ستون فلزی

[Mehran_gharedaghi]

پردیس فناوری کیش - طرح مشاوره متخصصین صنعت و مدیریت- گروه فنی مهندسی عمران
برای برپایی هر ساختمانی به ستون نیاز است. ستون یک سازه عمودی است که در قسمت‌ های مختلف ساختمان کار گذاشته می‌ شود تا سنگینی و فشار ناشی از ساختمان را به فونداسیون و بعد به زمین منتقل کند و جلوی ریزش آن را بگیرد. ستون ‌ها با استفاده از مصالح مختلفی تولید می‌ شوند ولی مقبول ‌ترین نوع ستون برای انواع ساختمان‌ ها از فلز تولید می ‌شود. ستون فلزی دارای انواع بی‌ شماری است که هر کدام با ویژگی ‌ها و برای کاربردهای خاصی مورد استفاده قرار می‌ گیرند. در ادامه با ما همراه باشید تا شما را با انواع ستون ‌های فلزی و دسته ‌بندی آنها آشنا کنیم. در این مقاله همچنین نحوه ساخت سه نوع ستون فلزی پرکاربرد در ساختمان ‌سازی نیز گنجانده شده است که مطالعه آن خالی از لطف نیست.

ستون فلزی چیست؟
[font=dana]ستون فلزی یکی از اجزای مهم یک سازه به شمار می ‌رود. از بین همه انواع ستون، بتنی، چوبی، سنگی، بلوک و غیره، ستون فلزی از استحکام و مقاومت بیشتری برخوردار است و لذا برای سازه ‌هایی که نیاز به ستون محکم جهت تحمل بارهای سنگین دارند از ستون ‌های فلزی استفاده می ‌کنند. ستون‌ های فلزی دارای اجزای مختلفی هستند که شامل قسمت ‌های اصلی (تیرآهن، نبشی، میلگرد و غیره)، تسمه‌ های اتصال دهنده، صفحه‌ های تقویتی، جوش، اتصال ستون به صفحه زیر ستون است. ستون ‌های فلزی در انواع مختلفی بسته به نوع سازه ساخته می ‌شوند.
[/font]

انواع ستون فلزی در ساختمان

ستون ‌های فلزی را باتوجه به ویژگی ‌های خاص آنها، هر کدام را در یک گروه مجزا دسته‌ بندی می‌ کنند. البته فراموش نکنیم که این فقط یک دسته ‌بندی ساده برای فهم انواع ستون ‌های فلزی است و یک ستون فلزی در حالت عادی می‌ تواند ترکیبی از یک یا چند نوع از این تعاریف باشد.

[list]

[*]انواع ستون فلزی براساس سطح مقطع
[/list]

منظور از سطح مقطع شکل هندسی ستون است که در انواع مختلف و برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌ گیرد. مهندسین معمولا باتوجه به میزان بار وارد شده از طرف ساختمان سطح مقطع ستون فلزی را انتخاب می ‌کنند.

[list]

[*]ستون فلزی چهارگوش مستطیلی یا مربعی
[/list]

این نوع ستون نحوه ساخت بسیار آسانی دارد و اجرای آن در اسکلت فلزی به ‌راحتی انجام می‌ شود. این ستون برای ساختمان ‌های چهارگوش بیشتر مورد استفاده قرار می ‌گیرد و در واقع معمول‌ ترین نوع ستون فلزی محسوب می ‌شود. کاربردهای این ستون در آپارتمان‌ ها، ساختمان ‌های چند طبقه، پارکینگ، سوله و انبار، و غیره قابل مشاهده است. طرح اولیه ستون در فونداسیون اسکلت فلزی ساختمان تعیین و اجرا می ‌شود و حتما همه قسمت ‌های آن می ‌بایست تراز و طبق اندازه ‌های خواسته شده باشد، زیرا در غیر این ‌صورت ستون کج و ایمنی کل ساختمان زیر سوال می ‌رود.

