طراحی ستون فولادی|دستی یا با نرم افزار؟ + اصول طراحی ستون

زمان مطالعه: 5 دقیقه

ستون ها و تیرهایی که در یک ساختمان به کار می روند، نقش مهمی در پایداری و مقاومت آن در برابر نیروهای های مختلف دارند. این بخش از سازه می تواند به صورت فولادی یا بتنی اجرا شود. برای طراحی ستون فولادی باید قواعد و اصول خاصی رعایت شود تا به مقاومت لازم برسد. همچنین از مصالح مختلفی همچون میلگرد و تیرآهن استفاده می شود. به همین دلیل، قیمت میلگرد یا تیرآهن نقش مهمی در هزینه تمام شده پروژه دارد.

ستون باید بتواند بارها، فشارها و نیروهایی مثل وزن سازه و بار مرده یا نیروهایی مثل زلزله یا باد (در برج های مرتفع) را تحمل کند. به همین دلیل، از فرمول ها یا روش های مختلف در فرایند طراحی ستون فولادی استفاده می شود.

در ادامه این مطلب، قصد داریم در مورد نقش ستون فولادی، اصول طراحی آن به شیوه دستی یا با استفاده از ابزار ETABS صحبت کنیم. اگر در پروژه های خود نیاز به ساخت ستون های مقاوم دارید، یا در حال یادگیری مطالب تخصصی در این زمینه هستید، ادامه مطلب به شما کمک می کند تا به دید جامعی در این رابطه برسید.

ستون چیست و چه نقشی در سازه دارد؟

ستون یا Column عضو محوری سازه است که نیروهای محوری را به صورت نیروی فشاری از تیرها دریافت می کند و آن را به پی سازه منتقل می کند. به همین دلیل، آن را به عنوان عضو فشاری یا Compression Member هم می شناسند.

این بخش از سازه معمولا به صورت قائم و با سطح مقطع دایره، مربع یا مستطیل اجرا می شود. البته در برخی پروژه های خاص، ممکن است این عضو به صورت مورب و زاویه دار هم قرار بگیرد. وقتی که سطح مقطع ستون دایره باشد، انتقال نیرو را بهتر انجام می دهد؛ در نتیجه مقاومت آن افزایش می یابد.

همان طور که گفته شد، ستون ها عضو محوری سازه هستند و وظیفه تحمل بارهای محوری را دارند. منظور از نیروی محوری، نیروهایی است که به طول ستون وارد می شود. بنابراین، بیشترین فشار، بر سطح مقطع ستون وارد می شود. به همین دلیل، اگر طراحی ستون فولادی به طور استاندارد صورت نگیرد، ممکن است این عضو دچار خمش، کمانش یا حتی شکست و فروپاشی شود.

اما بخش مهمی از نیروهایی که ستون ها وظیفه تحمل و انتقال آن ها را بر عهده دارند، شامل وزن طبقات بالا هستند. این وزن به دلیل مصالح مورد استفاده و حتی ساکنان طبقات ایجاد می شود. این نیروها باید در نهایت و از طریق سیستم باربر سازه، به پی ساختمان منتقل شود. برای آن که این عمل به خوبی انجام شود، باید اصول طراحی ستون فولادی به درستی رعایت گردد.

طراحی دستی ستون فلزی

اصول طراحی ستون فولادی

برای طراحی ستون فولادی، چند نکته علمی و چند نکته تجربی وجود دارد. علاوه بر این ها، استانداردهای ملی و بین المللی هم هستند که باید به آن ها دقت داشت. به طور مثال، مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان و استاندارد 2800 (طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله) از استانداردهای ملی طراحی ستون فلزی هستند.

علاوه بر این، استاندارد اروپا Eurocode 3 – EN1993، استاندارد بریتانیا BS5950، استاندارد آمریکا ANSI/AISC-360 و استاندارد آمریکا ASCE-07-16 از موارد پذیرفته شده بین المللی در طراحی ستون های فلزی و فولادی به شمار می رود.

