ستون درساختمان سازی

ستون چیست؟

ستون، یکی از عضوهای اصلی و عمودی ساختمان است که وظیفه انتقال بارهای محوری فشاری از عضوهای بالایی (تیر و دال) به عضوهای پایینی (تیر، کف یا فونداسیون) را برعهده دارد. به دلیل رفتار مشابه عضوهای فشاری، اکثر آن‌ها با عنوان ستون شناخته می‌شوند.

نقش ستون در ساختمان چیست؟

ستون از عضوهای اصلی و مهم در ساختمان به شمار می‌رود. این عضو، وظیفه نگهداری از سقف و ستون‌های بالایی را بر عهده دارد. ستون، بارهای فشاری روسازه را به زیرسازه منتقل می‌کند. در صورت آسیب رسیدن به ستون، پایداری کل ساختمان به خطر می‌افتد. اهمیت ستون به اندازه‌ای است که ترسیم پلان‌ها در نقشه کشی ساختمان، با در نظر گرفتن شبکه بندی و ستون کذاری پلان انجام می‌شود.

المان‌های سازه‌ای ساختمان

با وجود نقش سازه‌ای ستون در ساختمان، این عضو از گذشته تا کنون به عنوان یک المان تزئینی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از ساختمان‌های عمومی، با ایجاد طرح بر روی بدنه ستون یا اجرای ستون‌های غیر سازه‌ای، ظاهر جذابی را برای سازه فراهم می‌کنند.

اجزای ستون در ساختمان چه هستند؟

ستون دارای اجزای مختلفی است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به پایه، بدنه، سرستون، کتیبه و براکت اشاره کرد. برخی از این اجزا برای اجرای ستون ضروری هستند و برخی دیگر با توجه به نوع سازه (ساختمان، پل، سوله)، محل اجرا (فونداسیون، طبقات بالایی، اطراف سازه) و عضوهای مجاور (دال، دیوار، تیر) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• «پایه» (Pedestal یا Base): بخش پایینی ستون است که از اجزای دیگر ستون نگهداری می‌کند. اجرای تمام ستون‌ها از پایه شروع می‌شود.
• «صفحه ستون» (Base Plate): صفحه‌ای فلزی است که برای اتصال ستون فولادی به فونداسیون (بر روی پایه ستون) و اتصال ستون‌های بالایی به یکدیگر استفاده می‌شود.
• «بدنه» (Shaft): بخش بلند و باریک ستون است که بین پایه و سرستون قرار دارد. انتقال بار از المان‌های بالایی به المان‌های پایینی توسط بدنه صورت می‌گیرد. به دلیل آزاد بودن بخش زیادی از بدنه، شکست ستون در ساختمان معمولا از این بخش رخ می‌دهد.
• «سرستون» (Capital): بخش بالایی ستون است که بارهای اعمال شده از روسازه را به طور مستقیم تحمل کرده و به بدنه منتقل می‌کند.
• «کتبیه» (Drop Panel): یک بخش مستطیلی شکل بین سرستون و دال بتنی است که با توزیع بهتر بارهای اعمال شده، از برش و گسیختگی دال جلوگیری می‌کند.
• «براکت» (Bracket): بخش بیرون زده ستون‌های بیرونی (روی محیط خارجی) سازه است که به منظور نگهداری از تیر یا زیبایی ظاهری مورد استفاده قرار می‌گیرد.

المان‌های مختلف مورد استفاده در سازه بتن مسلح

انواع ستون در ساختمان کدام هستند؟

ستون در ساختمان به شکل‌های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این عضو فشاری معمولا بر اساس ماده تشکیل‌دهنده (بتن، فولاد، کامپوزیت)، شکل سطح مقطع (مستطیلی، مربعی، دایره‌ای)، ضریب لاغری (بلند، کوتاه، معمولی)، نحوه بارگذاری (محوری، خارج از مرکز)، مهاربندی، نوع میلگرد و کاربری به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. برخی از این تقسیم‌بندی‌ها برای تمام ستون‌ها و برخی دیگر برای ستون‌های خاص (فولادی، بتن آرمه و غیره) به کار می‌روند. در ادامه، به معرفی انواع ستون در ساختمان خواهیم پرداخت.

انواع ستون در ساختمان بر اساس ماده تشکیل دهنده

ستون‌های ساختمان معمولا با استفاده مواد مختلفی نظیر سنگ، آجر، بلوک، بتن، چوب، فولاد، کامپوزیت و غیره ساخته می‌شوند. به دلیل عملکرد مورد انتظار از ستون، ماده مورد استفاده برای ساخت این عضو باید از مقاومت فشاری خوبی برخوردار باشد. به طور کلی، نوع ماده مورد استفاده برای اجرای ستون در ساختمان به اسکلت سازه بستگی دارد. امروزه، اغلب ساختمان‌های بزرگ مسکونی و تجاری با اسکلت بتنی یا فولادی ساخته می‌شوند. ویژگی‌های مقاومتی منحصر به فرد این مواد و سازگاری بسیار خوب آن‌ها با یکدیگر (بتن آرمه)، باعث استفاده بسیار گسترده آن‌ها در صنعت ساختمان‌سازی شده است.

