ستون فلزی چیست؟

ساختمان ها از طیف وسیعی از اجزای سازه ای ساخته می شوند. به دلیل وابسته بودن ایمنی سازه به اجزای سازنده خود، ساخت استاندارد کلیه اجزا، برای همه ساختمان ها ضروری است. ستون ها یکی از اجزای جدایی ناپذیر هر سازه هستند که با استفاده از مصالح مختلفی ساخته می شوند. ستون های فلزی از متداول ترین انواع ستون می باشند و امروزه کاربرد زیادی در ساخت و ساز دارند. در این مطلب به معرفی ستون فلزی، انواع و نحوه نصب آن می پردازیم. تا آخر مطلب با ما همراه باشید. 

ستون فلزی چیست؟

ستون فولادی یکی از اعضای عمودی سازه است که در ساخت و ساز استفاده می شود. ستون ها بارها را به صورت فشرده حمل کرده و به تیرها، سقف ها و فونداسیون منتقل می کنند.

در ساخت ستون ها انواع مختلفی از مواد به کار گرفته می شود؛ اما می توان گفت که ساختار ستون های فلزی نسبت به ستون های بتنی بادوام تر، انعطاف پذیرتر و قوی تر است. همچنین، ستون ‌های فولادی معمولا سبک ‌تر و سریع ‌تر از ستون ‌های بتنی ساخته می ‌شوند.

انواع ستون فلزی در ساختمان

این ستون ها بسته به کاربردهای خاصی که دارند در گروه های مجزا تقسیم بندی می شوند. این تقسیم بندی غالبا بر اساس موارد زیر انجام می گیرد:  

• سطح مقطع
• اندازه و نسبت لاغری
• نوع بارگذاری

انواع ستون فلزی براساس سطح مقطع

انواع مختلفی از ستون های فلزی براساس نوع سطح مقطع تولید می شوند که براساس نوع سازه و میزان بارهای محاسبه شده، به کار می روند. در ادامه به انواع آن ها اشاره می کنیم.

۱.ستون فلزی چهارگوش مستطیلی یا مربعی

ستون های چهارگوش، به دلیل طراحی و اجرای ساده، از محبوبیت بالایی برخوردار و در ساخت و ساز بسیار رایج هستند.

معمولا این ستون ها در ساختمان های چهارگوش، سوله و انبار مورد استفاده قرار می گیرند. لازم است بدانید برای اجرا، طرح اولیه ستون ها در نقشه فونداسیون اسکلت فلزی باید طبق اندازه های محاسبه شده باشد؛ در غیر این ‌صورت با ساخت ستون های غیراستاندارد، ایمنی کل ساختمان به خطر می افتد.

۲.ستون فلزی دایره ‌ای

ستون های دایره ای فلزی از قوطی و پروفیل با قطر و ضخامت متفاوت ساخته می شوند. این ستون ها بیش از  چهار میلگرد طولی در درون خود جای می دهند که اغلب مقاومت خمشی بالاتری نسبت به ستون های مستطیلی یا مربعی دارند. برای حذف لبه ها، افزایش زیبایی ساختمان ها و شمع کوبی از ستون دایره ای استفاده می شود.

۳.ستون فلزی L شکل

ساخت و ریخته‌گری ستون های L شکل ساده و شبیه به ستون های چهارگوش است . مقاومت بالای ستون های ال شکل در برابر بارها، اغلب آن ها را به گزینه‌ عالی برای ساختمان‌ ها و سایر سازه‌ های سنگین تبدیل کرده است. معمولا طراحان سازه، از این ستون ها در گوشه های دیوارهای مرزی در سایزها و ضخامت های مختلف استفاده می کنند.  

۴.ستون فلزی T شکل

مانند ستون های چهارگوش، در طراحی ستون های T شکل، از انواع تیرآهن، میلگرد و نبشی در اندازه های متفاوت استفاده می شود؛ اما ممکن است از نظر اجرا تفاوت هایی با یکدیگر داشته باشند. این نوع ستون معمولا در ساخت پل ها و سایر سازه های مدرن کاربرد دارد.

۵.ستون فلزی V شکل

ستون های V شکل از نظر طراحی و اجرا با دیگر اشکال ستون های فلزی متفاوتند و در مکان های خاص و منحصر به فردی به کار می روند. به همین خاطر استفاده از آن ها رایج نیست. برای ساخت آن ها تیرآهن را با ایجاد یک برش مثلثی خم می‌ کنند تا به شکل V درآید، سپس به روش‌ های خاصی آن را ارتقا می دهند تا محکم و ثابت شود‌.

