حداقل ابعاد ستون بتنی و نکات کلیدی آن

مقدمه

ستون بتنی چیست و چه انواعی دارد؟ این ستون از چه مصالحی ساخته شده و کاربرد و ویژگی‌های آن چیست؟

ستون بتنی یک عنصر سازه‌ای عمودی شکل است که از سایر اجزای ساختمان پشتیبانی می‌کند. ستون بتنی معمولاً از بتن مسلح و مقاطع فولادی از جمله میل‌گرد ساخته می‌شود. ستون‌ها بسته به سبک طراحی ممکن است دارای ویژگی‌های تزیینی از جمله سرستون، پایه ستون و غیره باشند. این نوع ستون در بسیاری از سازه‌ها از جمله پله و ساختمان‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرد.

این ستون‌ها به نحوی طراحی شده‌اند که بارهای فشاری را تحمل کرده و درعین‌حال مقاومت کافی در برابر نیروهای واژگونی مانند باد و حرکت زلزله دارند.

اندازه مقطع و عرض این ستون‌ها بستگی به کاربرد، خواص و شرایط آنها دارد. اما عموماً این ستون‌ها از فولاد و بتن مسلح تشکیل شده‌اند. به همین علت قیمت آهن‌آلات در هزینه اجرای ستون بتنی تأثیرگذار است. ستون‌های بتنی برای حمایت از طیف وسیعی از عناصر ساختمانی از جمله دیوارها، سقف‌ها و کف استفاده می‌شوند.

1. ستون بتنی چیست؟

ستون یکی از اصلی‌ترین عناصر ساختاری در ساختمان‌ها می‌باشد که تحمل بسیاری از بخش‌های ساختمان را بر عهده دارد. ستون بتنی یک سازه نگهدارنده عمودی می‌باشد که از بتن مسلح ساخته شده است. معمولاً از یک قفس تقویت‌کننده از جنس مقاطع فولادی تشکیل می‌شود. ستون بتنی تیرها، دیوارها و سایر سازه‌های بالایی را پشتیبانی می‌کند.

این ستون برای ساخت انواع ساختمان‌ها، پل‌ها و سایر سازه‌ها کاربرد دارد. ستون بتنی در اشکال مختلف مربع، مستطیلی، دایره‌ای، شش‌ضلعی و استوانه‌ای وجود دارد که معمولاً شکل استوانهٔ آن را بیشتر دیده‌ایم. ستون بتنی به‌عنوان یک عضو انتقالی برای نیروهای فشاری بین پایین و بالا عمل می‌کند و پایداری جانبی را برای سازه‌ها فراهم می‌نماید. در ستون بتنی از مقاطع فولادی همچون میل‌گرد استفاده می‌شود و ستون فلزی به طور کل از جنس فولاد است.

2. ساختار و نحوه ساخت ستون‌های بتنی

ستون بتنی یک تکیه‌گاه عمودی استوانه‌ای یا مستطیلی شکل می‌باشد که برای توزیع بارها در سازه استفاده می‌شود. ستون بتنی معمولاً در اکثر ساختمان‌ها و سازه‌ها یافت می‌شود. عنصر اصلی ستون بتنی عمدتاً بتن مسلح می‌باشد. ستون‌های بتنی معمولاً با استفاده از قالب‌های پیش‌ساخته با مخلوط آماده ارائه شده توسط پیمانکار در محل ساخته می‌شوند.

فرایند ساخت یک ستون بتنی شامل تعیین اندازه، شکل و مقاومت موردنیاز می‌باشد. محاسبه نیازمندی‌های فولادی یا سایر عناصر سازهٔ پیش‌ساخته مانند دیوار برشی که ممکن است در ساخت‌وساز گنجانده شود باید از پیش انجام گردد. دیوار برشی یکی از سازه‌های بتنی بسیار مهم در ساخت ساختمان‌ها می‌باشد. اجرای آن و قالب‌بندی دیوار برشی باید کاملاً اصولی انجام شود.

