.
مراحل اجرای ستون بتن آرمه با آرماتوربندی توسط میلگرد فولادی شروع شده سپس قالب بندی و بتن ریزی انجام می‌شود. اجرا و ساخت این ستون‌ها نیاز به مهارت و افراد متخصص ندارد و از این رو مورد توجه پیمانکاران می‌باشد.
در این ستون میلگرد عرضی به صورت خاموت یا تنگ بسته در فواصل مناسب برای نگه داشتن و مهار میلگردهای طولی اجرا می‌شوند.
بخوانید: شکل هندسی میلگرد | تاثیر آج میلگرد بر چسبندگی بین میلگرد و بتن
ستون بتن آرمه با دورپیچ
در این نوع ستون، فولادهای طولی و عرضی بر خلاف ستون بتن آرمه با تنگ بسته به شکل دورپیچ حلقوی اجرا می‌شوند و ویژگی‌ها و وظایف آرماتوربندی در اعضای بتن آرمه را به طور کامل تامین می‌کنند. به دلیل محصور شدگی مناسب بتن در این نوع ستون‌ها، شکل پذیری و مقاومت فشاری بتن افزایش پیدا می‌کند.
این محصورشدگی از نوع محصور شدگی انفعالی یا غیر فعال بوده و فقط با افزایش بار فشاری پیدا می‌شود. ستون بتن آرمه مسلح به دورپیچ حلقوی در قبال بارهای لرزه‌ای و زلزله عملکرد خوبی نشان می‌دهد.
آرماتوربندی دورپیچ
- آرماتوربندی دورپیچی به صورت پیوسته و با فاصله نزدیک به هم انجام می گیرد که میلگردهای طولی را در هنگام بتن ریزی ثابت نگه داشته و از لغزش آنها جلوگیری می‌کند.
- این نوع آرماتوربندی از خرد شدن ناگهانی بتن و کمانش میلگرد فولادی جلوگیری می‌کند. ستون با آرماتور مارپیچی انعطاف پذیر است و به صورت تدریجی دچار نقص می‌شود.
- طبق آیین نامه ACI حداقل قطر مارپیچ (اسپیرال) 10 میلی متر و فاصله آنها نباید از 75 میلی متر بیشتر و از 25 میلی متر کمتر باشد.
- 5/1 دور اضافی از میلگرد مارپیچ به عنوان لنگر آرماتور دورپیچ اجرا می‌شود.
ستون مرکب
وقتی ساخت ستون همراه دو یا چند ماده باشد به آن ستون مرکب گفته می‌شود که در ساخت و سازها رایج نیستند. ستون مرکب یا ستون کامپوزیت، با استفاده از ترکیبات مختلف فولاد سازه‌ای و بتن ساخته می‌شوند. رفتار متقابل و یکپارچه بتن و مقاطع فولادی نورد شده، ستون کامپوزیت را به یک عضو بسیار سفت، قابل انعطاف، مقرون به صرفه برای ساخت و سازها و ساخت پل تبدیل می‌کند.
این ستون‌ها بسیار مقاوم در برابر آتش سوزی و خوردگی هستند. متداول ترین انواع ستون‌های ستون‌های مرکب به صورت قرار دادن مقاطع فولادی در داخل شبکه آرماتوربندی که از اتصال میلگردهای طولی و عرضی تشکیل شده است و بتن ریزی درون آن و یا بتن ریزی در داخل یک مقطع فولادی تو خالی انجام گیرد که این مقطع می‌تواند لوله‌ای و یا قوطی شکل باشد. ستون CFT از نوع مقطع فولادی لوله‌ای و بتن ریزی داخل آن از نوع ستون‌های مرکب یا کامپوزیت می‌باشد.
لازم به ذکر است که در مواردی خاص برای حفاظت بخش فولادی در برابر آتش سوزی، یک شبکه توری روی ستون فولادی اجرا می‌شود و روی آن به صورت پاششی بتن ریزی انجام می‌گیرد که این نوع ستون‌ها به عنوان ستون فولادی محسوب می‌شوند و در گروه ستون مرکب نمی باشند.