۶.ستون فلزی شش ضلعی

طراحی و اجرای ستون های شش ضلعی،  به دلیل نیاز به مهارت و دقت بسیار بالا هزینه بالایی را به دنبال خواهد داشت. از آن ها در ساخت ساختمان های خاص همچون سالن های همایش و کنفرانس استفاده می شود.

۷.ستون ‌های فلزی Y شکل

ستون Y شکل دارای مدل ترکیبی، یکپارچه و منحنی می باشد.  ستون های ترکیبی، از اتصال ستون های ساده و V شکل ساخته می شوند. نوع یکپارچه آن ها که به صورت پیش ساخته در کارخانه تولید می شود، از مقاومت بالاتری در برابر لرزش برخوردار است و در مکان هایی مانند پل های معلق استفاده می شود. نوع منحنی آن نیز به دلیل انحنای لبه ها، قادر به تحمل میزان زیادی از بارهای سنگین وارده است.

به طورکلی برای ساخت هر کدام از انواع مدل های ستون Y شکل، انجام محاسبات فراوان و دقیق سازه ای و همچنین تخصص بالا ضروری است. اجزای فلزی تشکیل دهنده این محصول، نبشی، ناودانی، تیرآهن‌ و میلگرد هستند که اعضای خمشی آن با اتصالات، پیچ و میخ ‌های فولادی، محکم می‌ شوند.

انواع ستون فلزی بر اساس اندازه و نسبت لاغری

ستون های فلزی را برحسب اندازه و سایز نیز تقسیم بندی می کنند. ستون های خیلی بلند و کوتاه استاندارد نیستند و ساختن آن ها ایمن نمی باشد. برای محاسبه دقیق نسبت طول موثر به ضخامت، لازم است ابعاد ستون ها به دقت اندازه گیری شود. طبق استانداردهای بین المللی این نسبت باید عدد ۱۲ باشد. در ادامه به توضیح  ستون های کوتاه و بلند می پردازیم.

۱.ستون فلزی بلند

در صورتی که نسبت طول موثر به ضخامت جانبی ستون ها بزرگتر از دوازده باشند، جزو دسته ستون های بلند قرار می گیرند. این ستون ها از ایمنی کافی برخوردار نمی باشند و با کمترین ضربه و فشار بار، تخریب می شوند.

۲.ستون فلزی کوتاه

نسبت طول موثر به ضخامت جانبی ستون فلزی استاندارد بایستی برابر عدد دوازده باشد؛ عدد کمتر از ۱۲، نشان دهنده ستون های کوتاه است. هر گونه فشار و لرزش باعث خمیدگی آن ها شده و عملا استفاده از آن در ساخت و ساز توصیه نمی شود. بنابر این قبل از طراحی ستون های فلزی لازم است نسبت های ذکر شده محاسبه شود.

انواع ستون فلزی بر اساس نوع بارگذاری

این دسته بندی برای ستون هایی است که بر اساس نوع بار وارده تقسیم بندی می شوند.

۱.ستون محوری

ستون های محوری، به ستون هایی می گویند که بارهای عمودی سازه، بر مرکز آن ها وارد می شود. این مورد برای مقاومت سازه مناسب نیست و ایمنی آن را به خطر می اندازد. به همین دلیل، ستون محوری کاربرد زیادی در ساخت و ساز نداشته و بیشتر در ساختمان‌ های چند طبقه با بارهای متقارن از هر طرف، دیده می شود.

۲.ستون‌ با بار خارج از محور (تک محوره و دو محوره)

ستونی که برای لبه های سازه مورد استفاده قرار می گیرند و فقط از یک طرف با تیرآهن محکم می شوند، نمونه ای از ستون های با بار خارج از محور هستند.

در این نوع ستون، بار و فشار سازه بر محورهای X و Y وارد می شود. اگر بار و فشار بر هر دو محور منتقل شوند به آن ستون دو محوره و اگر به یک محور منتقل شوند، ستون تک محوره می گویند. در هر دو حالت، بار و فشار سازه بر مرکز ثقل نیست؛ به ‌همین دلیل به آن ستون با بار خارج از محور می ‌گویند.

