تعریف ستون: ستون در ساختمان عضوی است که اغلب به حالت عمودی نصب می‌گردد و نیروی محوری را متحمل می‌شود. نیروی‌های محوری به صورت نیروی فشاریِ ایجاد شده از بار مرده و بار زنده بر سطح کف طبقات می‌باشد که از طریق تیر یا به طور مستقیم به ستون انتقال می‌یابد. افزون بر نیروی فشاری، در قاب‌های خمشی، لنگرِ ایجاد شده از بارهای قائم و جانبی به دلیل اتصال صلب تیر به ستون، بر ستون‌ها تأثیر می‌گذارند.
سطح بارگیر، به سطح هر ستون از بار طبقه اطلاق می‌شود که برابر با مساحتی محصور در نصف ستون موردنظر و ستون‌های اطراف آن می‌باشد. شکل زیر تجمع نیروی محوری فشاری ستون در طبقات را نشان می‌دهد.
کمانش اعضای تحت فشار
کمانش به معنای ناپایداری و از بین رفتن عضو، در اثر تغییر شکل‌های جانبی زیاد که به دلیل نیروها یا تنش‌های فشاری اتفاق می افتد، می‌باشد.
افزون بر نابودی یا تسلیم مصالح در اثر تنش‌های فشاری در اعضای تحت فشار، کمانش یا ناپایداری عضو ممکن است در اثر تنش‌های بسیار کمتر از مقاومت نهایی مصالح، موجب خرابی شود. میتوان با اعمال نیروی فشاری به یک خط کش کاملاً این موضوع را درک کرد.
در عضوی که از پروفیل فولادی ساخته شده مانند یک ستون، کمانش به دو حالت میتواند پیش بیاید:
الف) کمانش کلی.
ب) کمانش موضعی اجزای بال یا جان پروفیل (نیمرخ) به دلیل تنش‌های فشاری.
نیروی کمانشی ستون با مقطع ستون رابطه مستقیم، و با ارتفاع در حد فاصل طبقات رابطه عکس دارد. به عبارتی دیگر هر چقدر ابعاد مقطع ستون بیشتر باشد، نیروی کمانش آن کمتر و هر چقدر ارتفاع آن زیادتر باشد، نیروی کمانش کمتر خواهد بود. درسه تصویر بعدی کمانش ستون با ارتفاع‌های مختلف در مقایسه با حجم ماسه، داخل آزمایشگاه سازه بررسی شده است. در تصویر اول مدل دو ستون با ارتفاع مختلف تحت بارگذاری ماسه، در تصویر دوم ریختن ماسه لازم جهت کمانش هر دو ستون و سرانجام در تصویر سوم مقایسه مقدار ماسه با بار مورد نیاز جهت کمانش نشان داده می‌شود.
به ستون‌های بلند، ستون‌های لاغر می گویند. برای بدست آوردن نسبت لاغری ستون به طور تقریبی باید طول آزاد ستون را بر یک چهارم بُعد حداقل ستون تقسیم کرد.
اگر نسبت لاغری افزایش یابد، ستون لاغرتر شده و توانایی باربری فشاری آن کاهش پیدا می‌کند. یک نیمرخ فولادی ترکیبی از ورق‌های فولادی نازک است (ورق‌های بال و جان). چنانچه به هر دلیلی این اجزا تحت تنش-های فشاری قرار گیرند، دچار کمانش می‌شوند و لذا خاصیت باربری قسمتی از نیمرخ از بین می‌رود. این پدیده را کمانش موضعی می‌نامند. در شکل زیر کمانش موضعی ستون آورده شده است.
حتما بخوانید: کفپوش اپوکسی
مقاطع مناسب برای ستون‌ها
مقطع مناسب برای ستون‌ها به شکل قوطی مستطیلی یا مربعی است. مقاطع با شکل دایره و چند ضلعی نیز معمولاً برای تأمین ملاحظات معماری در سازه به کار می‌روند.
غالباً شکل مقطع ستون‌ها به مقدار و وضعیت بار وارد شده، وابسته است. از نیمرخ‌ها و ورق‌های متنوعی برای ساخت ستون‌های فولادی استفاده می‌گردد. معمولاً ستون‌ها از نظر شکل ظاهری به سه گروه تقسیم می‌شوند:
- الف) نیمرخ نورد شده
- ب) ستون مرکب از نیمرخ نورد شده
- ج) ستون ساخته شده از ورق
نیمرخ نورد شده
تیرآهن بال پهن (IPB) یا قوطی مربع شکل، مناسب‌ترین نیمرخ نورد شده برای ستون می‌باشد زیرا هم از لحاظ مقاومت از مقاطع دیگر بهتر عمل می‌کند و همچنین در اغلب شرایط اجرایی، اتصال تیرها روی آنها به آسانی انجام می‌گیرد. در دو تصویر زیر ستون با مقطع پروفیل نورد شده تیرآهن بال پهن (IPB) و با مقطع قوطی شکل نشان داده شده‌اند.
