ستون فلزی یا فولادی چیست و انواع آن
در ساخت و سازهای مختلف، از اجزای متنوعی استفاده می‌شود تا سازه‌ها به‌صورت استاندارد و با مقاومت مناسب اجرا شوند. ستون‌ها به عنوان یکی از اجزای اساسی هر سازه، نقش حیاتی در انتقال فشار و نیروهای ساختمان به فونداسیون و سپس به زمین دارند. ستون‌های فلزی به عنوان یکی از پرکاربردترین انواع ستون در ساخت و سازها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ستون، یک سازه عمودی است که در نقاط مختلف ساختمان اجرا می‌شود تا بتواند فشارها و نیروهای مختلفی را به فونداسیون و سپس به زمین منتقل کند. ستون‌های فلزی از جنس‌های مختلف فولاد ساخته می‌شوند. به همین دلیل، قیمت آهن‌آلات، به ویژه قیمت تیرآهن، در هزینه‌های اجرای ستون‌های فلزی بسیار حائز اهمیت است. انتخاب و استفاده از مقاطع فولادی مناسب نیز در اجرای این ستون‌ها برای اطمینان از استحکام و پایداری سازه امری حیاتی می‌باشد.
ستون فلزی یا فولادی چیست؟
ستون فلزی یا فولادی، یکی از اجزای عمودی در ساختمان‌ها است که به صورت کامل از جنس فولاد ساخته می‌شود. این ستون‌ها تمامی بارها و نیروهایی که به سازه وارد می‌شود را به صورت فشرده حمل و از طریق تیرها، سقف‌ها، فونداسیون، و سپس به زمین منتقل می‌کنند. ستون‌ها به عنوان یکی از اجزای بسیار حیاتی هر ساختمان شناخته می‌شوند و هیچ ساختمانی وجود ندارد که از ستون استفاده نکند.
در ساختمان‌ها، حتی اگر ستون‌های بتنی نیز وجود داشته باشد، از فلز در ساخته شدن آنها استفاده می‌شود. استفاده از بخش فلزی در ستون‌ها اهمیت زیادی دارد. در ساخت ستون‌های فلزی، از مقاطع فولادی متنوعی مانند میلگرد، تیرآهن، لوله و سایر اجزا استفاده می‌شود. این گونه تنوع در مقاطع فلزی، امکان انتخاب و استفاده از آنچه بهترین عملکرد را در شرایط خاص فراهم می‌آورد و به ساختمان‌ها استحکام و انعطاف لازم را می‌بخشد.
ستون‌های فلزی به طور معمول دارای وزن سبکتری هستند و از نظر زمانی نیز سریع‌تر از ستون‌های بتنی ساخته می‌شوند. این انواع ستون‌های فلزی نسبت به ستون‌های بتنی، دارای دوام بیشتر، انعطاف پذیری بیشتر، و قدرت تحمل بار بیشتری می‌باشند.
انواع ستون فلزی
ستون‌های فلزی به شکل‌ها و مقاطع مختلف با استفاده از مقاطع فولادی متفاوت در ساختمان‌ها اجرا می‌شوند. این تنوع در شکل سطح مقطع و پروفیل مورد استفاده، به دلیل نیازها و شرایط مختلف، منجر به نحوه نصب متفاوت این ستون‌ها می‌شود. در زیر، دسته‌بندی ستون‌های فلزی بر اساس موارد زیر مورد بررسی قرار گرفته است:
- سطح مقطع
- نوع بارگذاری
- اندازه و نسبت لاغری
انواع ستون فلزی بر اساس سطح مقطع
ستون‌های فلزی از انواع مختلف پروفیل‌های فولادی و پروفیل‌های ساختمانی ساخته می‌شوند، که شکل سطح مقطع آنها متفاوت است. در زیر، انواع ستون فلزی بر اساس سطح مقطع توضیح داده شده‌اند:
ستون فلزی چهارگوش
یکی از رایج‌ترین انواع ستون فلزی با سطح مقطع چهارگوش می‌باشد. این ستون‌ها به دلیل اجرای ساده و کارآمد، در انبارها، سوله‌ها، آپارتمان‌های چند طبقه، پارکینگ و ساختمان‌های مشابه به کار می‌روند. اجرای این ستون‌ها از قوطی آهن، پروفیل، تیرآهن، و ناودانی بهره می‌برد، و قیمت ناودانی معیار اساسی برای هزینه آن محسوب می‌شود.
