اگر در مورد ستون این نکات را نمی‌دانید پس مهندس عمران نیستید!

ستون در تاریخ ۱۴۰۰/۰۴/۱۹ به روز رسانی شد!

پیش از آنکه وارد سفر تاریخی‌مان شویم بهتر است چند کلمه‌ای برایتان از این جاذبه سخن بگوییم. تخت جمشید نام یکی از شهرهای باستانی ایران در مرودشت استان فارس است که داریوش بزرگ آن را بنیان نهاد. همه، این شهر را به واسطه ستون‌ های سر به فلک کشیده و سرستون‌های تماشایی‌اش می‌شناسند و ردپایی از تاریخ را در نقش و نگارهای آن جستجو می‌کنند.تا کنون به ریشه طراحی این ستون ها و سرستون ها دقت کرده اید؟

این بنای عظیم یکی از بناهای مهم تاریخی جهان بشمار می‌رود؛ بنایی با چند هزارسال قدمت که نشانی اولین تمدن جهان بر کره خاکی را در ایران به مخاطبان می‌دهد. پیشینه تخت‌جمشید یا پرسپولیس، بارها و بارها نقل شده و افراد بسیاری در این خصوص، تعداد کاخ‌ها و ستون‌ها و دیگر خصوصیت‌های عمومی این بنا اطلاعاتی داده‌اند.یکی از سوالاتی که ممکن است برای هر بیننده‌ای ایجاد شود، محل استقرار این بنا، علت عرض زیاد پله‌ها، چرایی طراحی ستون‌ها و سرستون‌ها، نمادهایی که در این بنا به تکرار استفاده شده و دلیل پیش‌بینی کاخ‌ها و سرسراهای مختلف است.

 

 

 

تمایل دارید این جلسه و جزوه آموزشی آن را دانلود کنید؟
اين جلسه حاوي

1. فيلم آموزشي بالا
2. ۲ جزوه آموزشي براي درک بهتر ويديو به زبان فارسي

ميباشد، اگر تمايل داريد تمامي۴۴ قسمت آموزش ايتبس و تمامي جلسات آموزش سيف را دانلود کنيد، بايد عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري باشيد! چنانچه تاکنون ثبت نام نکرديد از طريق دکمه زير ثبت نام کنيد.

تاکنون بيش از ۲۰۰۰ نفر عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري شده اند!

هزينه عضويت تنها ۲۹ هزار تومان

خيلي سريع من را عضو الماسي کن!

 

یکی از هنرهای معماری در تخت جمشید این است که نسبت ارتفاع سردرها به عرض آن‌ها و همین‌طور نسبت ارتفاع ستون‌ها به فاصلهٔ بین دو ستون نسبت طلایی است. نسبت طلایی نسبت مهمی در هندسه است که در طبیعت وجود دارد. این نشانگر هنر ایرانیان باستان در معماری است.

در گذر زمان تعدادی از ستون‌های دروازه‌ها و کاخ‌ها در تخت جمشید، حوادثی مثل زلزله، سیل و دیگر بلاهای طبیعی را پشت سر گذاشته و با این حال همچنان سر پا مانده‌اند. اما چگونه بعد از گذشت این همه سال، این ستون‌ها همچنان استوار ایستاده‌اند؟ نقش ستون‌ها در این بنای عظیم چیست؟

آن‌ها در نگاه اول یکپارچه به نظر می‌رسند اما در حقیقت تکه‌تکه هستند و روی‌هم سوار شده‌اند. راز پایداری آن‌ها مقابل زمین‌لرزه در محل اتصال این تکه‌هاست، جایی که دو تکه ستون به‌وسیله سرب مذاب به هم متصل شده‌اند. این سرب علاوه بر محکم کردن اتصال دو تکه ستون، نقش مهمی برای مقاومت سازه در مقابل زمین‌لرزه داشته است. سرب فلز چکش‌خوار و نرمی است که هنگام بروز زمین‌لرزه از خودش واکنش نشان داده و خُرد نمی‌شود، این همان نقشی است که در ساختمان‌های امروزی و مدرن بر عهده فنر لای ستون‌ها گذاشته می‌شود.

برای پاسخ کامل تر به این سوالات، در این جلسه به مبحث ستون‌ها می‌پردازیم.

در این جلسه وارد مبحث ستون‌ها می‌شویم تا بفهمیم که ستون‌ها از کجا آمده‌اند؟ چه کاری انجام می‌دهند و در آخر چگونه باید آن‌ها را در نرم‌افزار ایتبس تعریف کنیم. در این جلسه سعی کردیم تا هم نکات آیین‌نامه‌ای را به‌صورت کامل بیان کنیم و هم نکات بیان شده را در نرم‌افزار ایتبس اعمال کنیم.

 

ستون به معنای واقعی :

اگر در مورد ستون این نکات را نمی‌دانید پس مهندس عمران نیستید! این جمله را ۴ سال پیش آقای رامین مردانی، یکی از دانشجویان دوره نخبگان طراحی در زمانی که به این نکات رسیدیم بیان کردند.

در معرفی مقاطع ما ۳ قسمت بسیار مهم داریم که شامل قسمت‌های زیر می‌باشد:
۱) ستون‌ها
۲) تیرها
۳) سقف‌ها

اگر به دنبال این مسئله هستید که چگونه ستون را در نرم‌افزار ایتبس وارد کنید مراحل زیر را انجام دهید :

1. نرم‌افزار خود را باز کنید !
2. از نوار سمت چپ گزینه مربوط به رسم ستون‌ها را انتخاب کنید!
3. بر روی گرید لاین‌ها بروید و روی نقاط مشخص شده کلید بکنید.

