ستون کوتاه فلزی یا ستونچه چیست ؟

منظور از ستونچه یا ستون کوتاه فلزی چیست؟

ستون کوتاه فلزی یا ستونچه پدیده ای است که به دلیل شکست برشی رخ می دهد و ماهیت این پدیده به بدترین نوع خرابی در ساختمان تبدیل می شود. هنگامی که یک پروژه ساختمانی در حال طراحی است، موارد زیادی می تواند بر مقاومت آن در برابر نیروهای اضافی مانند زلزله تأثیر بگذارد. به همین دلیل برخی از ساختمان ها به روش های مختلف  با انواع تیرآهن و محصولات فولادی مقاوم سازی شده اند.

ستونچه چیست؟

شرایط مخربی که باعث تضعیف ساختمان در برابر نیروهایی چون زلزله تاثیر میگذارد ، ستون کوتاه فلزی یا ستونچه است که در برخی پروژه ها ایجاد می شود و باعث تخریب کل ساختمان می شود. در صورت ایجاد ستون کوتاه فلزی و اعمال نیروی برشی اضافی به ساختمان به خصوص در ساختمان های بلند، کل ساختمان سقوط می کند. بنابراین کنترل نیروهای تخریبی وارده به ستون ها باید از نوع کشسان باشد و اگر از نوع برشی باشد احتمال پدیده ستون کوتاه افزایش می یابد. ستون ها یکی از پایه های اصلی ساختمان هستند و در طراحی باید به آنها توجه شود تا امکان ایجاد ستون کوتاه به حداقل برسد. از نظر فنی زمانی که نسبت طول موثر ستون به کوچکترین ابعاد جانبی آن کمتر از ۱۲ باشد ستون کوتاهی در طرح ایجاد می شود. این ستون ها قادر به تحمل نیروهای اضافی نیستند و با ورود نیروهای اضافی مانند زلزله ناگهان فرو می ریزند.

انواع ستون کوتاه فلزی در سازه های فلزی

انواع مختلفی از ستون های کوتاه یا ستونچه وجود دارد که هر نوع آن به علت ایجاد ستون کوتاه فلزی بستگی خواهد داشت. مهمترین دلیل پدیده ستون کوتاه، اختلاف ارتفاع بین ستون های طراحی شده در کف است. اختلاف ارتفاع بین ستون های یک طبقه ساختمان نیز می تواند به دلایل مختلفی باشد که هر کدام باعث ایجاد انوع ستون کوتاه فلزی می شود که به شرح زیر است:

 عدم دقت مهندسان در توجه به سطح زمین ساختی یا شیب زمین

در صورتی که مهندسان و معماران ناظر در حین ساخت به سطح کف ساختمان توجه نکنند، اختلاف سطح بین ستون ها منجر به اختلاف ارتفاع و افزایش احتمال پدیده ستون کوتاه فلزی می شود. در این حالت ستونچه در زیرزمین رخ می دهد و در صورت تخریب این ستون، کل ساختمان فرو می ریزد و خسارات جانی و مالی هنگفتی به بار می آورد. بنابراین باید از احداث پروژه ساختمانی در زمین های شیبدار به خصوص در مناطق زلزله خیز خودداری شود و یا هزینه های تسطیح زمین قبل از ساخت و ساز در نظر گرفته شود.

ستون ها را با مصالح سنگ فرش مانند دیوارهای آجری محدود کنید

اگر دیوار فقط در یک طرف ستون اجرا شود، به خصوص اگر دیوار نوعی دیوار باربر باشد که قرار است نیروهای اضافی را به زمین منتقل کند، در آن صورت هنگام وقوع زلزله یا بادهای شدید، نیروهای برشی بسیار زیادی وارد می‌ شوند. به این دیوار اعمال می شود، زیرا در این حالت هیچ حالت تعادلی وجود دارد، پدیده ستون کوتاه فلزی ایجاد می شود. بنابراین توجه به این نکات در هنگام طراحی از اهمیت ویژه ای برخوردار است که متاسفانه بسیاری از مهندسین به دلیل عدم صرفه اقتصادی و موارد دیگر به آن توجه نمی کنند.

