مهندسین سازه در تلاش هستند برای محقق ساختن طرح‌های سازهایی چند دیدگاه را لحاظ کنند. یکی از مهم‌ترین دلایل ثبات و استحکام خواهد بود، زمانی که از ایمنی و ماندگاری سازه‌ها اطمینان حاصل میکنند پایداری نیز مهم است دو قطعه اصلی سازه‌ها ستون‌ها و تیرها هستند که نقش اساسی و مهمی در متحمل شدن وزن سازه و مسیر بارگذاری پایدار از دال تا پایه‌های ساختمان ایجاد میکنند؛ در ادامه به مبحث ستون‌ها در سازه‌ها می‌پردازیم.
ستون‌ها
ستون‌ها عضوی عمودی در سازه‌ها هستند که برای پایداری و تقویت سازه استفاده می‌شوند و بارهای قائم و فشاری را در طبقات به‌وسیله تیرها و کف‌ها دریافت می‌کند و به فونداسیون از طریق ستون‌ها منتقل میشود و از فونداسیون به سطح زیرین خاک انتقال می‌یابد. ستون‌های طبقه زیرین به‌اندازه‌ای بزرگ هستند که بتوانند وزن هر طبقه فوق را متحمل شوند و بارها را منتقل کنند.
ستون یک اندام فشاری است که می‌توان آن را به صورتی طراحی کرد در برابر بارهای جانبی مانند وزش باد و زلزله مقاومت کند.
اندازه و ابعاد ستون‌ها به بارهای وارده و ارتفاع آن و نیز نوع سیستم کف، فاصله ستون از یکدیگر و تعداد طبقات و... وابسته است. ستون‌ها به‌طورکلی برای مقاومت در برابر فشار محوری همراه با گشتاورهای خمشی طراحی شده‌اند. این اثرات در طبقات پایین ساختمان شدید است، یعنی هر چه از پایین‌به‌بالا می‌رویم اندازه ستون کاهش می‌یابد.
انواع ستون‌ها
ستون‌ها بر اساس معیارهای متفاوتی به انواع مختلفی دسته‌بندی می‌شوند که به شرح زیر است:
1-بر اساس نوع آرماتور : ستون های بتنی ممکن است انواع مختلفی آرماتور و به تعداد مختلفی در آن ها به کار برده شده باشد.
2-بر اساس نوع بارگذاری: ستون های بارگذاری شده از نوع محوری ، غیر محور مرکزی و بارگذاری دو محوره دسته‌بندی می‌شوند.بار گذاری محوری عمودی روی مرکز ثقل ستون اعمال میشود که معمولا برای ساخت و ساز این نوع ستون ها رواج ندارند زیرا منطبق کردن برایند بارها و نیروهای عمودی روی مرکز ثقل ستون به طور دقیق اعمال نمیشود.
در ستون غیر محور مرکزی بارها در جهت محورهای x یا y هستند به‌طوری‌که محل بارهای عمودی با مرکز ثقل ستون تطابق ندارند و در ستون‌هایی اتفاق می‌افتد که ازیک‌طرف به یکدیگر اتصال دارند.
بارگذاری دومحوره در ستون که در جهت x یا y اتفاق می‌افتند معمولاً به‌عنوان ستون‌های گوشه با تیرهایی که در بالای ستون اتصال دارند به کار برده می‌شوند.
3- بر اساس نسبت طول موثر بر حداقل بعد جانبی ستون : این دسته از ستون ها به ستون های کوتاه یا بلند دسته‌بندی می‌شوند اگر ستونی از حداقل بعد جانبی کم تر از 12 باشد ستون کوتاه محسوب میشود و با اثر بار فشرده خالص دچار شکست میشود.ستون های بلند نیز اگر از حداقل بعد جانبی بیشتر شوند با کمانش یا خم شدن دچار شکست می‌شوند.
4-بر اساس شکل ستون ها: ستون ها به انواع شکل های مختلفی از جمله ستون های مربع یا مستطیل ، ستون های دایره ایی، ستون های L یا T شکل ، ستون های فولادی و ترکیبی ممکن است اجرا شوند. ستون های مربع یا مستطیل رایج ترین نوع ستون در ساخت و ساز میباشند زیرا بتن ریزی آن به صورت ساده اجرا میشود.
ستون‌های دایرهایی در ارتفاع‌های بسیار زیاد برای تأمین آن و برای طراحی‌های بزرگ و خاص مورداستفاده قرار می‌گیرد. ستون‌های بتنی دایرهایی شکل به دلیل دشواری در ساخت آنها رایج نیستند درست است که زیبا و دل‌انگیز هست؛ ولی دارای ساختار سنگینی هستند.
ستون‌های L شکل معمولاً در گوشه حدومرز ملک استفاده میشود و اجرای آن مشابه ستون‌ها مربع و مستطیل‌شکل است.
ستون‌های T شکل معمولاً در ساخت پل‌ها بر اساس الزامات طراحی سازه مورداستفاده قرار می‌گیرد.
ستون‌های فولادی متشکل از IPEهای I و T شکل فلزی هستند که به‌صورت استاندارد ساخته می‌شوند.