روش ساخت ستون های مرکب فلزی

برای ساخت ستون های فلزی از پروفیل هایی نظیر تیرآهن، میلگرد، نبشی، ورق و غیره استفاده می شود که با جوش یا بست به یکدیگر متصل می شوند. در ادامه نحوه ساخت سه نوع از ستون های مرکب را بررسی خواهیم کرد.

اتصال دو پروفیل (ستون دوبل)

این نوع از ستون ها از جوشکاری دو تیرآهن ساخته می شوند که به آن ستون دوبل می گویند. قسمت ‌های انتهایی، ابتدایی و وسط تیرآهن های جفت شده را طبق استانداردهای جوشکاری به یکدیگر جوش می دهند. در صورتی که جوشکاری توسط افراد ماهر و طبق استاندارد انجام نشود، ستون های ساخته شده مقاومت خوبی نخواهند داشت. یکی از نکاتی که باید به آن توجه کرد، جوشکاری به صورت منقطع است. حرارت ناشی از جوشکاری یکپارچه تیرآهن ها، ممکن است باعث پیچش گردد.

ستون دوبل با ورق سرتاسری

پس از ساخت ستون های دوبل، با ورق های فولادی برش خورده شده سطح آن را می پوشانند. برای اتصال ورق ها از روش جوشکاری منقطع با فاصله های ۳۰ سانتیمتر استفاده می شود.

ستون دوبل با بست ‌های موازی و مورب

بست های فلزی مورب از طریق جوشکاری به ستون های دوبل متصل شده و ستون هایی با مقاومت بالا ساخته می شود.

نحوه نصب ستون فلزی

روش اول: این روش نوعی روش پیش ساخته است که در کارخانه انجام می شود به صورتی که بیس پلیت ها با جوش نفوذی بر ستون نصب می شوند. در نهایت با اتصال به میلگردهای تعبیه شده در پی، ستون های سازه جایگذاری می گردد.  این روش بیشتر برای ساخت ستون های سبک امکان پذیر می باشد. برای آشنایی بیشتر با بیس پلیت مقاله زیر را مطالعه نمایید.

روش دوم: در روش دوم بر عکس روش اول، صفحه ستون بر فونداسیون نصب شده و بعد از بتن ریزی ستون های اسکلت سازه با بولت ها بر آن نصب می شود. در ادامه به شرح نصب آن می پردازیم.

نصب صفحه ستون ها به این صورت است که ابتدا شابلون هایی نازک با ضخامت ۶ یا ۸ میلیمتر را بر محور ستونی که بر فونداسیون مشخص شده قرار می دهند تا کاملا منطبق با سوراخ های صفحات اصلی شود. در نهایت بعد از بازکردن شابلون ها، بیس پلیت توسط بولت ها متصل می شوند.

هواگیری یکی دیگر از خدماتی است که بایستی قبل از نصب صفحات انجام شود. به همین منظور قبل از نصب صفحه ستون، سوراخی به قطر ۱۵ سانتی ‌متر ایجاد می شود تا به خروج هوا زیر بیس پلیت کمک شود. حتی با هواگیری نیز بعد از برداشتن صفحات، فضای توخالی دیده می شود.

بعد از نصب صفحات و اطمینان حاصل کردن از نصب استاندارد آن ها لازم است گروت ریزی انجام شود. قالب های چوبی یا فلزی را دور بیس پلیت قرار داده و عملیات گروت ریزی انجام می شود. گروت از مصالحی از جمله سیمان و اپوکسی تولید شده که به ترتیب در دو لایه ۷.۵ و ۳ سانتی متری انجام می شود. لازم است لایه های گروت از حد مجاز بیشتر نشود تا از ترک خوردگی و افزایش تنش‌ حرارتی آن تا حد زیادی جلوگیری کرد.

نتیجه گیری

در این مطلب با انواع ستون های فلزی آشنا شدید. همانطور که خواندید وظیفه ستون های فلزی انتقال بار از تیرها به پی است. ستون های فلزی در انواع مختلفی ساخته می شوند که عبارتند از: ستون های فلزی از نظر سطح مقطع، از نظر نسبت لاغری، نوع بارگذاری و مواد ساختمانی.

انتخاب ستون هایی به شکل های دایره ای، مربعی، مستطیلی، وی شکل، ال شکل و وای شکل به نوع کاربری سازه و میزان بار بستگی دارد. اما بهتراست بدانید ستون های چهارگوش به علت طراحی و اجرای ساده از دیگر اشکال آن ها متداول ترند.

سوالات متداول ستون فلزی