به شما تبریک می‌گویم. از الان شما می‌توانید ستون (column) را در نرم‌افزار ایتبس وارد کنید. اما اگر به دنبال نکات بسیار مهم‌تر می‌باشید که ممکن است روند طراحی شما را عوض کند، فیلم بالا را مشاهده و نکات درون مقاله را تا انتها دنبال کنید!

 

 

تاریخچه ستون و طراحی ستون :

در هیچ جای دنیا هیچ تاریخچه دقیقی از اولین استفاده بشر از ستون بیان نشده است. اما در کتاب ” The History of Civil Engineer ” اولین استفاده ستون در مهندسی عمران را با اشاره به کشور مصر بیان کرده است. در علم سازندگی مصر کهن یک دانشمند همه چیز دانی به نام ایمهوتب زندگی می‌کرد. ایمهوتپ معمار، ۲۶۰۰ سال پیش از میلاد از ستون‌های سنگی استفاده کرد که سطح کنده‌کاری شده آن‌ها نمایش‌دهنده دسته‌های نی بود. او در آغاز مصطبه ای (در زبان عربی به معنای نیمکت) ساخت. ساختمانی که جسد شاه مصری پیش از ورود به مقبره‌اش درون آن قرار می‌گرفت. آرامگاه زوسر از دهلیزی زیر زمینی تشکیل می‌شد که عمق آن از روی زمین ۲۷ متر بود. این مقبره دو طبقه را با سنگ خارای سرخ پوشانده بودند. مدفن اصلی در طبقه زیرین قرار داشت. ورودی محل دفن، دریچه‌ای دایره‌ای شکل بود که بعد از مرگ زوسر آن را با تخته سنگی گرانیتی به وزن سه تن مسدود کردند.

شاید جالب باشد که در مورد ایران عزیزمان بدانیم که بسیاری از مراجع تحقیقی معتقداند که ستون‌های عمارت تخت جمشید در ایران باستان که در روزگار امپراطوری هخامنشیان ساخته و طراحی شد یک نمونه بینظیر از ستون‌های سنگی و زیباترین الگو برای دنیای امروزی ما می‌باشد. ستون‌هایی که در تخت جمشید و دیگر بناهای تاریخی ساخته شده‌ است در حقیقت از اصول نری و مادگی برای درهم کشیدن این ستون‌ ها استفاده می‌شود. این امر موجب یک تکه شدن انواع ستون‌ها می‌باشد که در شکوه و جلای این بناها و همچنین نقش ایستایی آن نقش مهمی دارد.

امروزه از ستون‌ها استفاده‌های زیادی در صنعت مهندسی عمران می‌شود، مانند ستون‌های تنگ‌دار، ستون مارپیچ، ستون کامپوزیتی، ستون نوع L، ستون نوعY، ستون نوع T و …

اما به‌طور کلی می‌توانیم بگوییم که ستون به عضو سازه‌ای گفته می‌شود که ارتفاع آن از سه برابر بعد آن بیشتر باشد.

به تصویر زیر دقت کنید.

 

 

ستون چیست ؟ 

اگر در نظر داشته باشیم معنای ستون را دقیق بررسی کنیم می‌توانیم بگوییم، یک عضو محوری است ،ستون عضوی از سازه می‌باشد که معمولا به صورت قائم اجرا می‌شود این عضو محوری وظیفه دارد تا نیروی محوری را انتقال دهد.و نیروهای محوری ناشی از بار مرده و بار زنده را  به صورت نیروی فشاری (شاید به همراه لنگر خمشی) از تیرها دریافت می‌کند و در نهایت به پی وشالوده منتقل می‌کند. پس ما طراحان سازه باید حتما در نظر داشته باشیم که در هنگام تعریف مقاطع ستون در ایتبس، این اعضا را، عضو فشاری در نظر بگیریم که قادر به تحمل نیروهای محوری می‌باشد و این نیروهای محوری عمدتا از جنس فشار می‌باشد.

ستون‌ها (Column) به‌صورت مکعبی، مستطیلی قائم و استوانه‌ای قائم کاربرد دارند. در این بین ستون‌هایی با مقاطع دایره‌ای شکل کاربردی‌ترند. علت آن این است که مقاطع استوانه‌ای نیروی فشاری را به‌صورت کنش و واکنش‌های بهتری ردو بدل می‌کنند و چون فاصله آن‌ها تا ممان اینرسی‌شان برابر است؛ مقاومت بهتری نسبت به سایر مقاطع دارند.

به تعریف بالا اصلا توجه نکنید! باور کنید خود من هم زمانی که داشتم این جمله را می‌نوشتم نزدیک به ده بار آن را اصلاح کردم. اگر می‌خواهید از ستون به درک درستی برسید فقط و فقط به نوشته‌های زیر دقت کنید.

 

ستون‌ها عضوهایی از ساختمان می‌باشد که در مورد آن‌ها باید ۵ نکته زیر را بدانیم:

1. معمولا قائم هستند (نه همیشه)
2. عضو محوری محسوب می‌شوند و برای نیروی محوری کاربرد دارند.
3. نیرو محوری را به صورت نیروی فشاری یا با لنگر خمشی و یا بدون لنگر خمشی منتقل می‌کنند.
4. این نیروهای فشاری معولا ناشی از بارهای مرده و زنده هستند!
5. ستون‌ها وظایفی نیز دارند!

 

حال بیایید در مورد مطالب بالا با هم صحبت‌های بیشتری را انجام دهیم!

 

ستون‌ها معمولا (نه همیشه) به صورت قائم و عمودی اجرا می‌شوند!

