سازه ساختمانی و صنعتی CFT

پس از اینکه طی چند دهه گذشته سازه های CFT عملکرد مناسبی از خود نشان دادند، به تدریج گرایش به سمت استفاده از این سیستم در ساختمان ها شکل گرفت.تاجایی که از اوایل دهه هفتاد میلادی کشورهای همچون آمریکا و ژاپن با سرمایه گذاری سنگین در حوزه تحقیقاتی به صورت جدی به این صنعت ورود کردند.یکی از این پروژه های تحقیقاتی که بودجه چند ده میلیون دلاری به آن اختصاص داده شده است به صورت مشترک بین دو کشور آمریکا و ژاپن از سال 1994 میلادی تا کنون در محل مرکز تحقیقات ساختمان ژاپن به اجرا در آمده است.

سازه های CFT  (Concrete Filled Tube)، متشکل از تیرهای I و H شکل است که به ستون های مختلط (کامپوزیت) متصل شده اند.ستون های مختلط در این سیستم مقاطع فولادی هستند که به وسیله بتن پرمیشوند.طبق آیین نامه های بین المللی و داخلی سیستم CFT محدودیت در تعداد طبقات ندارد و برای ساختمان های 1 تا 80 طبقه مناسب است. همچنین این سازه ها در ایران مورد ارزییابی و آزمایش در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن قرار گرفته اند و عملکرد فوق العاده خوبی از خود نشان داده اند.

 

مزایای سیستم سازه ای CFT  :

پرکردن بتن داخل ستون های تو خالی فولادی موجب کاهش چشمگیر مصرف فولاد می گردد. علاوه بر کاهش مصرف فولاد در ستون ها ، تیرهای فولادی ساختمان نیز سبک تر می شوند چرا که سختی ستون افزایش یافته است.همچنین در قاب های خمشی با شکل پذیری ویژه که اتنظار شکل پذیری زیاد از مقطع ستون داریم، نسبت عرض به ضخامت مقاطع پرشده با بتن می تواند تا 5/2 برابر مقاطع توخالی باشد.یعنی باپرکردن بتن میتوان

ضخامت مقطع فولادی را طبق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ایران به بیش از نصف کاهش داد. ستون CFT ترکیبی است از بتن و فولاد که مجموعه ای از مزایای ستون های بتن آرمه و ستون های فولادی را دارد.

ستون های مختلط شکل پذیری بیشتری نسبت به ستون های بتنی دارد و اتصالات آنها مشابه ساختمان های فولادی است. پرکردن بتن داخل ستون نه تنها موجب افزایش ظرفیت باربری مقطع فولادی می شود، بلکه سختی جانبی آنها را ارتقاء می بخشد که از نظر کنترل تغییر مکان نسبی طبقات بسیار مفید است. ضمنا وجود بتن در هسته مقطع موجب مقاومت ستون در برابر حریق نیز می گردد.

اسفاده از این نوع سازه در اکثر سازه های مرتفع و خاص در جهان به ویژه کشورهای لرزه خیز همانند ژاپن نشان دهنده عملکرد خوب این سازه ها در برابر زلزله می باشد. با توجه به زلزله خیزی کشور و ضرورت ایمن سازی ساختمان ها، به کمک احداث ساختمان با اسکلت کامپوزیت و دقت در طراحی مناسب آن می توان به ایمنی مطلوبی رسید. عملکرد این ساختمان ها در برابر زلزله، بسیار مناسب بوده و این درجه از ایمنی را به ندرت می توان در روش های متعارف دیگر ملاحظه نمود.

از مشخصه های عملکرد مناسب سازه CFT در برابر زلزله می توان به مقاومت بالا، شکل پذیری زیاد و ظرفیت جذب انرژی زیاد اشاره کرد. حدود ایجاد شده توسط لوله فلزی، خواص بتن را به علت حالت سه محوری تنش بهبود می بخشد و از طرفی از کمانش داخلی لوله فولادی، توسط بتن جلوگیری می کند. اقبال طراحان برای استفاده از این نوع سازه به دلیل تجربیات خوب این سازه در زلزله های گذشته می باشد.

 

 

ساختمان شعبه بانک در شهرکوبه پس از زلزله 1995 همچنان استوارماند.دراین ساختمان از ستون های CFT استفاده شده است.

مزایای اسکلت CFT
نسبت به اسکلت فلزی	نسبت به اسکلت بتن آرمه
مقاومت بالا در برابر آتش	کاهش زمان ساخت حدود 60 درصد
مقاومت محوری و سختی خمشی بالاتر	کاهش ابعاد ستون ها حدود 40 درصد
مقاومت برشی بالا	افزایش تعداد پارکینگ در حدود 10 درصد
قالب دائمی برای هسته بتنی	کاهش ضخامت سقف
افزایش شکل پذیری	افزایش مقاومت و شکل پذیری هسته بتنی به دلیل محصور شدگی

 

ویژگیهای CFT :

• ظرفیت تحمل بار محوری فوق العاده
• افزایش سختی خمشی
• جذب انرژی در بارهای چرخه ای (شکل پذیری زیاد)
• حمل و نقل آسان تر
• صرفه جویی اقتصادی نسبت به سیستم های مشابه
• کاهش قابل توجه زمان ساخت
• عملکرد فوق العاده در برابر زلزله
• مقاومت بالا در برابر آتش و انفجار
• حذف خوردگی فولاد از داخل
• استفاده از تکنولوژی نیمه و تمام اتوماتیک در فرآیند تولید

 

ویژگی ها	CFT	اسکلت بتنی	اسکلت فلزی
ابعاد مقاطع	بسیار کوچک	بسیار بزرگ	متوسط
مقاومت در برابر اتش	مقاوم در برابر آتش	مقاوم در برابر اتش	مقاومت ندارد
شکل پذیری	بسیار زیاد	کم و متوسط	متوسط و زیاد

اتصالات تیر به ستون :

اتصالات ساده تیر به ستون های CFT تفاوت عمده ای با مباحث متداول ندارد و ضوابط ویژه آن را به طور کامل در AISC-DG24 می توان یافت.

اتصالات صلب در قاب های خمشی ویژه و متوسط شامل ورق های سخت کننده تحت عنوان ورق پیوستگی(Plate Continuity) مقابل بال های فشاری و کششی تیر می باشد که ستون های CFT به صورت دیافراگم پیرامونی مطابق شکل ذیل اجرا می شود که سختی و شکل پذیری بیشتری در مقایسه با دیافراگم های داخلی دارد. همچنین حذف جوشکاری داخل ستون امکان نظارت بیشتر بر کیفیت جوشکاری را فراهم می کند.