ستون بتنی

بتن، یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در دنیا است. ستون بسیاری از ساختمان‌ها از گذشته تا کنون توسط انواع مختلف بتن نظیر بتن معمولی، بتن آرمه، بتن الیافی و غیره ساخته شده است. بالا بودن مقاومت فشاری بتن آن را به یک گزینه مناسب برای ساخت عضوهای تحت فشار تبدیل می‌کند. در گذشته، مقاومت کششی پایین بتن معمولی، باعث محدودیت استفاده از آن برای ساخت ستون در ساختمان می‌شد. برطرف کردن این مشکل با معرفی بتن مسلح استفاده از اسکلت بتنی را با استقبال زیادی رو به رو کرد.

مجموعه‌ای از ستون‌های بتن آرمه اجرا شده در طبقات بالایی ساختمان

در ساختمان‌های چند طبقه و بزرگ، احتمال شکست ستون بر اثر خمش و کمانش وجود دارد. به همین دلیل، در مواردی که نیاز به ظرفیت باربری بیشتر و مقاومت کافی در برابر کمانش یا خمش وجود داشته باشد، از بتن آرمه یا الیافی برای ساخت ستون استفاده می‌شود. به علاوه، در صورت محدودیت افزایش ابعاد مقطع ستون، به کارگیری بتن‌های مسلح یا الیافی نسبت به بتن معمولی در اولویت قرار می‌گیرد.

ستون فولادی

فولاد، یکی دیگر از مواد پرکابرد برای اجرای ستون در ساختمان اسکلت فولادی و بتنی است. این ماده، به شکل میلگرد (اسکلت بتنی) یا پروفیل (اسکلت فولادی) در ساخت ستون مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد از مقاومت فشاری و کششی خوبی بهره می‌برد. با این وجود، احتمال کمانش یا خمش آن در شرایط بارگذاری بحرانی، زیاد است.

ستون‌های اجرا شده در یک ساختمان با اسکلت فولادی

از پارامترهای موثر بر کمانش ستون‌های فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• طول (ضریب لاغری)
• مساحت سطح مقطع
• روش اتصال
• شکل سطح مقطع

مساحت و شکل سطح مقطع ستون فولادی با شعاع ژیراسیون آن در ارتباط هستند.

ستون کامپوزیت و ستون بتن آرمه

به ستون‌های متشکل از چند ماده، ستون کامپوزیت می‌گویند. بتن آرمه یا بتن مسلح، یکی از پرکاربردترین انواع بتن در ساختمان‌سازی است که از ترکیب میلگرد یا الیاف فولادی ساخته می‌شود. این نوع بتن، یک ماده کامپوزیت به شمار می‌رود. امکان استفاده از میلگرد یا الیاف غیر فولادی در ساخت بتن مسلح وجود دارد. با این حال، به دلیل نزدیک بودن ضریب انبساط حرارتی و فولاد، اغلب از این دو ماده در کنار یکدیگر برای ساخت ستون بتن آرمه استفاده می‌شود. از دیگر مواد کامپوزیت مورد استفاده برای ساخت ستون در ساختمان می‌توان به ترکیب بتن با پروفیل‌های فولادی اشاره کرد.

اجزای ستون کامپوزیت

ستون‌های کامپوزیت بتن و فولاد، از ظرفیت باربری بسیار خوبی بهره می‌برند. این ستون‌ها اغلب در ساختمان‌های بلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. محدودیت اصلی ستون‌های کامپوزیت، دشوار بودن اجرای اتصال مناسب انتهای بالایی و پایینی آن‌ها پیش از بتن ریزی است.

نکته: در بسیاری از موارد، ستون بتن آرمه و کامپوزیت در دو دسته جداگانه قرار داده می‌شوند. این تقسیم‌بندی، به دلیل کاربرد بسیار زیاد بتن آرمه (میلگرد و بتن) نسبت به مصالح و ترکیبات دیگر است.

در رابطه با یادگیری نحوه تحلیل و طراحی سازه‌های مهندسی عمران بر اساس مقررات ملی ساختمان و با استفاده از نرم افزارهای تخصصی، چندین فیلم آموزشی جامع در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌توانند در فراگیری این مباحث به شما کمک کنند. لینک این مجموعه در ادامه آورده شده است.

ستون بلند چیست؟

در ستون بلند، نسبت طول موثر به کوچکترین بعد جانبی بزرگتر از 12 یا نسبت طول موثر به حداقل شعاع ژیراسیون بزرگتر از 45 است. در این نوع ستون، طول موثر بزرگ‌تر از طول بحرانی کمانش است. شکست مکانیکی ستون‌های بلند معمولا بر اثر خمش یا کمانش رخ می‌دهد. رفتار این ستون‌ها به مدوال الاستیسیته مصالح مورد استفاده بستگی دارد.

ستون کوتاه چیست؟

در ستون کوتاه، نسبت طول موثر به کوچکترین بعد جانبی کوچکتر از 12 یا نسبت طول موثر به حداقل شعاع ژیراسیون کوچکتر از 45 است. در این نوع ستون، طول موثر کوچک‌تر از طول بحرانی کمانش است. شکست مکانیکی ستون‌های کوتاه، معمولا بر اثر برش رخ می‌دهد. ظرفیت باربری ستون کوتاه از ستون بلند بیشتر است.

ستون معمولی چیست؟

ستون معمولی، بین ستون بلند و کوتاه قرار دارد. رفتار این نوع ستون، به مقاومت مصالح مورد استفاده وابسته است.