هیچگاه این اشتباه را نکنید! ستون‌ها همیشه قائم و عمودی اجرا نم‌یشوند. این صحبت که بیان می‌کردیم ستون‌ها اعضای سازه‌ای قائم هستند تنها تا سال ۲۰۰۴ صحیح بود و پس از آن با وارد شدن این موضوع طراحی ستون‌های کج به آیین‌نامه سنگاپور این موضوع کامل رد شد.

البته این موضوع را باید اشاره کنیم که به دلیل اینکه ستون‌ها اعضای محوری می‌باشند، ما طراحان سازه‌ای ( چه در طراحی سازه بتنی و چه در طراحی سازه فولادی ) بیشتر تمایل به طراحی ستون‌های قائم و عمودی داریم و قاعدتا همیشه بهترین پاسخ را در هنگام طراحی ستون‌های کاملا قائم دریافت می‌کنیم.

 

منظور از نیروی محوری و عضو محوری دقیقا چیست؟

در دوره جعبه ابزار طراحی سازه‌های بتنی بودیم که به مبحث ستون‌ها رسیدیم و توضیحات خودم را شروع کردم. بارها و بارها در مورد مطالب از هنرجویانم سوال کردم که آیا مطالب واضح است؟ و یک صدا جواب بله را دریافت کردم.

در ساعت استراحت بودیم که یکی از هنرجویانم نزد من آمد و گفت: استاد (اشکان رجبی) میشه خواهشا بگید منظور از نیروی محوری و یا عضو محوری چیست؟

در این لحظه خواستم بفهمم که آیا سایر هنرجویانم پاسخ این سوال را می‌دانند یا نه! تا هم خودم زمان پیدا کنم که چند تصویر در مورد نیروی محوری پیدا کنم و به اسلایدهایم اضافه کنم تا در ساعت بعدی، این موضوع را تدریس کنم و هم از سطح علمی سایر هنر جویان آگاه شوم.

در نهایت بعد از اتمام زمان استراحت از فردی که از من سوال کرد پرسیدم آیا به جوابت رسیدی و کلمه خیر را شنیدم و متاسفانه متوجه شدم که این حال بسیاری از ما مهندسان عمران می‌باشد. مثلا برای اینکه ستون چیست نیروی محوری و عضو محوری را به کار می‌بریم اما هیچگاه از منظور دقیق آن با خبر نیستیم.

 

ستون عضو محوری سازه می‌باشد و عضو محوری بدان معناست که فقط نیروی محوری بصورت کششی یا فشاری موجود در دو انتهای خود را متحمل شود. حال بیایید مفهوم نیروی محوری را با هم بررسی کنیم.

نیروهای محوری (Axial Load)، نیروهایی هستند که در امتداد محور طولی اجسام و عمود بر سطح مقطع آن‌ها وارد می‌شوند!

به تصویر زیر دقت کنید.

 

 

هنگامی که در مورد نیروی محوری صحبت می‌کنیم یک موضوعی به نام  تنش بسیار برای ما حائز اهمیت می‌باشد. در این مقاله، تنها با ذکر یک مثال این موضوع را بررسی می‌کنیم و از توضیحات بیشتر خودداری می‌کنیم.

 

نیروهای درون ستون‌ها:

تا اینجای کار با هم دو موضوع زیر را در مورد ستون‌ها بررسی کردیم:

1. ستون‌ها اعضای معولا قائم هستند!
2. ستون‌ها از اعضای محوری در سیستم‌های باربر سازه‌ای محسوب می‌شوند!

حال به سراغ ویژگی سوم ستون یعنی “نیرو محوری را به صورت نیروی فشاری یا با لنگر خمشی و یا بدون لنگر خمشی منتقل می‌کنند.” می‌رویم.

البته این ویژگی موجود در ستون‌ها، از همان عضو محوری بودنشان ناشی می‌شود و می‌توان گفت تمامی اعضای محوری موجود در سیستم‌های باربر سازه‌ای (چه مهاربند‌ها، چه اعضای موجود در خرپاها و … ) نیروهای محوری را به صورت فشاری و کششی تحمل می‌کنند.

اما ویژگی منحصر به‌فرد موجود در برخی از سیستم‌های باربر سازه‌ای مثل قاب خمشی موجب شده است، که گاهی ستون‌ها به همراه نیروی فشاری، لنگر خمشی را نیز منتقل کنند. اجازه دهید یک مقدار بیشتر با هم در این باره صحبت کنیم.

 

در مگاپکیج سیستم‌های بابر سازه‌ای ما تمامی سیستم‌های باربر سازه‌ای را آموزش داده‌ایم. یکی از این سیستم‌های باربر، قاب‌های خمشی می‌باشند. همینطور بیان کردیم که قاب‌های خمشی از سه قسمت کلی تشکیل می‌شوند:

• ستون
• تیر
• اتصال صلب بین تیر و ستون

به تصویر زیر دقت کنید. ستون‌ها و تیرها به کمک اتصالات صلب در کنار همدیگر قرار گرفته‌اند. این اتصال صلب موجب انتقال لنگر خمشی از تیر به ستون می‌شود.

 

در مقابل قاب‌های خمشی، قاب‌های ساده‌ ساختمانی قرار دارند که اتصالات بین تیر و ستون از نوع مفصلی می‌باشد. اتصال مفصلی در این سیستم‌های باربر موجب می‌شود که لنگر خمشی از تیرها به ستون‌ها منتقل نشود و لنگر خمشی در ستون ایجاد نشود.

 

شاید جالب باشد که بدانیم در سیستم باربر سازه‌‌ای مثل قاب خمشی ما اتصال صلب بین تیر و ستون را داریم و این اتصال صلب موجب به وجود آمدن لنگر خمشی می‌شود. این لنگر خمشی یکی از عوامل ایجاد سختی جانبی در قاب خمشی ساختمانی می‌باشد و خود این سختی جانبی باعث می‌شود که سیستم ما در برابر بارهای جانبی از خودش مقاومت نشان دهد.

