عمران فایل

پدیده ستون کوتاه؛ بررسی روش های کنترل ستون کوتاه با تصاویر واقعی

پدیده ستون کوتاه چیست؟ آیا اگر سازه ای در زمین شیب دار ایجاد شود قطعا در آن پدیده ستون کوتاه خواهیم داشت؟ علت ایجاد ستون کوتاه در کنار بازشو ها چیست؟ اجرای وال پست چگونه می تواند از پدیده ستون کوتاه جلوگیری کند؟

در این مقاله قصد داریه به تمامی سوالات شما در رابطه با ستون کوتاه پاسخ دهیم ، اگر پاسخ سوال شما در اینجا نیست حتما آن را در نظرات سایت مطرح کنید تا در کمتر از ۲ روز کاری به جواب آن برسید.

لیست مواردی که در این مقاله آموزش داده می شود:

  1. ستون کوتاه چیست؟
  2.  عوامل ایجاد کننده پدیده ستون کوتاه
  3. روش های کنترل ستون کوتاه
  4. راهکارهایی جهت تقویت برشی ستون در مواقعی که به پدیده ستون کوتاه توجهی نشده
  5. نحوه اجرای فونداسیون روی سطوح شیب دار

روش های کنترل ستون کوتاه

در این بخش از مقاله ابتدا تعریف و تفهیمی از پدیده ستون کوتاه خواهیم داشت و در ادامه به معرفی مصداق هایی از ایجاد پدیده ستون کوتاه در ساختمان ها و ایجاد راه حل هایی برای آن ها می پردازیم. با ما همراه باشید:

ستون کوتاه چیست؟

وقتی در تراز یک طبقه از ساختمان، ارتفاع ستونی به هر دلیل (که در ادامه به آن می پردازیم) نسبت به سایر ستون ها کمتر شود پدیده ستون کوتاه رخ خواهد داد. همان طور که می دانید با توجه به اینکه سختی ستون ها با معکوس توان سوم ارتفاع آن ها نسبت مستقیمی دارد، لذا با کاهش ارتفاع، سختی ستون نسبت به سایر ستون ها افزایش پیدا خواهد کرد که این امر موجب می شود نیروی بیشتری از زلزله را دریافت کند. اگر به این افزایش نیرو و بالا بردن ظرفیت شکل پذیری ستون توجه نشود با شکست سخت و ترد ستون (به خاطر افزایش نیروی برشی ناشی از لنگرهای قوی دو سر ستون) در ساختمان روبرو خواهیم شد.

به عنوان مثال اگر ستون با یک سر گیردار را در نظر بگیریم معادله مربوط به سختی جانبی مطابق زیر خواهد بود:

معادله مربوط به سختی جانبی ستون کوتاه

 

یعنی اگر ارتفاع ستون ۵۰ درصد کاهش یابد، سختی ستون ۸ برابر خواهد شد. با همین مثال عددی می توان دید بهتری نسبت به عواقب پدیده ستون کوتاه داشت.

عوامل ایجاد کننده پدیده ستون کوتاه

۱- احداث ساختمان بر روی سطح شیبدار یا دارای اختلاف تراز

 ایجاد پدیده ستون کوتاه

سطح همراه با اختلاف تراز

عامل ایجاد پدیده ستون کوتاه

سطح شیبدار

 

همان طور که در تصویر مشخص می باشد بعضی اوقات ساختمان مد نظر باید بر روی سطوح شیب دار یا دارای اختلاف تراز احداث شوند که در بعضی مواقع با پدیده ستون کوتاه مواجه خواهیم شد.

۲- ستون کنار دیوار کوتاه

در بعضی مواقع دیده می شود دیوار به صورت نیمه، اجرا می شود و اگر با ستون درگیر باشد ارتفاع آزاد ستون کم خواهد شد و در هنگام زلزله ممکن است پدیده ستون کوتاه اتفاق بیافتد.

ستون کنار به دلیل دیوار کوتاه

پدیده ستون کوتاه به علت درگیری ستون با دیوار کوتاه

۳- ستون کنار بازشوها

با توجه به موقعیت معماری بازشوها در دیوارهای پیرامونی، ممکن است پدیده ستون کوتاه در ستون های مجاور این بازشوها هنگام بروز زلزله رخ دهد. در تصویر زیر ستون های کوتاه نشان داده شده است.

بازشوها عامل پدیده ستون کوتاه

پدیده ستون کوتاه به علت همجواری با بازشو

۴- ستون های محدود شده در فضاهای نیم طبقه و راه پله

همان طور که می دانید برای ایجاد پاگرد در راه پله ها، به ناچار تیر نیم طبقه در تراز میانی طبقه باید اجرا گردد که این عمل منجر به ایجاد پدیده ستون کوتاه خواهد شد.

تصاویر واقعی ستون کوتاه

ستون کوتاه در حد فاصل تیر نیم طبقه


حتی ایجاد فضاهای دوبلکس در معماری ساختمان منجر به پدیده ستون کوتاه خواهد شد.

