مقاطع فولادی پرشده با بتن یا CFT چیست؟
مقاطع فولادی پرشده با بتن که معادل عبارت لاتین Concrete Filled Tube میباشند و بهاختصار CFT نامگذاری میشوند، گروهی از مقاطع مختلط هستند که از عملکرد مشترک فولاد در محیط و بتن در بخش مرکزی برای باربری بهره میگیرند. در منابع و مراجع معتبر از این مقاطع با عناوین دیگری همچون CFST نیز نام میبرند اما در این راهنمای طراحی تنها از عبارت CFT استفاده میگردد. ایده اصلی پیدایش این مقاطع، ترکیب بتن و فولاد باهدف بهکارگیری توأمان مزیتهای هریک از این مصالح است. برآیند این ترکیب منجربه ایجاد سازهای با ویژگیهای برتر نسبت به سازههای مرسوم بتنی و فولادی شود.
کاربرد ستونهای با مقطع فولادی پرشده با بتن (CFT) در ساختمانها به اوایل قرن بیستم بازمیگردد. در ابتدا برای حفاظت ستونهای فولادی ساختمان در برابر حریق، فولاد با لایه نازکی از بتن پوشانیده میشد. مشاهدات حاکیاز این حقیقت بود که وجود لایه نازک بتن باعث افزایش مقاومت مقطع ستون میشود. همین امر باعث گردید این مقاطع با رویکرد سازهای در ساختمانها بهکار گرفته شوند و بهتدریج استفاده از آنها بهعلت مزیتهای فراوان افزایش یاید. تاجاییکه امروزه یکی از مقاطع متداول در نقاط مختلف جهان ازجمله آمریکا، ژاپن، چین، جنوب شرق آسیا و اروپا میباشد و در آییننامه طراحی سازههای فولادی کشورهای مختلف بخش جداگانهای برای مبحث اعضا مختلط وجود دارد.
از نظر جنس و نوع آرایش مصالح، مقاطع CFT به سه دسته زیر تقسیم میشوند:
1- مقاطع فولادی پرشده با بتن (CFT)
2- مقاطع فولادی پرشده با بتن مسلح دارای مقطع تقویتی (SR-CFT)
3- مقاطع فولادی پرشده با بتن مسلح دارای الیاف ( SFR-CFT)
تنوع هندسی مقاطع فولادی متداول پرشده با بتن
در شکل زیر مقاطع پرشده با بتن دارای مقطع فولادی دایرهای (CHS )، مربعی (SHS )، مستطیلی (RHS ) و ششضلعی قابل مشاهده است. مقاطع دایرهای بیشترین محصورشدگی را برای بتن تأمین میکنند، بااینوجود استفاده از اعضای فولادی پرشده با بتن دارای مقاطع مربعی و مستطیلی بهدلیل سهولت در طراحی اتصال تیر به ستون، و دارا بودن مقاومت خمشی مناسب بهصورت روزافزون درحال گسترش است. ازسویدیگر، اشکال دیگر مقاطع پرشده با بتن (CFT) مانند مقاطع مستطیلی با دو وجهگرد و بیضوی نیز بهدلایل زیباییشناختی معماری مورد استفاده قرار میگیرند.
تنوع هندسی مقاطع فولادی متداول پرشده با بتن
انواع مقاطع CFT
اعضا با مقاطع فولادی پرشده با بتن دولایه (CFDST) دارای مزیتهایی نسبت به اعضا با مقاطع فولادی پرشده با بتن تکلایه (CFT) هستند. بهدلیل محافظت بتن محصورشده از جدار فولادی داخلی در هنگام آتشسوزی، مقاومت این نوع مقاطع در برابر آتش بیش از مقاطع تکلایه CFT است. همچنین میتوان از هر دو لایه فولاد این مقاطع بهعنوان آرماتور و نیز قالب دائمی بتن در عملیات ساخت سازه استفاده نمود. امکان متفاوت بودن جنس مقطع فولادی داخلی و خارجی نیز از دیگر مزیتهای اعضا با مقطع CFDST است. در شکل (الف) مقاطع CFT با فولاد اضافی برای تقویت مقاومت موجود مقطع و در شکل (ب) مقاطع CFT بههمراه روکش بتن مسلح مشاهده میشوند.
انواع مقاطع CFT
بخش فولادی مقاطع CFT
بخش فولادی مقاطع CFT به دو روش تولید میگردد. روش اول، تولید سنتی است که ورقهای فولادی با ابعاد متناسب با هر وجه مقطع برشکاری و سپس با جوش دادن چند ورق به یکدیگر مقطع فولادی ساخته میشود. خروجی این روش، مقاطع دستساز نام دارد. روش دوم، تولید کارخانهای است که با استفاده از خطوط تولید خودکار، ورق فولادی بهصورت مقطع موردنظر (دایرهای یا مربعی) شکلدهی گردیده و سپس دو لبه ورق ضمن حرارتدادن بهیکدیگر متصلگردیده و سطح یکپارچهای بهوجود میآورند. عبارت مقاطع تکدرز شکل داده شده کارخانهای یا HSS به محصولات این روش اطلاق میگردد.