[font=dana]البته باید این نکته را متذکر شد که ستون فلزی مستطیلی یا مربعی از نظر نکات اجرایی تفاوت ‌های قابل توجهی دارد. به ‌عنوان مثال باید ابعاد اضلاع ستون مستطیلی را با دقت محاسبه نمود و اینکه ضلع عرضی را از ضلع طولی برای همه ستون‌ها به یک شکل و اندازه در نظر گرفت. ساخت ستون مستطیلی نسبت به مربعی نیاز به دقت و توجه بیشتری دارد.[/font]


[list]

[*]ستون فلزی دایره ‌ای
[/list]

طراحی و ساخت این ‌گونه ستون‌ ها ویژه است و بیشتر برای نما و شمع‌ کوبی ساختمان مورد استفاده قرار می‌ گیرند. دلیل استفاده از ستون فلزی دایره ‌ای در نما جهت حذف لبه ‌ها و افزایش زیبایی ساختمان مورد نظر است. معمولا از پروفیل قوطی در قطر و ضخامت مختلف برای ساخت ستون دایره ‌ای فلزی استفاده می‌ شود. از این ستون علاوه بر نما در تراس ‌ها و ایوان ‌ها و همچنین سالن‌ های کنفرانس استفاده می ‌کنند. پل ‌ها مورد دیگری هستند که برای برپایی آنها به ستون فلزی دایره ‌ای نیاز است.

[list]

[*]ستون فلزی شکل ال L
[/list]

این نوع ستون ‌های فلزی که به ندرت مورد استفاده قرار می ‌گیرند برای گوشه‌ دیوارها و همچنین دیوارهای مرزی استفاده می‌ شوند. برای ساخت آنها از انواع پروفیل‌ های نبشی و میلگرد در سایزها و ضخامت مختلف استفاده می ‌کنند. نکات اجرایی این ستون شبیه به ستون چهارگوش است.

[list]

[*]ستون فلزی شکل تی T
[/list]

نحوه طراحی این نوع ستون شبیه به ستون فلزی چهارگوش است ولی نکات اجرایی آن کمی تفاوت دارد. مورد استفاده این نوع ستون فلزی برای ساخت پل ‌ها است، با این وجود برای طرح ‌های خاص مثل ساختمان ‌های مدرن امروزی نیز از این ستون استفاده می ‌شود. ستون شکل T با استفاده از انواع نبشی و تیرآهن و میلگرد در اندازه‌ های مختلف طراحی می ‌گردد.

[list]

[*]ستون فلزی شکل وی V
[/list][font=dana]طراحی ستون شکل V بسیار خاص است و برای فضاهای ذوزنقه ‌ای مورد استفاده قرار می‌ گیرد. برای ساخت این نوع ستون به تیرآهن و نبشی نیاز است که ابتدا تیرآهن را با ایجاد یک برش مثلثی خم می‌ کنند تا به شکل V درآید، سپس به روش‌ های خاصی آن را ارتقا داده تا محکم و ثابت شود‌. برای بلندتر کردن این ستون به اضلاع آن اضافه می ‌کنند؛ البته با انجام الزامات طراحی بسیار ویژه این کار صورت می ‌گیرد. برای افزایش ضخامت آن از میلگرد، نبشی و ناودانی استفاده می ‌گردد.
[/font]
[list]

[*]ستون فلزی شش ضلعی
[/list]

این نوع ستون دارای شش گوشه است که به ‌واسطه نبشی فرم داده می ‌شوند. ساخت این ‌گونه ستون ‌ها نیاز به طراحی بسیار دقیق دارد و معمولا برای ساختمان ‌های خیلی خاص ‌و برای تزیین جاهای مختلف مثل سالن‌ ها و ایوان ‌ها مورد استفاده قرار می‌ گیرد.