مقاطع مرکب
مقطع مرکب، شامل ترکیبی از پروفیل‌های نورد شده است. با ترکیب دو یا چند پروفیل مانند IPE، ناودانی یا نبشی به کمک ورق‌های سرتاسری و ممتد و یا تسمه‌های مورب یا موازی، مقاطع مرکب را می‌سازند. دو نمونه از انواع مقاطع مرکب در دو شکل زیر نمایش داده شده است.
دلایل استفاده از مقاطع مرکب در ستون‌ها
- افزایش سطح مقطع ستون، در حالتی که نیمرخ‌های تولید شده سطح مقطع موردنیاز را دارا نباشند.
- اجرای راحت‌تر و سریع‌تر مقاطع مرکب در مقایسه با ستون‌های ساخته شده از ورق
- عدم دسترسی به نیمرخ IPB یا قوطی شکل در تولید داخلی
مقاطع مرکب مشبک
با دو روش میتوان مقاومت فشاری ستون‌ها را افزایش داد:
- الف) زیاد کردن ضخامت اجزای مقطع.
- ب) زیاد کردن ابعاد (طول و عرض) مقطع.
افزایش ضخامت در ستون‌های بلند تأثیر چندان زیادی بر مقاومت فشاری ندارد و موجب سنگینی و غیراقتصادی بودن پروژه می‌گردد. در این شرایط بهتر است نیمرخ‌ها را با فاصله مناسب از هم قرار داده و آنها را توسط ورق یا تسمه (قید) به یکدیگر اتصال دهیم. به این مدل ستون‌ها، ستون مشبک گفته می‌شود.
در شکل زیر مدل‌های مختلف قیدهای اتصالی ستون‌های مشبک نمایش داده شده است که عبارتند از:
- الف) قیدهای مورب.
- ب) قیدهای مورب مضاعف.
- پ) قیدهای مورب و افقی.
- ت) قیدهای افقی.
- ث) ورق مشبک
ستون‌های ساخته شده از ورق
طراحان درگذشته زمانی که قصد طراحی ستون‌های سنگین را داشتند، مقاطع بال پهن را با استفاده از ورق‌های پوششی که به وسیله پرچ به آن وصل می‌شد، تقویت می‌کردند. اخیراً با رواج یافتن جوشکاری، این عمل را با استفاده از جوش انجام می‌دهند. ایراد این کار این است که به دلیل جوش خوردن ورق پوششی صرفاً در دو لبه کناری ستون، ضعف زیادی در برابر نیروی کششی ناشی از بال تیر بوجود آمده و ورق پوششی به طرف خارج خم می‌گردد.
در چنین مواردی بهترین شکل طراحی، بهره گیری از ستون‌های ساخته شده از ورق است. این ستون‌ها بدون هیچ جوشکاری اضافه‌ای، مستقیم‌ترین روش برای ساخت ستون می‌باشند و در انتقال نیروی کششی بال به ستون نیز، خدشه‌ای وارد نمی‌کنند
شکل زیر یک نمونه از مقطع سنگین ساخته شده از تیر ورق را نشان می‌دهد.
چنانچه بار ستون زیاد باشد، میتوان مقطع جعبهای مانند شکل بعدی برای آن طراحی کرد.
همچنین استفاده از مقاطع صلیبی شکل هم میتواند مناسب باشد.
ستون‌های سالن‌های صنعتی
ستون‌های سالن‌های صنعتی غالباً دارای جرثقیل‌های سقفی برای انتقال محصولات می‌باشند و به شکل یکی از حالات زیر هستند.
در تمامی حالات به جز حالت الف که به ستون‌های با بار سبک، مربوط است، دو ستون جدا از هم دیده می‌شود که توسط ورق جان یا قیدهای مورب با یکدیگر به شکل مرکب درآمده‌اند. یکی از این ستون‌ها را شاخه بام و دیگری را شاخه جرثقیل می‌نامند.
روش ساخت ستون با مقاطع استاندارد
ستون‌ها برحسب نیاز می‌توانند از اتصال انواع نیمرخ‌های گوناگون ساخته شوند که متداول‌ترین آنها بدین شرح می‌باشند:
- اتصال دو نیمرخ با یک ورق سراسری روی یال‌ها.
- اتصال دو نیمرخ با قیدهای موازی با مورب (ستون مشبک).
