سازه cft (Concrete Filled Tube)، یکی از فناوری‌های جدید در ساخت و ساز است. این سازه ویژگی‌های منحصر به فردی دارد و نحوه اجرای آن با سایر ساختارها متفاوت است. سازه cft با به کارگیری روش‌های جدید، از سازه های فلزی و بتنی بهتر محسوب می‌شود و امروزه ساخت و سازهای زیادی بر اساس این نوع ساختار انجام می‌گیرند.
از این رو ما در این مطلب ابتدا کمی درباره سازه های فلزی و بتنی اطلاعاتی را با شما به اشتراک می‌گذاریم، سپس سازه های cft را با این دو سازه مقایسه می‌کنیم. همراه وبلاگ آیرومارت باشید.
نحوه اجرا سازه های cft تفاوت‌هایی با دیگر سازه‌ها دارد.
سازه فولادی
این سازه از مواد فولادی ساخته شده است. فولادهای مورد استفاده برای ساخت و ساز معمولا فولادهای ساختمانی نرمه محسوب می‌شوند که ما آنها را به نام‌های st37 و st52 می‌شناسیم. مقدار کربن فولاد ساختمانی نرمه، بین ۰.۲ تا ۰.۶ است. اگر درصد زیادی کربن به آلیاژ فولاد اضافه شود، ماده بسیار سخت می‌شود و خاصیت ارتجاعی آن قطعا کاهش می‌یابد، در نتیجه ساختار آن شکننده می‌شود.
بنابراین این فولاد انعطاف‌پذیری بسیار خوبی دارد و به همین دلیل در ساخت سازه‌ها از آن استفاده‌های زیادی می‌شود. اتصالات به کار رفته در این سازه فلزی به صورت جوشی، پرچ و یا پیچ بوده و بسته به نوع اتصالات، قطعات طراحی شده و کنترل‌های مربوطه بر روی آنها اعمال می‌شود.
با مراجعه به مطلب انواع با روش‌های مختلف اتصال‌دهی بیشتر آشنا شوید.
نکات مورد توجه برای اجرای سازه های فولادی
برای مناطق لرزه‌خیز، استفاده از سازه‌های فولادی می‌تواند بسیار مناسب باشد، زیرا این نوع سازه‌ها در برابر بارهای جانبی بسیار خوب عمل می‌کنند، اما مهم‌ترین نکاتی که برای این نوع سازه‌ها وجود دارد، عبارتند از:
- توجه به قوانین و طراحی سازه‌های فلزی بسیار مهم است و باید مطابق با قوانین روز باشد.
- طراحی اتصالات فولادی اهمیت زیادی دارد. زیرا همانطور که گفته شد، اتصالات فولادی از پیچ و مهره یا پرچ ساخته می‌شوند.
- اجرای سازه های فولادی، مخصوصا آنهایی که در بخش اتصال سازه قرار دارند، باید کاملا بی نقص انجام گیرد.
مزایای سازه های فولادی
اگر سازه مطابق با موارد عنوان شده طراحی و اجرا شود، می‌توان فرض کرد که سازه مقاومت خوبی در برابر بارها از خود نشان می‌دهد. از جمله مزایای سازه‌های فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- پس از اتمام ساخت، امکان توسعه سازه وجود دارد
- امکان افزودن چند قطعه به یکدیگر وجود دارد
- قطعات فولادی در کارخانه به صورت پیش ساخته تولید می‌شوند
- اجرا و نصب آنها با سرعت بالایی صورت می‌گیرد
- نسبت به بتن فضای کمتری اشغال می‌کند
- فلز مقاومت بسیار بالایی دارد
- انعطاف‌پذیری آن بسیار مناسب است
- امکان تقویت و وجود دارد
- مواد فلزی وزن کمتری دارند
سازه بتنی
بتن ماده بسیار مستحکمی است که در ساخت سازه‌ها به کار می‌رود. وقتی صحبت از سازه های بتنی می‌شود، منظور سازه های بتنی مسلح است. سازه بتنی ترکیبی از فولاد و بتن است که با وارد شدن نیرو به سازه باعث افزایش راندمان بتن می‌شود. بتن معمولا مقاومت فشاری بسیار خوبی دارد، اما مقاومت کششی آن خوب نیست.
