سازه های ترکیبی CFT(Concrete Filled Tube)

ستون های مختلط (کامپوزیت) به صورت مقاطع مربع، مستطیل و لوله که با بتن پر شده اند را CFT می نامند که دارای خصوصیات عالی از جمله مقاومت کششی بالا، شکل پذیری بالا و ظرفیت جذب انرژی بالا می‌باشند. ستون‌ CFT می­تواند علاوه بر بهبود رفتار لرزه ای سازه، زمان ساخت، وزن سازه و همچنین ابعاد ستون ها را به مقدار قابل توجهی کاهش دهد.  سازه‌های CFT، از اتصال تیرهای فولادی I شکل به ستون‌های CFT حاصل می‌شوند. در ستون‌های CFT، مقاطع سازه‌ای توخالی (HSS) به وسیله بتن پر می‌شوند و بدینوسیله، مقطعی مرکب با استحکام بالا حاصل می‌شود. در ایران، سازه‌های CFT، مورد ارزیابی دقیق و تأیید مرکز ملی تحقیقات ساختمان و مسکن وزارت راه، مسکن و شهرسازی قرار گرفته‌ است. طبق آیین‌نامه بین‌المللی سیستم سازه‌ای CFT این سیستم برای ساختمان‌های از 1 تا 80 طبقه کاملا مناسب خواهد بود.

اجزای تشکیل دهنده ستون های CFT :

مقاطع سازه ای تو خالی HSS  

• مقطع فولادی تو خالی (HSS: Hollow Structural Section)

HSS نوعی پروفیل فولادی با سطح مقطع توخالی، دارای هندسه بسته، بدون گوشه‌های تیز و با ظاهری جذاب می باشد. این مقاطع به‌صورت تک‌درز و توسط خطوط تمام‌خودکار و با سرعت بسیار بالا تولید می‌شوند.

این مقاطع در طیف ابعادی گسترده و اشکال مختلف (دایره‌ای، مربعی و مستطیلی) تولید می‌گردند. شکل‌دهی یکپارچه ورقه‌های فولادی باکیفیت و جوش‌کاری تمام خودکار تنها یک درز در مقطع، ضامن کیفیت و مقاومت بالای این مقاطع خواهد بود. این مقاطع به دلیل ظاهر زیبا، صرفه اقتصادی و استحکام بالا مورد اقبال صنعت گران حوزه ساخت و ساز قرار گرفته است. بنابراین استفاده از این نوع مقاطع در ستون‌های CFT، بهترین انتخاب ممکن خواهد بود.

بتن خود متراکم  SCC

• هسته بتنی از نوع بتن خود متراکم (SCC: Self Compacting Concrete)

به بتنی گفته می شود  که با وزن خود در قالب جاری می شود و نیاز به ویبره ندارد. همچنین  از مقاومت بالایی برخوردار بوده و در طی مراحل بتن ریزی تراکم خود را حفظ می کند. انجمن بتن ایالات متحده آمریکا (ACI)، بتن خود تراکم را «بتنی با کارایی بالا و بدون جداشدگی با قابلیت بتن‌ریزی و پر کردن تمامی فضای قالب بدون نیاز به تراکم مکانیکی» تعریف می‌کند. در این بتن، استفاده از شن 5/19 –  19 میلیم متری، افزودنی روان‌کننده و فوق‌روان‌کننده به فراخور کاربرد، مرسوم است. هم‌چنین نسبت آب به سیمان در این بتن به عدد 4/0 محدود می‌گردد.

در ستون‌های CFT امکان ویبره بتن در ستون وجود ندارد. هم‌چنین در صورت استفاده از بتن عادی، خطر جداشدگی اجزای بتن بر اثر رها شدن از ارتفاع وجود خواهد داشت. بنابراین استفاده از بتن خودتراکم، انتخابی هوشمندانه خواهد بود.

• مزایا و خصوصیات بتن SCC
• قابلیت پر کنندگی: به مفهوم قابلیت جاری شدن و پر کردن تمام فضای درون قالب تحت وزن خود
• قابلیت عبور کردن: عبور از موانع مانند مقاطع نازک، قالب، میلگردها با فاصله کم از یکدیگر، بدون جدا شدن و مسدود شدن
• مقاومت در برابر جدا شدن: این خاصیت به پایداری نیز موسوم است و قابلیت بتن SCC به باقی ماندن به صورت همگن در مدت انتقال و بتن ریزی است.

مزایای رفتاری ستون CFT نسبت به ستون فلزی و بتنی مسلح

1)      بهبود عملکرد بتن (محصور شدگی)

2)      افزایش شکل‌پذیری و ظرفیت استهلاک انرژی بالا

3)      افزایش سختی جانبی عضو فشاری

4)      مقاومت خمشی، فشاری و برشی موجود بالاتر

• کاهش چشم‌گیر مصرف فولاد و صرفه اقتصادی بیشتر

در قاب‌های خمشی با شکل‌پذیری ویژه، نسبت عرض به ضخامت ستون‌های CFT، تا 5/2 برابر ستون‌هایی با مقاطع توخالی فولادی خواهد بود و طبق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ایران، با پر کردن مقطع توخالی فولادی با بتن، ضخامت مقطع فولادی توخالی را می‌توان تا 50% کاهش داد. با اتخاذ سیستم سازه‌ای CFT، علاوه بر کاهش چشم‌گیر مصرف فولاد در ستون‌های سازه، با افزایش سختی ستون‌ها، تیرهای سازه نیز سبک‌تر خواهند شد.

• کاهش زمان اجرای سازه نسبت به سازه‌های فولادی و بتنی
• بهبود قابل ملاحظه عملکرد لرزه‌ای سازه

تجربه به‌کارگیری سیستم سازه‌ای CFT در کشور لرزه‌خیز ژاپن، حاکی از عملکرد مناسب این سیستم سازه‌ای در برابر زلزله است. این سازه‌ها، تغییرمکان جانبی طبقات (Drift) کم‌تری را نسبت به سازه‌های فولادی تجربه می‌کنند. همچنین این سازه‌ها مقاومت بیشتری در برابر گسیختگی زنجیره‌ای از خود نشان می‌دهند. بنابر لرزه‌خیزی ایران و ضرورت ایمن‌سازی سازه‌ها نسبت به زلزله، دلایل اقبال روزافزون به سازه‌های CFT مشخص می‌گردد.

• کاهش ابعاد تیرها و ستون‌ها نسبت به سازه بتنی و فولادی

در سازه‌های CFT، ارتفاع تیرها نسبت به سازه‌های فولادی و بتنی کاهش می‌یابد. این کاهش موجب افزایش ارتفاع موثر طبقه خواهد شد. هم‌چنین در سازه‌های CFT، مقاطع ستون‌ها نسبت به سازه‌های بتنی کمتر خواهد بود و این نکته موجب افزایش متراژ مفید طبقات خواهد شد و تمامی این مزایا، تحقق حداکثری اهداف معماری پروژه را به دنبال دارد.

• افزایش مقاومت در برابر آتش‌سوزی نسبت به سازه‌های فولادی
• افزایش مقاومت ستون‌های سازه در برابر کمانش نسبت به ستون‌های سازه‌های فولادی
• افزایش شکل‌پذیری و ظرفیت جذب انرژی نسبت به سازه‌های فولادی
• بهبود عملکرد بخش بتنی

مقایسه اقتصادی سازه CFT نسبت به سازه‌های فلزی و بتنی