ستون دوبل فلزی چیست؟ | نکات طراحی ستون دوبل فلزی با توجه به مقررات ملی

ستون دوبل فلزی، ستونی است که از ترکیب دو نیمرخ فولادی یا ترکیب نیمرخ فولادی و ورق، تولید می شود. ساخت ستون دوبل برای تحمل بیشتر بارهای فشاری در سازه ها و جبران ضعف ستون معمولی انجام می گیرد. این نوع ستون، مزایا و معایب مربوط به خود را دارد و لزوم استفاده از آن نیز با توجه به الزامات ساخت و ساز و انواع سازه ها متفاوت خواهد بود. برای این که با انواع ستون دوبل فلزی، روش های ساخت و همچنین الزامات طراحی و اجرای آن بر اساس مقررات ملی بیشتر آشنا شوید، با ادامه این مقاله از دانشنامه آهن ملل همراه باشید.

نسخه صوتی مقاله ستون دوبل فلزی چیست؟

اصطلاحاتی که باید بدانید

قبل از این که وارد بحث معرفی ستون دوبل شویم، ابتدا باید با اصطلاحات زیر آشنا شوید:

• پروفیل: پروفیل، یک نام کلی است و شامل مقاطع فلزی طویل با سطح مقطع ثابت می شود. تمامی انواع تیرآهن، نبشی، نادوانی، قوطی و … پروفیل هستند. در واقع می توان گفت تمامی مقاطع فولادی به جز ورق، پروفیل به حساب می آیند.
• نیمرخ فولادی: منظور از نیمرخ، همان سطح مقطع پروفیل است. نیمرخ یا سطح مقطع پروفیل ها نیز با یکدیگر متفاوت هستند. به طور مثال، نیمرخ I نشان دهنده تیرآهن، نیمرخ U نشان دهنده ناودانی و نیمرخ L نشان دهنده نبشی می باشد.
• قید اتصال: آنچه برای اتصال دو قطعه استفاده می شود (مانند بست).

• ستون فلزی: ستون فلزی یا ستون فولادی یکی از اعضای عمودی سازه ها می باشد که بارهای وارده را به صورت فشرده حمل کرده و به تیرها، سقف ها و فونداسیون منتقل می کند. ستون فلزی سبک ‌تر و سریع ‌تر از ستون ‌های بتنی ساخته می ‌شود. در مقاله زیر می توانید به طور کامل با ستون فلزی آشنا شوید.

# حتما بخوانید

---

پیشنهاد کارشناس آهن ملل: مطالعه مقاله انواع تیرآهن هاش (IPB)

ستون فلزی چیست

ستون دوبل فلزی چیست؟

قبل از آشنایی با ستون دوبل فلزی، ابتدا باید تعریف مقطع مرکب را بدانیم. «به ترکیب نیمرخ های نورد شده با ورق های فلزی، مقطع مرکب گفته می شود.» ستون دوبل فلزی نیز یک نوع مقطع مرکب است. در واقع ستون دوبل، یکی از اشکال مقاطع مرکب محسوب می شود. وظیفه اصلی ستون های دوبل، انتقال بار به بخش های زیرین ساختمان است. استفاده از این ستون ها مزایا و معایب خود را به همراه دارد؛ اما برخی مواقع، این ستون ها می توانند به خوبی مقاومت و عملکرد سازه را بهبود بخشند.

برای ساخت ستون جفت یا ستون دوبل، دو تیرآهن را از طول، کنار یکدیگر قرار می دهند و با استفاده از اتصالات مورد نیاز به هم متصل می کنند. علاوه بر تیرآهن، از پروفیل های دیگر، مانند نبشی و ناودانی نیز برای ساخت ستون دوبل استفاده می کنند. این که از چه سطح مقطع یا اصطحالا از چه نیمرخی باید برای ستون های دوبل استفاده کرد، به میزان بار واردشده بر ستون و وضعیت سازه بستگی دارد. برای اتصال ستون ها به یکدیگر و ساخت ستون دوبل فلزی از ورق های فولادی نیز استفاده می شود.

