مراحل طراحی دستی ستون فولادی

مراحل طراحی دستی ستون فولادی کدام هستند؟
طراحی دستی ستون فولادی معمولا طی پنج مرحله و با انتخاب شکل و ابعاد ستون، تعیین سطح تأثیر، محاسبه بارهای اعمال شده، تعیین سطح مقطع مورد نیاز بر اساس روش طراحی انتخاب شده و بررسی کمانش صورت می گیرد.

در ادامه، به معرفی هر یک از این مراحل می پردازیم.

شکل و ابعاد ستون فولادی چگونه انتخاب می شوند؟
ستون فولادی، دارای انواع و ابعاد بسیار متنوعی است. نوع ستون فولادی معمولا بر اساس شکل سطح مقطع آن تعیین می شود.

پرکاربردترین ستون های فولادی مورد استفاده در سازه های مختلف بر اساس شکل سطح مقطع عبارت هستند از:

ستون H یا I شکل:
پرکاربردترین نوع ستون در مهندسی سازه است که با عنوان «ستون یونیورسال» (Universal Column) یا به اختصار «UC» نیز شناخته می شود. جنس ستون H شکل از فولاد سازه ای 300/AS3679 است و به دلیل بال های ضخیم، مقاومت خوبی در برابر فشار و کمانش دارد.

ستون مستطیلی توخالی یا RHS:
مقاومت خوبی در برابر بارهای فشاری دارد و به طور گسترده در ساختمان های بلند مورد استفاده قرار می گیرد.

ستون دایره ای توخالی یا CHS:
مقاومت بالایی در برابر کمانش دارد اما هزینه اتصالات آن بالا است. به علاوه، عملکرد ستون CHS در بارگذاری ترکیبی خمشی و فشاری قابل اطمینان نیست. این نوع ستون بیشتر در سازه های نزدیک ساحل مورد استفاده قرار می گیرد.

دیگر انواع ستون:
ستون های T شکل، C شکل و L شکل نیز برای مقاصد مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، به منظور نگهداری خرپاهای سقف (بارهای سبک) از ستون L شکل (مقطع نبشی) استفاده می شود. اجرای این ستون ها بسیار ساده و نصب اتصالات آن سریع است.

پس از انتخاب شکل ستون، باید ابعاد مورد نیاز را انتخاب کرد. ستون های فولادی دارای ابعاد متنوعی هستند.

برای انتخاب راحت تر ابعاد ستون، از «پروفیل اشتال» (Stahlbau Profile) یا اصطلاحا جدول اشتال استفاده می شود.

این جدول شامل مشخصات استاندارد مقاطع انواع عضوهای فولادی مورد استفاده در ساختمان است.

به عنوان مثال، جدول اشتال زیر، ارتفاع، عرض، مدول مقطع، ضخامت و وزن بر واحد طول تیرآهن های IPE (مقطع I شکل) را نمایش می دهد. برای شروع طراحی، باید یکی از تیرآهن های زیر را انتخاب کرد.

ابعاد جدول بالا، مبنای محاسبات طراحی دستی ستون فولادی هستند. در صورتی که نتایج حاصل از طراحی، عدم مقاومت کافی ستون را نمایش دهند، باید ابعاد بزرگ تری را انتخاب کرد.

با تعیین شکل سطح مقطع و ابعاد ستون فولادی، سطح تأثیر بار بر روی آن محاسبه محاسبه می شود.

سطح تأثیر چیست و چگونه تعیین می شود؟
«سطح تأثیر» (Influence Area)، ناحیه ای است که بخش قابل توجهی از بار اعمال شده بر عضو به آن وارد می شود.

برای یک ستون فولادی، به سطحی که بیشترین بار اعمال شده را تحمل می کند، سطح تأثیر ستون می گویند. سطح تأثیر به شکل و ابعاد سطح مقطع ستون بستگی دارد.

با انتخاب نوع و ابعاد تیر، محاسبه سطح تأثیر به سادگی انجام می شود.

به منظور اتصال ستون های فولادی به یکدیگر یا به فونداسیون، از یک صفحه فولادی استفاده می شود. این صفحه، بارهای اعمال شده را به صورت یکنواخت بین سطح مقطع ستون توزیع می کند. در این حالت، سطح مقطع ستون همان سطح تأثیر خواهد بود.

بارهای اعمال شده بر ستون کدام هستند؟
ستون، عضوی است که وظیفه نگهداری از تیرها و قوس ها (بخش بالایی دیوار یا سقف) را بر عهده دارد. به طور کلی، بارهای اعمال شده بر ستون به دو نوع اصلی بارهای مرده و زنده تقسیم می شوند.

• بارهای زنده (غیر دائمی): مقدار این بارها با در نظر گرفتن نیروی حاصل از وزن مولفه های قابل جابه جایی اندازه گیری می شود.
• بارهای مرده (دائمی): مقدار این بارها از تعیین وزن عضوهای ثابت قرار گرفته بر روی ستون به دست می آید.

از جمع بارهای مرده و زنده اعمال شده بر روی ستون، بار کل به دست می آید. توجه داشته باشید که به دلیل استفاده از فرضیات ساده سازی، بارهای اعمال شده در محاسبات طراحی دستی ستون فولادی به صورت بارهای یکنواخت گسترده در نظر گرفته می شوند.

یکای این نوع بار در سیستم SI، کیلونیوتن بر متر مربع است. به منظور تعیین بارهای اعمال شده بر ستون، باید بار کل را در تعداد طبقات بالایی ضرب کرد.