وظیفه ستون در ساختمان نگهداری از المان‌های روسازه و انتقال بارهای فشاری اعمال شده از طرف آن‌ها به ستون‌های پایینی، فونداسیون و یا زمین است. ستون به عنوان یکی از مهم‌ترین المان‌های سازه‌ای و باربر ساختمان محسوب می‌شود. در این مقاله، به معرفی انواع، ویژگی‌ها، نکات طراحی و اجرایی ستون در ساختمان می‌پردازیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

ساختمان چیست؟

ساختمان، سازه‌ای متشکل از عضوهای متعدد نظیر فونداسیون، تیر، ستون و دال است که معمولا در یک محل ثابت و به منظور کاربری‌های مسکونی، تجاری، عمومی، صنعتی و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. عضوهای اصلی ساختمان، با عنوان المان‌های سازه‌ای شناخته می‌شوند. عملکرد مورد انتظار از المان‌های سازه‌ای در اکثر ساختمان‌ها مشابه یکدیگر است. یکی از مهم‌ترین این المان‌ها، ستون نام دارد.

ساختمان بتن آرمه و جرثقیل

ستون چیست؟

ستون، یکی از عضوهای اصلی و عمودی ساختمان است که وظیفه انتقال بارهای محوری فشاری از عضوهای بالایی (تیر و دال) به عضوهای پایینی (تیر، کف یا فونداسیون) را برعهده دارد. به دلیل رفتار مشابه عضوهای فشاری، اکثر آن‌ها با عنوان ستون شناخته می‌شوند.

نقش ستون در ساختمان چیست؟

ستون از عضوهای اصلی و مهم در ساختمان به شمار می‌رود. این عضو، وظیفه نگهداری از سقف و ستون‌های بالایی را بر عهده دارد. ستون، بارهای فشاری روسازه را به زیرسازه منتقل می‌کند. در صورت آسیب رسیدن به ستون، پایداری کل ساختمان به خطر می‌افتد.

المان‌های سازه‌ای ساختمان
المان‌های سازه‌ای ساختمان

با وجود نقش سازه‌ای ستون در ساختمان، این عضو از گذشته تا کنون به عنوان یک المان تزئینی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از ساختمان‌های عمومی، با ایجاد طرح بر روی بدنه ستون یا اجرای ستون‌های غیر سازه‌ای، ظاهر جذابی را برای سازه فراهم می‌کنند.

اجزای ستون در ساختمان چه هستند؟

ستون دارای اجزای مختلفی است که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به پایه، بدنه، سرستون، کتیبه و براکت اشاره کرد. برخی از این اجزا برای اجرای ستون ضروری هستند و برخی دیگر با توجه به نوع سازه (ساختمان، پل، سوله)، محل اجرا (فونداسیون، طبقات بالایی، اطراف سازه) و عضوهای مجاور (دال، دیوار، تیر) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

  • «پایه» (Pedestal یا Base): بخش پایینی ستون است که از اجزای دیگر ستون نگهداری می‌کند. اجرای تمام ستون‌ها از پایه شروع می‌شود.
  • «صفحه ستون» (Base Plate): صفحه‌ای فلزی است که برای اتصال ستون فولادی به فونداسیون (بر روی پایه ستون) و اتصال ستون‌های بالایی به یکدیگر استفاده می‌شود.
  • «بدنه» (Shaft): بخش بلند و باریک ستون است که بین پایه و سرستون قرار دارد. انتقال بار از المان‌های بالایی به المان‌های پایینی توسط بدنه صورت می‌گیرد. به دلیل آزاد بودن بخش زیادی از بدنه، شکست ستون در ساختمان معمولا از این بخش رخ می‌دهد.
  • «سرستون» (Capital): بخش بالایی ستون است که بارهای اعمال شده از روسازه را به طور مستقیم تحمل کرده و به بدنه منتقل می‌کند.
  • «کتبیه» (Drop Panel): یک بخش مستطیلی شکل بین سرستون و دال بتنی است که با توزیع بهتر بارهای اعمال شده، از برش و گسیختگی دال جلوگیری می‌کند.
  • «براکت» (Bracket): بخش بیرون زده ستون‌های بیرونی (روی محیط خارجی) سازه است که به منظور نگهداری از تیر یا زیبایی ظاهری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اجزای سازه بتن آرمه
المان‌های مختلف مورد استفاده در سازه بتن مسلح

انواع ستون در ساختمان کدام هستند؟

ستون در ساختمان به شکل‌های متفاوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این عضو فشاری معمولا بر اساس ماده تشکیل‌دهنده (بتن، فولاد، کامپوزیت)، شکل سطح مقطع (مستطیلی، مربعی، دایره‌ای)، ضریب لاغری (بلند، کوتاه، معمولی)، نحوه بارگذاری (محوری، خارج از مرکز)، مهاربندی، نوع میلگرد و کاربری به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. برخی از این تقسیم‌بندی‌ها برای تمام ستون‌ها و برخی دیگر برای ستون‌های خاص (فولادی، بتن آرمه و غیره) به کار می‌روند. در ادامه، به معرفی انواع ستون در ساختمان خواهیم پرداخت.

