معرفی سازه های مختلط

در دهه اخیر استفاده از سیستم سازه های مختلط به دلیل کاهش برخی از ضعف های موجود و استفاده از مزایای خاص این دسته از سازه ها افزایش یافته است.

سیستم های سازه ای مختلط را نیز می توان به صورت های مختلف دسته بندی نمود.

سازه مختلط با تیرآهن و ستون بتنی:
در این نوع سازه ها تیرآهن با استفاده از جزئیات خاص به ستون های بتن آرمه متصل می شوند. این دسته از سازه ها دارای مزایای زیادی هستند که در ادامه این بخش به آن ها اشاره خواهد شد.

به دلیل ابهامات زیاد در زمینه رفتار سازه های مختلط تیرآهن و ستون بتنی، بسیاری از آیین نامه ها در مورد این سازه ها سکوت کرده اند.

سازه مختلط با مصالح مختلف در مقطع اعضا آن:
در این نوع سازه ها معمولا از مقاطع مرکب از بتن و فولاد استفاده می شود و در اغلب موارد با فرض عملکرد یکپارچه هر دو مصالح تحلیل و طراحی انجام می گیرد.

دو دسته بزرگ از این سازه ها، سازه های بتن مسلح و سازه های مرکب با ستون فولادی توخالی پر شده با بتن است.

سازه های بتن مسلح که دارای سابقه بیشتری است و مدتهاست که مورد استفاده قرار می گیرد. در این سازه ها برای افزایش عملکرد یکپارچه از میلگردهای آجدار استفاده می شود که پیوستگی بین بتن و فولاد را افزایش می دهد.

استفاده سازه های مرکب با ستون فولادی توخالی پر شده با بتن در چند دهه اخیر برای سازه های بلند مورد توجه قرار گرفته است. در این سازه ها به دنبال استفاده از مزایای سازه های فولادی و بتن مسلح می باشند.

از مزایای استفاده از سازه های با ستون فولادی توخالی پر شده با بتن می توان به وزن سبک، شکل پذیری قاب های فولادی و سختی ستون های مختلط بتنی و فولادی برای کنترل تغییر مکان های جانبی نسبی، اشاره کرد.

در این سازه ها ستون های فولادی توخالی قالب لازم را برای بتن ریزی فراهم کرده و هسته بتنی ستون را محصور می کند.

سازه مختلط در ارتفاع دارای چند طبقه بتنی و چند طبقه فولادی:
این سازه ها بیشتر در سازه های دارای طبقات زیر سطح زمین و به ویژه در ساختمان هایی که ستون های آن باید بتواند فشار جانبی خاک اطراف را تحمل کند، مورد استفاده قرار می گیرد.

به علت اینکه سختی این سازه در بالای تراز ستون های بتنی کاهش چشمگیری دارد باید به این ناحیه از سازه توجه خاص داشت.

اتصالات در این ناحیه یکی از مهم ترین قسمت های سازه است که باید بتواند نیروهای سازه فوقانی را به خوبی به سازه تحتانی منتقل کند.

سازه مختلط با اسکلت فولادی و هسته بتنی مرکزی:
از این سازه ها بیشتر در ساختمان های بلند استفاده می شود و هدف از استفاده از آن ایجاد هسته بتنی برای افزایش سختی جانبی سازه و انتقال قسمت اعظم نیروهای جانبی سازه به هسته بتنی است.

این هسته بتنی کنترل جابه جایی های سازه را راحت تر کرده و وزن سازه را کاهش می دهد. یکی از قسمت های مهم در این نوع سازه ها اتصال بین تیرهای فولادی و دیوار بتنی است که باید در جزئیات آن دقت بیشتری کرد.

اتصال باید بتواند نیروهای وارد بر قسمت های مختلف سازه مخصوصا نیروهای جانبی وارد بر سازه و دیافراگم های سازه را به خوبی به هسته بتنی منتقل کند.

مزایای سازه های مختلط تیرآهن و ستون بتنی:
سازه های تیرآهن و ستون بتنی دارای مزایای زیادی هستند که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1 - کاهش هزینه ها:
با توجه به صرفه جویی مصالح، هزینه ها کاهش می یابد.

2 - توانایی استفاده از اسکلت فولادی اولیه ضعیف برای برپا سازی که خود می تواند باعث افزایش سرعت ساخت این دسته از سازه ها شود.

3 - افزایش جذب انرژی سازه:
استفاده از تیرآهن به علت ظرفیت جذب انرژی بالای فولاد، باعث افزایش ظرفیت جذب انرژی سازه نسبت به سازه های بتنی می شود.

4 - کاهش زمان ساخت نسبت به سازه های بتنی:
در این سازه ها استفاده از تیرهای فولادی باعث می شود مزیت سرعت بالاتر اجرا در سازه های فولادی به دست آید، به دلیل اینکه بخش اعظم زمان در سازه های بتنی صرف قالب بندی و بتن ریزی و گذشت زمان لازم برای کسب مقاومت کافی بتن سقف می شود که با حذف آن سرعت اجرای سازه افزایش می یابد.

5 - کاهش وزن سازه در دهانه های بزرگ:
در سازه های با دهانه های بزرگ به خصوص در سازه های بتنی وزن اعضای آن به خصوص تیرها باعث افزایش وزن سازه می شوند که در این سازه ها با جایگزین شدن تیرآهن از وزن سازه کاسته می شود.

6 - دستیابی راحت تر به معیار ستون قوی تیر ضعیف:
این معیار به منظور اجتناب از رفتار غیر خطی نامناسب در ستون های سازه در نظر گرفته می شود. در سازه های فولادی با دهانه های بزرگ معمولا این معیار بر طراحی ستون های سازه حاکم است.

در سازه های مختلط با توجه به وجود ستون بتنی که معمولا مقاومت خمشی آن نسبت به تیرآهن به میزان قابل توجهی بیشتر است این معیار راحت تر تامین می شود.

7 - قابلیت استفاده از انواع مهاربند فولادی در سیستم باربر جانبی:
در این سازه ها با توجه به وجود تیرهای فولادی و ستون بتنی می توان از سیستم مهاربند فولادی مختلف مانند بادبند 7 و 8 و بادبندهای فولادی واگرا به سهولت استفاده نمود.