چرا از ستون دوبل فلزی استفاده می شود؟

از آنجایی که برخی مواقع، تیرها نمی توانند ایستاییِ یک ستون و متعاقبا ایستایی سازه را به خوبی فرآهم کنند، باید از ستون های دوبل استفاده کرد. همچنین، اگر بزرگترین نیمرخ I شکل برای پوشش دهانه سازه مناسب نباشد، برای حل مسئله از روش های مختلفی استفاده می شود؛ مثل قراردادن دو یا چند نیمرخ I شکل در کنار هم که روش هزینه بری نیز هست.

انواع ستون دوبل فلزی

ستون دوبل فلزی را می توان بر اساس مقاطعی که در ساخت آن استفاده می شود، طبقه بندی کرد. در ادامه، انواع ستون جفت یا ستون دوبل بر اساس شکل ظاهری نشان معرفی می کنیم.

۱- ستون دوبل ساخته شده از تیرآهن IPB

تیرآهن بال پهن یا همان تیرآهن IPB، یکی از بهترین نیمرخ ها برای ساخت ستون دوبل فلزی است؛ چرا که نسبت به سایر نیمرخ های فولادی، مقاومت بالاتر و همچنین اتصال راحت تری دارد. بین انواع تیرآهن IPB نیز نوع سنگین آن که به هاش سنگین یا HEB معروف است، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. برای آشنایی بیشتر با تیرآهن IPB، می توانید معرفی، انواع، مزایا و معایب آن را در مقاله زیر مطالعه کنید.

# حتما بخوانید

---

پیشنهاد کارشناس آهن ملل: مطالعه مقاله انواع تیرآهن هاش (IPB)

انواع تیرآهن هاش

۲- ستون دوبل ساخته شده از نیمرخ های مختلف

یکی دیگر از روش های طراحی و ساخت ستون دوبل، استفاده از نیمرخ های مختلف است؛ به طور مثال، برای ساخت آن از اتصال نیمرخ ها به وسیله ورق های فولادی استفاده می کنند. این نیمرخ ها معمولا تیرآهن IPE، نبشی و یا ناودانی هستند. ورق های به کار رفته در تولید مقاطع مرکب نیز می توانند ورق های سرتاسری و ممتد، مطابق شکل زیر باشند.

نکته ۱: با توجه به مباحث بنیادی اجرای سازه های فولادی، بهتر است ناودانی ها به نوعی فاصله دار تا حداقل شعاع ژیراسیون، حول دو محور x و y قطعه یکسان گردد. برخی مواقع نیز ناودانی ها را پشت به هم قرار می دهند. ترکیب دو ناودانی، مقطعی مناسب برای تخت بالای خرپاها محسوب می شوند.

خرپا چیست؟

خرپا‌ها از اعضای مختلفی تشکیل شده اند که دارای محور اصلی بوده و به منظور ایجاد مقاومت در برابر بارهای خارجی استفاده می شوند. سازه هایی که در آن ها از خرپا استفاده می شود، در مقایسه با سایر سازه ‌ها از مواد کمتری استفاده می کنند. توصیه می کنیم برای آشنایی بیشتر با خرپا در ساختمان، انواع، مزایا و نقش آن در ساختمان سازی، مقاله خرپا چیست را مطالعه نمایید.

۳- ستون دوبل ساخته شده از ورق و نیمرخ فولادی

می توان از ترکیب ورق و نیمرخ های فولادی نیز در ساخت ستون مرکب استفاده کرد. به نظر می رسد چنین روشی، صرفه اقتصادی بیشتری داشته باشد؛ ولی اگر ابعاد ستون کوچک شود، معمولا هزینه ساخت، بیشتر از صرفه اقتصادی اولیه خواهد بود.

۴- ستون دوبل ساخته شده از ورق

روش چهارم برای ساخت ستون دوبل فلزی، استفاده از ستون های تولید شده از ورق است. از مزایای ساخت و استفاده از این نوع ستون، نصب راحت، مستقیم و بدون نیاز به عملیات جوشکاری است. همچنین، این نوع ستون دوبل به راحتی نیروی کششی بال تیر را به ستون منتقل می کند.