انواع ستون در ساختمان بر اساس ماده تشکیل دهنده

ستون‌های ساختمان معمولا با استفاده مواد مختلفی نظیر سنگ، آجر، بلوک، بتن، چوب، فولاد، کامپوزیت و غیره ساخته می‌شوند. به دلیل عملکرد مورد انتظار از ستون، ماده مورد استفاده برای ساخت این عضو باید از مقاومت فشاری خوبی برخوردار باشد. به طور کلی، نوع ماده مورد استفاده برای اجرای ستون در ساختمان به اسکلت سازه بستگی دارد. امروزه، اغلب ساختمان‌های بزرگ مسکونی و تجاری با اسکلت بتنی یا فولادی ساخته می‌شوند. ویژگی‌های مقاومتی منحصر به فرد این مواد و سازگاری بسیار خوب آن‌ها با یکدیگر (بتن آرمه)، باعث استفاده بسیار گسترده آن‌ها در صنعت ساختمان‌سازی شده است.

ستون بتنی

بتن، یکی از پرکاربردترین مصالح ساختمانی در دنیا است. ستون بسیاری از ساختمان‌ها از گذشته تا کنون توسط انواع مختلف بتن نظیر بتن معمولی، بتن آرمه، بتن الیافی و غیره ساخته شده است. بالا بودن مقاومت فشاری بتن، آن را به یک گزینه مناسب برای ساخت عضوهای تحت فشار تبدیل می‌کند. در گذشته، مقاومت کششی پایین بتن معمولی، باعث محدودیت استفاده از آن برای ساخت ستون در ساختمان می‌شد. برطرف کردن این مشکل با معرفی بتن مسلح، استفاده از اسکلت بتنی را با استقبال زیادی رو به رو کرد.

مجموعه‌ای از ستون‌های بتن آرمه اجرا شده در طبقات بالایی ساختمان
مجموعه‌ای از ستون‌های بتن آرمه اجرا شده در طبقات بالایی ساختمان

در ساختمان‌های چند طبقه و بزرگ، احتمال شکست ستون بر اثر خمش و کمانش وجود دارد. به همین دلیل، در مواردی که نیاز به ظرفیت باربری بیشتر و مقاومت کافی در برابر کمانش یا خمش وجود داشته باشد، از بتن آرمه یا الیافی برای ساخت ستون استفاده می‌شود. به علاوه، در صورت محدودیت افزایش ابعاد مقطع ستون، به کارگیری بتن‌های مسلح یا الیافی نسبت به بتن معمولی در اولویت قرار می‌گیرد.

ستون فولادی

فولاد، یکی دیگر از مواد پرکابرد برای اجرای ستون در ساختمان اسکلت فولادی و بتنی است. این ماده، به شکل میلگرد (اسکلت بتنی) یا پروفیل (اسکلت فولادی) در ساخت ستون مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد از مقاومت فشاری و کششی خوبی بهره می‌برد. با این وجود، احتمال کمانش یا خمش آن در شرایط بارگذاری بحرانی، زیاد است.

ستون‌های اجرا شده در یک ساختمان با اسکلت فولادی
ستون‌های اجرا شده در یک ساختمان با اسکلت فولادی

از پارامترهای موثر بر کمانش ستون‌های فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • طول (ضریب لاغری)
  • مساحت سطح مقطع
  • روش اتصال
  • شکل سطح مقطع

مساحت و شکل سطح مقطع ستون فولادی با شعاع ژیراسیون آن در ارتباط هستند.

ستون کامپوزیت و ستون بتن آرمه

به ستون‌های متشکل از چند ماده، ستون کامپوزیت می‌گویند. بتن آرمه یا بتن مسلح، یکی از پرکاربردترین انواع بتن در ساختمان‌سازی است که از ترکیب میلگرد یا الیاف فولادی ساخته می‌شود. این نوع بتن، یک ماده کامپوزیت به شمار می‌رود. امکان استفاده از میلگرد یا الیاف غیر فولادی در ساخت بتن مسلح وجود دارد. با این حال، به دلیل نزدیک بودن ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد، اغلب از این دو ماده در کنار یکدیگر برای ساخت ستون بتن آرمه استفاده می‌شود. از دیگر مواد کامپوزیت مورد استفاده برای ساخت ستون در ساختمان می‌توان به ترکیب بتن با پروفیل‌های فولادی اشاره کرد.