[list]

[*]ستون ‌های فلزی شکل وای Y
[/list]

همانطور که پیداست طرح این پل شبیه به Y است که بسیار ویژه بوده و با انجام محاسبات دقیق سازه ‌ای ساخته و اجرا می ‌شود. اعضای خمشی این نوع ستون با استفاده از اتصالات محکم فولادی، پیچ و میخ ‌های فولادی محکم می‌ گردند. ستون فلزی نوع Y می ‌تواند ترکیبی از ستون ساده مربعی و ستون نوع V باشد و همچنین می‌ تواند با توجه به نظر مهندس و طرح وی به ‌صورت یکپارچه ساخته شود. ستون ‌های یکپارچه معمولا به انواع لرزش ‌ها و تکان ‌ها مقاومت بیشتری نشان می ‌دهند، از این رو برای ساخت پل ‌ها و به‌ خصوص پل‌ های معلق که بر اثر رفت ‌و آمد ماشین ‌ها همیشه در لرزش هستند مورد استفاده قرار می ‌گیرد. نبشی، ناودانی، تیرآهن‌ و میلگرد اجزای فلزی تشکیل دهنده این نوع ستون هستند.

نوع دیگر از ستون شکل Y نیز وجود دارد که لبه ‌ها و وجوه آن دارای انحنا هستند. دلیل وجود انحنا در آن افزایش مقاومت آن به بارهای وارده از سمت سازه است. با این کار مقاومت ستون به بارهای سنگین بخش ‌های فوقانی سازه بیشتر می ‌شود. قطعا ساخت این نوع ستون با این همه جزئیات و طرح‌ های خاص نیازمند تخصص بسیار زیاد و محاسبات فراوان است.

انواع ستون فلزی بر اساس نوع بارگذاری

یک دسته ‌بندی دیگر برای ستون ‌های فلزی وجود دارد که آنها را بر اساس نوع بار وارده تقسیم می ‌کنند.

[list]

[*]ستون محوری
[/list]

اگر بارهای عمودی سازه دقیقا بر مرکز ثقل ستون وارد آیند به آن ستون فلزی محوری گفته می ‌شود. استفاده از این نوع ستون معمولا به ندرت اتفاق می ‌افتد، زیرا وارد آمدن همه فشارها بر مرکز از نظر سازه‌ ای خیلی کاربردی و ایمن نیست. ستون ‌های داخلی ساختمان‌ های چند طبقه با بارهای متقارن از هر طرف، نمونه ‌ای از ستون ‌های محوری به شمار می ‌روند.

[list]

[*]ستون‌ با بار خارج از محور (تک محوره و دو محوره)
[/list]

برخلاف ستون محوری در اینجا بار و فشار سازه بر مرکز ثقل نیست و‌ بر محورهای X و Y وارد می ‌شود و به ‌همین دلیل به آن ستون با بار خارج از محور می ‌گویند. ضمن اینکه اگر مرکز ثقل بار بر یکی از محورهای X و Y باشد به آن تک محوره و اگر بر هر دو محور باشد به آن دو محوره گفته می ‌شود. معمولا ستون ‌هایی که برای لبه ‌های سازه استفاده می ‌شوند و فقط از یک طرف با تیرآهن محکم شده باشند، نمونه ‌ای از ستون با بار خارج از محور هستند.

انواع ستون فلزی بر اساس اندازه و نسبت لاغری

ستون ‌های فلزی را بر اساس اندازه و ضخامت آنها نیز دسته‌ بندی می ‌کنند، چرا که نسبت این دو با هم، یعنی اندازه به ضخامت باید دقیق و متناسب باشد. ستون فلزی نباید خیلی بلند و خیلی کوتاه باشد و می ‌بایست نسبت بین اندازه و ضخامت در آن رعایت شده باشد. برای ستون‌ ها نسبت بین طول و ضخامت ۱۲ در نظر گرفته می‌ شود که این رقم با محاسبات دقیق به دست آمده است.

[list]

[*]ستون فلزی بلند
[/list]

اگر نسبت طول موثر ستون به ضخامت جانبی آن بیشتر از دوازده باشد به آن ستون فلزی بلند گفته می ‌شود. در این حالت ستون ایمنی لازم را نداشته و با کمترین لرزش از وسط کج شده و یا حتی اگر بار خیلی زیاد باشد ممکن است دچار شکستگی شود.