ستون‌های کامپوزیت به دلیل عملکردشان، ظرفیت حمل بار بسیار بالاتری نسبت به ستون بتن آرمه دارند. این ستون‌ها اغلب در ساخت و سازهایی با تعداد طبقات زیاد استفاده می‌شوند.
ستون کوتاه
همانطور که از نام آن پیداست، ستون‌هایی که دارای ارتفاع کمتری در مقایسه با سایر ستون‌ها باشند، به عنوان ستون کوتاه شناخته می‌شوند. دستورالعمل‌هایی برای بررسی کوتاه بودن ستون در زمان طراحی وجود ندارد و بر اساس ارتفاع و مقطع موثر دسته بندی می‌شود. ستون کوتاه در فاصله بین پاگرد تا تراز طبقات، نیم طبقات و راهروها بیشترین استفاده و کاربرد را دارد.
بتن ریزی ستون‌های بتن آرمه
بتن ریزی به دو روش دستی و یا از طریق ماشین آلات و پمپ انجام می‌گیرد. پس از قالب بندی دقیق، بتن ریزی از پایین ترین نقطه ستون شروع می‌شود. از ویبراتور برای لرزاندن و ایجاد یکپارگی در بین دانه‌های بتن استفاده می‌شود اما ویبره بیش از حد می‌تواند باعث جداسازی لایه‌ها شود، هر لایه باید کاملا فشرده گردد. ارتفاع بتن ریزی نباید بیش از 1/5 متر باشد. هنگام بتن ریزی دما باید زیر 30 درجه سانتی گراد باشد.
تاثیر فولاد عرضی بر رفتار ستون بتن آرمه
فولاد عرضی بر منحنی بار-تغییر شکل و یا بار-کرنش فشاری تاثیر چندانی نمی‌گذارد. مگر در صورتی که میلگرد عرضی به میزان کم استفاده شود و یا پوشش بتن روی میلگرد طولی ناکافی باشد. که در این صورت با کمانش میلگرد طولی یک شکست ناگهانی و زود هنگام رخ می‌دهد. (مربوط به منحنی الف)
منحنی (ب) مربوط به ستون بتنی با تنگ بسته است. بعد از اعمال بار نهایی، بتن خرد شده و پوسته بتن جدا می‌شود و در نهایت میلگردهای طولی کمانش کرده و بار به سرعت پایین می‌آید.
در ستون‌هایی که به صورت دورپیچ آرماتوربندی شده‌اند. بعد از رسیدن به بار فشاری حداکثر (Pn0) تا حدودی جدا شدن و ریختن پوسته بتن رخ می‌دهد و بتن پوسته از باربری خارج می‌شود و افت در باربری ستون رخ می‌دهد. در این نوع تون میلگرد دورپیچ شده و بتن باقی مانده به کمک هم اتکای جانبی برای فولادهای طولی فراهم می‌کنند.
بنابراین مقاومت و شکل پذیری هسته بتن بهبود پیدا می‌کند. با افزایش کرنش فشاری با رسیدن به مقاومت بتن محصور شده باربری ستون مجددا به یک مقدار حداکثر می‌رسد و برای این ستون ممکن است کمتر از Pn0 باشد. (مربوط به منحنی ج)
اگر دورپیچ ستون به صورت فشرده و با فاصله کم انجام شود، این مقدار حداکثر از مقاومت اولیه ستون Pn0 بیشتر خواهد بود. (منحنی د)
بخوانید: نقش میلگردها در بتن مسلح
ضوابط و محدودیت‌های بارگذاری
- طبق آیین نامه ACI 318 حداقل میلگرد طولی ستون برابر 1 درصد سطح مقطع ناخالص بتن است. سطح مقطع ناخالص بتن، سطح مقطع بتن بدون توجه به مساحت اشغال شده توسط میلگردهای طولی است. تعیین 1 درصد به عنوان حداقل میلگرد طولی ستون به منظور جلوگیری از یک شکست ناگهانی و ترد است.