 

نیروهای فشاری موجود در ستون‌ها ناشی از چه چیزی می‌باشد؟

معمولا در هر سازه‌ای دو نوع بار وجود دارد.

1. بارهای قائم (مثل بار مرده و بار زنده)
2. بارهای جانبی (مثل بار زلزله و یا بار باد)

معمولا ما طراحان سازه‌ای هنگام مواجه با بارهای ساختمانی، از بارهای جانبی بیشتر در هراس هستیم تا بارهای قائم اما به هر حال می‌توانیم بگوییم این نیروهای فشاری به وجود آمده در ستون‌ها ناشی از بارهای مرده و بارهای زنده موجود در طبقات می‌باشد. در سازه بارهای زنده و مرده وجود دارند که در جلسات بعدی آموزش ایتبس بیشتر به آن‌ها می‌پردازیم. ستون‌ها بارهای زنده و مرده را به‌صورت نیروی محوری به عضوهای دیگر سازه منتقل می‌کند.

• بار مرده چیست ؟

نیروهای اجتناب ناپذیر وزن سازه و سنگینی کلیه بارهای ثابت و دائمی (بدین معنا که همیشه وجود دارند) همانند بارهای اجزایی هم چون دیوارها، کف‌سازی، دیوارهای کناری سازه، سقف‌ها، تیر، ستون، وزن میلگردها، وزن بتن، نازک کاری، پوشش‌ها، تجهیزات و تاسیسات ثابت، وزن جرثقیل ثابت و سایر اجزا سازه‌ای و معماری جزء این نوع بارها هستند. بار مرده بر خلاف بار زنده همیشه وجود دارد.

• بار زنده چیست؟

بارهای زنده بارهایی هستند که متغیر و غیر قابل پیش‌بینی هستند و مقدار و راستای ثابت ندارند و امکان جابجایی ندارند. مثل بارهای انسان‌ها، حیوانات، ماشین‌ها، اثاثیه، دیوارهای جداکننده، سایر اعضای غیرسازه‌ای، باران، برف، مکش باد، فشار آب و خاک.

 

وظیفه ستون‌ها در سیستم‌های باربر سازه‌ای چیست؟

ستون‌ها، سقف‌ها، تیرها، دیوارها، مهاربندها و… همگی همانند مهره‌های بازی شطرنج می‌باشد و معمولا آن بازیکنی برنده مسابقه می‌شود که فقط روی دانسته‌ها و تجربه‌های خود متمرکز شود و بهترین استراتژی طراحی را بچیند.

برای چینش بهترین استراتژی طراحی سازه ما باد در ابتدا با مفهوم سیستم بابر سازه‌ای آشنا شویم.

 

سیستم‌های باربرسازه‌ای به ماهیتی از سازه می‌گویند که این ماهیت عامل انتقال بارها از طبقات به پی و فونداسیون می‌شود.
شاید جالب باشد که بدانید بارهای وارده به ساختمان به دو دسته عمده بارهای ثقلی (یا قائم مثل بار مرده و زنده) و بارهای جانبی (مثل بار باد و بار زلزله ) تقسیم می‌شود پس به همین دلیل ما طراحان نیز در سازه‌های خودمان نیز باید سیستم‌های سازه‌ای قائم ( مثل قاب ساده ساختمانی ) و سیستم‌های سازه‌ای جانبی (سیستم قاب خمشی و یا سیستم مهاربندی ساختمان… ) داشته باشیم.

البته به‌دلیل اینکه برخی از سیستم‌های باربر سازه‌ای مثل قاب خمشی هم در برابر بارهای جانبی و هم در برابر بارهای قائم رفتاری مناسب دارند، می‌توانیم در سازه‌ها از سیستم‌های سازه‌ای دوگانه مثل سیسیتم قاب خمشی و دیوار برشی و … استفاده کنیم.

 

پس تا اینجای کار متوجه شدیم که سیستم‌های باربر سازه‌ای از دو رکن زیر تشکیل شده‌اند.

1. سیستم باربر جانبی
2. سیستم باربر قائم

وظیفه هر ستون در سیستم باربر سازه‌ای این می‌باشد که نیروهای محوری را از شاه‌تیرها دریافت کند و بعد از آن به پی و یا فونداسیون منتقل کند.

سیستم باربر سازه ای و انتخاب آن دومین گام برای شروع طراحی میباشد که توسط مهندس طراح سازه ای صورت میگیرد.

در علم مهندسی عمران سیستم‌های مختلف سازه‌ای قرار دارد اما اکثراً به سراغ قاب خمشی و یا دیوار برشی و یا مهاربند می‌روند و به‌طور پیش‌فرض این نوع سیستم‌های سازه‌ای را بهترین سیستم‌های سازه‌ای باربر جانبی می‌دانند.

هر ساختمان به‌طورکلی از اعضای باربر قائم همانند ستون‌ها و تیرها و اعضای باربر جانبی همانند مهاربندها تشکیل‌شده است. اما در کنار این دو قسمت، قسمت دیگری نیز برای ما مهم می‌باشد و آن‌هم نحوه‌ی اتصال قسمت‌های مختلف یک سازه می‌باشد. پس به‌طورکلی می‌توان گفت که نحوه‌ی انتقال بارهای قائم و جانبی در سازه بستگی به نحوه‌ی ترکیب و آرایش اعضای باربر قائم سازه‌ای نظیر ستون‌ها، تیرها و اعضای باربر جانبی نظیر مهاربندها و نحوه‌ی اتصال این اعضا دارد. به این ترکیب سامانه‌ی ساختمانی یا سیستم بار برسازه‌ای ساختمانی گویند.