اما این ها نکات تئوری هستند. معمولا علمی که ریشه در تجربه مهندسان و سازندگان دارد، در بسیاری از مواقع راهگشاتر و مفیدتر است. البته دانستن و رعایت تک تک این استانداردها، برای رسیدن به یک سازه مقاوم و پایدار لازم است. در هر حال، برخی از نکات تجربی برای طراحی ستون عبارتند از:

  • استفاده از میلگرد مشابه: یکی از نکات تجربی این است که در ستون های یک طبقه، به جای استفاده از میلگردهای مختلف با سایزهای گوناگون، از یک نوع میلگرد با سایز مشابه استفاده شود.
  • استفاده از میلگرد بیشتر: مورد بعد، این است که استفاده از تعداد بیشتر میلگرد، کمک می کند تا پایداری و مقاومت ستون افزایش یابد. بنابراین، می توان به جای استفاده از میلگردهای سایز بزرگ تر با تعداد کم، از میلگردهای سایز کم به تعداد بیشتر استفاده کرد.

رعایت این نکات، می تواند طراحی ستون حرفه ای تری را رقم بزند تا ساختمان از نظر مقاومت و پایداری، عملکرد بهتری داشته باشد.

طراحی ستون فولادی

ستون ها به شیوه های مختلفی طراحی و اجرا می شوند. گاهی برخی از مهندسان باتجربه می توانند بدون نیاز به فرمول و نرم افزار و صرفا از طریق تجربیات خود، تعداد و سایز ستون های یک ساختمان را مشخص کنند. اما شیوه دقیق تر و علمی، کمک گرفتن از فرمول طراحی ستون فلزی یا نرم افزارهایی مثل ایتبس (ETABS) است. در ادامه، این روش ها را مورد بررسی قرار می دهیم.

طراحی دستی ستون فولادی

برای طراحی دستی ستون فولادی، از 2 فرمول اساسی استفاده می شود. فرمول اول، مربوط به محاسبه مقاومت فشاری است. از طریق محاسباتی که در این فرمول لحاظ می شود، می توان نیروی قابل تحمل برای ستون فلزی را متوجه شد. در نتیجه، می توان نظر داد که آیا با اعمال نیروی مورد نظر در این سازه، ستون دچار فروپاشی می شود یا خیر.

اما فرمول بعد، برای محاسبه بار بحرانی استفاده می شود. پس از استفاده از این فرمول، می توان متوجه شد که آیا نیروی وارد بر سازه می تواند ستون ها را دچار کمانش کند یا نه. استفاده از این دو فرمول و نکات بیشتر آن ها، در مقاله فرمول طراحی ستون فولادی آمده که می توانید برای کسب اطلاعات دقیق تر، مطالعه کنید.

اما روش بعد، استفاده از نرم افزارهایی مثل ایتبس است. در ادامه، به معرفی این نرم افزار می پردازیم.

طراحی ستون فلزی با نرم افزار

طراحی ستون فولادی با نرم افزار ETABS

Extended ThreeD Analysis of Building Systems با نام ETABS (ایتبس) هم شناخته می شود. این ابزار، یکی از نرم افزارهای بسیار معروف و کاربردی در زمینه طراحی و تحلیل سیستم های ساختمانی است. به کمک آن، می توان عملکرد بخش های مختلف ساختمان های فولادی یا بتنی را بررسی کرد. از جمله آن ها، می توان به عملکرد لرزه ای بنا، ظرفیت باربری اجزای مختلف سازه و … اشاره کرد.

در بخش های مختلف منوی این نرم افزار، می توان متناسب با نوع سازه و مصالح مورد استفاده در آن، ویژگی های نهایی را بررسی کرد. همچنین می توان داده هایی را به این نرم افزار داد و آن ها را ذخیره کرد؛ مواردی همچون نوع، سایز و تعداد میلگردها و تیرآهن های استفاده شد در ستون. بنابراین، در پروژه های مختلف می توان از این داده ها استفاده کرد تا سرعت کار افزایش یابد.

در مجموع، طراحی ستون فولادی ضوابط و شیوه های خاص خود را دارد. در این فرایند، می توان از طراحی دستی ستون فولادی، روش تجربی یا طراحی ستون فولادی با نرم افزار ETABS استفاده کرد. به کار بردن نرم افزار ایتبس روشی دقیق است که در آن، از فرمول ها و همچنین تجربه فرد استفاده می شود.

برای کار با این نرم افزار، می توانید آخرین نسخه آن را از سایت های معتبر دانلود کنید و با بررسی بخش های مختلف، نحوه کار آن را بهتر متوجه شوید. در هر صورت، امیدواریم این مطلب به شما کمک کند تا با بهترین شیوه های طراحی ستون فولادی آشنا شوید. در پایان، می توانید نظرات خود را در رابطه با این موضوع، در قسمت نظرات مطرح کنید.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.