 محدود کردن ستون به برخی از مصالح ساختمانی، مانند داشتن میله عرضی در وسط طبقه

در برخی از ساختمان ها مانند ساختمان های دوبلکس که به دلیل نوع طراحی از تیر در وسط طبقه استفاده می کنند، امکان ایجاد پدیده ستون کوتاه بین راه پله و نیم طبقه وجود خواهد داشت. در واقع این موقعیت طراحی باعث ایجاد اختلاف ارتفاع بین ستون های ساختمان می شود. بنابراین، یا باید طوری طراحی شود که ساختمان را متعادل کند یا از پله ها اجتناب شود.

حل مشکل ستون کوتاه فلزی

هنگام شکست ستون کوتاه فلزی دو نوع شکست ترد و شکست برشی خواهیم داشت. متأسفانه هر یک از این خرابی ها به طور ناگهانی رخ می دهد و منجر به تخریب کامل کل سازه می شود. در واقع، هنگامی که ستون کوتاه فلزی تحت تأثیر بارهای چرخه ای قرار می گیرد، رفتار شکننده ای از خود نشان می دهد. اگر بخواهیم این پدیده را از منظر مهندسی دقیق تر بررسی کنیم، تنش های موجود در ستون های سازه که تحت بارهای جانبی قرار دارند حتی می توانند باعث افزایش اتصال پلاستیک شوند.

در نتیجه زمانی که نیرو وارد می شود، تفاوت بین لنگر های بالایی و پایینی اعمال شده به ستون به قدری زیاد است که باعث قطع شدن ستون و سقوط ناگهانی آن می شود. بنابراین در هنگام طراحی باید به این نکات توجه ویژه داشت; اما گاهی موقعیت پروژه به گونه ای است که طراح نمی تواند تمام نکات مورد نیاز را یادداشت کند. در این صورت باید از ستون های مناسب برای این نوع نیرو استفاده کرد تا انعطاف پذیری خوبی داشته باشند و به هر وسیله ای بتوان ظرفیت برشی ستون را افزایش داد.

روش های کنترل ستون کوتاه فلزی

برای درک روش های مقابله با این پدیده خطرناک، ابتدا باید بدانیم که در قسمت های قبل به تفصیل به چه چیزی پرداختیم. خوشبختانه ما می توانیم به روش های مختلفی از خرابی و آسیب ستون کوتاه فلزی جلوگیری کنیم. از جمله مهم ترین این روش ها که تاکنون نتایج خوبی داشته اند عبارتند از:

سعی کنیم مشکل تراز سطح زمین ساختمان را بررسی و حل کنیم. معمولاً در زمین ‌هایی که در دامنه کوه ‌ها وجود دارد اختلاف شیب می‌ تواند باعث ایجاد ستون کوتاه فلزی شود. در این مناطق می توان از روش های زیر برای تسطیح زمین استفاده کرد:

اگر تمدید پروژه از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، با حفاری و خاک ‌ریزی سطح شیب دار را به سطح افقی تبدیل کنید. اگر این کار برای شما مقرون به صرفه نیست، می توانید فونداسیون را در سطوح مختلف اجرا کنید و طرح را به گونه ای اجرا کنید که اسکلت سازه های مجاور با استفاده از درز ناپیوسته از هم جدا شوند. اگر به هیچ یک از روش های بالا فکر نمی کنید، باید به تفاوت تراز ستون ها در مدل ستون کوتاه فلزی برنامه توجه کنید. با این حال، شما باید تمام تلاش خود را بکنید تا از این روش استفاده نکنید. این به این دلیل است که می تواند در خروجی تجزیه و تحلیل و محاسبات اختلال ایجاد کند و دقت آن را کاهش دهد.

نکته : اگر علت افزایش احتمال پدیده ستون کوتاه فلزی دیوارهای آجری هستند، می توانید از روش های زیر استفاده کنید:

در روش اول می توانید دیوار و ستون را جدا کنید. در واقع ایجاد شکاف بین دیوار و ستون و پرکردن شکاف ایجاد شده با مواد منعطف باعث می شود ستون کوتاه فلزی کمتر تحت تاثیر نیروهای برشی قرار گیرد و از بین نرود. یکی از مواد کاربردی برای این کار پلی استایرن است. همچنین می توانید از یک گوشه در ساختمان استفاده کنید.