در هر سیستم‌باربرسازه‌ای اعضای باربر قائم از طریق ۴ عملیات یک بار ثقلی را دفع میکنند.

در مرحله ی اول بار های قائم به سقف ها وارد میشود.
در مرحله ی دوم بارهای وارده از طریق سقف ها به شاهتیر ها منتقل میشود.
در مرحله ی سوم شاهتیر ها که بارهای ثقلی را از سقف گرفته اند به دو سر تکیه گاه خود یعنی محل حضور ستون ها منتقل میکنند.
در مرحله ی چهارم ستون ها بار ها را از محل اتصال تکیه گاه های شاهتیر ها میگیرند و در نهایت به شالوده ها منتقل میکنند.

سامانه‌های باربر جانبی در سیستم باربر سازه ای :

سامانه‌ی باربر جانبی قسمتی از کل سازه است که برای تحمل بارهای جانبی ناشی از باد و زلزله به‌کار گرفته می‌شود. در ساختمان‌های بلند اسکلت فلزی مرکب از تیر و ستون، استحکام و مقاومت آنها در مقابل نیروهای جانبی (باد و یا زلزله) بستگی به درجه‌ی گیرداری اتصالات تیر و ستونشان دارد.

اگراتصالات بین تیر و ستون طوری مستحکم باشند که زاویه‌ی میان آنها تغییر نکند، ساختمان می‌تواند نیروهای جانبی را تحمل کند و از حالت شاقولی خارج نشود. اگر گیرداری بین تیر و ستون موجود نباشد و مثال اتصالات نزدیک به حالت مفصلی باشند، با وارد شدن نیروهای جانبی، زاویه‌ی بین تیرها و ستون‌ها تغییر خواهد کرد و ساختمان به یک طرف متمایل می‌شود. واضح است که در این وضع، حالت تعادل پایدار نیست و سرانجام به خرابی ساختمان منجر خواهد شد.

انتخاب سیستم باربر جانبی بسیار اهمیت دارد زیرا می‌توان گفت که با انتخاب مناسب خودمان می‌توانیم به‌طور مستقیم و غیرمستقیم روی شکل‌پذیری سازه، سختی جانبی سازه و… تأثیر گذاشت.

انتخاب سیستم‌باربرسازه‌ای به شرایط بسیاری مربوط می‌شود. شرایطی مثل اکیپ‌های اجرایی، علم بهره‌برداری، انتظارات موردنظر از سازه در مورد سختی جانبی، انتظارات موردنظر در مورد شکل‌پذیری، محدودیت‌های معماری و … بر روی انتخاب سیستم‌باربرسازه‌ای تأثیر می‌گذارد.

سیستم بار برسازه‌ای خوب انتخاب کردن بسیار ساده است اما اجرای آن سیستم از خود آن مهم‌تر است. متاسفانه به دلیل عدم رونق اقتصادی و عدم وجود اکیپ‌های حرفه‌ای برای اجرای انواع سیستم‌باربرسازه‌ای ما مهندسان باید از شرایط و عرف جامعه بسیار پیروی کنیم. این روزها در کشور ما سیستم‌ باربر سازه‌ای قاب خمشی به همراه دیوار برشی و سیستم‌باربرسازه‌ای قاب خمشی به همراه مهاربندها بسیار رایج است و اکثراً هم در کارهای طراحی خودشان از این نوع سیستم‌های باربر جانبی استفاده می‌کنند. به گونه‌ای که می‌توان گفت بلندترین ساختمان ایران به نام برج میلاد از هیچ‌گونه سیستم خاصی پیروی نمی‌کند.

انواع ستون‌ها:

۱) ستون بتنی با تنگ بسته
۲) ستون بتنی با دورپیچ حلقوی

این ستون نیز از بتن مسلح ساخته‌شده است. در این نوع از ستون میلگردهای طولی توسط آرماتورهای مارپیچ پیوسته و بسیار نزدیک به هم محصورشده‌اند.

۳) ستون مرکب

ستون‌های مرکب:
این نوع از ستون درواقع آرماتورهای اصلی و طولی به‌صورت مقطع فولادی یا لوله‌ای همراه با میلگردهای طولی یا بدون آن‌ها هستند. این نوع ستون مرکب از استحکام بسیار بالا و سطح مقطع نسبتاً کوچک برخوردار است و از طرف دیگر مقاومت آن در برابر حرارت یا به عبارتی آتش‌سوزی بسیار خوب است.

ستون‌های مرکب فولادی – بتنی از سال ۱۹۵۰ به‌تدریج رواج یافتند و با توجه به مزایای زیاد این ستون‌ها، استفاده از آنها در ساختمان‌های بلند به‌صورت روزافزون شدت یافت.ستون‌های فوالدی مدفون در بتن، اولین بار در ساختمان‌های Petersburg در سال ۱۸۹۸ برای افزایش مقاومت ستون در برابر آتش‌سوزی مورداستفاده قرار گرفت.

ستون‌هایی هستند که سازوکار خاص خود را دارند و شامل ستون تنگ بسته و دورپیچ حلقی می‌شوند. در این ستون‌ها تنها نیروی محوری و لنگر خمشی ملاک نیست. گاهی اوقات ما نیاز داریم که ستون‌ها کارهای دیگری نیز انجام دهند آن جا از ستون‌های مرکب که هم تنگ بسته دارند و هم دور پیچ حلقوی استفاده می‌کنیم.