برای اجرای این ستون‌ها، ابعاد آن بر اساس نیازهای طرح اولیه در نقشه اسکلت فلزی محاسبه شده و سپس از مواد مختلف مانند قوطی آهن، پروفیل، تیرآهن و ناودانی استفاده می‌شود. این نوع ستون با توجه به کاربردهای مختلف خود، یکی از گزینه‌های پرطرفدار در ساخت و سازها محسوب می‌شود.
پیشنهاد مقاله ؛ فولاد ساختمانی چیست و کاربردهای آن
ستون دایره‌ای
ستون‌های دایره‌ای عمدتاً در پل‌سازی، ساخت شمع‌کوبی و در ایجاد نماهای زیبا در ساختمان‌ها به‌کار می‌روند. این نوع ستون به سازه زیبایی افزوده و به معماران امکان اجرای طرح‌های دلخواه را می‌دهد. برای ساخت ستون‌های دایره‌ای، از قوطی پروفیل و انواع لوله‌های فولادی استفاده می‌شود.
این ستون‌ها به عنوان نمای بیرونی در تراس‌ها، ایوان‌ها و همچنین سالن‌های کنفرانس استفاده می‌شوند. ستون فلزی دایره‌ای دارای مقاومت خمشی بالاتری نسبت به ستون‌های چهارگوش است، زیرا از چهار میلگرد طولی در ساخت آن استفاده می‌شود. این خصوصیت آن را به یک گزینه مقاوم و استحکام بالا در برابر نیروهای خمشی تبدیل کرده و امکان استفاده در شرایط مختلف سازه‌ها را فراهم می‌سازد.
ستون L شکل
ستون‌های فلزی به شکل L شکل بسیار به ستون‌های فلزی چهارگوش شباهت دارند. این نوع ستون به دلیل استحکام بالا مناسب برای سازه‌ها و ساختمان‌های سنگین محسوب می‌شود. در طراحی ساختمان، ستون L شکل بیشتر در گوشه‌های دیوارهای مرزی استفاده می‌شود. در ساخت این نوع ستون فلزی، از انواع پروفیل‌های نبشی و میلگرد با ضخامت و سایزهای متفاوت استفاده می‌شود.
استفاده از ستون‌های L شکل در نقاط استراتژیک گوشه‌های دیوارها، به دلیل قابلیت آنها در انتقال بارها و استحکام بالا، به بهبود سازه کمک می‌کند. این ستون‌ها به عنوان یک گزینه قوی در مقابل نیروها و فشارهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند و نقش مهمی در تقویت نقاط استراتژیک سازه دارند.
ستون V شکل
ستون‌های فلزی به شکل V شکل از جمله خاص‌ترین انواع ستون‌های فلزی هستند که در فضاهای ذوزنقه‌ای به کار می‌روند. برای ساخت این نوع ستون از تیرآهن و نبشی استفاده می‌شود. در ابتدا، تیرآهن به شکل برش مثلثی خم می‌شود تا به شکل V درآید. سپس با استفاده از روش‌های خاص، ستون V شکل را ارتقاء می‌دهند تا محکم و ثابت شود.
استفاده از ستون V شکل به دلیل ساختار منحصر به فرد و نحوه اجرای آن، کمتر معمول است. این نوع ستون به علت خصوصیات ظاهری خاص و متفاوت، معمولاً در پروژه‌های خاص و به عنوان یک عنصر دکوراتیو و یا در مکان‌های خاصی که نیاز به طراحی خاص دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ستون فلزی T شکل
ستون فلزی به شکل T شکل در نحوه اجرا با ستون‌های چهارگوش شباهت دارد، اما تفاوت‌هایی در جزئیات اجرایی دارد. این نوع ستون فلزی به ویژه برای ساخت پل‌ها معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین در طراحی‌های خاص و ساختمان‌های مدرن امروزی نیز از این نوع ستون استفاده می‌شود.
ستون T شکل با استفاده از انواع نبشی، تیرآهن و میلگرد در اندازه‌های مختلف طراحی می‌شود. این ستون، به دلیل شکل منحصر به فرد و امکان اجرای طراحی‌های خاص، جزء گزینه‌های محبوب در پروژه‌هایی است که نیاز به سازه‌های با استحکام بالا و ظاهر زیبا دارند.
ستون شش ضلعی
ستون شش ضلعی یکی از انواع ستون‌های فلزی است که اجرای آن نیاز به مهارت و دقت بسیار بالایی دارد و همچنین هزینه اجرای آن بالاست. این نوع ستون بیشتر در سازه‌های خاص، مانند سالن‌های همایش و کنفرانس، مورد استفاده قرار می‌گیرد. گوشه‌های این ستون معمولاً با استفاده از نبشی فرم داده می‌شود.