- اتصال دو نیمرخ به یکدیگر با روش جفت کردن.
روش ساخت ستون جفت
در ابتدا باید مانند تصویر بعدی، دو تیر آهن در کنار هم قرار گیرند و روی سطح شاسی کار با خال جوش اتصال یابند.
پس از انجام این کار، دو سر و وسط ستون، جوشکاری شده و پس از برگرداندن ستون، این کارها تکرار می‌گردد. در ادامه باقی قسمت‌ها جوشکاری می‌شود و همین کار در دو سوی دیگر ستون نیز انجام می‌گیرد.
تا زمان تأمین جوش لازم برای ستون، جوشکاری ادامه پیدا می‌کند. این روش به منظور جلوگیری از پیچش ستون در اثر حرارت بالا در هنگام جوشکاری انجام می‌پذیرد. اگر در سرتاسر ستون نیازی به جوشکاری نباشد، لازم است تا حداقل طول جوش‌ها بدین ترتیب اجرا شود:
- الف) حداکثر فاصله میان مرکز به مرکز طول جوش‌های متقاطع از 30 سانتی متر نبایستی بیشتر باشد.
- ب) طول جوش در ابتدا و انتهای ستون باید حداقل با بزرگ‌ترین بُعد مقطع ستون برابر باشد و به طور مداوم انجام گردد.
- پ) نباید طول مؤثر هر قطعه از جوش متقاطع از 4 برابر بعد جوش یا حداقل 40 میلی متر کمتر باشد.
- ت) فاصله بین لبه بال دو نیمرخ نباید از یک درز 5/1 میلی متری بیشتر شود.
تصویر زیر نمونه‌ای ستون با پروفیل جفت را نشان می‌دهد.
حتما ببینید: درب ضدسرقت ایرانی
روش ساخت دوبل با ورق سراسری
برای ستون‌های دوبل باید مانند ستون‌های جفت، در ابتدا مونتاژ دو تیرآهن در کنار یکدیگر روی شاسی کار و با رعایت نکات ایمنی و فنی انجام گیرد و پس از آن، ورق‌های سراسری به حالت پوششی که قبلاً با روش‌های مناسب برش خورده‌اند، روی ستون جفت شده نصب و خال جوش شوند.
برای جوش ورق تقویتی به ستون از یکی از سه روش زیر استفاده می‌گردد.
جوش منقطع یک در میان جوش منقطع موازی جوش سراسری (ممتد)
در ستون‌های جفت با ورق سراسری، فاصله‌ی بین جوش‌های غیر ممتد یا منقطع که ورق را به نیمرخ‌ها اتصال می‌دهد، نباید از 30 سانتی متر تجاوز کند و این فاصله در فولادهای معمولی حداکثر 22 برابر ضخامت ورق است.
شکل بعدی نمونه‌ای ستون دوبل همراه با ورق یکسره را نشان می‌دهد.
روش ساخت ستون مرکب با بست های موازی یا مورب (ستون دوبل پاباز)
در ایران رایج‌ترین نوع ستون، ستون‌های مرکبی است که در آن دو تیرآهن در کنار یکدیگر واقع شده و قیدهای افقی یا چپ و راست، این نیمرخ‌ها را به هم اتصال می‌دهد. البته بست های چپ و راست که شکل‌های مثلثی را ایجاد می‌کنند، مقاومت بیشتری نسبت به بست های موازی دارا هستند.
نکات مهمی در مورد این نوع ستون‌ها به خصوص ستون با بست موازی، وجود دارند که باید رعایت گردند. این نکات عبارتند از:
الف) حداقل ابعاد بست یا تسمه افقی ستون باید بدین گونه باشند:
L: طول وصله حداقل برابر مرکز تا مرکز دو نیمرخ باشد.
b: عرض تسمه کمتر از 50 درصد طولش نباشد.
t: ضخامت تسمه از یک چهلم طول آن کمتر نباشد.
ب) عملیات جوشکاری در پیرامون کلیه تسمه‌ها و در سطح تماس با بال نیمرخ‌ها انجام گیرد. (مجموع طول خط جوش صفحه نبایستی از طول صفحه کمتر شود).
ج) فاصله‌ی تسمه‌ها و ابعاد آن بر پایه محاسبات فنی بدست می‌آید.
د) در بخش انتهایی ستون، مؤکداً باید از ورقی با طول حداقل برابر با عرض ستون استفاده گردد تا افزون بر تقویت پایه، محل مناسبی برای اتصال بقیه اعضا ایجاد شود.
ه) باید ورق تقویتی با ابعاد کافی را از قبل روی بال‌های ستون در محل اتصال، جوش داد.
