ایستاسازه
En Ar

خانه - خدمات ایستاسازه - ابنیه و ساختمان - مقاطع سازه ای مرکب (Composite structural sections)

یکی از مهم ترین تصمیماتی که در طراح سازه می بایستی مدنظر قرار دهد، انتخاب نوع مصالح مصرفی در سازه پروژه می باشد. این تصمیم در بسیاری از مواقع تابع نوع اسکلت سازه، مسائل مالی و تأمین سرمایه مورد نیاز ساخت پروژه و همچنین تجربه و دانش و مهارت گروه طراحی است. هدف مهم و اصلی در فرآیند طراحی انواع سازه های بتنی و فلزی، به دست آوردن سازه ای اقتصادی و در عین حال عملکرد مطلوب می باشد. از نظر مهندسین طراح سازه، اصطلاح سازه مرکب یا سازه با مقاطع مرکب برای سیستم های سازه ای به کار می رود که در آن اشکال مختلف مقاطع فولادی نورد شده به صورت گرم با بتن پیش ساخته (به صورت مکانیکی) یا بتن درجا (قالب بندی شده در محل) قفل و بست شده باشد. سازه مرکب می تواند شامل تیرهای مرکب، خرپای مرکب، ستون های مرکب و دیوارهای مرکب باشد. در تیرهای مرکب، یک دال از جنس بتن به طور مکانیکی به یک عضو فولادی متصل می شود. برای تیرها تحت خمش مثبت، دال بتنی به عنوان بال فشاری یک تیر فولادی و عضو فولادی به عنوان بال کششی عمل می کند. بدین ترتیب استفاده از تیر مرکب در صورتی که مقاومت و سختی بیشتری از تیر فولادی داشته باشد، قابل توجه می باشد و در نتیجه مقطع فولادی به کار رفته در سازه مرکب از مقطع فولادی به کار رفته در سازه فولادی، با بارگذاری یکسان سبک تر می باشد. غالباً بتن دال روی یک عرشه فلزی دارای تیر کمرکش، که روی بال بالایی مقطع فولادی قرار دارد، ریخته می شود، عرشه فولادی همانند یک قالب ثابت برای بتن ریزی می باشد و همچنین وظیفه یک تقویت خمشی مثبت را دارا می باشد. از عرشه فولادی در ساختار شمع بندی نشده استفاده می شود و به همراه آن از تقویت حداقل مورد نیاز در دال نیز استفاده می شود.


اجزای به کار رفته در سازه مرکب (مقاطع سازه ای مرکب)


به طور کلی می توان اجزای به کار رفته در یک سازه مرکب را به موارد زیر تقسیم بندی نمود:


  1. مقطع فولادی یا عنصر فلزی همچون مقطع توخالی فولادی
  2. مقطع بتنی یا عنصر بتنی همچون دال بتنی یا پرکننده بتنی
  3. عضو اتصال دهنده برشی در صورت نیاز
  4. میلگردهای تقویتی جهت افزایش ظرفیت کششی عضو در صورت نیاز
اجزای به کار رفته در مقطع سازه‌های مختلط
اجزای به کار رفته در مقاطع سازه ای مرکب

اثرات استفاده از بتن در سازه فولادی


برای مطالعه اثرات استفاده از بتن در سازه فولادی، بهترین روش مدل سازی اتصالات مربوطه می باشد. زیرا اولاً مدل سازی کل سازه کاری دشوار و زمان بر است. ثانیاً مدل سازی سایر اجزاء سازه نمی تواند به خوبی اثرات استفاده از بتن را در تقویت سازه، نشان دهد. ولی به این علت که اتصال حساس ترین قسمت سازه است و روش به کار گرفته شده که شامل استفاده از بتن در داخل ستون، استفاده از سخت کننده در ستون، استفاده از قشر بتنی در کف و … است، تحت هر شرایطی اثر خود را بر روی اتصال خواهد گذاشت، لذا مدل کردن اتصال و بررسی رفتار آن بیانگر رفتار سازه خواهد بود. برای مدل کردن اتصال، پیچیدگی های زیادی وجود دارد. با توجه به اینکه اتصال به عنوان یک جزء سازه مورد بررسی قرار می گیرد، بایستی اندرکنش سایر اجزاء سازه نیز با آن منظور گردد. زیرا اگر اتصال بدون اعمال شرایط سازگاری با سایر قسمت های سازه یعنی تیر، ستون و … مورد بررسی قرار گیرد، نمی توان مدعی شد که اتصال مدل شده، رفتار کاملاً مشابهی با اتصال واقعی دارد. لذا لازم است که شرایط بارگذاری، شرایط تکیه گاهی و شرایط مرزی به گونه ای در نظر گرفته شود که اتصال در تقابل با سایر اجزا دیده شود.