- طراحی ستون با در نظر گرفتن میلگرد طولی 1 درصد همانند یک مقطع بتنی بدون فولاد تحت بار فشاری است. بنابراین می‌توان برای تحمل بار بتن بیشتری در مقطع مورد استفاده قرار داد، بدون اینکه میزان فولاد طولی افزایش یابد.
- حداکثر میلگرد طولی ستون بر اساس ACI 318، هشت درصد سطح مقطع ناخالص ستون را محدود می‌کند. تعیین محدودیت برای حداکثر استفاده از میلگرد طولی برای جلوگیری از تراکم میلگرد و مشکلات اجرایی مرتبط با آن است. همچنین با افزایش درصد فولاد طولی در مقطع ستون احتمال کرمو شدن بتن بیشتر خواهد بود.
- حداقل تعداد میلگرد طولی براساس ACI 318 در اعضای فشاری به میزان 4 میلگرد در تنگ بسته مستطیلی یا دایروی، 3 میلگرد در تنگ مثلثی و 6 میلگرد در حالت مارپیچی و یا تنگ دایروی در ستون مجاز است.
- اگر تعداد میلگرد در حالت مارپیچی کمتر از 8 عدد باشد، موقعیت قرارگیری میلگرد طولی بر ظرفیت خمشی ستون به طور خارج از مرکز بارگذاری شده‌اند، تاثیر می‌گذارد که این مورد بایستی در طراحی لحاظ گردد.
- فاصله میلگردهای طولی باید به نحوی باشد که بتن بتواند به آسانی در داخل پوسته نفوذ کند و فضای بین میلگرد بیرونی و قالب را پر کند. براساس ACI 318 حداقل فاصله آزاد بین میلگرد طولی محصور شده در تنگ یا دورپیچ در اعضای فشاری را به صورت زیر تعیین می‌کنند؛
- برای تامین پوشش لازم روی فولاد عرضی و نیز تامین فاصله آزاد لازم بین میلگردهای طولی، حداقل ابعادی در محدوده 200 تا 250 میلی متر لازم خواهد بود.
ضوابط میلگرد عرضی
- حداقل قطر تنگ در اعضای فشاری، 10 میلی متر و در صورت استفاده از فولاد طولی با قطر 32 میلی متر، و 13 میلی متر در صورت استفاده از فولاد طولی با قطر بیش از 32 میلی متر و یا استفاده از میلگرد گروهی، تعیین می‌کند.
- تنگ یا خاموت باید طوری در ستون قرار بگیرد که هر میلگرد طولی واقع در مقطع، در گوشه یک تنگ با زاویه حداکثر 135 مهار شود. میلگردهای طولی غیر واقع در گوشه مقطع، حداقل به صورت یک در میان در گوشه یک تنگ با زاویه حداکثر 135 مهار شوند.
- فاصله آزاد بین میلگر طولی که در گوشه خاموت مهار نشده، از میلگرد طولی مجاور که مهار شده، بیشتر از 150 میلی متر نباشد.
جمع بندی
ستون مهم‌ترین عنصر سازه‌ای در ساختمان است. در این نوشته انواع ستون بتن آرمه بررسی و پرداخته شد. ستون به عنوان عضو تحمل کننده بار در جهت عمودی، از بارهای شاری پشتیبانی می‌کند. از این المان سازه‌ای جهت انتقال بار سازه به پی استفاده می‌شود. ستون بتن آرمه جزو اعضای فشاری محسوب می‌شود زیرا نیروی فشاری به رفتار آن غالب است.
در وبسایت عصرآهن قیمت میلگرد از تمامی تولید کنندگان بصورت لحظه ای بروز رسانی و در اختیار کاربران قرار می‌گیرد. شما می‌توانید با کلیک بر روی کلمه قیمت میلگرد به صفحه اختصاصی آن در وبسایت عصر آهن بروید. در صورت تمایل می‌توانید با مشاورین ما در عصرآهن در خصوص خرید میلگرد با شماره 04133250280 در تماس باشید. مشاورین ما در زمینه خرید آهن و فولاد راهنمای شما خواهند بود.