اجزای ستون کامپوزیت
اجزای ستون کامپوزیت

ستون‌های کامپوزیت بتن و فولاد، از ظرفیت باربری بسیار خوبی بهره می‌برند. این ستون‌ها اغلب در ساختمان‌های بلند مورد استفاده قرار می‌گیرند. محدودیت اصلی ستون‌های کامپوزیت، دشوار بودن اجرای اتصال مناسب انتهای بالایی و پایینی آن‌ها پیش از بتن ریزی است.

نکته: در بسیاری از موارد، ستون بتن آرمه و کامپوزیت در دو دسته جداگانه قرار داده می‌شوند. این تقسیم‌بندی، به دلیل کاربرد بسیار زیاد بتن آرمه (میلگرد و بتن) نسبت به مصالح و ترکیبات دیگر است.

در رابطه با یادگیری نحوه تحلیل و طراحی سازه‌های مهندسی عمران بر اساس مقررات ملی ساختمان و با استفاده از نرم افزارهای تخصصی، چندین فیلم آموزشی جامع در مجموعه فرادرس تهیه شده است که می‌توانند در فراگیری این مباحث به شما کمک کنند. لینک این مجموعه در ادامه آورده شده است.

  • برای مشاهده مجموعه فیلم‌های آموزش تحلیل و طراحی سازه‌‌ها + اینجا کلیک کنید.

انواع ستون در ساختمان بر اساس شکل مقطع

شکل سطح مقطع، یکی دیگر از معیارهای رایج برای تقسیم‌بندی انواع ستون در ساختمان محسوب می‌شود. شکل مقطع ستون در ساختمان به نوع مصالح مورد استفاده و کاربری مورد انتظار بستگی دارد.

شکل سطح مقطع ستون بتنی

به طور کلی، ستون‌های بتنی با مقاطع زیر در ساختمان‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند:

  • مستطیلی یا مربعی
  • دایره‌ای
  • L شکل
  • T شکل
  • V شکل
  • + شکل
  • شش ضلعی
  • منحنی
  • قوسی
  • Y‌ شکل
  • Y شکل قوسی
ستون بتنی مستطیلی
ستون مستطیلی/مربعی، متداول‌ترین ستون بتنی مورد استفاده در ساختمان‌های بتنی

به دلیل انعطاف‌پذیری بالای بتن، ستون‌های بتنی از تنوع زیادی در شکل سطح مقطع بهره می‌برند. با این وجود، پرکاربردترین ستون‌های بتنی مورد استفاده در ساختمان‌ها دارای مقاطع مستطیلی/مربعی یا دایره‌ای هستند. عملکرد مناسب این مقاطع در برابر بارگذاری‌های مختلف و اشغال کردن فضای کم، باعث اولویت آن‌ها نسبت به دیگر مقاطع شده است. مقاطع مستطیلی، مربعی، دایره‌ای و شش ضلعی ستون‌های بتنی، هم به صورت توپر و هم به صورت توخالی ساخته می‌شوند.

شکل سطح مقطع ستون فولادی

ستون‌های فولادی معمولا با مقاطع زیر در ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند:

  • I شکل
  • H شکل
  • L شکل
  • C شکل
  • پروفیل مربعی (قوطی فولادی)
  • پروفیل دایره‌ای
پروفیل I شکل، متدوال‌ترین ستون مورد استفاده در ساختمان‌های فولادی
پروفیل I شکل، متدوال‌ترین ستون مورد استفاده در ساختمان‌های فولادی

مقاطع I شکل و H شکل، متدوال‌ترین مقاطع فولادی مورد استفاده به عنوان ستون در ساختمان هستند. عضوهای فولادی به دلیل هزینه بالای مواد اولیه، معمولا به صورت پروفیل‌های تو خالی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صورتی که نیاز به ظرفیت باربری بیشتر باشد، از مقاطع بزرگ‌تر، ترکیب بتن با پروفیل‌های فولادی (ستون کامپوزیت) یا میلگردهای فولادی (بتن آرمه) استفاده می‌شود.