برای ساخت ستون‌های بتنی آرماتور یا میل‌گردها در اندازه‌های مناسب طبق نقشه سازه برش داده، خم‌کاری کرده و به‌هم‌تنیده می‌شوند.

سپس آرماتورها در محل ساخت ستون قرار می‌گیرند و در اطراف آنها قالب‌های مخصوص ستون بسته می‌شود. سپس قالب که در مرکز آن سازه از پیش‌تنیده فولادی قرار دارد با بتن مرطوب تازه پر می‌شود. بتن‌ریزی در هوای سرد نباید انجام شود. پس از اینکه قالب از بتن پر شد عمل‌آوری بتن انجام شده و پس از محکم‌شدن بتن قالب‌ها باز می‌شوند.

3. روش اجرای ستون بتنی

ستون‌های بتنی معمولاً به دو روش پیش‌ساخته یا برجا اجرا می‌شوند. در روش پیش‌ساخته مانند مراحل ساخت دیوار پیش‌ساخته، ستون‌ها در کارخانه ساخته می‌شوند و سپس به محل پروژه منتقل می‌گردند و اعضای بتنی دیگر به آنها متصل می‌شوند. ارتفاع ستون‌های پیش‌ساخته معمولاً معادل ارتفاع یک یا دوطبقه از ساختمان می‌باشد.

در استفاده از ستون‌های پیش‌ساخته سرعت ساخت سازه افزایش پیدا کرده و هزینه‌های عملیاتی کاهش پیدا می‌کند. ستون‌های ساخته شده در کارخانه کیفیت بسیار بالایی دارند. در اجرای ستون بتنی به روش برجا تمام مراحل اجرای ستون در محل پروژه انجام می‌شود. حداقل فاصله بین دو ستون بتنی و حداکثر آن باید طبق مقررات ساختمان‌سازی باشد.

4. انواع ستون بتنی

ستون‌های بتنی سازه‌های پشتیبانی هستند که در انواع پروژه‌های ساختمانی مورداستفاده قرار می‌گیرند. ستون‌ها باتوجه‌به ویژگی‌هایشان دارای تقسیم‌بندی‌های متفاوتی هستند و انواع متفاوتی دارند. ستون‌ها باتوجه‌به روش ساخت  شکل، نوع آرماتور مورداستفاده، نوع بارگذاری و ضریب لاغری به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند.

اجرای ستون  بتنی باتوجه‌به نوع آن دارای مراحل متفاوتی می‌باشد. در ادامه انواع ستون  بتنی بر اساس معیارهای مختلف را معرفی می‌کنیم.

1.4. انواع ستون بتنی بر اساس شکل

ستون‌های بتنی بر اساس شکل سطح مقطع در انواع مستطیل، مربع، دایره‌ای، L شکل،V شکل، Y شکل و شش‌ضلعی وجود دارند. مقاطع مستطیلی به‌عنوان متداول‌ترین نوع ستون‌های بتنی هستند. شکل سطح مقطع ستون امر بسیار مهمی در مرحله قالب‌بندی و اجرای ستون می‌باشد.

هر چه شکل مقطع ستون پیچیده‌تر باشد قالب‌بندی آن و اجرای ستون نیاز به نیروی کار ماهر و دقت بیشتری خواهد داشت. ستون‌های بتنی از لحاظ شکل سطح مقطع به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

ستون مستطیلی: ستون‌های بتنی با مقطع مربع یا مستطیل بیشتر در ساختمان‌هایی با فضای چهارضلعی مورداستفاده قرار می‌گیرند. قالب‌بندی این نوع ستون بسیار ساده‌تر از انواع دیگر می‌باشد. ستون‌های بتنی مستطیل‌شکل به دلیل ساختار ساده، سرعت اجرای بالا و استحکام خوب گزینه مناسب و مقرون‌به‌صرفه هستند و به همین دلیل این نوع ستون بسیار متداول‌تر است.