امروزه سیستم‌های مرکب به‌صورت موفقیت آمیزی در ستون‌ها، تیرها و دالهای با دهانه‌های متوسط و بزرگ در ساختمان‌ها و همچنین در پایه و تیرهای پله‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند. استفاده از ستون‌های مرکب به علت همکاری توأم و مناسب بتن و فولاد دربسیاری از سیستم‌های سازه‌ای در سرتاسر جهان در حال افزایش است.ستون‌های مرکب نه‌تنها مزایای بسیاری در ساخت بخصوص سرعت و اقتصاد دارند بلکه باعث بهبود قابل‌توجهی در خواص مکانیکی اعضای سازه‌ای درمقایسه با اعضای بتن مسلح وفولادی تنها می‌شوند.

که در دوره‌های آموزشی پیشرفته‌تر این ستون‌ها را بررسی خواهیم کرد.

 

۳ ترس بزرگ در هنگام طراحی و تعریف مقاطع ستون در ایتبس:

در طراحی ستون‌ها، هر طراح سازه‌ای ۳ ترس بزرگ در هنگام طراحی دارد.
۱) ستون ضعیف و تیر قوی:
اصل ماجرا این است که ستون‌ها قوی و تیرها ضعیف باشند. پس نباید عکس ماجرا اتفاق بیفتد. زمانیکه مفاصل پلاستیکی را در سازه استفاده می‌کنیم و مقداری با آن‌ها بازی می‌کنیم، تیرها قوی‌تر می‌شوند. عضوی که بزرگ‌تر (قلدرتر)است، ستون نیروی بیشتری می‌گیرد و ستون Fail می‌کند. این یکی از بزرگترین مشکلات در طراحی سازه می‌باشد.

۲) انهدام و تسلیم مصالح:
این قسمت باید در هنگام اجرا بررسی شود تا مصالح ما منهدم نشوند. که باید در اجرا به آن دقت کنیم.

۳) کمانش:
در ابتدا کمانش به چه معناست؟
کمانش یعنی ناپایداری و از بین رفتن عضو، تحت تاثیر تغییر شکل‌های جانبی زیاد که به علت نیروها یا تنش‌های فشاری رخ می‌دهد. به بیان بهتر یعنی، نیروی محوری به‌صورت فشاری وارد شود و باعث تغییر شکل ستون‌ها شود.

اگر سازه ناپایدار شود و از بین رود تحت تأثیر این تغییر شکل که این تغییر شکل خودش از این نیرو به وجود آمده است.در طراحی ستون‌هایمان به کمانش خیلی باید دقت داشته باشیم.

کمانش خود باعث انهدام مصالح می‌شود و عملا با کمانش ما دو مشکل در ستون‌های خود داریم. به‌طبع اگر مصالح منهدم شوند و کمانش رخ دهد، معمولاً در ۹۵ درصد مواقع ستون‌ها ضعیف‌تر از تیرها می‌شوند که این مسئله اصلا خوب نیست. این مسئله باید در طراحی و تعریف مقاطع ستون رعایت شود.

نیروی کمانش ستون نسبت مستقیم با مقطع ستون و نسبت عکس با ارتفاع آن در حدفاصل طبقات دارد یعنی هرچه ابعاد مقطع ستون بزرگ‌تر باشد نیروی کمانش آن بزرگ‌تر و هرچه ارتفاع بلندتر باشد نیروی کمانش کوچک‌تر است.

 

ضوابط تعریف مقاطع ستون:

برای راحتی کار در هنگام کنترل سازه، بهتر است قبل ازتعریف کردن مقاطع ستون در ایتبس آن‌ها را کنترل کنیم. در حالت کلی باید موارد زیر را بررسی کنیم.

 محدودیت ابعاد:
در قاب‌های خمشی ساختمانی ۳ نوع قاب داریم:
۱) قاب خمشی با شکل‌پذیری کم
۲) قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط
۳) قاب خمشی با شکل‌پذیری زیاد
با توجه به بند ۹-۲۰-۵-۳ مبحث نهم ویرایش جدید که در مورد ستون‌ها در قاب‌هایی با شکل‌پذیری متوسط می‌باشد، گفته شده است؛ در ستون‌ها باید محدودیت‌های هندسی زیر رعایت شود.
الف) عرض مقطع نباید کمتر از ۰٫۳ بعد دیگر آن، و نیز نباید کمتر از ۲۵۰ میلی‌متر باشد.
ب) نسبت عرض مقطع به طول آزاد عضو نباید از ۲۵/۱ کمتر باشد.

 

 محدودیت درصد آرماتور:
براساس بند ۹-۲۰-۵-۳-۲ در مبحث نهم ویرایش جدید که در مورد آرماتورهای طولی می‌باشد:
در ستون‌ها نسبت سطح مقطع میلگردهای طولی به کل سطح مقطع ستون نباید کمتر از ۱% و بیشتر از ۸% در نظر گرفته شود. این محدودیت باید در محل وصله‌ها نیز رعایت شود.
محل وصله‌ آرماتورهای طولی ستون باید در خارج از ناحیه اتصال تیر به ستون باشد.
زمانیکه دو ستون می‌خواهند به هم متصل شوند دوبار میلگردها روی هم قرار می‌گیرند. پس باید تقسیم بر ۲ شوند که کمترین آن‌ها برابر ۱% و بیشترین آن‌ها برابر با ۴% می‌باشد. بر اساس تجربه برای اینکه کنش و واکنش‌ها بهتر انجام شوند، بهتر است این مقدار را بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ درصد در نظر بگیریم.

 

 محدودیت فاصله آرماتورها:
براساس بند ۹-۲۱-۲-۱-۳ در مبحث نهم ویرایش جدید:
فاصله آزاد بین میلگردهای طولی در ستون‌ها، ستون پایه‌ها، بست‌ها و اجزای مرزی بین دیوارها نباید کمتر از هیچ یک از مقادیر زیر باشد.
الف) ۴۰ میلی‌متر
ب) ۱٫۵ برابر قطر بزرگترین میلگرد
ج) ۱٫۳۳ برابر قطر اسمی بزرگ‌ترین سنگ‌دانه
بند ج چنان اهمیتی ندارد و بعدها به شما کاربرد آن را خواهیم گفت.

