گستره کاربرد مقاطع CFT
1- مقدمه
گستره کاربرد مقاطع CFT، سازه‌های کوتاه‌مرتبه تا بلندمرتبه را دربرمی‌گیرد. با توجه به تعدد سازه‌های ساخته‌شده با اعضا دارای این مقاطع در سرتاسر جهان، در ادامه به‌بررسی تعدادی از نمونه‌های بلندمرتبه اکتفا می‌شود. در سازه‌های بلندمرتبه و فوق بلندمرتبه، قاب خمشی دارای ستون‌های CFT معمولاً با یک سیستم باربر جانبی دیگر مانند هسته برشی بتن مسلح، دیوار برشی فولادی یا بتنی ترکیب می‌شود.
2- کاربرد مقاطع CFT در آسما‌ن‌خراش‌ها
-
برج تایپه 101 در چین
برج تایپه 101 یکی از مشهورترین سازه‌های ساخته‌شده به‌وسیله ستون‌های CFT در جهان است. این برج که نام دیگرش «مرکز مالی جهانی تایپه» است، یک آسمان‌خراش ۱۰۱ طبقه با ارتفاع کل ۵۰۹ متر است که در شهر تایپه در کشور تایوان قرار دارد. این آسمان‌خراش از سال ۲۰۰۴ میلادی تا ۲۰۱۰ میلادی بلندترین برج جهان بود (تا پیش از افتتاح برج خلیفه دبی).
مقطع ابَرستون CFT در برج تایپه 101
این برج علاوه‌بر ۱۰۱ طبقه روی سطح زمین، دارای پنج طبقه زیر سطح زمین است. طراحی و ساخت منحصر به فرد این آسمان‌خراش به‌گونه‌ای است که توانایی تحمل طوفان‌ها و زمین‌لرزه‌های قوی را داراست. طراحان مدعی هستند که این ساختمان می‌تواند بادهایی با سرعت 180 کیلومتر بر ساعت و بزرگ‌ترین زلزله‌ها با دوره بازگشت ۲۵۰۰ ساله را تحمل کند.استحکام سازه برج در تاریخ ۳۱ مارس ۲۰۰۲ میلادی (حین ساخت پروژه) زمانی که زلزله‌ای به بزرگی 6.8 ریشتر تایپه را لرزاند برای همگان به‌اثبات رسید. پس از بررسی‌های لازم، مشخص شد که سازه اصلی برج تقریباً متحمل هیچ آسیبی نشده است. طراحان به‌منظور تأمین مقاومت موردنیاز از 36 ابرستون CFT در ساختار این برج استفاده نمودند که بُعد برخی از این ابرستون‌ها بیش از چهار متر است.
ساختمان سگ پلازا در چین
ساختمان سِگ پلازا در شهر شنژن کشور چین از نمونه‌های مشهور کاربرد ستون‌های دارای مقاطع فولادی پرشده با بتن در سازه‌های فوق بلندمرتبه است. سازه اصلی 292 متر ارتفاع دارد و از اعضا با مقاطع فولادی دایره‌ای پرشده با بتن در ساخت آن استفاده شده است. قطر ستون‌های فولاد 1.6 متر با ضخامت 28 میلی‌متر با تنش تسلیم 345 مگاپاسکال بوده و به‌وسیله بتن با مقاومت 60 مگاپاسکال درون آن پرشده است. پر کردن ستون‌ها از بتن در قیاس با استفاده از مقطع فولادی توخالی، سبب کاهش 50 درصدی مصرف فولاد گردیده و همچنین از به‌کار بردن مقاطع با ابعاد و ضخامت بسیار بیشتر نیز جلوگیری شده است.
ساختمان سِگ پلازا
ساختمان رویفنگ در چین
در ساختمان تجارت جهانی رویفِنگ واقع در هانژوآ کشور چین در سال 2011 میلادی از مقاطع مستطیلی فولادی استفاده شد. برج‌های شرقی و غربی به ترتیب 3/84 متر (معادل 24 طبقه) و 5/55 متر (معادل 15 طبقه) ارتفاع دارند. سیستم سازه‌ای دوگانه، متشکل‌از قاب خمشی با ستون‌های CFT به‌همراه دیوار برشی بتنی است. بزرگ‌ترین پروفیل ستون‌های CFT به ابعاد 600 میلی‌متر بوده و کمترین و بیشترین ضخامت آن‌ها به‌ترتیب 16 میلی‌متر و 28 میلی‌متر است.
ساختمان تجارت جهانی رویفِنگ واقع در هانژوآ کشور چین
برج کانتون
سازه برج کانتون دارای بدنه اصلی به ارتفاع 475 متر و ارتفاع اوج سازه 600 متر، متشکل‌از قاب خمشی با ستون‌های CFT مایل به‌همراه هسته برشی بتنی است. در این سازه 24 ستون دایره‌ای CFT به‌صورت مایل به کار رفته است. بیشترین قطر این ستون‌ها دو متر و بیشترین ضخامت جدار فولادی آن‌ها 50 میلی‌متر است.