ستون بتنی دایره‌ای: ستون با مقطع دایره معمولاً در شمع‌کوبی‌ها و ساخت سازه‌هایی با طبقات بلند استفاده می‌شود. از کاربردهای ستون دایره‌ای می‌توان به ساخت فضای بیرونی و سقف سالن‌های نمایش و خروجی اضطراری اشاره کرد. برای ساخت پایه پل نیز از این ستون استفاده می‌شود. در اجرای ستون‌های بتنی دایره‌ای می‌توان با پرداخت و ایجاد شیارهایی بر سطح این ستون ظاهر زیبایی را برای سازه ایجاد کرد.

ستون بتنی L شکل: این ستون معمولاً در گوشه‌های دیوارهای مرزی سازه به کار می‌رود. ویژگی‌های این ستون مانند ستون‌های مربع‌مستطیل می‌باشد.

ستون بتنی T شکل:  این ستون باتوجه‌به الزامات طراحی در سازه‌هایی نظیر پل اجرا می‌شود.

ستون بتنی  V شکل: ستون‌های بتنی با مقطع  V معمولاً در فضاهای چندضلعی استفاده می‌شوند. ساخت این نوع ستون به بتن‌ریزی بیشتری نیاز دارد.

ستون بتنی شش‌ضلعی: ستون  بتنی شش‌ضلعی نوعی از ستون‌های سفارشی با ظاهر منحصربه‌فرد می‌باشد. این ستون برای نگهداری سقف‌های بلند در سازه‌هایی مانند سالن سینما، نمایش  ایوان‌های بزرگ و غیره کاربرد دارد. ستون منحنی:  ستون‌های  بتنی با مقطع منحنی‌شکل در سازه‌ها با دیوارهای منحنی کاربرد دارد.

 ستون بتنی Y شکل و Y شکل قوسی: ستون‌های بتنی با مقطع Y  اغلب برای ساخت پایه‌های پل یا روگذرها مورداستفاده قرار می‌گیرند. درصورتی‌که ترافیک و وزن روی این سازه‌ها زیاد باشد لبه‌های بالای ستون را به‌صورت قوسی می‌سازند تا ظرفیت باربری افزایش پیدا کند.

2.4. انواع ستون بتنی بر اساس نوع میل‌گرد

در زمان اجرای ستون‌های بتنی معمولاً از انواع میل‌گردها و آرماتورها استفاده می‌شود. آرماتورهای مختلفی نظیر آرماتور طولی، آرماتور عرضی (خاموت)، آرماتور انتظار و غیره استفاده می‌شود. ستون‌های بتنی باتوجه‌به نحوه بستن آرماتورهای طولی به سه نوع تنگ دار، دورپیچ دار و کامپوزیت تقسیم می‌شوند که در ادامه هر کدام را توضیح مختصری داده‌ای.

ستون بتنی تنگ دار : در این ستون آرماتورهای اصلی طولی توسط چندین تنگ یعنی آرماتور عرضی در فاصله نزدیک به هم‌بسته می‌شوند.

ستون بتنی دورپیچ دار : در این ستون  آرماتورهای عرضی از نوع دورپیج و اصطلاحا اسپیرال هستند.

ستون بتنی کامپوزیت: در این ستون تیرآهن‌ها یا لوله‌های دارای میل‌گرد طولی نقش آرماتورهای اصلی را بازی می‌کنند.

3.4. انواع ستون بر اساس بارگذاری

ستون‌های بتنی معمولاً تحت بارگذاری فشاری هستند بااین‌وجود محل اعمال بار بر روی سطح مقطع تمام ستون‌های بتنی یکسان نیست. براین‌اساس ستون‌های بتنی به دو نول ستون‌های تحت بارمحوری و خارج از محور تقسیم می‌شوند.

ستون بتنی تحت بار محور: در این ستون اعمال نیروی فشاری بر روی مرکز سطح مقطع ستون قرار دارد. در واقع برآیند بار فشاری و محور آن بر روی مرکز هندسی مقطع ستون اعمال می‌شود.

ستون بتنی تحت بار خارج از محور:  در این ستون محور اعمال نیروی فشاری بر روی مرکز سطح مقطع نیست  و در دو طرف دیگر می‌باشد.