 

 قوانین تجربی:
که شامل موارد زیر می‌شود:
۱) میلگردهای به‌کار رفته در فونداسیون:
یک طراح حرفه‌ای در ابتدا بالا سازه را طراحی کرده و سپس به‌سراغ زیرسازه و فونداسیون می‌رود. مجددا روسازه خود را بهتر می‌کند. به‌عنوان مثال، ما در فونداسیون خود از میلگرد شماره ۱۸ استفاده کرده‌ایم و مقدار زیادی از آن مانده است. طراح حرفه‌ای از باقی‌مانده این میلگردها در بالاسازه استفاده می‌کند.

۲) به‌جای میلگرد کم با سایز بزرگ، از میلگرد زیاد با سایز کم استفاده کنید.
به‌طور مثال، در سازه هم می‌توانیم ۲ میلگرد سایز ۲۴ استفاده کنیم و هم ۳ میلگرد سایز ۱۸٫ بهتر است میلگردها زیاد باشد و سایز آن‌ها کم. چراکه در کنش و واکنش‌های بین بتن و فولاد هرچه مقاومت کششی ما پخش شود تاثیر بهتری در هنگام وقوع بار زلزله می‌گذارد.

۳) تا جای ممکن یکسان باشد:
یعنی یک ستون ۴ میلگرد با سایز ۱۶ و ستون دیگر ۴ میلگرد با سایز ۱۸ نباشد. رنگین‌کمان درست نکنید و یکنواختی را در تعریف مقاطع ستون رعایت کنید.

۴) ستون‌های کتابی:
در مهندسی عمران مفهومی به‌نام کمان اینرسی وجود دارد. در سازه، یکی از مهم‌ترین نیروهایی که به هر عضو، مانند تیرها، وارد می‌شود ممان اینرسی یا لنگر است. در نتیجه عضو باید به گونه‌ای طراحی شود که در مقابل این لنگرها مقاومت مناسبی داشته باشند. از این رو، یکی از مهم‌ترین راه‌ کارها برای طراحی اعضای خمشی، افزایش ممان اینرسی مقطع آن‌ها می‌باشد تا در مقابل خمش مقاومت نمایند.

اگر به محورها در شکل زیر دقت کنید متوجه خواهید شد، در ستون‌های دایره‌ای فاصله یکسان است ولی در مقاطع مستطیلی اینگونه نیست. به‌همین علت می‌گوییم مقاطع دایره‌ای برای استفاده در ستون‌ها بهتر هستند.

اجزا تشکیل‌دهنده ستون:

۱) میلگردها
۲) خاموت
۳) کاور بتن
در ستون‌ها ما ابتدا یک کاور بتنی داریم، سپس خاموت و در نهایت میلگردها. در هنگام تعریف مقاطع ستون در ایتبس با توجه به آسیب‌پذیر بودن آرماتورها در برابر رطوبت، همچنین کاهش مقاومت آرماتورها در صورت وقوع آتش‌سوزی و گرم شدن بیش از حد، لازم است میلگردها توسط لایه‌هایی از بتن پوشیده شود. فاصله بین رویه میلگردها اعم از طولی و عرضی تا نزدیک‌ترین سطح آزاد بتن را پوشش بتن یا کاور می‌گویند.

ما در این دوره به شما تعریف مقاطع ستون در ایتبس را آموزش می‌دهیم که چگونه این مقاطع را وارد نرم‌افزار ایتبس کنید.

 

چگونه آرشیو کاملی از ستون‌ها و میلگردها برای خودمان درست کنیم؟

به شکل زیر دقت کنید.

 

حداقل ابعاد ستون برابر ۲۵*۲۵ می‌باشد. به ابعاد بعدی ستون‌ها ۵cm – ۵cm اضافه می‌شود.

اندازه میلگردها از ۱۲ تا ۲۵ می‌باشد. تعداد میلگردها برای اینکه قرینه باشند باید مضرب عدد ۴ باشند. اما سوال: چرا میلگرد اندازه ۱۰ نداریم؟ میلگرد ۱۰ برای خاموت‌ها استفاده می‌شود.

 

اما اصل ماجرا:

ما باید تمام ستون‌ها را برای خودمان بنویسیم. مسلما اینکار بسیار سخت است چرا که حداقل ما باید ۴۲۰ حالت را یادداشت کنیم. برای راحتی کار می‌توانیم از نرم‌افزار اکسل استفاده کنیم و جدول کاملی را برای خودمان تهیه کنیم. سپس هرکدام از مقادیر را کنترل کنیم.

به‌عنوان نمونه به مثال زیر دقت کنید.

بتن C45*45/12Ф۱۸ را در نظر بگیرید.

در ابتدا ƿ آن را به درصد محاسبه کنید. این مقدار با توجه به مبحث تهم ویرایش جدید در بند مربوط به محدودیت درصد آرماتور، باید حداکثر ۴% باشد.

ƿ برابر است با نسبت مساحت فولاد به مساحت بتن.

 

در قسمت بعد، یک بعد بتن را در نظر بگیرید. به‌طور مثال در این شکل، اندازه یک بعد آن ۴۵۰ میلی‌متر است. از این مقدار ۵۰ میلی‌متر مربوط به کاور بتن و ۱۰ میلی‌متر مربوط به خاموت می‌باشد. توجه شود که خاموت و کاور بتن در دو طرف این ضلع وجود دارد. همچنین در این بعد ۴ میلگرد سایز ۱۸ قرار دارد و تعداد فضای خالی بین میلگردها ۳تا می‌باشد.