علاوه بر دسته بندی فوق، انواع ستون دوبل را از نظر شکل ظاهری به صورت زیر نیز می توان نمایش داد. در این دسته بندی، به جای اصطلاح ستون دوبل از «مقاطع مرکب» استفاده می کنیم؛ زیرا این نوع ستون ها ترکیبی از دو و یا چند نیمرخ فولادی هستند.

انواع مقاطع مرکب مناسب برای ستون ها

به صورت نظری، امکان انتخاب تعداد نامحدودی مقطع مناسب برای تحمل بارهای فشاری در سازه ها وجود دارد؛ ولی از نظر علمی با توجه به نیمرخ های موجود، الزامات مربوط به اتصالات و انواع سازه ها، تعداد مقاطع انتخابی، بسیار محدود خواهند شد. در تصویر زیر، مقاطع مرکبی را مشاهده می کنید که برای ستون ها مناسب هستند.

در این عکس، خطوط خط چین، نشان دهنده اتصال نیمرخ ها توسط قیدهای اتصال است و خطوط پر نیز نشان دهنده اتصال تسمه سراسری است.

شکل الف: گاهی از ترکیب چهارنبشی به منظور دستیابی به شعاع ژیراسیون بالا استفاده می شود. اینگونه قطعات را اغلب در ستون برج ها و بوم (boom) جراثقال می توان مشاهده کرد.

شکل ب: از ترکیب دو ناودانی برای ستون ساختمان ها و یا قطعات جان خرپاهای عظیم استفاده می شود.

شکل ج: گاهی مطابق شکل جیم ناودانی ها را پشت به هم قرار می دهند.

شکل  د: قطعه ای که برای تخت بالای خرپاها مناسب تر است؛ ترکیبی از دو ناودانی است که در بالای خود، تسمه سرتاسری و در سمت پایین، قیود اتصال دارد. در گره ها نیز به راحتی می توان ورق های اتصال را به جان نیمرخ های ناودانی در داخل قطعه اتصال داد.

شکل هـ: اگر بزرگترین ناودانی ها نتوانند استحکام لازم تخت بالای خرپاهای عظیم را تامین کنند از قطعه مرکب، مطابق شکل هـ استفاده می شود.

شکل و: اگر بار ستون، بسیار سنگین باشد، قطعه ستونی مرکب از نوع جعبه ای، کاملا مناسب خواهد بود.

شکل ز – ح – ط: سایر انواع قطعات مرکب مناسب برای ستون هستند که نسبت به ستون های مرکب ط تا م این مزیت را دارند که هزینه اتصالات قیدها را ندارند.

مزایای ستون دوبل فلزی

مهم ترین مزیت ستون دوبل، افزایش استحکام و پایداری در سازه است. به طوری که در برابر تنش بادهای شدید و فعالیت لرزه ای مقاومت کنند. استفاده از این نوع ستون در سازه هایی مانند ساختمان های صنعتی و تجاری همچون پارکینگ ها، انبارها و …، پشتیبانی اضافی از سازه ایجاد می کند. همچنین در صورت عدم دسترسی به تیرآهن بال پهن یا قوطی، مقاطع مرکب، جایگزین های مناسبی هستند. در نهایت، استفاده از این نوع ستون باعث افزایش سطح مقطع ستون می گردد (مخصوصا در مواردی که نیمرخ ‌های نوردشده، سطح مقطع لازم را نداشته باشند).

معایب ستون دوبل فلزی

با وجود مزایای بسیاری که برای این نوع ستون می توان بیان کرد، اما یکی از مهم ترین معایب ستون دوبل، هزینه بر بودن این روش است. دلیل عمده آن نیز استفاده از جفت پروفیل در ساخت این نوع ستون است. از جمله اصلی ترین پروفیل های مورد استفاده در ستون دوبل نیز تیرآهن است که قیمت آن در قیمت نهایی این نوع ستون، تاثیر مستقیم دارد. به همین دلیل برای برآورد هزینه استفاده از این روش باید حتما با توجه به قیمت روز تیرآهن اقدام نمود. آخرین قیمت تیرآهن را می توانید به صورت آنلاین در لینک زیر مشاهده کنید.