حالت تک‌محوری: بار فقط در یک‌جهت‌های عمودی و افقی بر مقطع ستون اعمال می‌شود.

حالت دومحوری: بار از هر دو جهت بر روی ستون اعمال می‌گردد.

4.4. انواع ستون بتنی بر اساس لاغری

یکی دیگر از معیارها برای تقسیم‌بندی ستون‌ها از جمله ستون‌های بتنی ضریب لاغری آن می‌باشد. ضریب لاغری در ستون بتن‌آرمه نسبت بین طول مؤثر به حداقل بعد جانبی می‌باشد. این ضریب توانایی ستون در تحمل کمانش را نشان می‌دهد. نسبت طول مؤثر به حداقل بعد سطح مقطع ستون در حالت استاندارد برابر با عدد ۱۲ می‌باشد.

ستون بتنی کوتاه: در این ستون نسبت طول مؤثر به حداقل برد کمتر از ۱۲ می‌باشد. ستون کوتاه در اثر فشار خالص می‌شکند.

ستون بتنی بلند: در این ستون نسبت طول مؤثر به حداقل بعد سطح مقطع بیشتر از ۱۲ می‌باشد. این ستون در اثر فشار خمش یا کمانش می‌شکند.

5. ابعاد ستون بتنی

ابعاد ستون بتنی به عوامل زیادی همچون نوع سازه و کاربرد آن، میزان طبقات سازه و بارگیری ستون‌ها و تعداد میل‌گردهای استفاده شده در یک ستون بستگی دارد. نوع سقف در تعیین ابعاد ستون بتنی تأثیرگذار است اگر سقف از نوع سبک باشد و متراژ آن هم کم باشد می‌توان ابعاد ستون بتنی را کاهش داد.

اما درصورتی‌که سقف سنگین و حجم سازه زیاد باشد باید ستون‌ها طبق استاندارد و قوانین ساختمان‌سازی و با بهترین کیفیت اجرا شوند.

برای تعیین ابعاد ستون بتنی و تعداد و سایز میل‌گردهای آن باید ابتدا تیپ‌بندی اولیه برای آنها انجام شود. برخی محدودیت‌ها نیز باید رعایت گردد. مثلاً عرض مقطع ستون نباید از یک‌سوم بعد دیگر آن و 25 سانتی‌متر کمتر باشد. همچنین نسبت بین عرض مقطع و طول آزاد ستون از یک و بیست وپنج صدم کمتر نباشد .

6. محاسبه ابعاد ستون بتنی

محاسبه ابعاد ستون‌های بتنی باید توسط معمار و مهندس سازه انجام شود. تمام نکات و قوانین مهندسی نیز باید رعایت گردد. محاسبه ابعاد ستون باید باتوجه‌به تعداد طبقات سازه، شکل ستون‌ها، نوع سازه، بارهای وارده به هر ستون و تعداد آرماتورهای ستون باید انجام شود. محاسبه ابعاد ستون به‌هیچ‌وجه نباید توسط افرادی که مهارت ندارند انجام شود. زیرا ستون بتنی یکی از اعضای حیاتی یک سازه بتنی است.

درصورتی‌که ابعاد ستون و تعداد ستون‌ها متناسب با سازه در نظر گرفته نشود ممکن است خسارت جانی و مالی زیادی وارد شود. در محاسبه ابعاد ستون بتنی باید نکات آرماتورگذاری ستون‌ها هم رعایت شود. در هر ستون مقدار آرماتورهای طولی باید از 1 درصد بیشتر باشد و از 8 درصد بیشتر نشود. فاصله ی میگردهای طولی هم نباید از 20 سانتی‌متر بیشتر شود ومثلاً اگرابعاد ستون 30×30 باشد باید از 4 میل‌گرد در آن استفاده شود .