[list]

[*]ستون فلزی کوتاه
[/list][font=dana]اگر نسبت طول موثر ستون به ضخامت جانبی آن کمتر از ۱۲ باشد به آن ستون فلزی کوتاه می‌ گویند. این نوع ستون نیز کاربرد چندانی در ساختمان ‌سازی ندارد، چرا که با فشارهای وارده از سازه به‌ راحتی خمیده یا به عبارتی له می ‌شود. بنابراین طبق این تعاریف، ستون فلزی استاندارد باید نسبت طول موثر به ضخامت جانبی ۱۲ داشته باشد تا بتوان از آن در ساختمان ‌سازی استفاده کرد.

[/font]روش ‌های ساخت انواع ستون‌ های فلزی مرکب

همانطور که قبلا در مورد ستون فلزی مرکب گفته شد، این نوع ستون ترکیبی از چند پروفیل مختلف است که به ‌واسطه جوش یا بست به ‌هم متصل می ‌شوند. به‌ طور کل ستون‌ های مرکب خود به سه دسته تقسیم می‌ شوند که در ادامه نحوه ساخت هر کدام را بررسی خواهیم کرد.

[list]

[*]اتصال دو پروفیل (ستون دوبل)
[/list]

برای ساخت این نوع ستون مرکب به دو پروفیل تیرآهن نیاز است که کنار هم جفت شده و جوشکاری می ‌شوند. برای این ‌کار ابتدا دو تیرآهن را کنار هم روی شاسی کار جفت می ‌کنند. سپس بعد از اینکه با خال جوش به‌ هم متصل شدند قسمت ‌های انتهایی و ابتدایی و وسط ستون را جوشکاری می‌ کنند.

این جوش ‌ها باید طبق استانداردهای جوشکاری انجام شوند، در غیر اینصورت ارزشی نخواهند داشت. بعد از انجام این جوشکاری، ستون را برگردانده و طرف دیگر را هم مثل سوی دیگر جوشکاری می ‌کنند. در پایان کار قسمت‌ های دیگر ستون در هر دو سوی ستون جوشکاری می ‌شوند. دلیل این جوشکاری‌ های منقطع این است که وقتی ستون به ‌صورت سرتاسری جوشکاری شود احتمال پیچ خوردن آن بر اثر حرارت وجود دارد. ولی با این ترفند جوشکاری ستون فلزی مرکب بدون هیچ ایرادی ساخته می ‌شود. لازم به ذکر است که به این نوع ستون مرکب، ستون دوبل نیز گفته می‌ شود.

[list]

[*]ستون دوبل با ورق سرتاسری
[/list]

برای ساخت این ستون ابتدا ستون دوبل ساخته می ‌شود و بعد از پایان ساخت با استفاده از ورق‌ های فولادی که به اندازه ‌های مناسب برشکاری شده‌ اند سطح ستون را می ‌پوشانند. این ‌کار ابتدا با خال جوش برای تثبیت موقعیت ورق و بعد با جوشکاری های منقطع اجرا می‌ شود. در این جوشکاری فاصله هر جوش با جوش بعدی ۳۰ سانتیمتر است که بعد از خنک شدن سطح کار این فاصله‌ ها مجددا با جوش پر می ‌شوند.

[list]

[*]ستون دوبل با بست ‌های موازی و مورب
[/list]

برای ساخت این ستون که متداول ‌ترین نوع ستون فلزی در ساختمان‌ سازی است ابتدا یک ستون دوبل ساده را می‌ سازند و بعد با قیدها و بست ‌های فلزی سرتاسر آن را به صورت مورب به هم متصل می ‌کنند. این بست‌ ها با جوشکاری مناسب به تیرآهن متصل می ‌شوند و یک مقاومت خوب را برای ستون به وجود می ‌آورند.

پایان کلام

ستون‌ ها جزو لاینفک ساختمان‌ سازی هستند که تمام ثقل و سنگینی بار یک سازه را تحمل می ‌کنند. هر چقدر ستون‌ ها استحکام بیشتری داشته باشند کل سازه محکم ‌تر و ایمن ‌تر می‌ شود. به همین دلیل است که برای بیشتر سازه ‌ها از ستون ‌های فلزی فولادی استفاده می ‌کنند تا استحکام و ایمنی سازه را تضمین کنند.