مشاهده قیمت و خرید تیرآهن IPE

آهن ملل؛ فروش انواع تیرآهن به صورت آنلاین و حضوری

قیمت لحظه ای تیرآهن IPE

کاربرد ستون دوبل فلزی

همانطور که گفتیم، ستون های دوبل باعث جبران ضعف ایستایی ستون و همچنین پشتیبانی اضافی در سازه های فلزی می شوند. به همین دلیل، بیشترین کاربرد آن در سازه های مرتفع، ساختمان های تجاری، صنعتی و … می باشد؛ به طور مثال:

• برای ساخت سازه های مرتفع و ساختمان های بزرگ، مانند پارکینگ، انبار و …
• در ساخت اسکلت های خمشی (قاب های خمشی) برای کاهش اثرات زلزله
• زمان عدم دسترسی به تیرآهن بال پهن (IPB) یا قوطی

روش ساخت ستون دوبل فلزی

به طور کلی، انواع ستون دوبل را به سه روش می توان ساخت:

۱- ساخت ستون دوبل به روش جفت

به این صورت است که دو نیمرخ فولادی به روش دوبله کردن به یکدیگر وصل می شوند. یعنی دو پروفیل (به طور مثال، دو تیرآهن) را کنار یکدیگر و روی سطحی صاف قرار می دهند؛ سپس بال و وسط ستون را به هم جوش می دهند. جوش ها باید از بالا تا پایین و به صورت غیر ممتد باشند. در مرحله بعد، ستون را بر می گردانند و سمت دیگر آن را نیز جوش می دهند. با این روش اتصال، ستون ها حین جوشکاری ستون دوبل از از نظر طولی دچار پیچش و اعوجواج نمی گردند.

نکته: طول جوش ستون دوبل در این روش، حدود ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر است و فاصله بین طول جوش ها نیز نباید  از ۳۰ سانتی متر بیشتر شود.

۲- ساخت ستون دوبل به روش ورق سرتاسری

در این روش، دو نیمرخ فولادی را با استفاده از یک ورق سرتاسری به یکدیگر متصل می کنند. این ورق، روی بال ها جوش داده می شود و باید حدود دو سانتی متر از لبه پروفیل فاصله داشته باشد تا عملیات جوشکاری با سهولت انجام گیرد.

۳- ساخت ستون دوبل به روش پا باز (استفاده از بست‌ های موازی و مورب)

در این روش، پروفیل ها را با فاصله کم کنار یکدیگر قرار می دهند و آن ها را با استفاده از بست های موازی یا مورب به یکدیگر متصل می کنند. ستون های دوبل ساخته شده با این روش اتصال، به ستون مشبک نیز شناخته می شوند. دلیل ایجاد فاصله بین ستون ها نیز افزایش ممان اینرسی مقطع، بدون افزایش سطح مقطع است.

البته می توان برای افزایش سطح مقطع ستون از تعداد بیشتری پروفیل برای اتصال به یکدیگر استفاده کرد که در این صورت، به آن «ستون مرکب با بست های موازی و مورب» می گویند.

نکته ۱: بست های مورب را می توان از تسمه، نبشی، ناودانی یا مقطع مناسب دیگر انتخاب کرد.

نکته ۲: به دلیل حساسیت این نوع ستون دوبل، الزمات اجرایی خاصی دارد که باید آن در مبحث دهم مطالعه نمایید؛ اما در ادامه به طور مختصر به مهم ترین آن ها اشاره می کنیم:

نکات اجرایی ستون دوبل با استفاده از بست های موازی و مورب، طبق استاندارد ملی مبحث دهم

چنانچه عضو فشاری از نیمرخ ها و بست های مورب تشکیل شده باشد، ضوابط زیر باید رعایت شوند:

 1- بست های مورب در انتهای عضو فشاری، باید به ورق بست انتهایی ختم شوند. در قسمت های میانی عضو، اگر نظم بست های مورب به هم خورده باشد، باید ورق های اتصال به تیر متصل گردد. طول ورق های بست انتهایی (در امتداد طولی عضو) باید حداقل برابر فاصله مراکز هندسی نیمرخ های تشکیل دهنده عضو فشاری باشد و طول ورق های اتصال به تیر باید فضای کافی برای برقراری اتصال را داشته باشد.

