مزیت های مقاطع پرشده با بتن (CFT)

 

مزیت های اقتصادی

کاهش وزن فولاد مصرفی

اصلی ترین مزیت اقتصادی ستون های CFT کاهش میزان فولاد مصرفی و درنتیجه هزینه تمام شده طرح و در عین حال بهبود کیفیت و عملکرد سازه است. مجموعه ویژگی های رفتاری سازه (در ادامه مورد بحث قرار خواهد گرفت)، از جمله استفاده بهینه از مقاومت فولاد و بتن، تعدیل کمانش موضعی بخش فولادی ستون، افزایش عمر مفید

مزیت های رفتاری

مقاومت خمشی، محوری و برشی موجود بالاتر

مقاومت فشاری موجود بتن نسبت به مقاومت کششی موجود آن بسیار بالاتر بوده و تحت محصورشدگی سه محوره بهبود می یابد. از سوی دیگر فولاد از مقاومت کششی موجود بالایی برخوردار است اما مقطع فولادی ممکن است تحت فشار به صورت موضعی کمانش نماید. از این رو در مقاطع فولادی پر شده با بتن، بتن و فولاد به منظور استفاده از مهم ترین ویژگی ذاتی هریک از این مصالح به کار می روند.
 
مقایسه ای از نتایج به دست آمده طی آزمایشی برای مقاومت فشاری ستون هایی با مقطع فولادی توخالی با تنش تسلیم ۳۶۳ مگاپاسکال و به قطر ۱۶۰ میلی متر و ضخامت3.46   میلی متر، بتنی مسلح و مقطع فولادی پر شده با بتن غیرمسلح با استفاده از بتن با مقاومت فشاری ۷۸ مگاپاسکال را نمایش میدهد. ابعاد هندسی مقطع فولادی در هر دو ستون با مقاطع فولادی توخالی و پرشده با بتن مشابه است. همچنین ابعاد هندسی ستون با مقطع بتنی مسلح و هسته بتنی در ستون با مقطع فولادی پر شده با بتن یکسان است. با توجه به  مقاومت نهایی مقطع فولادی پرشده با بتن حتی از مجموع مقاومت نهایی مقطع فولادی توخالی و مقطع بتنی مسلح نیز بالاتر است  
یکی از محدودیت های اجرای دهانه های بلند و استفاده از سیستم باربر جانبی قاب خمشی، افزایش بیش از حد ابعاد ستون ها است که در بسیاری از موارد طراحان را از این تصمیم منصرف می سازد. قابلیت ستونهای CFT در این موارد به کمک طراحان می آید تا با استفاده از ستون های دارای ابعاد سازگار با محدودیت های معماری، سازهای با دهانه های بلند و آزاد (فاقد دیوار برشی یا مهاربند) را طراحی نمایند. مجموعه این مزیت ها منجربه افزایش فضای مفید داخلی سازه می گردند و به منظور تأمین پارکینگ موردنیاز در طبقات زیرین که ستونها دارای بزرگترین ابعاد هستند، بسیار تاثیر گذار است.
   

مزیت های فنی و اجرایی

 

 بهبود کیفیت ساخت

مقاطع فولادی بسته دارای مزیت های فراوانی هستند، اما استفاده از مقاطع بسته توخالی دست ساز مشکلات متعددی از جمله اعوجاج ورق در وجوه مقطع، رواداری بیش از مقادیر مجاز در ستون های با طول زیاد، الزام استفاده از جوش نفوذی جهت اتصال بين وجوه مقطع در بخش هایی از طول ستون، احتمال وجود معایب فراوان در جوشکاری انجام شده و صعوبت بازرسی جوش را به همراه دارند. اما با استفاده از مقاطع HSS (که در خطوط خودکار و با کیفیتی بسیار بالاتر تولید می شوند) در ستون های CFT کلیه مشکلات مذکور مرتفع می گردند. | و امکان استفاده از مقاطع ستون با ابعاد یکسان در ارتفاع در طراحی سازه ها معمولا در طبقات بالاتر، مقاومت موردنیاز ستون کاهش می یابد. درنتیجه مهندسین باهدف اقتصادی نمودن طرح، هر چند طبقه و پس از اختلاف
 
 قابل توجه مقاومت موجود مقطع و مقاومت موردنیاز، نسبت به کاهش مقاومت موجود از طریق کاهش ابعاد مقطع ستون مبادرت می ورزند. اما این تغییر مقطع چندان هم کم هزینه نیست و مشکلاتی از جمله صعوبت ایجاد قطعه واسط در محل تغییر ابعاد مقطع ستون، خطاهای اجرایی و عدم تناسب ابعادی مقاطع در طبقات را به دنبال دارد. |
 باتوجه به الزامات آیین نامه ای به امکان استفاده از نسبت های بالاتر بعد به ضخامت در مقاطع CFT پرداخته خواهد شد. نسبت مذکور این امکان را برای طراحان به ارمغان می آورد که در تراز بالاتر، از مقاطع ستون دارای ابعاد مشابه استفاده کنند و برای کاهش مقاومت موجود از تغییر ضخامت مقطع استفاده کنند. این امر علاوه بر سهولت اجرایی، برای ستون های در معرض دید نیز جلوه معماری زیباتری در پی خواهد داشت. از سوی دیگر این قابلیت در مواردی که تنها مقاومت خمشی موردنیاز کنترل کننده طرح است، سبب کاهش فولاد مصرفی سازه می گردد
 

 کاهش هزینه و زمان ساخت و نصب سازه با استفاده از مقاطع  HSS

 بخش عمده ای از زمان ساخت سازه فولادی مربوط به ستون ها است (هنگام ساخت در کارخانه و نصب سازه در کارگاه ساختمانی). استفاده از مقاطع HSS به دلیل پیش ساختگی سبب کاهش زمان ساخت ستون گردیده و کیفیت و دقت بالای ساخت این مقاطع، تأخیرهای ناشی از خطای ساخت درحین نصب سازه را نیز به صورت قابل توجهی کاهش می دهند. از سوی دیگر مقاطع HSS به دلیل تولید صنعتی باوجود کیفیت بالاتر نسبت به مقاطع معمول ستون، هزینه تمام شده پایین تری دارند.
از آنجاکه مقاطع HSS به صورت خودکار از ورق فولادی رول شده تولید میشوند، دارای کیفیت سطحی مطلوبی هستند که سبب کاهش هزینه آماده سازی سطح می گردد. از سوی دیگر مقاطع بسته نسبت به مقاطع باز به دلیل سطح آزاد کمتر، هزینه رنگ آمیزی پایین تری خواهند داشت.
بتن همیشه به عنوان یکی از مصالح مقرون به صرفه در ساخت سازه ها مورد توجه بوده است، اما یکی از بزرگترین موانع استفاده از آن زمان بالای اجرای سازه های بتنی است. یکی از اصلی ترین علل زمان زیاد موردنیاز برای اجرای سازه بتن آرمه، مدت زمان لازم برای افزایش مقاومت بتن به میزان لازم جهت تحمل بارهای سرویس حین ساخت است. از سوی دیگر عملیات قالب بندی و بازنمودن قالب ها نیز به سهم خود به زمان زیادی نیاز دارد. در ستون های CFT بخش فولادی پیرامونی علاوه بر اینکه به عنوان قالب دائمی بتن
ظاهر می شود، بارهای سرویس در زمان نصب را نیز به تنهایی تحمل می کند. در نتیجه علی رغم بهره گیری از مزیت های بتن در این ستونها، سرعت اجرا نیز افزایش خواهدیافت.