طراحی سازه CFT

طراحی سازه CFT یا Concrete Filled Tube به سبب مقاومت کششی و فشاری مناسب، شکل پذیری بالا، ظرفیت جذب انرژی قابل توجه و استحکام بالا در برابر بارهای جانبی در سازه های کوتاه مرتبه و بلند مرتبه ، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

شرکت عمران مدرن ، با توجه به شرایط پروژه شما، مجرب ترین متخصصان مربوطه جهت طراحی سازه CFT را معرفی نموده تا در اسرع وقت و با بالاترین کیفیت و مقرون به صرفه ترین قیمت ، پروژه را به انجام برسانند.

همچنین شما می توانید به طور مستقیم با ارائه دهندگان خدمت طراحی سازه CFT در ارتباط بوده و یا ضمن برقراری ارتباط با عمران مدرن ، معرفی بهترین ارائه دهنده را به ما بسپارید.

ایده استفاده از ستون های CFT برای نخستین بار با هدف تقلیل خطر پذیری ستون های فولادی در مقابل آتش در اوایل سال ۱۹۰۰ میلادی مطرح گردید. به همین جهت از بتن کم مقاومت برای پوشش ستون ‌های فولادی استفاده شد. در این سیستم گرچه به سبب مقاومت کم بتن از سختی آن صرف نظر می گردید اما بعدها مشخص شد که بتن پوششی قابلیت افزایش ظرفیت باربری را نیز به همراه دارد. 

به طوری که در سال ۱۹۶۷ میلادی یکی از اولین مطالعات آزمایشگاهی جامع، بر روی تیر ها و ستون ‌های CFT توسط فورلانگ منتشر گردید.

الزامات طراحی سازه CFT در ایران نیز از سال ۱۳۸۷ وارد مبحث دهم مقررات ملی ساختمان گردید. همچنین آزمایش های موفقیت آمیز متعددی بر روی سازه های CFT در آزمایشگاه سازه مرکز تحقیقات مسکن و ساختمان زیر نظر مجموعه وزارت راه، مسکن و شهرسازی صورت پذیرفته است.

درطراحی ستون های CFT رایج در کشور، از قوطی های نورد شده آماده تحت عنوان HSS استفاده می شود. لازم به ذکر است مقطع HSS عمدتا به روش شکل ‌دهی سرد تهیه می گردد. همچنین ابعاد این مقاطع می تواند مربعی ، مستطیلی و یا دایره ‌ای باشد. برای طراحی تیرهای سی اف تی نیز عمدتا از مقاطع I شکل، بصورت مختلط یا غیر مختلط استفاده می گردد. 

از طرفی در طراحی سازه CFT مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط به دو روش سازگاری کرنش و توزیع پلاستیک تنش تعیین می گردد.

طراحی سازه CFT با روش توزیع پلاستیک تنش

در طراحی سازه CFT با روش توزیع پلاستیک تنش، مقاومت اسمی اعضای مختلط فرض بر این است که تنش در ناحیه کششی و فشاری اجزای فولادی به تنش یکنواختی معادل تنش تسلیم اجزای فولادی مقطع مختلط می رسد. همچنین در طراحی سازه اس اف تی که شامل مقاطع پرشده با بتن است، فرض بر این است که تنش در ناحیه فشاری اجزای بتنی به تنش یکنواختی معادل ۹۵ درصد مقاومت فشاری مشخصه نمونۀ استوانه ای بتن می رسد.

طراحی سازه CFT با روش سازگاری کرنش

اما طراحی سازه CFT در روش سازگاری کرنش ، به این صورت است که فرض می شود تغییرات کرنش در مقطع مختلط به صورت خطی می باشد. به طوری که مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان جهت تعیین مقاومت اسمی مقطع ، مقدار حداکثر کرنش در ناحیه فشاری اجزای بتنی برابر ۰.۰۰۳ درنظر گرفته می شود. 

لازم به ذکر است که در طراحی سازه CFT ، استفاده از روش سازگاری کرنش در تعیین مقاومت اسمی اعضای با مقطع نامنظم و نیز در حالت هایی که اجزای فولادی مقطع مختلط دارای رفتار الاستوپلاستیک نیستند، مورد استفاده قرار می گیرد. 

مشخصات بتن در سازه CFT

با توجه به شرایط بتن ریزی ستون ‌های CFT و احتمال جداشدگی و عدم همگنی ناشی از سقوط و عدم دسترسی به بتن پس از بتن‌ریزی ، استفاده از بتن‌ های معمولی پیشنهاد نمی شود. بنابراین توصیه می شود که در سازه های CFT از بتن‌ های خاصی نظیر بتن خودتراکم ، بتن خودتنش و یا ترکیبی از هر دو استفاده شود. چراکه ماهیت جاری بودن بتن‌ های خود تراکم امکان دستیابی به مشخصات قابل قبول در بتن را در شرایط تراکم میلگردگذاری و بدون ویبره‌ کردن فراهم می کند.

همچنین مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در طراحی سازه CFT لازم است بتن ، میلگرد و مقاطع فولادی اعضای با مقطع مختلط دارای مشخصات ذیل باشند.

در طراحی سازه CFT لازم است مقاومت فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن برای بتن های با وزن مخصوص معمولی از ۲۰ مگاپاسکال کمتر و از ۷۰ مگاپاسکال بیشتر نباشد. همچنین در طراحی سازه های CFT اگر از بتن سبک استفاده شود لازم است مقاومت فشاری مشخصه نمونه استوانه ای از ۲۰ مگاپاسکال کمتر و از ۴۰ مگاپاسکال بیشتر نباشد. 

طراحی اتصالات سازه CFT

یکی از مهم ترین بخش های هر سازه ای اتصالات آن است. استفاده از مقاطع بزرگ با مقاومت قابل توجه در کنار اتصالات ضعیف م یتواند موجب فروپاشی کل سازه گردد. از رایج ترین اتصالات در طراحی سازه ICF می توان به دیافراگم داخلی ، دیافراگم خارجی و دیافراگم عبوری اشاره کرد.

طراحی دیافراگم داخلی در سازه CFT

این سیستم یکی از رایج ترین روش های اجرا و طراحی اتصالات در ستون های CFT است که در آن از جوش شیاری با نفوذ کامل به همراه ورق پیوستگی سوراخ‌ دار به موازات بال‌ تیر های متصل به ستون استفاده می شود.

طراحی دیافراگم خارجی در سازه CFT

در طراحی دیافراگم خارجی در ستون های CFT ، از دو ورق محاط بر ستون به موازات بال تیر های متصل استفاده می‌ شود. در این نوع از طراحی اتصالات سازه های CFT لازم است بعد تیر در هر چهار طرف اتصال یکسان باشد. همچنین نیاز به جوش شیاری با نفوذ کامل در کارگاه ، تامین ابعاد بزرگتر برای بازشوی آسانسور به منظور امکان اجرای ورق دیافراگم خارجی ، از محدودیت ها و الزامات این نوع از طراحی است. 

طراحی دیافراگم عبوری در سازه CFT

طراحی سیستم دیافراگم خارجی در ستون های CFT به این صورت است که به ازای هر اتصال گیردار تیر به ستون ، ستون در محل اتصال بریده شده و یک المان با سختی بیشتر در محل چشمه اتصال تعبیه می گردد. لازم به ذکر است که از محدودیت ها و الزامات این نوع از طراحی ستون های CFT می توان به لزوم قطع ستون در هر طبقه و استفاده از جوش شیاری با نفوذ کامل در کارگاه اشاره نمود.

طراحی سقف

در سازه CFT ، انواع سقف های رایج شامل سقف های عرشه فولادی ، تیرچه کرومیت ، تیرچه بلوک ، کوبیاکس ، یوبوت ، وافل و ... و انواع سقف های پیش ساخته قابل طراحی و اجرا می باشد.

مزایای طراحی سازه CFT

یکی از قابل توجه ترین مزایای طراحی سازه CFT کاهش میزان فولاد مصرفی و به تبع آن کاهش هزینه مصالح مصرفی است. 

از دیگر مزایای طراحی ستون های CFT تعدیل کمانش موضعی بخش فولادی ستون ، افزایش عمر مفید و مقاومت بتن به‌دلیل محصورشدگی ، نسبت‌ های مجاز زیاد بُعد به ضخامت و بهره‌مندی از ویژگی ‌های مقاطع HSS سبب می ‌شود برای دستیابی به مقاومت موردنیاز مشخص، میزان فولاد مصرفی در اعضا با مقطع CFT نسبت به اعضا با مقطع فولادی تنها به ‌میزان قابل‌توجهی کاهش یابد.

افزایش مقاومت مقاطع فولادی در برابر آتش از دیگر مزایای طراحی سازه CFT به شمار می رود. چراکه در ستون های CFT به‌دلیل جذب گرما توسط هسته بتنی ، تغییرات دما در جداره فولادی با سرعت کمتری رخ می دهد که به‌صورت قابل ‌ملاحظه ‌ای مقاومت عضو در برابر حریق را افزایش می ‌دهد. همچنین با از دست رفتن پوسته فولادی ، کماکان بتن می تواند مقامت لازم را داشته باشد.

در سازه های CFT با توجه به امکان استفاده از مقاطع پیش ساخته HSS زمان اجرای پروژه به‌ صورت قابل‌ توجهی کاهش می‌ دهند. 

گرچه بتن یکی از مقرون‌ به‌صرفه ترین مصالح در ساخت سازه به شمار می رود، اما مدت زمان بالای اجرای سازه‌ های بتنی یکی از قابل توجه ترین معایب این نوع از ساخت و ساز است. چراکه در این نوع از سازه ها مدت زمان قابل توجهی صرف رسیدن به بتن به مقاومتی که بار بهره برداری در حین ساخت را تحمل کند، می شود. همچنین فرآیند قالب‌بندی و باز نمودن قالب‌ ها نیز خود وقت گیر می باشد. اما در سازه های CFT بخش فولادی پیرامونی هر مقطع خود به عنوان قالب عمل کرده و به تحمل بار سرویس نیز کمک می کند.

یکی از محدودیت‌ های طراحی دهانه‌ های بلند و استفاده از سیستم باربر جانبی قاب خمشی ، افزایش بیش ‌از حد ابعاد ستون‌ ها می باشد که با طراحی سازه CFT از ستون‌ های دارای ابعاد سازگار با محدودیت‌ های معماری استفاده نمود. 

همچنین در طراحی سازه های با افزایش طبقات به علت کاهش مقاومت موردنیاز و به حهت اقتصادی تر کردن طرح، عمدتا طراحان هر چند طبقه از مقاطع کوچکتری استفاده می کنند. این تغییر مقطع مشکلاتی نظیر صعوبت ایجاد قطعه واسط در محل تغییر ابعاد خطاهای اجرایی و عدم تناسب ابعادی مقاطع در طبقات را به‌دنبال دارد. اما با طراحی سازه CFT می توان در تراز بالاتر، از ستون های CFT با ابعاد مشابه استفاده نمود با این تفاوت که جهت اعمال این تغییر مقاومت ، ضخامت پوسته فولادی را کاهش داد. 

در طراحی سازه CFT می توان مشخصات فولاد و بتن را در ترکیب با هم ارتقا داد. از آن جایی که مقاومت فشاری بتن نسبت به مقاومت کششی آن بالاتر است، تحت محصورشدگی سه محوره این مشخصات افزایش می یابد. همچنین علی رغم مقاومت کششی مناسب فولاد ، ضعف آن تحت فشار و کمانش می تواند در ترکیب با بتن ارتقا یابد. بنابراین این ترکیب می تواند موجب عملکرد مناسب سازه های CFT تحت اثر نیروی فشاری ، کششی ، برشی و لنگر خمشی و پیچشی و ظرفیت استهلاک انرژی بیشتر گردد.

به طوری که وجود بتن در سازه CFT که تحت لنگر خمشی قرار گرفته است، مشابه تکیه‌گاه جانبی سرتاسری ، کمانش پوسته فولادی به ‌سمت داخل را محدود می کند.

همچنین هنگامی که با ستون های CFT تحت اثر لنگر پیچشی ، قرار می گیرد، ترکیب نیروی فشاری در هسته بتنی و نیروی کششی قطری در مقطع فولادی موجب ایجاد عملکرد خرپایی فضایی شده و مقاومت در برابر کمانش پوسته فولادی تقویت می‌ شود.

هزینه طراحی سازه CFT

یکی از مهم ترین عوامل موثر بر هزینه طراحی سازه CFT ، مساحت زیربنا و تعداد طبقات سازه است. اما به طورکلی استفاده از مقاطع فولادی پر شده با بتن ضمن تامین مقاومت قابل توجه می تواند با کاهش هزینه مصالح و زمان اجرا ، هزینه پروژه را به نسبت سیستم های معمول کاهش دهد.