برج کانتون-ستون دایره‌ای توخالی فولادی پرشده با بتن (CFT)
کاربرد مقاطع CFT در پل‌ها
اعضا با مقاطع فولادی پرشده با بتن در انواع گوناگونی از پل‌ها مانند پل‌های معمولی، معلق، کابلی، خرپایی و غیره استفاده شده است. این اعضا می‌توانند در نقش پایه‌ها، برج‌ها، قوس‌ها و عرشه پل‌ها مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از اعضا با مقطع فولادی پرشده با بتن در ساخت پل‌های قوسی مزیت نسبی این اعضا در ساخت‌وساز را به‌خوبی نشان می‌دهد. انواع استفاده از اعضا با مقطع CFT در پل‌های مختلف را نشان می‌دهد.
کاربرد مقاطع CFT در انواع گوناگون پل‌ها
پل وانگ‌شانگ در چین
یکی از نمونه‌های استفاده از اعضا با مقطع CFT در پل‌های قوسی، پل وانگ‌شانگ با طول دهانه 110 متر است. این پل در سال 1992 میلادی بر روی رودخانه وانگ‌شانگ بنا گردید. سطح مقطع قوس اصلی پل، دمبلی شکل و به عرض دو متر است. مقاطع فولادی پرشده با بتن به قطر 800 میلی‌متر و با ضخامت 10 میلی‌متر به‌عنوان تارهای بالایی و پایینی به‌کار رفته است. این اعضا با بتن با مقاومت 30 مگاپاسکال پرشده‌اند.
پل قوسی باسیدنج سومین پل قوسی فولادی طویل در جهان است. طول کلی پل ۸۴۱ متر و طول دهانه ۵۳۰ متر است که متشکل‌از ستون‌های دارای مقاطع فولادی پرشده با بتن می‌باشد. عملیات ساخت آن در سال ۲۰۱۲ میلادی و در سیچوآن چین بر روی رودخانه یانگ‌تسه به‌اتمام رسیده است.
پل قوسی باسیدنج متشکل‌از ستون‌های دارای مقاطع فولادی پرشده با بتن (CFT)
پل ژانگ هوآ در چین
این پل که در رودخانه ژانگ هوآ جیالینگ واقع در استان سیچوآن چین قرار دارد، نمونه‌ای دیگر از به‌کارگیری اعضا با مقاطع CFT و محاط در بتن در ساخت پل‌ها است. دهانه این پل 364 متر می‌باشد که از یک حلقه قوسی تشکیل می‌شود. این حلقه متشکل از دو ضلع موازی به عرض هشت متر و ارتفاع 2/5 متر می‌باشد. برش عرضی هر یک از این اضلاع، شامل مقطع فولادی پرشده با بتن است که هم‌زمان در بتن نیز محاط گردیده است. قطر این جدار حدوداً 450 میلی‌متر است که از بتن با مقاومت 80 مگاپاسکال پر شده است. از کاربردهای دیگر مقاطع CFT ساخت ایستگاه مترو است. در سازه ایستگاه مترو، بار محوری فشاری نقش بسزایی در مجموع بارهای وارده به ستون‌ها ایفا می‌کند. باتوجه‌به مزیت‌های مقاطع CFT به‌خصوص مقاومت محوری قابل‌توجه، این مقاطع در ایستگاه‌های مترو مورد استفاده قرار می‌گیرند.
پل رودخانه ژانگ هوآ جیالینگ، نمونه‌ای دیگر از به‌کارگیری اعضا با مقاطع فولادی پرشده با بتن
کاربرد مقاطع CFT در سازه‌های صنعتی
از ابتدای دهه 1970 میلادی استفاده از اعضا با مقطع فولادی پرشده با بتن در سازه‌های صنعتی گسترش یافت. به‌عنوان نمونه، استفاده از این مقاطع در ساخت یک نیروگاه برق در چین منجربه کاهش 45 درصدی میزان فولاد مصرفی در مقایسه با استفاده از مقاطع فولادی توخالی گردید.
نمونه دیگر کاربرد مقاطع CFT را می‌توان در ساخت و به‌روزرسانی برج‌های انتقال نیرو مشاهده کرد. یکی از مشهورترین این موارد، بلندترین برج انتقال نیروی جهان در دنسا با ارتفاع 370 متر است. این سازه متشکل از چهار ستون با مقاطع CFT است که قطر هر یک دو متر و پمپاژ بتن درون آن از پایین تا ارتفاع 210 متری صورت گرفت.
بلندترین برج انتقال نیروی جهان با استفاده از مقاطع CFT
مزایای کاربرد مقاطع CFT در دکل‌های شبکه انتقال نیرو نیز شایان توجه است. مقاومت این نوع دکل در مقایسه با دکل‌های مرسوم خرپایی به‌مراتب بالاتر بوده و سطح زمین اشغال‌شده توسط دکل‌های CFT نسبت به انواع رایج کمتر است. ازاین‌رو در سال‌های اخیر استفاده از مقاطع فولادی پرشده با بتن در زیرساخت‌های شبکه انتقال رشد بسیاری داشته است.
دکل شبکه انتقال نیرو با استفاده از مقطع فولادی دولایه پرشده با بتن