پر کردن بتن داخل ستون نه تنها موجب افزایش ظرفیت باربری مقطع فولادی می شود، بلکه سختی جانبی آنها را ارتقا می بخشد که از نظر کنترل تغییر مکان نسبی طبقات (Drift) بسیار مفید است. ضمنا وجود بتن در هسته مقطع موجب مقاومت ستون در برابر حریق نیز می گردد. پر کردن بتن داخل ستون نه تنها موجب افزایش ظرفیت باربری مقطع فولادی می شود، بلکه سختی جانبی آنها را ارتقا می بخشد که از نظر کنترل تغییر مکان نسبی طبقات (Drift) بسیار مفید است. ضمنا وجود بتن در هسته مقطع موجب مقاومت ستون در برابر حریق نیز می گردد.
ستون های CFT ستون های پر شده با بتن (Concrete Filled Tube) هستند که دارای خصوصیات عالی از جمله مقاومت کششی بالا، شکل پذیری بالا و ظرفیت جذب انرژی بالا می باشند. علاوه بر افزایش قابل توجه ویژگیهای سازهای، ستون های CFT میتواند زمان ساخت را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد. تحقیقات مختلفی راجع به ستونهای CFT در سال های اخیر صورت گرفته است.
پوسته فولادی به عنوان مقاوم کننده طولی و عرضی عمل می کند. همچنین پوسته فشار محصورشدگی برای بتن فراهم می کند که بتن را تحت تنش در تمام جهات قرار میدهد. به عبارت دیگر پوسته فولادی، هسته بتنی را تقویت می کند. این میتواند از کمانش لوله فولادی جلوگیری کند و پایداری و مقاومت کششی ستون فولادی را افزایش دهد. شکل زیر اثر محصورشدگی بتن در ظرفیت باربری آن را نشان می دهد. در ستون های CFT محل قرار گیری جدار فولادی در پیرامون مقطع، یعنی جایی که تنش های خمشی و کششی مؤثر تر هستند، باعث افزایش قابل توجه در سختی و مقاومت مقطع می شود.
تاریخچه ستون های HSS و CFT :
ستون های مرکب دایروی در سال ۱۸۹۷ اختراع شده بود و در برخی از ساختمان ها و پل های قرن بیستم استفاده گردید. تحقیقات گسترده روی رفتار مکانیکی این ستون ها در دهه ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ انجام شد(نؤلز، پارک). در دهه ۱۹۸۰ آزمایشات گسترده و مطالعات تئوری روی بهبود لرزه ای ستون های CFT و روی رفتار مکانیکی ستون های CFT پرشده با بتن پرمقاومت انجام شد. (رینجن، جویس، وارمر و ژنگ(. در نیمه بعدی دهه ۱۹۸۰ تکنولوژی پمپ کردن بتن و توسعه بتن پرمقاومت، استفاده از ستون های CFT در ساختمان های بلندمرتبه را ممکن کرد. از اواخر دهه ۱۹۸۰ ساختمان های بلندمرتبه زیادی در آمریکا، ژاپن، استرالیا و چین ستون های CFT را به عنوان یکی از المان های اصلی سازه برای مقاومت در برابر زلزله استفاده کردند.که بلندترین آنها ساختمان SEG Plaza با ۷۲ طبقه و ۲۹۳ متر ارتفاع از زمین و قرار گرفته در شن ژن چین بود. تقریباً همه تحقیقات و برنامه های ستون های CFT، ستون های یک جداره پرشده با بتن هستند.
آیا CFT مورد تایید است؟
خوشبختانه از سال 87 تاکنون در مبحث 10 مقررات ملی ایران روش های طراحی این نوع ستون ها مطرح شده است و در ویرایش اخیر این آئین نامه، برخی موارد نظیر نسبت عرض به ضخامت مقطع CFT فشرده لرزه ای نیز مطرح گردیده است. آئین نامه های AISC و یوروکد 4 نیز به تفصیل به این موضوعات پرداخته است. ضمنا آئین نامه ژاپن AIJ منبع بسیار ارزشمندی، خصوصا در طراحی اتصالات مورد نیاز این سیستم می باشد. مقاطع نورد شده فولادی مورد استفاده در این سیستم طبق استاندارد DIN10219 در کشور تولید می شود و برخی تولیدکنندگان داخلی موفق به اخذ گواهینامه فنی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن گردیده اند.
اتصالات تیر به ستون
اتصالات ساده تیر به ستون های CFT تفاوت عمده ای با مباحث متداول ندارد. مباحث تکمیلی، خصوصا اتصال بادبندها و اتصالات ساده با ورق میان گذر را در AISC-DG24 می توان یافت. اتصالات صلب در قاب های خمشی ویژه و متوسط
شامل ورق های سخت کننده تحت عنوان ورق پیوستگی (Continuity Plate) مقابل بال های فشاری و کششی تیر می باشد که در ستون های CFT به صورت دیافراگم پیرامونی مطابق شکل ذیل اجرا می شود که سختی و شکل پذیری بیشتری در مقایسه با دیافراگم های داخلی دارد. همچنین حذف جوشکاری داخل ستون امکان نظارت بیشتر بر کیفیت جوشکاری را فراهم می کند.
مزایای ستون های CFT :
ظرفیت تحمل بار محوری و خمش عالی.
مقاومت جذب انرژی خاصیت نرمی (شکل پذیری) زیاد.
افزایش مقاومت بتن به دلیل محصور شدگی
بار بحرانی در کمانش (سختی بیشتر).
مقاومت برشی بالاتر.
نگهداشتن قالب برای هسته بتنی.
حفاظت سطح بتن از آسیب
اقتصادی بودن نسبت به ستونهای فولادی و بتنی. (کیلوگرم مصرف آهن در هر مترمربع)
زمان ساخت کم تر.
حمل و نقل آسان تر.