پدیده ستون کوتاه چیست

پدیده ستون کوتاه به علت ایجاد فضای دوبلکس

۵- ایجاد فضای انباری برای مغازه های تجاری

متاسفانه به کرات مشاهده می کنیم که صاحبان مغازه های تجاری برای ایجاد فضای انباری و استراحت، نیم طبقه ای را برای مغازه خود تعبیه می کنند، غافل از اینکه این عمل آن ها منجر به پدیده ستون کوتاه خواهد شد.

استفاده از دیوارهای حائل در زیرزمین با ستون های تعبیه شده در آن ها، که بخش کوچکی از ارتفاع ستون تا سقف طبقه بعدی ادامه می یابد (به منظور ایجاد تهویه و روشنایی) منجر به ایجاد ستون کوتاه می شود.

بعد از برشمردن مصداق های واقعی برای ایجاد پدیده ستون کوتاه در ساختمان ها (که در بعضی موارد با علم به اینکه این عمل ما منجر به تشکیل ستون کوتاه خواهد شد، به ناچار مجبور به انجام آن می باشیم،) در ادامه مقاله با ارائه راهکارهایی جهت تقویت ستون و راه حل های اجرایی دیگر، از شکست سخت و ترد ستون، که بدترین نوع شکست سازه ای است (به لحاظ ناگهانی بودن) جلوگیری خواهیم کرد. با ما همراه باشید.

راهکار های جلوگیری از شکست ترد در ستون کوتاه

  • ایجاد فاصله بین دیوار و ستون سازه ای

بهترین راهکار که مانع از ایجاد پدیده ستون کوتاه در قاب های ساختمانی می شود، استفاده از وال پست برای دیوارها می باشد. به گونه ای که دیوار با ستون، فاصله ای در حد ۵سانتی متر داشته باشد و این فضا بایستی با مصالح نرم و قابل انعطاف از قبیل مواد پلی استایرن پر شود.

  • استفاده از اتصالات مفصلی

با ایجاد اتصالات مفصلی در نواحی اتصال تیرهای میانی می توانیم سختی اتصال را تا حدی پایین آورده و از پدیده ستون کوتاه جلوگیری کنیم. اتصالات مفصلی از سختی پایین تری نسبت به اتصالات گیردار برخوردار می باشند و متعاقبا جذب انرژی پایین تری خواهند داشت.

اتصال مفصلی راه مقابله با ستون کوتاه

اتصال مفصلی

برای ایجاد اتصال مفصلی بهتر است که از تیرهای فولادی در اسکلت راه پله استفاده کنیم. نمونه ای از دتایل اجرایی اتصال در زیر آمده است:

راه جلوگیری از وقوع ستون کوتاه در سازه فلزی

دتایل اتصال مفصلی

  • ایجاد درز انقطاع

در مواقعی که ستون های یک ساختمان به ناچار باید در تراز های متفاوتی اجرا گردند بهتر است که با اجرای درز انقطاع از شکل گیری پدیده ستون کوتاه جلوگیری کنیم.

ایجاد درز انقطاع

در نظر گرفتن درز انقطاع برای ستون های اجرا شده در تراز های ارتفاعی متفاوت

 

  • خاک برداری اضافی

در بعضی مواقع می توانیم با خاک برداری بیشتر اختلاف تراز را از بین ببریم، البته اگر توجیه اقتصادی داشته باشد و علاوه بر آن مشکلی بابت اجرا و تطابق آن با خواسته های معماری نداشته باشد.

  • تقویت شکل پذیری در ستون ها

میلگرد گذاری عرضی صحیح با فواصل مناسب (طبق نظر طراح سازه) و هم چنین ایجاد خم های ۱۳۵درجه در خاموت ها، باعث افزایش شکل پذیری در ستون ها می شود. که این امر منجر به بالا رفتن ظرفیت برشی ستون خواهد شد.

 

روش های کنترل ستون کوتاه

در بعضی مواقع ساختمان هایی وجود دارد که طراح و مجری آن به تشکیل پدیده ستون کوتاه توجهی نداشته و نکات اجرایی مربوطه رعایت نگردیده است. در این مواقع تنها راه حل، تقویت برشی ستون می باشد که در ادامه به چند نمونه آن اشاره خواهیم کرد.

  • استفاده از مواد کامپوزیت الیافی(FRP)

در شکل زیر انواع روش های متداول تقویت ستون های کوتاه را مشاهده می کنید که از صفحات ( FRP از جنس کربن و شیشه) و همچنین تعداد لایه های متفاوت ( ۳، ۲و ۶لایه) با شکل های متفاوت استفاده شده است.

روش تقویت ستون های کوتاه

تقویت ستون ها با مواد الیاف کربنی

  • استفاده از روکش های فلزی

 

تقویت ستون های کوتاه با روکش فلزی

استفاده از ژاکت فولادی

  • استفاده از روکش های بتنی

 

تقویت ستون های کوتاه با روکش های بتنی

استفاده از میلگرد برای تسلیح ستون

نکته: اگر ارتفاع ستون کوتاه بسیار کم باشد (قابل مقایسه با ابعاد ستون)، شکست برشی ایجاد شده منجر به ترک های قطری و خردشدگی بتن می شود.