۲- در اعضای کششی مرکب، استفاده از بست های موازی در وجوه باز نیمرخ مرکب، مجاز است. پهنای بست های موازی در امتداد طولی عضو بایستی حداقل به اندازه ۳/۲(دو سوم) فاصلۀ بین خطوط جوش یا قیدهایی باشد که آنها را به اجزای عضو متصل می کند. ضخامت بست های موازی نباید کمتر از ۵۰/۱ (یک پنجاهم) فاصلۀ مذکور باشد. فاصلۀ مرکز تا مرکز بست های موازی باید طوری اختیار شود که ضریب لاغری هریک از اجزای تشکیل دهنده عضو در این فاصله از ۳۰۰ تجاوز نکند.

ضوابط طراحی ستون دوبل مطابق با مقررات ملی

تا اینجا انواع روش های ساخت و نکات مربوط به هر یک را بیان کردیم. در این قسمت می خواهیم نکات بیشتر و ضوابط طراحی ستون دوبل را مطابق با مقررات ملی ساختمان مبحث دهم بیان کنیم.

۱- اعضای کششی مرکب از چند نیمرخ یا نیمرخ و ورق

در طراحی اعضای کششی مرکب از چند نیمرخ یا نیمرخ و ورق باید الزامات زیر تامین گردد:

الف) چنانچه در یک مقطع مرکب تحت کشش، ورق های متصل به یک نیمرخ فولادی یا به یک ورق دیگر توسط وسایل اتصال یا نوارهای جوش منقطع به یکدیگر متصل شوند، فاصلۀ مرکز تا مرکز وسایل اتصال یا فاصلۀ آزاد بین نوارهای جوش منقطع در امتداد طولی عضو نباید از مقادیر زیر بیشتر شود:

• در قطعات رنگ شده و قطعاتی که رنگ نمی شوند ولی احتمال زنگ زدگی و خوردگی ندارند، ۲۴ برابر ضخامت نازک ترین ورق یا ۳۰۰ میلی متر.
• در قطعات رنگ نشده که تحت تاثیر زنگ زدگی و خوردگی (حاصل از عوامل جوی) قرار گیرند، ۱۴ برابر ضخامت نازک ترین ورق یا ۱۸۰ میلی متر.

 ب) در اعضای کششی که از دو (یا تعداد بیشتری) نیمرخ یا ورق تشکیل می شوند و بین آن ها قطعات لقمه با فاصله قرارگرفته و در این نقاط به یکدیگر متصل می شوند، فاصلۀ بین لقمه ها باید طوری اختیار شود که ضریب لاغری هریک از اجزای تشکیل دهنده عضو در فاصلۀ آزاد از ۳۰۰ تجاوز نکند.

پ) در اعضای کششی که از دو (یا تعداد بیشتری) نیمرخ در تماس با یکدیگر تشکیل می شوند، فاصلۀ مرکز تا مرکز وسایل اتصال یا فاصلۀ آزاد بین نوارهای جوش منقطع باید طوری اختیار شود که ضریب لاغری هریک از اجزای تشکیل دهنده عضو در فاصلۀ آزاد از ۳۰۰ تجاوز ننماید. به علاوه، فاصلۀ مرکز تا مرکز وسایل اتصال یا فاصلۀ آزاد بین نوارهای جوش منقطع نباید از ۶۰۰ میلی متر بیشتر باشد.

ت) در اعضای کششی مرکب، به کاربردن ورق های پوششی مشبک در وجوه باز نیمرخ مرکب مجاز است. ضخامت ورق های پوششی مشبک نباید کمتر از۱/۵۰  (یک پنجاهم) فاصلۀ بین خطوط جوش یا قیدهایی باشد که آن ها را به اجزای عضو متصل می کند. فاصلۀ مرکز تا مرکز وسایل اتصال یا فاصلۀ آزاد بین نوارهای جوش منقطع در امتداد طولی ورق مشبک نباید از ۱۵۰ میلی متر تجاوز کند.

