مقاله تحلیلی: اثر ستون کوتاه در ساختمان‌ های چند طبقه

ستون کوتاه سختی زیادی دارد و قسمت عمده نیروی وارد بر یک ساختمان چندطبقه را جذب می‌کند. درصورتی‌که طراحی ستون کوتاه برای تحمل این نیروها کافی نباشد باعث آسیب و گسیختگی برشی خواهد شد. این موقعیت که در شرایط وجود نیروی اضافی رخ می‌دهد، اثر ستون کوتاه نامیده می‌شود.

برای ستون‌های کوتاه توجه ویژه‌ای موردنیاز است و لذا پیشنهاد می‌شود از این ستون‌ها بخصوص در طراحی ساختمان‌های نزدیک نواحی لرزه‌خیز جلوگیری شود. ازآنجایی‌که این ستون‌ها گسیختگی برشی ترد را متحمل می‌شوند، تأثیر ستون کوتاه در ساختمان فاجعه‌بار خواهد بود. پدیده‌ اثر ستون کوتاه، نتایج و راهکارهای آن در ادامه توضیح داده خواهد شد.

اثر ستون کوتاه

در ساختمان‌های خاص یا به دلیل شرایط زمین و یا به دلیل نیاز به تیر میانی، همان‌طور که در شکل ۱ زیر نشان داده شده است، نیاز به ساخت ستون‌های کوتاه وجود دارد. همچنین پیکربندی‌های سازه‌ای گوناگون نیاز به ستون‌های کوتاه را ایجاد می‌کنند.

ستون‌های کوتاه در مقایسه با ستون‌های بلند سخت‌تر هستند و لذا بیشترِ نیروهای لرزه‌ای که به ساختمان اعمال می‌شوند توسط ستون‌های کوتاه جذب می‌شوند (شکل ۲). هرچه سختی یک المان سازه‌ای بیشتر باشد، انعطاف‌پذیری آن برای تحمل هر نوعی از تغییر شکل، کمتر خواهد بود. طراحی لرزه‌ای یک ساختمان هرچه با انعطاف‌پذیری بیشتری همراه باشد، مؤثرتر خواهد بود.

هرچه سختی بیشتر باشد، نیروی بیشتری برای تغییر شکل نیاز خواهد بود. درصورتی‌که ستون‌های کوتاه برای تحمل این نیروی بزرگ طراحی نشده باشند، ستون دچار آسیب شده و سازه را تحت تأثیر قرار خواهد داد. به این رخداد اثر ستون کوتاه می‌گویند.

ستون کوتاه توسط گسیختگی برشی و به‌وسیله ترک‌خوردگی x شکل دچار گسیختگی می‌شود. نیروی برشی ایجاد شده در ستون کوتاه ۸ برابر نیروی برشی ایجاد شده در ستون‌های بلند خواهد بود.

رفتار ستون‌های کوتاه در زلزله‌ها

ساختمانی که مطابق شکل ۱ بر روی زمین شیب‌دار ساخته شده است، در طی زلزله به همراه زمین زیر خود وادار به حرکت می‌شوند. درصورتی‌که در ساختمان هم ستون‌های بلند و ستون‌های کوتاه وجود داشته باشند، بیشتر نیرو توسط ستون‌های کوتاه جذب‌شده و در مقایسه با ستون‌های بلند آسیب بیشتری را متحمل می‌شوند.

اثر ستون کوتاه در ستون‌هایی که دال‌های شیروانی و نیم طبقات را نگهداری می‌کنند (شکل ۱) نیز مشاهده می‌شود. این المان‌ها بین دو سقف موجود اضافه می‌شوند.

موقعیتی دیگر همان‌طور که در شکل 4 زیر نشان داده شده است، حضور ستون کوتاه و بلند در یک سطح طبقه یکسان است. در اینجا نیز ستون کوتاه در مقایسه با ستون‌های بلند مقاومت بیشتری را ارائه می‌دهد؛ بنابراین ستون‌های کوتاه در معرض نیرو و آسیب بیشتری می‌باشند.

راهکارها 

1. اولین راه‌حل ممکن عدم استفاده از ستون کوتاه در مرحله طراحی معماری است.
2. درصورتی‌که نتوان از ستون‌های کوتاه صرف‌نظر کرد، باید الزامات طراحی ویژه‌ای مدنظر قرار گیرد. مطابق با آیین‌نامه ACI، برای ستون‌ها در معرض تأثیر ستون کوتاه، نیاز به آرماتور محصورکننده ویژه که آرماتورگذاری شکل‌پذیر نامیده می‌شود، وجود دارد. آرماتورگذاری باید تا مقدار مشخصی که در استانداردها بیان شده در ستون‌های زیرین و بالایی امتداد یابد. شکل ۵ جزئیات آرماتورگذاری ستون کوتاه و ستون‌های بلند را نشان می‌دهد.
3. به‌منظور کاهش اثر ستون کوتاه بر ساختمان، ستون‌های کوتاه باید بین دو سقف تدارک دیده شوند. با استفاده از ساخت دیوار با ارتفاع کامل، بازشوها بسته می‌شوند.
4. درصورتی‌که ساخت دیوار غیرممکن باشد، ستون‌های کوتاه باید توسط هریک از روش‌های موجود بهسازی شوند. یک مهندس سازه باتجربه باید این کار را اجرا نماید.

منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.