عدد به‌دست آمده با توجه به مبحث نهم ویرایش جدید در بند مربوط به محدودیت فاصله آرماتورها، باید بیشتر از ۴۰ میلی‌متر باشد.

با انجام محاسبات متوجه می‌شویم که در بتن C45*45/12Ф۱۸ هر دو مشخصه رعایت شده است.

 

 

نرم‌افزار اکسل را باز می‌کنیم.

ستون‌ها، سایز ستون، سایز میلگردها، تعداد میلگردها، درصد آرماتور، فاصله آرماتورها را طبق فرمول وارد نرم‌افزار می‌کنیم.

سپس حالت شرطی را تعریف می‌کنیم که اگر دو بتن ما دو مشخصه را داشت به ما نشان دهد تا ما به‌عنوان طراح حرفه‌ای این ستون‌ها را به‌راحتی تشخیص دهیم.

 

تعریف مقاطع ستون در ایتبس:

۱) وارد نرم‌افزار ایتبس شده و فایل جلسه گذشته که تا مرحله Define پیش رفتیم را باز می‌کنیم.

۲) از نوار ابزار بالا گزینه Define، سپس Section Properties، در آخر Frame Sections را کلیک می‌کنیم تا پنجره Frame Properties باز شود.

 

۳) در قسمت Find Properties مقاطعی تعریف شده است که مورد استفاده ما نمی‌باشد. پس همه آن‌ها را با استفاده از گزینه Delete Multiple Properties پاک می‌کنیم.

 

 

 

۴) اکنون مقاطع جدیدی را باید وارد کنیم. گزینه Add New Property را کلیک کرده تا پنجره دیگری به‌نام Frame Property Shape Type باز شود. سپس از مقاطعی که در نرم‌افزار اکسل وارد کردیم کمک گرفته و آن‌ها را یکی یکی تعریف می‌کنیم.

۵) در قسمت Section Shape گزینه Concrete Rectangular را کلیک می‌کنیم.

۶) در قسمت Shape Type روی مقطع مستطیلی کلیک کرده تا صفحه Frame Section Property Data باز شود.

۷) در مرحله اول اسم آن را تغییر می‌دهیم. به‌طور مثال عبارت C25*25/4F16 را تایپ می‌کنیم. می‌توانیم به‌جای F حرف P را تایپ کنیم.

۸) در حالت پیش‌فرض Depth و Width، ۹ سانتی‌متر می‌باشد که آن را با توجه به میلگرد روی ۲۵ می‌گذاریم.

 

 

۹) روی گزینه Modify/Show Rebar کلیک کرده تا پنجره Frame Section Property Reinforcement Data باز شود.

۱۰) در این صفحه باید اطلاعات مربوط به مقاطع ستونی را وارد کنیم. اولین قسمتی که مشاهده می‌کنیم مربوط به Design Type است. اگر خواستیم ستون طراحی کنیم گزینه P–M2–M3 Design و اگر تیر خواستیم گزینه M3 Design Only را انتخاب می‌کنیم.

۱۱) در قسمت Rebar Material، میلگردهای طولی را روی S400 و میلگردهای عرضی (خاموت‌ها) را روی S340 تنظیم می‌کنیم.

۱۲) در قسمت Reinforcement Configuration، از ما می‌پرسد که مقطع شما مستطیلی باشد یا دایره‌ای؟
ما در این آموزش مقطع مستطیلی را انتخاب می‌کنیم.

۱۳) سپس در قسمت Confinement Bars باید مشخص کنیم که میلگرد از نوع تنگ بسته باشد یا پیچشی؟
که در مقطع مستطیلی تنها تنگ بسته به ما نشان داده می‌شود اما در مقطع دایره‌ای شکل هر دو حالت تنگ بسته و پیچشی به نشان داده می‌شود و ما می‌توانیم انتخاب کنیم.

۱۴) قسمت Check/Design کاربرد خاص خود را دارند.
حالت Check: یعنی نسبت نیروهای موجود را به ظرفیت مقطع اصطلاحا چک کنید.
حالت Design: درصد آرماتور مورد نیاز برای طراحی را به‌دست می‌آورد.
به دلیل اینکه شما تازه در مسیر طراحی قرار گرفته‌اید، بر روی حالت Design قرار دهید تا به دید طراحی برسید و سپس برای تیپ‌بندی روی حالت Check بگذارید. من چون آن دید طراحی را دارم از ابتدا رو حالت Check قرار می‌دهم.

۱۵) قسمت بعدی، Longitudinal Bars می‌باشد. در این قسمت ابعاد کاور بتن، تعداد میلگردها در محور X و Y و سایز میلگردها را مشخص می‌کنیم.

۱۶) وارد Confinement Bars می‌شویم. در این قسمت میلگردهای عرضی، سایز و فاصله شاخک‌ها را مشخص می‌کنیم. در قسمت طراحی به شما خواهیم گفت که این مقادیر از کجا به‌دست آمده‌اند.

۱۷) در نهایت OK می‌کنیم.

 

 

۱۸) به صفحه Frame Properties باز می‌گردیم. از میلگردی که تعریف کرده‌ایم با استفاده از گزینه Add Copy Of Properties کپی گرفته و بقیه میلگردهایی که در نرم‌افزار اکسل در هر دو حالت مناسب بودند را تعریف می‌کنیم. برای تعریف بقیه میلگردها تنها لازم است نام، Width ،Depth، Longitudinal Bar و Comer Bar را تغییر دهیم.

۱۹) در نهایت فایل را Save می‌کنیم.

بدین صورت آرشیوی کامل از مقاطع فولادی خواهیم داشت و به‌راحتی می‌توانیم در طراحی‌هایمان در نرم‌افزار ایتبس از آن استفاده کنیم.