شکل سطح مقطع ستون کامپوزیت

از مقاطع رایج ستون‌های کامپوزیت در ساختمان‌سازی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • مستطیلی
  • مربعی
  • دایره‌ای
  • شش ضلعی

بتن و مقاطع فولادی در پیکربندی‌های مختلف به منظور ساخت ستون‌های کامپوزیت مورد استفاده قرار می‌گیرند. پروفیل‌های فولادی در ستون کامپوزیت می‌توانند به عنوان المان تقویت‌کننده در داخل یا سطح خارجی بتن تعبیه شوند. شکل زیر، برخی از انواع مقاطع ستون‌های کامپوزیت را نمایش می‌دهد.

مقاطع ستون‌های کامپوزیت
مقاطع ستون‌های کامپوزیت

انواع ستون در ساختمان بر اساس لاغری کدام هستند؟

لاغری، معیاری برای تشخیص نسبت ابعاد مختلف یک جسم است. ستون در ساختمان بر اساس لاغری به انواع بلند، کوتاه و معمولی تقسیم‌بندی می‌شود. میزان لاغری ستون، بر روی کمانش و خمش آن تاثیر مستقیم دارد. از این‌رو، به منظور تعیین حالت‌های بحرانی شکست ستون، لاغری آن در طراحی مد نظر قرار داده می‌شود. در این شرایط، علاوه بر هندسه ستون (ضریب لاغری)، خصوصیات رفتاری (مدول یانگ و مقاومت تسلیم) آن نیز مورد بررسی قرار می‌گیرند. پیش از معرفی انواع ستون بر اساس لاغری، بهتر است با مفهوم ضریب لاغری و نحوه محاسبه آن آشنا شوید.

ضریب لاغری اعضای فشاری چگونه محاسبه می‌شود؟

«ضریب لاغری» (Slenderness Ratio)، نسبت طول موثر به کمترین بعد جانبی یا شعاع ژیراسیون مقطع عضو است. ضریب لاغری اعضای فشاری، از رابطه زیر به دست می‌آید:

$$
\frac{K L}{r}
$$

  • K: ضریب طول موثر
  • L: طول ستون بین دو تکیه‌گاه (ارتفاع ستون)
  • r: شعاع ژیراسیون مقطع عضو (رادیکال مرتبه دوم از تقسیم ممان اینرسی بر مساحت سطح مقطع I/A)

طول موثر ستون چیست؟

«طول موثر» (Effective Length)، کوتاه‌ترین فاصله بین بالاترین تا پایین‌ترین نقطه در ستون است که به طور موثر در برابر خمش و کمانش مقاومت می‌کند. در عضوهای فشاری نظیر ستون، طول موثر به شرایط تکیه‌گاهی بستگی دارد. به عنوان مثال، اگر ستون دارای دو تکیه‌گاه مفصلی باشد، ضریب طول موثر آن برابر 1 خواهد بود. جدول زیر، مقادیر تئوری و پیشنهادی ضریب طول موثر برای طراحی ستون فولادی را نمایش می‌دهد.

شکل کمانش ستون (خط‌چین) مقدار تئوری K مقدار پیشنهادی K برای طراحی
0.5 0.65
0.7 0.80
1.0 1.2
1.0 1.0
2.0 2.10
2.0 2.0

ستون بلند چیست؟

در ستون بلند، نسبت طول موثر به کوچکترین بعد جانبی بزرگتر از 12 یا نسبت طول موثر به حداقل شعاع ژیراسیون بزرگتر از 45 است. در این نوع ستون، طول موثر بزرگ‌تر از طول بحرانی کمانش است. شکست مکانیکی ستون‌های بلند معمولا بر اثر خمش یا کمانش رخ می‌دهد. رفتار این ستون‌ها به مدول الاستیسیته مصالح مورد استفاده بستگی دارد.

ستون کوتاه چیست؟

در ستون کوتاه، نسبت طول موثر به کوچکترین بعد جانبی کوچکتر از 12 یا نسبت طول موثر به حداقل شعاع ژیراسیون کوچکتر از 45 است. در این نوع ستون، طول موثر کوچک‌تر از طول بحرانی کمانش است. شکست مکانیکی ستون‌های کوتاه، معمولا بر اثر برش رخ می‌دهد. ظرفیت باربری ستون کوتاه از ستون بلند بیشتر است.

ستون معمولی چیست؟

ستون معمولی، بین ستون بلند و کوتاه قرار دارد. رفتار این نوع ستون، به مقاومت مصالح مورد استفاده وابسته است.