شکست برشی

شکست برشی در ستون های کوتاه

 

نحوه اجرای فونداسیون روی سطوح شیب دار

همان طور که همه ما می دانیم شالوده ها باید در یک تراز ساخته شوند و هرگاه احداث شالوده به هر دلیلی در یک تراز ممکن نباشد، هر بخش از شالوده باید به صورت افقی در ترازهای مختلف جانمایی شود.

اجرای فونداسیون روی سطوح شیب دار

اختلاف سطح دو فونداسیون


در زمین های شیب دار، چنانچه ساخت شالوده ساختمان در یک تراز ممکن نباشد باید از شالوده های پلکانی استفاده شود، به طوری که این شالوده ها در جهت افقی حداقل ۶۰۰میلی متر هم پوشانی داشته و ارتفاع هر پله نباید بیش از ۳۰۰میلی متر باشد.

اجرای پلکانی فونداسیون

اجرای پلکانی فونداسیون

 

در ادامه با ارائه یک مثال کاربردی و بیان نکات آیین نامه ای، با اجرای پله ای فونداسیون آشنا خواهیم شد:

مثال: یک دیوار ۱۲متری باربر با ضخامت ۳۳۰میلی متر را در نظر بگیرید که به علت شیب ۵درصدی زمین قرار است به صورت پلکانی اجرا گردد.

می خواهیم که با کمک یکدیگر مشخصات دتایل اجرایی فونداسیون دیوار را مشخص کنیم. با ما همراه باشید.

  • مطابق بند ۸-۵-۵-۵مبحث ۸مقررات ملی ساختمان عرض شالوده نواری باید حداقل ۱٫۵برابر عرض کرسی چینی و عمق آن حداقل ۵۰۰ میلیمتر باشد.
  • طبق بند ۸-۵-۵-۶عرض کرسی چینی باید حداقل ۱۰۰میلی متر بیشتر از عرض دیوار باشد. در این مثال عرض کرسی چینی را ۵۵۰ میلیمتر در نظر می گیریم.

 

ضوابط شالوده ها
عرض دیوار = ۳۳۰میلی متر
عرض کرسی چینی = ۵۵۰میلی متر
عرض شالوده نواری (طبق بند ۸-۵-۵مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان:) ۸۲۵mm= 550*1/5

ارتفاع شالوده نواری = ۵۰سانتی متر (حداقل آیین نامه)
ارتفاع پله = ۳۰سانتی متر (حداکثر آیین نامه)
حجم بتن مصرفی در فونداسیون دیوار:

𝐕 = (𝟏𝟐 × 𝟎. 𝟓 × 𝟎. 𝟖𝟐𝟓) + (𝟐 × 𝟎. 𝟔 × 𝟎. 𝟑 × 𝟎. 𝟖𝟐𝟓) = 𝟓. 𝟐𝟓 𝐦𝟑

 

اجرای فونداسیون به صورت پلکانی

نحوه اجرای فونداسیون به صورت پله ای

در این مثال اختلاف ارتفاع دو سر دیوار با در نظر گرفتن شیب ۵درصدی ۶۰سانتی متر می باشد.

∆H = 12 × ۰٫۵ = ۰٫۶ m

و با توجه به مقدار حداکثری ارتفاع پله، دو پله ۳۰سانتی متری در نظر گرفتیم.

نکته اجرایی: در بعضی مواقع مقدار خاک برداری توسط ماشین آلات بیشتر از حد مد نظر انجام می شود که با عمل کرسی چینی این اختلاف تراز را برطرف می کنیم.

نتیجه گیری

در صنعت ساختمان سازی، زمانی می توانیم از بروز تلفات مالی و جانی سنگین در هنگام رخداد زلزله جلوگیری به عمل آوریم که علم مهندسان و همچنین پیمانکاران نسبت به رفتار لرزه ای المان های باربر بهتر و کامل تر شود.

پدیده ستون کوتاه یکی از این رفتارهای لرزه ای است که طراح سازه می بایست با اشرافیت کامل بر آن، نسبت به طراحی مقطع ستون اقدام نموده و پیمانکار مطابق با دتایل های اجرایی ارائه شده عمل نماید. اگر این موارد رعایت گردد، می توان مانع رخداد شکست سخت و تردگونه ستون کوتاه، که به علت ناگهانی بودن آن از خطرناک ترین شکست ها است، شویم.

از جمله مواردی که به کمک آن می توان جلوی وقوع این پدیده را گرفت عبارتند از : ایجاد فاصله بین دیوار و ستون سازه ای (استفاده از وال پست)، استفاده از اتصالات مفصلی در نواحی اتصال تیرهای میانی، ایجاد درز انقطاع برای ستون های اجرا شده در تراز های ارتفاعی متفاوت، خاک برداری اضافی جهت از بین بردن اختلاف تراز و تقویت شکل پذیری در ستون ها.

منابع

جزوات دانشگاهی

مهندس محمدعلی بنا یزدی

نوشته‌های مرتبط

قوانین ارسال دیدگاه

  • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
  • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
  • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
دیدگاه‌ها

*
*

0