شکل زیر جزییات ستون مشبک با بست موازی و مورب را نشان می‌دهد که (الف) متعلق به بستن موازی و (ب) متعلق به بست مورب است.
شکل زیر نیز ستون مشبک با قیدهای موازی را نمایش می‌دهد.
جزییات ساخت ستون در محل اتصال خمشی تیر به ستون
در اتصالات گیردار یا خمشی و در محل اتصال تیر به ستون، از یک ورق میانی بین ورق‌های تقویتی روی بال ستون استفاده می‌گردد. در بخش ساخت ستون، بعد از موناژ دو تیر آهن در فاصله مدنظر و جوش دادن قیدها یا ورق پوششی سراسری روی بال ستون، از یک ورق میانی بین دو ورق وصله روی بال در محل تراز سقف‌ها استفاده می‌شود. علاوه بر این در جان ستون نیز پیش از نصب ورق وصله در امتداد بال شاه تیرها، دو ورق سخت-کننده، مونتاژ و جوش می‌گردند.
شکل بعد تصویری از ستون‌های با مقطع دایره‌ای در جزیره خارک خلیج فارس را نشان می‌دهد.
نصب ستون روی صفحه ستون
دو روش عمومی به منظور نصب ستون روی صفحه ستون در هنگام انجام عملیات نصب اسکلت وجود دارد:
روش سنتی
ورق ستون به شکل مجزا از ستون همراه با پیچ مهاری روی شالوده مستقر می‌شود.
حداقل فاصله میله مهاری از لبه کف ستون، محل جاگذاری نبشی با ضخامت جوش موردنیاز برای نگه داشتن ستون و همچنین ابعاد ستون و ضخامت ورق‌های ستون را باید در زمان محاسبه ابعاد صفحه ستون‌ها مورد تفحص و بررسی قرار داد. سپس با توجه به موارد فوق الذکر، میتوان نسبت به نصب نبشی و قرار دادن ستون به این صورت اقدام کرد. ابتدا روی صفحه ستون محل ستون و محل آکس آن را بررسی می‌کنیم، در ادامه نبشی-هایی را به حالت عمود بر هم روی صفحه ستون جوش داده، آنگاه ستون را مستقر و به نصب دیگر نبشی‌های موردنیاز، مبادرت ورزیده و آنها را به صفحه ستون با جوشکاری اتصال می‌دهیم.
اتصال جوشکاری مناسب و اصولی و همچنین سرعت عمل و استقرار بالا به دلیل تماس مستقیم به بال نبشی از جمله مزایای عمود بر یکدیگر بودن دو نبشی روی صفحه ستون می‌باشد.
بدیهی است که پیش از جوشکاری بایستی ستون‌ها را هم محور و قائم کرده و عمود بودن در دو جهت نیز کنترل شود. پس از اینکه ستون‌ها نصب شدند، امکان دارد با توجه به ارتفاع ستون و آزاد بودن سرستون تا هنگام نصب تیرها، ستون‌ها تحت تأثیر شدت باد و وزنشان حرکت‌هایی از خود نشان دهند که به احتمال زیاد تأثیر منفی و ایجاد ضعف در جوشکاری و اتصالات کف را در بر خواهد داشت. لذا باید پس از نصب، سریعاً به مهاربندی موقت ستون‌ها توسط میلگرد یا نبشی به شکل ضربدری مبادرت ورزیده شود.
سه تصویر بعدی به ترتیب آماده سازی و تمیزکاری صفحه ستون قبل از نصب ستون، تنظیم پای ستون نسبت به خط محور و شاقول کردن آن و در نهایت جوشکاری کامل پای ستون و ملحقات آن را نشان می‌دهند.
روش صنعتی
در روش صنعتی، صفحه ستون در کارخانه به شکل گونیا به پای ستون جوش و یکدست می‌گردد که قبلاً نیز به آن اشاره شده است.
روند اجرای روش صنعتی شامل ساخت ستون با صفحه ستون در کارخانه، پدگذاری، نصب ستون و قالب بندی به منظور گروت ریزی و شکل نهایی پای ستون پس از ساخت، نصب و گروت ریزی در 4 تصویر بعد به نمایش در آمده است.
رواداری نصب ستون
- بیشترین میزان جابه جایی ستون از موقعیت فرضی، برابر با 6 میلی متر است.
- بیشترین ناشاقولی مجاز ستون‌ها، به ازای هر یک از طبقات، برابر با یک پانصدم ارتفاع و حداکثر 25 میلی متر به طرف نما و 50 میلی متر به طرف درون ساختمان است.
ساختمان 115 » مرجع ارائه پیچ و رولپلاک نما و سنگ سابی
این مطلب رو حتما ببینین