ستون شش ضلعی به دلیل طراحی منحصر به فرد و شکل هندسی خاص خود، جزء گزینه‌هایی است که در پروژه‌های خاص و با نیاز به ظاهر زیبا و خاص اجرا می‌شود. این ستون به علت پیچیدگی اجرایی و هزینه بالا، بیشتر در پروژه‌های خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد که نیاز به ستون‌های با طراحی خاص دارند.
انواع ستون فلزی بر اساس بارگذاری
در ادامه، دسته‌بندی دیگری برای ستون‌های فلزی بر اساس نوع بارگذاری آورده شده است.
ستون محوری
ستون‌های محوری ستون‌هایی هستند که بارهای عمودی سازه به مرکز آنها وارد می‌شود. این نوع ستون در ساخت و ساز کاربرد محدودی دارد زیرا برای مقاومت سازه مناسب نیست و ایمنی آن را به خطر می‌اندازد. از ستون محوری بیشتر در ساختمان‌های چند طبقه با بارهای متقارن از هر طرف استفاده می‌شود.
پیشنهاد مقاله ؛ صفر تا صد نمای فلزی ساختمان و انواع نمای فلزی
ستون تک محوری و دو محوره
ستون‌های تک محوری و دو محوره، نمونه‌هایی از ستون‌هایی هستند که بار آنها خارج از محور می‌باشد و برای لبه‌های سازه مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ستون‌ها تنها از یک طرف با تیرآهن محکم می‌شوند و بار و فشار سازه بر محورهای X و Y وارد می‌شود. اگر فشارها بر هر دو محور منتقل شود، ستون دو محوره و اگر به یک محور منتقل شود، ستون تک محوره می‌باشد. در هر دو حالت، این ستون بار فشار سازه بر مرکز ثقل ندارد که به همین دلیل به آن ستون با بار خارج از محور گفته می‌شود.
انواع ستون فلزی بر اساس اندازه و نسبت لاغری
ستون‌ها بر اساس لاغری و اندازه به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. ستون‌های بسیار بلند یا بسیار کوتاه به عنوان استاندارد شناخته نمی‌شوند. برای محاسبه دقیق نسبت طول موثر به ضخامت، ابعاد ستون‌ها به دقت اندازه‌گیری می‌شوند. طبق استانداردهای بین‌المللی، این نسبت باید برابر با عدد ۱۲ باشد.
ستون فلزی بلند
اگر نسبت طول موثر به ضخامت جانبی ستون‌های فلزی بیشتر از عدد ۱۲ باشد، جزو ستون‌های بلند قرار می‌گیرد. این ستون‌ها ایمنی کافی ندارند و با کمترین ضربه و فشار، آسیب می‌بینند.
ستون فلزی کوتاه
اگر نسبت طول موثر ستون به ضخامت جانبی آن کمتر از عدد ۱۲ باشد، به آن ستون فلزی کوتاه می‌گویند. این نوع ستون هم کاربرد چندانی در سازه‌ها ندارد، زیرا با فشارهای وارده به راحتی خمیده می‌شود و دچار آسیب می‌شود.
ستون فلزی استاندارد باید نسبت طول موثر به ضخامت جانبی برابر با ۱۲ داشته باشد تا بتواند فشارها در ساختمان را تحمل کرده و آسیب نبیند. قبل از طراحی ستون‌های فلزی، نسبت طول موثر به ضخامت آن باید به دقت در نظر گرفته شود و ستون بر اساس ابعاد لازم اجرا گردد.
ابعاد ستون فلزی
ستون‌ها یکی از اجزای حیاتی در اسکلت فلزی ساختمان هستند و باید ابعادی مناسب با حجم سازه و تعداد طبقات داشته باشند. برای ساخت ستون فلزی از انواع پروفیل‌های فولادی نظیر تیرآهن، نبشی و ناودانی، قوطی، لوله و غیره استفاده می‌شود.
ابعاد ستون فلزی در پلان به تعداد طبقات و بارهای وارده به ستون وابسته است. معمولاً ابعاد ستون فلزی برای ساختمان‌های زیر 3 طبقه حدود 20×20 سانتی‌متر می‌باشد و برای سازه‌های با طبقات بیشتر، ابعاد ستون فلزی باید توسط مهندس سازه محاسبه گردد. در این محاسبه، میزان بارهای وارده به ستون مورد توجه قرار می‌گیرد.