مقایسه انواع ستون در ساختمان بر اساس لاغری
مقایسه انواع ستون در ساختمان بر اساس لاغری

انواع ستون در ساختمان بر اساس نحوه بارگذاری

انواع ستون در ساختمان بر اساس نحوه بارگذاری به دو نوع محوری و خارج از محور تقسیم می‌شوند:

  • ستون بتنی تحت بار محوری: محور بارگذاری، منطبق بر مرکز جرم مقطع ستون است. به عبارت دیگر، برآیند نیروی فشاری بر روی محور طولی مرکز هندسی مقطع اعمال می‌شود.
  • ستون بتنی تحت بار خارج از محور: محور بارگذاری، خارج از محور مرکز جرم مقطع ستون قرار دارد.
    • تک محوری: با فرض قرارگیری طول ستون در جهت محور Z، فاصله محور بارگذاری تا مرکز جرم، فقط در یکی از محورهای X یا Y تغییر می‌کند.
    • دو محوری: فاصله محور بارگذاری تا مرکز جرم، در هر دو محور X یا Y تغییر می‌کند.
پیکربندی انواع ستون در ساختمان بر اساس نحوه بارگذاری
پیکربندی انواع ستون در ساختمان بر اساس نحوه بارگذاری

انواع ستون در ساختمان بر اساس مهاربندی

بادبند یا مهاربند، المانی است که به منظور اتصال اجزای مختلف سازه‌های قابی (تیر و ستون) مورد استفاده قرار می‌گیرد. بادبند مانند وال پست، مقاومت سازه در برابر نیروهای دینامیکی نظیر باد و زلزله را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. ستون‌ها از نظر اجرای بادبند به دو نوع مهاربندی شده و مهاربندی نشده تقسیم می‌شوند.

نمونه‌ای از یک سازه فولادی متشکل از المان‌های فولادی
نمونه‌ای از ستون‌های مهاربندی شده در ساختمانی با اسکلت فولادی

جدول زیر، ویژگی‌ها و تفاوت‌های هر یک از این ستون‌ها را نمایش می‌دهد.

ستون مهاربندی شده ستون مهاربندی نشده
پایداری جانبی کل سازه توسط دیوارها یا مهاربندی تامین می‌شود. پایداری جانبی کل سازه فقط توسط ستون‌ها تامین می‌شود.
ستون‌ها برای مقاومت در برابر بارهای جانبی طراحی نمی‌شوند. ستون‌ها برای مقاومت در برابر بارهای جانبی طراحی می‌شوند.
به دلیل استفاده از دیوار برشی، بادبند و تکیه‌گاه‌های مخصوص برای مقاومت در برابر باد، زلزله و غیره، ابعاد ستون به حداقل می‌رسد. ابعاد ستون بزرگ و وزن آن زیاد است.
مقدار تاب خوردگی ستون صفر است. ستون در معرض تاب خوردگی قرار دارد.
در اکثر سازه‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در اکثر سازه‌های بتن آرمه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اجرای بازکننده بین دو ستون مهاربندی شده دشوار است. اجرای بازکننده بین دو ستون مهاربندی نشده ساده است.
در ساختمان‌های بلند و چندطبقه کاربرد دارد. در ساختمان‌های بتن آرمه کوتاه تا متوسط کاربرد دارد.
مرز بلندی یا کوتاهی، ضریب لاغری 15 است. مرز بلندی یا کوتاهی، ضریب لاغری 10 است.
استحکام و سفتی نسبتا بالایی دارد. استحکام و سفتی نسبتا پایینی دارد.

انواع ستون در ساختمان بر اساس نوع میلگرد

یکی دیگر از تقسیم‌بندی‌های انواع ستون در ساختمان بتن آرمه، نوع میلگرد مورد استفاده در آن است. بر این اساس، ستون‌های بتن آرمه به انواع تنگ‌دار، دورپیچ‌دار و کامپوزیتی (هسته فولادی یا پوسته فولادی) تقسیم می‌شوند.

انواع المان‌های تقویت‌کننده مورد استفاده در ستون بتن آرمه
انواع المان‌های تقویت‌کننده مورد استفاده در ستون بتن آرمه

ستون مخروطی و غیر مخروطی

در گذشته، به منظور توزیع بهتر بار، ستون به شکل مخروط ناقص ساخته می‌شد. در ستون‌های مخروطی، مساحت سطح مقطع زیاد است. با نزدیک شدن به انتهای بالایی بدنه، مساحت سطح مقطع کاهش می‌یابد. امروزه، به دلیل طراحی بهتر و استفاده از مصالح مناسب‌تر، اجرای ستون‌های مخروطی به عنوان عضوهای سازه‌ای باربر تقریبا منسوخ شده است.