7. حداقل و حداکثر ارتفاع ستون بتنی

ارتفاع ستون‌های بتنی با توجه ارتفاع سازه و با محاسبات مهندس ساختمان‌سازی طبق ضوابط شهرداری و قوانین ساختمان‌سازی مشخص می‌شود. معمولاً ستون‌ها برای سازه یک‌طبقه ارتفاع ۳ متر دارند. اما احداث ستون‌های بلندتر هم انجام می‌شود.

حداقل و حداکثر ارتفاع ستون بتنی بسته به ضخامت و میزان لاغری ستون می‌باشد. نکته مهم در ارتفاع ستون متناسب بودن ضخامت آن با ارتفاع است. باید میزان لاغری و بلند و کوتاه‌بودن ستون در حالت استاندارد باشد. طبیعتاً حداقل ارتفاع ستون بتنی حدود ۳ متر است؛ زیرا ستون کوتاه‌تر موجب کوتاهی سقف می‌شود و حداکثر آن با توجه با ضخامت و ابعاد ستون می‌تواند مقدارهای بیشتری باشد.

1.7. ابعاد ستون بتنی برای ساختمان یک‌طبقه

ابعاد ستون به توجه به سطح بارگیری آن مشخص می‌شود. معمولاً ابعاد ستون‌های بتنی برای ساختمان‌های یک طبقه 30×30 یا 35×35 سانتی‌متر می‌باشد. سطح بارگیری ستون‌ها هم از 4 مترمربع تا  60متر مربع می تواند باشد .

2.7. ابعاد ستون بتنی برای دوطبقه

در ساختمان‌های دوطبقه ابعاد ستون باید باتوجه‌به سطح بارگیری و تعداد طبقات کمی بیشتر از سازه‌های یک‌طبقه باشد. ابعاد ستون  بتنی برای دوطبقه اگر سطح بارگیری ستون‌ها 4 تا 8 مترمربع باشد 30 ×30 سانتی‌متر مناسب است. اگر بخواهیم سطح بارگیری را تا 32 متر افزایش دهیم باید ابعاد ستون بتنی 35×35 شود و برای بارگیری‌های بیشتر ابعاد ستون بتنی  دوطبقه باید 40×40 باشد.

3.7. ابعاد ستون بتنی سه‌طبقه

با افزایش تعداد طبقات برای هر طبقه حدود 5 سانتی‌متر به ابعاد ستون‌ها اضافه می‌شود مثلاً اگر ابعاد ستون ساختمان دوطبقه 30×30 است. ابعاد ستون بتنی برای 3 طبقه 35 ×35 است. البته ابعاد ستون‌های بتنی برای 3 طبقه درصورتی‌که بارگیری ستون تا 8 مترمربع باشد 35×35 و اگر بارگیری تا 28 مترمربع باشد 40×40 و اگر بارگیری تا 60 مترمربع باشد ابعاد ستون باید 45×45 در نظر گرفته شود .

4.7. ابعاد ستون بتنی برای 4 طبقه

اگر بارگیری ستون 4 و 8 یا 12 مترمربع باشد ابعاد ستون 40×40 در نظر گرفته می‌شود. اگربارگیری ستون از 12 تا 28 مترمربع باشد ابعاد ستون 45×45 مناسب است. اگر بارگیری ستون از 28 تا 60 مترمربع باشد ابعاد ستون 50×50 یا 55×55 لازم است .

5.7. ابعاد ستون بتنی برای 5 طبقه

در ساختمان 5 طبقه اگر سطح بارگیری ستون تا 32 مترمربع باشد ابعاد ستون‌های بتنی 40×40 یا 50×50 مناسب است. اما اگر سطح بارگیری زیاد باشد مثلاًحدود 60متر مربع باید ابعاد ستون 60×60 در نظر گرفته شود .

6.7. ابعاد ستون بتنی برای ساختمان 6 طبقه

در سازه‌های 6 طبقه باتوجه‌به سطح بارگیری ستون‌ها ابعاد ستون بتنی از 45×45 تا 65 ×65 می تواند باشد. مقدار دقیق آن به سطح بارگیری ستون بستگی دارد .

جمع‌بندی ونتیجه‌گیری