برای حل این مشکل، مهندسان بتن را پیشنهاد می‌کنند که به دلیل وجود فولاد، رفتار مناسب‌تری در برابر مقاومت‌های کششی دارد. باعث شده که بر اساس نیاز و نوع کاربری مکان، برای هر منطقه یکی از این ساختارها به کار رود.
با این‌حال امروزه اکثر ساختمان‌های مسکونی شهر از بتن ساخته می‌شوند. بتن نیز مانند فولاد به طراحی سازهای نیاز دارد و فولادهای به کار رفته در آن (میلگرد یا آرماتور) باید از طریق مهندس طراحی شوند تا بتوانند بارها را تحمل کنند.
مزایای سازه های بتنی
سازه های بتنی مزایای زیادی دارند، به همین دلیل است که آنها به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند.
برخی از مزایای آن عبارتند از:
- ماده اصلی بتن که شن و ماسه است، ارزان بوده و دسترسی به آن آسان است
- سازه‌های بتنی که براساس ضوابط، طراحی و اجرا می‌شوند، نسبت به سازه‌های ساخته شده از مصالح دیگر، در برابر شرایط سخت محیطی مقاومت بیشتری دارند.
- به دلیل خاصیت ارتجاعی بالای بتن، امکان ساخت انواع سازه های بتنی به اشکال مختلف مانند پل، ستون و … وجود دارد.
- سازه های بتنی در برابر دماهای بالا ناشی از آتش سوزی مقاومت بالایی دارند، حتی از فولاد نیز مقاوم‌ترند.
- هزینه ساخت سازه های بتنی نسبت به سازه های فلزی مناسب‌تر است، اما سازه‌های فولادی با سرعت بالاتری اجرا می‌شوند.
معرفی سازه cft
تا به اینجا ابتدا کمی درباره سازه های بتنی و فولادی توضیح دادیم تا شما بتوانید راحت‌تر تفاوت آنها را با ساختمان cft تشخیص دهید. امروزه ساخت سازه های cft بسیار بیشتر از گذشته شده است. برای تعریف درست سازه های cft، باید بدانید که ستون‌های مختلط به صورت قوطی یا لوله فولادی با بتن یا همان سی اف تی پر می‌شوند. بنابراین و لوله در هزینه‌های نهایی پروژه بی‌تاثیر نیست.
بیشتر بخوانید : گروه رویش
cft از دو قسمت فولاد و بتن تشکیل شده است:
- مقاطع فولادی مورد استفاده در مقطع، قوطی‌‌ها یا لوله‌های فولادی محسوب می‌شوند.
- بتن معمولی یا بتن خود تراکم (SCC) را می‌توان در هسته‌های بتنی با مقطع استفاده کرد. سازه فولادی اطراف هسته بتنی، یک مقطع مختلط (کامپوزیت) را تشکیل می‌دهد.
نکته بسیار مهم در مورد این نوع سازه این است که از انواع سیستم‌های سقفی و انواع تیرآهن در ترکیب با این ستون ها استفاده می‌شود.
مزایای سازه cft:
ستون‌های cft ویژگی‌های بسیار خوبی دارند که آنها را بیشتر از همیشه مفید می‌کند.
برخی از این مزایا عبارتند از:
- مقاومت کششی و فشاری بالا
- انعطاف‌پذیری بسیار مناسب
- ظرفیت جذب انرژی بالا
- کاهش زمان ساخت
- مقاوم در برابر بارهای جانبی
لازم به ذکر است که یکی از مزیت های اصلی ستون های cft یا مقاطع فولادی پر شده با بتن، کاهش هزینه‌های مالی در ساخت سازه‌هاست. استفاده از ستون‌های cft باعث کاهش استفاده از فولاد در ساخت سازه‌ها می‌شود و در نهایت سازهای بادوام و با کیفیت را با هزینه کم به دست می‌آورید.
در این صورت در نیز صرفه‌جویی می‌شود و می‌توانید بودجه خود را صرف باقی بخش‌ها کنید.
از دیگر مزایای بسیار مهم و ویژه ستون های cft، تنظیم کمانش موضعی مقطع فولادی، افزایش طول عمر و مقاومت بتن در اثر چسبندگی است. بتن همواره یکی از بهترین گزینه‌ها در ساخت سازه‌ها به حساب می‌آید، اما یکی از مهم‌ترین معایب آن زمان اجرای بالای سازه است.