ستون‌های ترکیبی ستون‌هایی هستند که متشکل از IPEو ستون‌های بتنی مسلح ساخته می‌شوند که در سازه‌های چندطبقه که بارهای وارد بر ستون‌ها بسیار زیاد هستند از این نوع ستون‌های مرکب یا ترکیبی استفاده میکنند. مزایا و معایب این نوع ستون‌ها عبارت است از:
1-افزایش قدرت برای همان مقدار حجم مورد نیاز 2-بتن و فولاد ناپایدار هستند و در طول تولید سیمان و فولاد انتشارCO 2 بالایی دارند. با این حال، استفاده از استحکام هر دو ماده، کل مواد مورد نیاز را کاهش می دهد 3-انقباض خشک شدن کمتر در مقایسه با ستون های بتنی معمولی 4-سازه های سنگین پی های بزرگتر از سازه های فولادی یا چوبی مورد نیاز است. 5-مقاومت خوب در برابر آتش و خوردگی را دارا هستند.
5-براساس مصالح ساختمانی: مصالح ساختمانی ممکن است از انواع مختلفی باشند که بر اساس کاربرد و نیاز منطقه از چوب، آجر، بلوک سنگی، بتن آرمه ، فولاد استفاده میکنند.
ستون‌های بتنی:
ستون‌های بتنی ارزان و دارای ساختاری خاص هستند معمولاً در اکثر کشورها کاربرد دارد و به‌راحتی با عنصرهای مجاور خود مانند دیوارها متصل می‌شوند؛ ولی چون ماهیت بتن در کشش ضعیف عمل می‌کند برای تقویت آن از میل‌گرد استفاده می‌کنیم.
این نوع ستون‌ها دارای مزایا و معایبی هستند که به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:
1-بتن یک ماده ارزان نسبت به دیگر متریال های ساخت میباشد .
2-بتن خاصیت مقاومت فشاری بسیاری دارد .
3-زمان ساخت طولانی نسبت به باقی مصالح دارد. برای رفع این موضوع از ستون های پیش ساخته استفاده میکنند تا به زمان ساخت سرعت بیشتری ببخشند.
4-در برابر آتش مقاوم و ضد آب محسوب میشود به همین دلیل در ساخت سد های آبی و پی و سازه های زیر زمینی کاربرد دارد.
ستون‌های بتنی در ساخت مسکن، پروژه‌های زیر ساختی و زیر زمینی و سازه‌های بلند و ساختمان‌های اداری و سازه‌های عظیم کاربرد دارد.
ستون‌های فولادی:
پرکاربردترین ستون‌های فولادی مقاطع I یا H شکل هستند و چون جنس متشکل آنها از نوع فولاد میباشد باید برای حفاظت در برابر خوردگی، از پوشش اضافی استفاده کنیم. ستون‌های فولادی معمولاً برای ساخت انبارها، سالن‌های ورزشی، سوپرمارکت‌ها و آسمان‌خراش‌ها و پارکینگ‌های باز مورداستفاده قرار می‌گیرند. مزایا و معایب این نوع ستون‌ها عبارت است از:
1-زمان ساخت این نوع سازه ها کمتر میباشد .2-طراحی آسانتری برای جداسازی قطعات را دارد. 3-مصالح ساختمانی سبکتر هستند.4-در برابر آتش از مقاومت کمی برخوردار هستند.5-مصالح ساختمانی آن گران قیمت تر است .6-دارای هزینه نگهداری ناشی از پوشش ها و سیستم حفاظتی در برابر خوردگی را دارد.
ستون‌های تو خالی فولادی: این نوع ستون خیلی رایج نیست. بااین‌حال، مزایایی نسبت به سایر انواع ستون دارد. ستون‌های فولادی دایره‌ای یک انتخاب عالی در هنگام قرارگرفتن در معرض نیروهای پیچشی هستند و در توربین‌های بادی و سایبان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.
نیروهای پیچشی چیست؟ پیچ‌خوردگی زمانی اتفاق می‌افتد که بارها با یک افست به خط مرکزی آن اعمال شوند.
مزایا و معایب این نوع ستون‌های فولادی عبارت‌اند از:
1-مقاومت خمشی خوب در هر دو محور2-اتصال به سایر عناصر فولادی دشوارتر از سایر بخش ها است 3-قابل استفاده به عنوان ستون مرکب( داخل ستون به راحتی با بتن پر می شود) 4-فولاد بیشتری برای سازه ها نسبت به استفاده از مقاطع معمولی مورد نیاز است (I/H)5-مقاومت پیچشی عالی 6-هزینه نگهداری ناشی از سیستم های حفاظتی در برابر خوردگی (پوشش ها، نقاشی ها )7-طراحی آسان برای جداسازی قطعات 8 -فولاد مقاومت کمی در برابر آتش دارد.
نتیجه:
با انواع ستون‌ها آشنا شدیم و دانستیم که ستون‌ها بخش مهمی از سازه هستند که بارهای ساختمان را دریافت و به پی‌ها منتقل میکنند برای همین باید در طراحی آن دقت لازم را برخوردار باشیم و بر اساس نوع سازه ستون با متریال مناسب را انتخاب کنیم تا بتوانیم با کمترین هزینه سازه را در بهینه‌ترین حالت طراحی و اجرا کنیم.