میزان بار وارده به ستون و نوع سازه، ابعاد و شکل آن را مشخص می‌کند. به عنوان مثال، ابعاد ستون‌های فلزی در انبارها، سوله‌ها، تالارها یا استادیوم‌های ورزشی متناسب با نوع سازه در نظر گرفته می‌شود. به طور کلی، پیشنهاد می‌شود ابعاد ستون فلزی در سازه‌های چند طبقه از 20×20 سانتی‌متر کمتر نباشد و در سازه‌های یک طبقه با سقف سبک ابعاد از 10×10 سانتی‌متر کمتر نباشد.
محاسبه ابعاد ستون فلزی
همانطور که گفته شده، ابعاد ستون باید با نوع سازه متناسب باشند. به طور کلی در هر ستون فلزی باید نسبت طول به ضخامت برابر با عدد ۱۲ باشد. اگر این نسبت رعایت نشود، ستون مورد نظر ممکن است یا بلند باشد که موجب کاهش استحکام آن می‌شود یا کوتاه باشد که موجب خمیدگی و قناصی در سازه می‌شود. این نسبت از اهمیت بسیاری برخوردار است و باید با دقت محاسبه شود تا ستون فلزی توانمندی کافی برای تحمل بارها و ایمنی سازه را داشته باشد.
تقویت ستون فلزی
وقتی که ستون‌های فلزی دچار آسیب یا ضعف می‌شوند، نیاز به تقویت پیدا می‌کنند. تقویت ستون فولادی موجب جلوگیری از خرابی و آسیب به کل سازه می‌شود. زمانی که یک ستون فلزی دچار آسیب، کمانش یا زنگ‌زدگی باشد و تقویت و تعمیر نشود، ممکن است باعث ایجاد خرابی در کل سازه شود. ستون‌های فلزی به دلیل دلایل مختلفی دچار آسیب می‌شوند که در ادامه ذکر شده است.
دلایل خرابی و ضعف ستون فلزی:
- کم بودن ابعاد و سطح مقطع ستون‌های فلزی
- لاغری زیاد ستون
- فشرده نبودن مقطع ستون‌های فلزی
- ضعف در اتصالات و جوشکاری آنها
- رعایت نکردن اصول فنی، از جمله (ستون قوی، تیر ضعیف)
- زنگ‌زدگی و پوسیدگی ستون فولادی
- خستگی ستون در اثر تحمل بار زیاد
- آتش‌سوزی و گرم شدن ستون فولادی
- تخریب قسمت‌هایی از ستون به علت جوشکاری غیرحرفه‌ای و رسیدن به حرارت زیاد به یک قسمت
جمع بندی نهایی
ستون فلزی یک اجزای اساسی در ساختمان‌هاست که با استفاده از مواد فلزی مانند فولاد، نیروها و بارهای سازه را به زمین منتقل می‌کند. این ستون‌ها به دلیل قدرت، انعطاف‌پذیری، و دوام بالا در ساختمان‌ها کاربرد فراوان دارند. متناسب با نوع سازه و نیازهای طراحی، انواع مختلفی از ستون‌های فلزی با مقاطع، ابعاد، و اتصالات متفاوت تولید می‌شوند. ابعاد ستون‌ها باید با دقت و با رعایت استانداردها محاسبه شده و در صورت لزوم، تقویت و تعمیر آنها صورت می‌پذیرد تا امنیت و دوام سازه تضمین شود.
ستون های فلزی چه نقشی در سازه‌ها دارند؟
ستون‌های فلزی در سازه‌ها نقش اصلی در انتقال بارها و نیروهای ساختمانی را ایفا می‌کنند. آنها بر اساس مقاطع مختلف و با استفاده از مصالح مختلفی ساخته می‌شوند تا انعطاف‌پذیری، قدرت و دوام سازه را تضمین کنند.
چرا از ستون‌های فلزی در ساختمان‌ها استفاده می‌شود؟
ستون‌های فلزی به دلیل قدرت بالا، انعطاف‌پذیری، و سرعت ساخت بالا در سازه‌ها استفاده می‌شوند. آنها معمولاً سبک‌تر و سریع‌تر از ستون‌های بتنی ساخته می‌شوند.
چگونه ابعاد ستون فلزی محاسبه می‌شوند؟
ابعاد ستون فلزی باید با توجه به حجم سازه و تعداد طبقات، به‌طور متناسب محاسبه شوند. نسبت طول به ضخامت برابر با عدد ۱۲ برآورد می‌شود و ابعاد بر اساس نوع سازه و بارهای وارده به ستون توسط مهندس سازه محاسبه می‌گردد.
بدون دیدگاه