تقویت بتن، قالب‌بندی و باز کردن دهانه، اجرای سازه بتن را افزایش می‌دهد.
بنابراین ستون های cft که مخلوطی از بتن و فولاد محسوب می‌شوند، گزینه‌ای عالی به شمار می‌روند. زیرا فولاد به عنوان قالبی دائمی برای بتن عمل می‌کند و قابلیت تحمل بارهای سنگین را دارد. به همین دلیل است که حتی اگر در این ستون، بتن هم استفاده شود، باز هم در مدت زمان کمتری سازه تکمیل می‌شود.
در ضمن، استفاده از ستون های cft باعث می‌شود فضای کمتری در ساختار موجود باشد. در بیشتر موارد، اندازه بزرگ ستون‌ها، باعث می‌شود تا طراحان از سیستم‌های باربری جانبی با قاب‌های خمشی استفاده نکنند. بنابراین ستون‌های cft این مشکل را از بین می‌برند.
این ستون‌ها فضای داخلی مفیدی را ایجاد می‌کنند که می‌توان از این فضا در زیرزمین و پارکینگ طبقاتی استفاده کرد.
معایب سازه cft
با وجود تمام مزایای cft، برخی از معایب جزئی را نمی‌توان نادیده گرفت. اولین محدودیت این سازه‌ها این است که سطح مقطع فولاد باید حداقل یک درصد از کل سطح مقطع مختلط باشد. نکته دیگر این است که نسبت عرض و ضخامت بین اجزای سطح مقطع فولاد باید بر اساس الزامات و از قبل تعیین شود.
نحوه اجرای سازه cft
همانطور که گفته شد، ستون های cft از قوطی‌های پر شده با بتن ساخته می‌شوند. بر طبق نظر طراح می‌توان از پروفیل‌های I شکل در داخل بتن استفاده کرد، اما این موضوع کاملا به نوع طراحی مهندس سازه بستگی دارد.
جهت اطلاع از رفتار ستون های cft، باید پارامترهایی که بر عملکرد آنها تاثیر دارند را بشناسیم. به طوری که در صورت عدم کسب این دانش، در واقع نمی‌توان از این مقاطع به لحاظ اقتصادی و مطمئن در سازه‌های مختلف استفاده کرد.
مهم‌ترین عوامل موثر بر رفتار این مقاطع عبارتند از:
- لاغری ستون مربوطه و فشرده‌سازی دیوار فولادی
- محبوس شدگی بتن
- نوع بتن و فولاد
- خزش و افت بتن
- نوع اتصال ساختار و چسبندگی بین مصالح
- درجه مقاومت این مقاطع در برابر آتش
ساختار cft به گونه‌ای است که پوسته فولادی در آن به عنوان یک تقویت کننده طولی و عرضی عمل می‌کند. همچنین پوسته فولادی باعث تقویت هسته بتنی می‌شود. این می‌تواند از کمانش لوله فولادی جلوگیری کرده و پایداری و استحکام کششی ستون فولادی را افزایش دهد.
اتصال ساختاری CFT
اتصالات تیر ساده با ستون های cft، ممکن است تفاوت قابل توجهی با موارد معمول در سازه‌های فولادی نداشته باشد. اتصالات صلب در قاب‌های خمشی ویژه و متوسط، شامل ورق‌های سخت‌کننده می‌شوند و در مقابل بال‌های فشاری و کششی تیر قرار دارند.
این اتصالات در ستون های cftبه صورت دیافراگمی اعمال می‌شود که سختی و انعطاف‌پذیری بیشتری نسبت به سوراخ‌های داخلی دارند. در ضمن، حذف در داخل ستون نیز امکان نظارت بیشتر بر کیفیت جوش را فراهم می‌کند.
خرید انواع آهن آلات و مقاطع فولادی از آیرومارت
همانطور که مطالعه کردید، سازه های CFT به دلیل ویژگی‌های خاص خود مزایای بسیاری را برای طراحان و مهندسان ارائه می‌دهند. این سازه مخلوطی از فولاد و بتن است و استحکام بالایی دارد. در بالا مهم‌ترین مزایا و معایب سازه های CFT و همچنین مقایسه آنها با سازه های فولادی و بتنی مورد بحث قرار گرفت.