الزامات طراحی ستون در ساختمان چه هستند؟

طراحی ستون در ساختمان بر اساس استانداردهای مختلف نظیر مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های بتن آرمه) و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی) انجام می‌گیرد. این استانداردها، تمامی الزامات مورد نیاز برای طراحی ستون‌ در ساختمان را پوشش می‌دهند. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارد بر ساختمان) و استاندارد 2800 ایران (طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله) نیز انواع ترکیبات بارگذاری مورد نیاز برای طراحی را ارائه می‌کنند. در این بخش، به متداول‌ترین سوالات مرتبط با طراحی ستون‌ها پاسخ می‌دهیم.

فاصله دو ستون در ساختمان مسکونی چقدر است؟

فاصله بین دو ستون در ساختمان مسکونی معمولا بین 2.5 تا 7.5 (میانگین 5 متر) است. البته بارهای ساختمان، ملاحظات معماری و عملکرد مورد نظر، مهمترین پارامترهای تاثیرگذار بر روی انتخاب فاصله مناسب بین ستون‌ها هستند. به طور کلی، هنگام انتخاب این فاصله باید نکات زیر را در نظر داشت:

  • هیچ قانون دقیق و مشخصی برای تعیین فاصله بین دو ستون بتن آرمه وجود ندارد.
  • بار ساختمان، نقش مهمی در حداکثر فاصله مجاز دارد.
  • مهندسان معماری، فاصله بین دو ستون را با توجه به عملکرد ساختمان مشخص می‌کنند.
  • مبنای معماری ساختمان، استفاده حداکثری از فضای موجود و مبنای طراحی آن، پایداری سازه است.
  • افزایش فاصله بین ستون‌ها، افزایش هزینه‌های ساخت ساختمان را در پی خواهد داشت. هر چه این فاصله بیشتر باشد، ابعاد ستون و عمق تیرهای مورد نیاز برای تحمل بارهای ساختمان نیز افزایش می‌یابد. این مسئله، حجم مصالح مصرفی را افزایش می‌دهد.
  • طراحی ستون‌ها با الگوی شبکه‌ای، رویکرد مناسبی است که عملکرد سازه را بهبود می‌بخشد.
  • در ساختمان‌های کوچک، فاصله بین ستون‌های 3 تا 4 متر است. این بازه برای ساختمان‌های بزرگ به 6 تا 9 متر می‌رسد.
  • برای ساختمان‌های معمولی، فاصله 5 متر با حداقل دهانه 2.5 متر و حداکثر دهانه 7.5 متر بین دو ستون کفایت می‌کند.
  • در نهایت توجه داشته باشید که با حفظ ایمنی و یکپارچگی ساختمان، امکان اجرای ستون‌ها در هر فاصله دلخواه وجود دارد. اگرچه، در صورت نیاز به افزایش دهانه، ابعاد ستون باید مطابق با بارهای اعمال شده افزایش یابد.

حداقل ابعاد ستون بتنی در ساختمان دو طبقه چقدر است؟

مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1392، بند 9-23-3-2-1، عرض مقطع ستون نباید کمتر از سه‌دهم بعد دیگر آن و کمتر از 250 میلی‌متر باشد. به علاوه، حداقل نسبت مجاز عرض مقطع به طول آزاد ستون برابر ۱ به ۲۵ است. حداقل ابعاد ستون در ساختمان مانند فاصله‌داری آن به بارهای سازه بستگی دارد. با افزایش تعداد طبقات، میزان بار اعمال شده بر ستون‌های طبقات پایینی نیز افزایش می‌یابد. در نتیجه، به ابعاد بیشتری برای مقاومت در برابر این بارها نیاز خواهد بود.

ستون در ساختمان

در ساختمان‌های فولادی چند طبقه، معمولا از ستون‌های H شکل یا I شکل استفاده می‌شود. جدول زیر، ابعاد متداول ستون فولادی مورد استفاده در ساختمان‌های مختلف را نمایش می‌دهد.

تعداد طبقات نگهداری شده توسط مقطع فولادی ابعاد استاندارد مقطع فولادی (میلی‌متر)
۱ 152
۲ تا ۴ 203
3 تا 8 254
5 تا ۱۲ 305
۱۰ تا ۴۰ 356

حداقل میلگرد مورد استفاده در ستون بتن آرمه چقدر است؟

نسبت آرماتور در ستون بتن آرمه (مساحت سطح مقطع تمام میلگردهای مورد استفاده) نباید کمتر از 1 درصد مساحت سطح مقطع کل باشد. حداکثر نسبت آرماتور در ستون بتن آرمه نیز نباید از 8 درصد تجاوز کند.