ث) در اعضای کششی مرکب، به کاربردن بست های موازی در وجوه باز نیمرخ مرکب مجاز است. پهنای بست های موازی در امتداد طولی عضو بایستی حداقل به اندازه۲/۳  (دو سوم) فاصلۀ بین خطوط جوش یا قیدهایی باشد که آن ها را به اجزای عضو متصل می کند. ضخامت بست های موازی نباید کمتر از ۱/۵۰ فاصلۀ مذکور باشد. فاصلۀ مرکز تا مرکز بست های موازی باید طوری اختیار شود که ضریب لاغری هریک از اجزای تشکیل دهنده عضو در این فاصله از ۳۰۰ تجاوز نکند.

۲- اعضای ساخته شده از چند نیمرخ

هنگامی که از دو یا چند نیمرخ برای ساخت مقطع یک عضو خمشی با عملکرد مشترک استفاده شود، اتصال آن ها باید بر اساس ضوابط بخش ۹-۲-۱۰ انجام گیرد. برای انتقال بار از یک نیمرخ به نیمرخ یا نیمرخ های دیگر یا توزیع آن بین نیم رخ ها، باید دیافراگم هایی در امتداد عمود بر محور طولی عضو با سختی کافی از طریق پیچ یا جوش به نیمرخ ها متصل شود.

۳- اتصال جان به بال اعضای ساخته شده از ورق

اتصال جان به بال مقاطع ساخته شده از ورق باید از نوع جوشی بوده و بر مبنای برش افقی ناشی از تغییرات لنگر خمشی تیر و متناسب با شدت برش طراحی شوند. در صورت استفاده از جوش های منقطع، توزیع طولی آن ها باید متناسب با شدت برش باشد، فاصله آن ها نیز برای بال کششی و بال فشاری باید مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۳-۵ و ۱۰-۲-۴-۶-۲ در استاندارد فوق باشد. در هر حال، بُعد جوش گوشه نباید از بُعد حداقل، کمتر در نظر گرفته شود. در ضمن، این جوش ها باید برای انتفال هر نیرویی طراحی گردند که مستقیما از طریق بال به جان منتقل می شود؛ مگر این که این نیرو به طریقی دیگری به جان انتقال یابد.

۴- عملکرد ستون دوبل در برابر کمانش

برای افزایش مقاومت فشاری و بهبود عملکرد ستون در برابر کمانش، می توان از دو راه حل استفاده کرد:

۱- افزایش ضخامت اجزاء مقطع (افزایش سطح مقطع)

۲- افزایش طول و عرض مقطع (افزایش شعاع ژیراسیون)

راه اول، علاوه بر این که منجر به سنگینی و هزینه بر شدن طرح می گردد، اثر قابل ‌توجهی نیز بر مقاومت فشاری و خمشی ستون ندارد. به همین دلیل از اتصال دو ستون (ستون دوبل) برای افزایش سطح مقطع استفاده می شود؛ اگرچه افزایش شعاع ژیراسیون نیز راه حل مناسبی برای مقاوم ‌سازی در برابر کمانش می ‌باشد.

نکته ای که باید به آن توجه کرد، الزامات استفاده یا عدم استفاده از ستون دوبل در قاب های خمشی مطابق با استاندارد ملی ساختمان است. به طور مثال، توصیه می شود از ستون دوبل (که ترکیب پروفیل و ورق تقویتی هستند) به عنوان ستون های قاب خمشی استفاده نشود. دلیل آن نیز مواردی چون ایجاد کمانش موضعی، کارگاهی بودن ساخت این نوع ستون و عدم رعایت دقیق فاصله وصله ها و ضوابط فشرده لرزه ای، عدم جوشکاری مناسب، تُرد شدن و … می باشد.

سخن آخر

ستون دوبل، یکی از اعضای پرکاربرد در صنعت ساخت و ساز است و از تیرآهن یا پروفیل های دیگر و ورق به همراه اتصالاتی مانند بست ساخته می شوند. دلیل استفاده از این نوع ستون نیز کافی نبودن سطح مقطع ستون معمولی و ضعف ایستایی ستون می باشد. در چنین مواردی با اتصال دو یا چند پروفیل به یکدیگر می توان یک ستون مناسب و مقاوم ساخت.

سوالات متداول