در روش دوم باید به جزئیات بیشتر توجه کنید و از ستون های قالب گیری استفاده کنید. این باعث افزایش مقاومت ستون کوتاه فلزی در برابر نیروهای برشی و شکست ناگهانی می شود. مهندسان معمولاً برای اجرای این طرح از آرماتور های عرضی در زوایای مناسب ۱۳۵ درجه استفاده می کنند. قرارگیری صحیح آرماتور ها جزییاتی است که باید مورد توجه قرار گیرد. در غیر این صورت، پدیده ستونچه دوباره رخ خواهد داد.

طراحی ستون کوتاه فلزی

زمانی که نتوانیم با عملیات خاکبرداری و جابجایی زمین یک سطح زمین صاف ایجاد کنیم، باید ستون هایی با اختلاف سطح طراحی کنیم که احتمال پدیده ستون کوتاه فلزی را افزایش می دهد. با این حال، ما می توانیم با طراحی مناسب و وارد کردن  اختلاف تراز در محاسبات خود، خطر این پدیده را کاهش دهیم.

پدیده ستون کوتاه فلزی را در محاسبات چگونه در نظر می گیرید؟

خوشبختانه امروزه با برخی نرم افزارهای مهندسی می توان این اختلافات تراز را در هنگام تحلیل و طراحی در نظر گرفت. به محض ورود عناصر ممکن به برنامه و تجزیه و تحلیل، متوجه خواهیم شد که نیروهای مخرب کجا رخ می دهند. در نتیجه بر اساس دانش مهندسی خود، به گونه ای طراحی می کنیم که نیروهای مخرب کنترل شوند.

مقاوم ‌سازی ستون ‌های کوتاه بتنی

گاهی به دلایل مختلف در هنگام طراحی و اجرا اصلاً به پدیده ستون کوتاه فلزی توجه نمی کنیم اما بعد متوجه می شویم که کار ساخت و ساز تمام شده یا با ساختمانی مواجه می شویم که چند سال پیش انجام شده است. و نکات ذکر شده برای ستون کوتاه فلزی رعایت نمی شود. در این صورت ستون ها باید با روش های تقویتی تقویت شوند. هدف از تقویت ستون افزایش مقاومت برشی ستون های کوتاه است که معمولاً به سه روش زیر انجام می شود:

  روش FRP

در این روش از الیاف کامپوزیت استفاده می شود که به دلیل تاثیر خوب و سادگی کار در چند سال گذشته طرفداران زیادی در بین مجریان پروژه های ساختمانی پیدا کرده است. با استفاده از روش frp می توان علاوه بر افزایش مقاومت برشی سازه، شکل پذیری محور را نیز افزایش داد. در نتیجه احتمال تخریب ستون به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

 استفاده از ورق های فولادی

در این روش ورق های فولادی مخصوصی بر روی سطوح بتنی چسبانده می شود که باعث افزایش مقاومت برشی و خمشی محور می شود.

    استفاده از پوشش بتنی مسلح معروف به ژاکت بتنی

در این روش لایه ای از بتن، موانع طولی و خم ها در اطراف ستون مورد نیاز قرار می گیرد و مقاومت خمشی و برشی ستون را افزایش می دهد. این روش ارزان تر و ساده تر از دو روش قبلی است، اما از نظر ظاهری چندان جالب نخواهد بود.

همانطور که گفتیم پدیده ستون کوتاه فلزی یا ستونچه می تواند بسیار ویرانگر باشد و خسارات جانی و مالی زیادی را به دنبال داشته باشد. بنابراین مهندسان طراح باید ابتدا با این پدیده به خوبی آشنا شوند و سپس توضیحات لازم را در نظر بگیرند تا احتمال بروز این پدیده خطرناک را تا حد امکان کاهش دهند.

یوتیوب آهنات را دنبال کنید.