مقطع فولادی و بتنی و نحوه اتصال آنها در مقطع های مختلط
استفاده همزمان از مقطع فولادی و بتنی و نحوه اتصال آنها به یکدیگر

اثرات استفاده از فولاد در سازه بتنی


بتن و فو‌لاد مصالحی هستند که به صورت گسترده در ساخت و ساز ها مورد استفاده قرار می گیرند. مزایای هر دو مصالح امروزه به خوبی شناخته شده است. بتن مصالحی با سختی بالا، ارزان قیمت (نسبت به سایر مصالح) و مقاومت قابل توجه در برابر آتش سوزی و ضمناً فو‌لاد مصالحی با شکل پذیری و مقاومت بالا و وزن کم است. با این وجود، استفاده از فو‌لاد تنها در ساخت ستون ها به ویژه در سازه های بلند، غیر اقتصادی است. همچنین سازه های بلند با ستون های فو‌لادی معمولاً دارای تغییر شکل های جانبی نسبتاً بزرگ بوده و در مقابل آتش سوزی مقاومت پایینی دارند. همچنین استفاده از بتن تنها در ستون های ساختمان های بلند، در طبقات پائین فضای بیشتری را اشغال نموده و دارای وزن نسبتاً بیشتری است. به علت ترد و شکننده بودن بتن، سازه حاصل دارای شکل پذیری کمتری بوده و در بارهای لرزه ای، افت مقاومت در سازه به وجود خواهد آمد.

ترکیب هوشمندانه این دو مصالح، یک سیستم مؤثر و کارآمد از استفاده مجزا از آنها را نتیجه می دهد. این سیستم را با عباراتی چون سازه مرکب و یا دوگانه و یا سازه با مقاطع مرکب معرفی می کنند. امروزه مقاطع سازه ای مرکب به صورت موفقیت آمیزی در ستون ها، تیرها و دال های با دهانه های متوسط و بزرگ در انواع مختلف ساختمان ها و همچنین در پایه و تیرهای پل ها مورد استفاده قرار می گیرند.

سقف دال عرشه مرکب قبل از بتن ریزی و پس از نصب برش گیرها و میلگردها
سقف دال عرشه مرکب قبل از بتن ریزی و پس از نصب برش گیرها و میلگردها

استفاده از ستون های مرکب به علت همکاری توأم و مناسب بتن و فو‌لاد در بسیاری از سیستم های سازه ای در سرتاسر جهان در حال افزایش است. ستون های مرکب نه تنها مزایای بسیاری در ساخت به ویژه از نظر سرعت اجرا و متغیرهای اقتصادی دارند بلکه باعث بهبود قابل توجهی در خواص مکانیکی اعضای سازه ای در مقایسه با اعضای بتن مسلح و فو‌لادی مجزا می شوند. ستون های مرکب اگر جزئی از سیستم سازه ای مختلط باشند، مزایای دیگری نیز می توان از آن‌ها انتظار داشت. به عنوان مثال اگر اتصال مناسبی بین ستون و سیستم سقف (تیر و دال) برقرار باشد، این اتصال مقاومت با‌لاتر و رفتار بهتری از خود نشان می دهد که در نتیجه باعث افزایش سختی ‌و ایجاد قید اضافی خواهد شد.

استفاده از دو نوع مصالح بتن و فولاد در ساخت ستون مرکب
استفاده از دو نوع مصالح بتن و فولاد در ساخت ستون مرکب

یکی از پیچیدگی های اجرایی در ستون های مرکب هماهنگی میان عوامل اجرایی بتن و فو‌لاد و نحوه اتصال تیر به ستون است. اما از مزایای بسیار این نوع از ستون ها می توان به موارد زیر اشاره نمود که سبب استفاده روزافزون از آنها در فرآیند طراحی و اجرای سازه ها گردیده است.


  1. افزایش سرعت ساخت
  2. عدم نیاز به قالب
  3. کاهش بارهای روی پی
  4. افزایش فضای مفید
  5. کاهش زمان ساخت
  6. کاهش هزینه‌های ساخت و نگهداری
مزایای استفاده از ستون های مرکب نسبت به اعضای بتن مسلح و فو‌لادی مجزا
مزایای استفاده از ستون های مرکب نسبت به اعضای بتن مسلح و فو‌لادی مجزا

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید : 

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

مطالب مرتبط:

سایر مقاله ها

انتقال حرارت در خاک های غیر اشباع (Heat Transfer in Unsaturated Soil)

انتقال و جریان حرارت در خاک ها با سه ساز و [...]


بیشتر بخوانید

پی های حلقه ای، صندوقه ای و پوسته ای (ring, shell & caisson foundation)

با توجه به اهمیت زیاد شالوده در پایداری سازه ها، [...]


بیشتر بخوانید

آزمایش سه محوری سیکلی (Cyclic triaxial test)

آزمایش سه محوری سیکلی از جمله آزمایش های متداول و [...]


بیشتر بخوانید

خاک های واگرا و آزمایش های واگرایی خاک (Dispersive Soil)

به خاک هایی که در معرض آب های کم نمک، [...]


بیشتر بخوانید