نسبت آرماتور به بتن

وجود محدوده مجاز برای استفاده از میلگرد در بتن مسلح دلایلی دارد که در ادامه به توضیح آن‌ها می‌پردازیم:

  • میلگردهای فولادی به منظور مقاومت در برابر خمش، کاهش جمع شدگی ناشی از خشک شدن و جلوگیری از خزش ستون بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در صورتی که نسبت آرماتور در سطح مقطع کمتر از ۱ درصد باشد، احتمال رخ دادن مشکلات مذکور و گسیختگی میلگردها تحت بار سرویس وجود خواهد داشت.
  • استفاده بیش از حد میلگرد در ترکیب بتن، نه تنها مفید نیست، بلکه می‌تواند باعث ایجاد مشکلات متعددی در فرآیند اجرا و عملکرد نهایی ستون شود. ازدحام آرماتور، با اختلال در فرآیند بتن ریزی، از تراکم مناسب بتن جلوگیری می‌کند. در این حالت، بتن نهایی از کیفیت خوبی برخوردار نخواهد بود. به علاوه، افزایش تعداد میلگردها، هزینه ساخت را نیز افزایش می‌دهد. به همین دلیل، برای اجرای یک طراحی اقتصادی و کارآمد، حداکثر نسبت آرماتور به بتن برابر با ۸ درصد در نظر گرفته می‌شود.

به طور کلی، استفاده از حداکثر ۴ درصد آرماتور در سطح مقطع ستون، نتیجه رضایت‌بخشی را از نظر فنی و اقتصادی در پی خواهد داشت.

اجرای ستون در ساختمان چگونه انجام می‌شود؟

نحوه اجرای ستون در ساختمان به نوع ستون (مصالح مورد استفاده و شکل مقطع) بستگی دارد. امروزه، اغلب ساختمان‌ها با اسکلت فلزی یا بتنی ساخته می‌شوند. در این بخش، نحوه اجرای ستون بتن آرمه و فولادی را به طور مختصر توضیح می‌دهیم.

اجرای ستون بتن آرمه در ساختمان

اجرای ستون بتنی معمولا طی شش مرحله شامل پیاده کردن نقشه بر روی زمین، بستن میلگرد، نصب قالب بتن، بتن ریزی (جانمایی، پرداخت اولیه، عمل آوری)، باز کردن قالب و پرداخت نهایی انجام می‌گیرد. به منظور آشنایی با جزئیات مراحل اجرای ستون‌های بتنی پیشنهاد می‌کنیم مطلب «نحوه اجرای ستون بتنی — اجزا، انواع و مراحل اجرا — به زبان ساده» را مطالعه کنید.

باز کردن قالب ستون بتنی
باز کردن قالب، از مراحل پایانی در اجرای ستون بتنی

اجرای ستون فولادی در ساختمان

اجرای ستون فولادی در ساختمان طی مراحل اتصال پایه ستون به فونداسیون (توسط صفحه ستون و پیچ مهاری به منظور جلوگیری از جابجایی)، اتصال تیر به ستون (برای نگهداری از تیر)، اتصال ستون به ستون‌های بالایی و اجرای اتصالات دیگر المان‌های موجود برای تکمیل اسکلت فولادی صورت می‌گیرد. به منظور اجرای ستون، از پروفیل‌هایی با ابعاد استاندارد استفاده می‌شود. ارتفاع هر یک از این پروفیل‌ها معمولا معادل 2 تا 3 طبقه از ساختمان است. به منظور آشنایی بهتر با نحوه اجرای ستون فولادی، باید با اتصالات سازه‌های فولادی و نحوه اجرای آن‌ها آشنا شوید. به این منظور، پیشنهاد می‌کنیم مطلب «انواع اتصالات سازه های فولادی و مشخصات آنها | به زبان ساده» را مطالعه کنید.

صفحه ستون
اتصال پایه ستون به فونداسیون توسط صفحه ستون و اتصالات پیچی

معرفی مجموعه فیلم‌های آموزش طراحی سازه‌های بتنی و فولادی

مجموعه فیلم‌های آموزش طراحی سازه‌های بتنی و فولادی

یکی از مهم‌ترین مهارت های مهندس عمران، تحلیل و طراحی انواع ساختمان‌ها و عضوهای اصلی آن‌ها است. کسب این مهارت، نیازمند آشنایی با ساز و کار المان‌های مختلف سازه است. به این منظور، فرادرس، چندین فیلم آموزشی جامع و کاربردی را برای دانشجویان، فارغ‌التحصیلان و علاقه‌مندان رشته مهندسی عمران در سطوح مقدماتی تا پیشرفته تهیه کرده است. در ادامه، به معرفی برخی از عناوین این مجموعه فیلم‌های آموزشی می‌پردازیم:

  • طراحی سازه‌های بتن آرمه: تمرکز این فرادرس، بر روی آموزش نحوه تحلیل و طراحی سازه‌های بتن مسلح مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان است. فرادرس حاضر، به مدت 5 ساعت و 47 در قالب هفت درس تهیه شده است. برای مشاهده فیلم آموزش طراحی سازه های بتن آرمه ۱ (بتن مسلح) + اینجا کلیک کنید.
  • سازه‌های فولادی: در این فرادرس، به مدت 6 ساعت و 14 دقیقه در قالب پنج درس به آزموش اصول طراحی سازه‌های فولادی، عضوها و اتصالات آن‌ها پرداخته می‌شود. برای مشاهده فیلم سازه‌های فولادی ۱ – بخش اول + اینجا کلیک کنید.
  • روش‌های اجرای سازه‌های بتنی و فولادی: این فرادرس، به مدت 23 ساعت و 29 دقیقه در قالب هشت درس جامع، الزامات اجرایی سازه‌های بتنی، فولادی و مصالح مورد استفاده در هر یک را آموزش می‌دهد. برای مشاهده فیلم آموزش روش‌های اجرای سازه‌های بتنی و فولادی و مدیریت مصالح ساختمانی + اینجا کلیک کنید.
  • برای مشاهده مجموعه فیلم‌های آموزش تحلیل و طراحی سازه‌‌ها + اینجا کلیک کنید.

تفاوت بین تیر و ستون در چیست؟

تیر و ستون از عضوهای سازه‌‌ای اصلی باربر در ساختمان هستند. با وجود شباهت‌های ظاهری، تفاوت‌هایی در عملکرد و طراحی این دو عضو وجود دارند که در جدول زیر به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.

تیر ستون
عضو افقی که در برابر بارهای جانبی مقاومت می‌کند. عضو عمودی که در برابر بارهای محوری/خارج از مرکز مقاومت می‌کند.
راستای تحمل بار، عمود بر محور طولی است. ‍راستای تحمل بار، موازی با محور طولی است.
وظیفه باربری و مقاومت در برابر نیروهای خمشی و برشی را بر عهده دارد. وظیفه باربری و مقاومت در برابر بارهای فشاری را بر عده دارد.
با مقاطع مربعی، مستطیلی، T شکل، I شکل و H شکل ساخته می‌شود. با مقاطع مستطیلی، دایره‌ای، مربعی، T شکل، L شکل، C شکل، بیضوی و انواع دیگر شکل‌ها ساخته می‌شود.
وزن دال، سقف، کف و بام ساختمان را تحمل می‌کند و آن را به ستون انتقال می‌دهد. وزن بارهای انتقال داده شده از تیر را تحمل کرده و آن را به فونداسیون/زمین انتقال می‌دهد.
میزان میلگردهای مورد نیاز برای ساخت تیر بتن آرمه، مطابق با استانداردهای مختلف باید بین 0.24 تا 0.323 درصد مقطع تیر باشد. میزان میلگرد مورد نیاز برای ساخت ستون بتن آرمه، مطابق با استانداردهای مختلف باید بین 0.4 تا 1 درصد مقطع تیر باشد.
حداقل عرض تیز مورد نیاز در ساختمان معمولا برابر 200 میلی‌متر است. حداقل عرض ستون مورد نیاز در ساختمان معمولات برابر 200 میلی‌متر برای شرایط عادی و 300 میلی‌متر برای مقاومت در برابر زلزله است.
ساخت ساختمان بدون ستون امکان‌پذیر است. ساخت ساختمان بدون ستون غیرممکن است.
بتن‌ریزی تیرهای بتنی به همراه دال انجام می‌گیرد. بتن‌ریزی ستون به صورت جداگانه انجام می‌شود.
شکست تیر معمولا به صورت تدریجی و غیر ناگهانی رخ می‌دهد. شکست ستون معمولا به صورت ناگهانی رخ می‌دهد.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

یک نظر ثبت شده در “ستون در ساختمان — انواع، ویژگی ها، نکات طراحی و اجرا — به زبان ساده

  • سلام ، من یک سوال داشتم که شاید زیاد با این مقاله مرتبط نباشه ولی ممتون میشم جواب بدید
    تو یک قاب بکه فرضا تو صفحه‌ی z-x هست ، رای محاسبه سختی تیر ها و ستون ها ممان اینرسی های شون رو احتیاج داریم، حالا این ممان اینرسی ها باید حول چه محوری حساب بشن ؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *