آشنایی با انواع ستون در ساختمان

استفاده از ستون در ساخت سازه به 70 سال پیش از میلاد مربوط می‌شود که اولین بار توسط یک معمار به نام ویترویوس طراحی شد. آثار این جزء ساختاری در سازه‌های تاریخی و سنگی را می‌توان در بناهای به‌جامانده از دوره هخامنشیان در ایران، بناهای تاریخی ایتالیا از دوره روم باستان و نیز آثار تاریخی یونان باستان مشاهده کرد. به‌ جا ماندن چنین آثاری حاکی از این مسئله است که ستون‌ها اگر به‌خوبی طراحی و ساخته شوند، بسیار بادوام بوده و می‌توان به‌وسیله آن‌ها، استحکام سازه را تضمین کرد. ستون‌ها با تحمل نیروهای فشاری و محوری و انتقال آن‌ها از طریق فونداسیون به زمین، نقش بسزایی در دوام و استحکام سازه‌های بتنی و فلزی دارند. در ادامه با انواع ستون در ساختمان آشنا خواهیم شد.

انواع ستون در ساختمان

بااینکه ستون‌ها وظیفه تحمل و انتقال بار را بر عهده دارند، اما هر عضوی را نمی‌توان ستون نامید. ستون عضوی عمودی در سازه است که مقدار طول آن بیش از سه برابر اندازه کمترین مقطع آن است. درصورتی‌که این شرط رعایت نشود، عضو موردنظر ستون نبوده بلکه بند نامیده می‌شود. این مسئله شرطی است که تمام عضوهایی که ستون نامیده می‌شوند باید از آن برخوردار باشند اما خود ستون‌ها دارای انواع گوناگونی هستند.

انواع ستون در ساختمان بر اساس معیارهای مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که عبارت‌اند از:

• انواع ستون بر اساس شکل سطح مقطع
• انواع ستون بر اساس نوع تقویت‌کننده
• انواع ستون بر اساس نوع بارگذاری
• انواع ستون بر اساس مصالح

تقسیم بندی ستون‌ها بر اساس شکل سطح مقطع

سطح مقطع ستون فاکتور مهمی در میزان تحمل بار آن است. تنش‌های کششی و فشاری به‌صورت میزان نیروی وارد بر سطح مقطع یک جسم تعریف می‌شوند و هرچه این سطح مقطع کوچک‌تر باشد، مقدار تنش افزایش خواهد یافت. از طرفی، برخی مقاطع که دارای لبه‌های تیز هستند، منجر به افزایش تمرکز تنش شده و سبب می‌شوند تا قطعه تحت بارگذاری کمتری نسبت به حالت استاندارد آن دچار شکست شود. بر همین اساس، نوع و شکل سطح مقطع ستون‌ها بسیار مهم است و متناسب با کاربرد و نحوه اعمال بار، شکل سطح مقطع می‌تواند متفاوت باشد. عدم استفاده از ستون با الزامات طراحی مناسب یکی از اصلی‌ترین دلایل تخریب ساختمان محسوب می‌شود.

انواع ستون در ساختمان بر اساس شکل سطح مقطع شامل موارد زیر می‌شوند:

• ستون با مقطع مربع یا مستطیل: این نوع ستون‌ها به دلیل اجرای آسان و صرفه اقتصادی، در ساخت سازه‌های مسکونی مورداستفاده قرار می‌گیرند.
• ستون با مقطع دایره‌ای: در ستون‌های دایره‌ای از 4 میلگرد به‌عنوان آرماتور استفاده می‌شود. این نوع ستون به دلیل مقاومت خمشی مناسب در ساخت پل و هم برای اهداف زیبایی‌شناسی در افزایش ارتفاع سازه به کار می‌رود.
• ستون L شکل: ستون‌های L شکل در ساخت دیوارهای مرزی، ساخت پل هوایی و تراشکاری ریل مترو کاربرد دارند.
• ستون T شکل: بیشترین استفاده از این نوع ستون در ساخت پل و دیوارهای حائل است.
• ستون Y شکل: کاربرد ستون‌های Y شکل در ساخت پل و پل هوایی است.

دسته بندی انواع ستون بر اساس نوع تقویت کننده

برای افزایش استحکام و پایداری ستون‌ها، از مقاطع و یا مصالح مختلفی استفاده می‌شود که هر یک با توجه به مکانیزم‌ها و روشی که تقویت‌شده‌اند، در کاربردهای مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرند. انواع ستون در ساختمان بر اساس روش تقویت عبارت‌اند از:

ستون خاموت دار یا گره‌خورده

در این نوع ستون، از انواع خاموت با رعایت فاصله مناسب بین آن‌ها استفاده می‌شود. فاصله بین خاموت‌ها در این ستون اگر از یک حد استاندارد کمتر باشد، سبب ایجاد اختلال در گیرش بتن می‌شود. از طرفی، اگر این فاصله بیش‌از حد نرمال باشد، ستون دچار شکست برشی و بشکه‌ای شدن می‌شود. به ستون‌های خاموت دار، ستون گره‌خورده یا ستون تنگ دار نیز گفته می‌شود.

ستون مارپیچی

ستون‌های مارپیچی نوعی ستون دایره‌ای با آرماتورهای مارپیچی هستند که تعداد این آرماتورها معمولاً 6 تا است. این 6 آرماتور با فاصله‌های نزدیک و یکنواخت در دل بتن قرار گرفته و سبب تقویت ستون و مهار جانبی می‌شوند. ضمن اینکه، تأخیر در شکست در اثر بار محوری از طریق افزایش کرنش پذیری از دیگر اثرات استفاده از ستون مارپیچی است.

ستون گرانشی

ستون گرانشی مجموعه‌ای از قاب‌ها است که برای جداسازی سیستم مقاومت جانبی از سیستم مقاومت بار عمودی کاربرد دارد. این نوع ستون توسط مهندسان آمریکایی طراحی و معرفی شده است و در سازه‌هایی که در مناطق زلزله‌خیز و یا نزدیک به گسل‌های فعال ساخته می‌شوند، مورداستفاده قرار می‌گیرند.

ستون مرکب

ستون ترکیبی یا مرکب به ستونی گفته می‌شود که آرماتورهای طولی به همراه لوله‌های فولادی در آن‌ها به کار برده می‌شوند. از مشخصه‌های اصلی ستون مرکب می‌توان به استحکام بالا، برخورداری از مقاطع نسبتاً کوچک و مقاومت در برابر آتش اشاره کرد.

انواع ستون در ساختمان بر اساس نوع بارگذاری

به دلیل اینکه نقش اصلی انواع ستون در ساختمان تحمل بارهای فشاری، محوری و غیره است، نوع بارگذاری در آن‌ها نیز اهمیت بسزایی دارد. درصورتی‌که میزان بار وارد شده بر ستون بیش‌از حد تحمل آها باشد، خسارات جبران‌ناپذیری را در پی خواهد داشت. بر اساس نوع بارگذاری، ستون‌ها به انواع مختلف زیر تقسیم می‌شوند:

• ستون با بارگذاری محوری: بارهای عمودی در این حالت به مرکز ثقل ستون وارد می‌شود. این نوع ستون در محل‌هایی که بار زیادی بر آن‌ها وارد نمی‌شود مورداستفاده قرار می‌گیرد. چراکه ایمنی و کارایی آن‌ها چندان توصیه نمی‌شود.
• ستون تک‌محوره با بارگذاری خارج از مرکز: ستون‌هایی که بارگذاری در خارج از مرکز آن‌ها و در جهت‌های X و Y صورت می‌پذیرد، علاوه بر نیروی محوری، تحت تأثیر گشتاور نیز قرار می‌گیرند. این نوع ستون یا از یک طرف به یکدیگر متصل بوده و یا از لبه به هم وصل هستند.

انواع ستون در سازه بر اساس مصالح

انواع ستون در ساختمان بر اساس مصالح مورداستفاده برای ساخت آن‌ها به ستون‌های چوبی، سنگی، فولادی و بتنی تقسیم می‌شوند. امروزه دیگر ستون‌های چوبی و سنگی کارایی چندانی نداشته و بیشتر آن‌ها را در سازه‌های تاریخی مشاهده می‌کنیم. اما ستون‌های فولادی و بتنی در ساخت سازه‌های اسکلت فلزی و اسکلت بتنی مورداستفاده قرار می‌گیرند. با تفاوت اسکلت فلزی و بتنی بیشتر آشنا شوید.

در رابطه با ستون‌های بتنی باید به این نکته اشاره کرد که خود این ستون‌ها به سه دسته شامل پایه‌ها، ستون‌های تقویت‌شده کوتاه و ستون‌های تقویت‌شده بلند تقسیم می‌شوند. حداقل اندازه مقطع ستون بتنی که در سازه‌های معمولی مورداستفاده قرار می‌گیرد، 225 میلی‌متر مربع است.

جمع‌بندی

ستون‌ها را می‌توان مهم‌ترین بخش از یک سازه در نظر گرفت که وظیفه تحمل نیروهای فشاری و محوری را بر عهده دارند. استحکام سازه به استحکام و طراحی صحیح ستون بستگی دارد. انواع ستون در ساختمان بر اساس فاکتورهای مختلفی ازجمله شکل سطح مقطع، نوع بارگذاری، نوع تقویت‌کننده و مصالح مورداستفاده در ساخت آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند. هر یک از این ستون‌ها الزامات طراحی و ساخت متفاوتی داشته و در کاربردهای مختلف، متناسب با میزان بار وارده بر آن‌ها مورداستفاده قرار می‌گیرند.

سؤالات متداول

1- انواع ستون در ساختمان بر چه اساسی دسته‌بندی می‌شوند؟

ستون‌های ساختمان بر اساس شکل سطح مقطع، نوع بارگذاری، روش تقویت و مصالح مورداستفاده در ساخت آن‌ها دسته‌بندی می‌شوند.

2- انواع ستون بر اساس شکل سطح مقطع کدام‌اند؟

بر این اساس ستون‌ها شامل انواع مربعی یا مستطیلی، دایره‌ای، L شکل، T شکل و Y شکل می‌شوند.

3- انواع ستون بر اساس نوع تقویت‌کننده کدام‌اند؟

بر اساس روش مقاوم‌سازی، ستون‌ها به انواع تقویت‌شده با خاموت، ستون مارپیچی، ستون گرانشی و ستون مرکب تقسیم می‌شوند.