سازه های CFT (Concrete Filled Tube) به سازه هایی گفته می شود که از لوله های فولادی پرشده با بتن ساخته می شوند. در این سیستم ، لوله یا پروفیل فولادی به عنوان قالب دائمی و هم چنین عضوی مقاوم در برابر نیروهای کششی و خمشی عمل می کند، در حالی که بتن داخل آن مقاومت فشاری را افزایش داده و در برابر کمانش موضعی مقطع فولادی جلوگیری می کند.
اجزای اصلی سازه های CFT (Concrete Filled Tube)
اجزای سازه های CFT شامل لوله یا پروفیل فولادی و بتن داخلی است که هر یک وظیفه ای خاص در عملکرد کلی سیستم ایفا می کنند. جزئیات این اجزا را در ادامه آورده ایم این اجزا به صورت ترکیبی عملکرد فوق العاده ای در تحمل بارهای فشاری، خمشی و کششی ارائه می دهند و رفتار لرزه ای مطلوبی از خود نشان می دهند :
- لوله یا پروفیل فولادی : شکل پروفیل های به کار رفته در این سازه ها به صورت مدور (Circular)، مستطیلی (Rectangular) یا مربعی (Square) است که نیاز به قالب بندی جداگانه را حذف می کند. فولاد مقاومت کششی بالایی دارد و نیروهای ناشی از بارگذاری خمشی را به خوبی تحمل می کند و جداره فولادی از خردشدگی و پاشیدگی بتن تحت فشار جلوگیری می کند.
- بتن داخلی : در سازه های CFT (Concrete Filled Tube) از بتن معمولی یا بتن با مقاومت بالا (High-Strength Concrete) استفاده می شود . بتن مقاومت فشاری بالایی دارد و بارهای فشاری را به خوبی توزیع می نماید . با پر کردن فضای داخلی لوله ، مانع از کمانش موضعی فولاد می شود. بتن به عنوان هسته داخلی به تثبیت مقطع کمک می کند.
- اتصالات سازه ای (در صورت وجود) : اگر مقاطع CFT در ستون ها یا تیرهای یک سازه استفاده شوند، نیاز به اتصالاتی دارند که به درستی نیروها را منتقل کند مثل اتصالات پیچ و مهره ای برای اتصال تیر و ستون ها و اتصالات جوشی در سازه های با جوشکاری مستقیم.
- آرماتور (در صورت نیاز) : در برخی موارد ، آرماتور هایی به بتن داخلی اضافه می شود به ویژه در مناطقی که فشار یا زلزله شدید است .
سازه های CFT (Concrete Filled Tube)
مزایای سازه CFT
سازه‌های CFT (Concrete Filled Tube) به دلیل ترکیب هوشمندانه بتن و فولاد، مزایای فراوانی دارند که آن ها را به یکی از سیستم های پرکاربرد در پروژه های ساختمانی تبدیل کرده است. این مزایا شامل موارد زیر می باشد :
سازه های CFT به دلیل انعطاف پذیری فولاد و مقاومت بتن در برابر تغییر شکل های دائمی، انرژی لرزه ای را به خوبی جذب می کنند. بتن داخلی مقاومت فشاری قابل توجهی دارد و بارهای محوری را به خوبی تحمل می کند، لوله فولادی هم مقاومت کششی بالایی دارد و نیروهای ناشی از بارهای خمشی را تحمل می‌کند. بتن و فولاد با همکاری یکدیگر، ظرفیت باربری بیشتری نسبت به استفاده جداگانه از هر یک ارائه می دهند. در مقایسه با ستون های بتن آرمه سنتی ، مقاطع CFT وزن کمتری دارند و باعث کاهش وزن کلی سازه می شوند.
مقاطع CFT به دلیل توزیع یکنواخت تنش در بتن و فولاد، ظرفیت باربری بالاتری نسبت به مقاطع خالی یا بتن مسلح سنتی دارند. بتن داخلی نقش عایق حرارتی را برای فولاد ایفا کرده و مقاومت سازه را در برابر حرارت بالا افزایش می دهد ، از طرفی از سطح داخلی لوله فولادی در برابر زنگ زدگی و خوردگی محافظت می کند. سازه های CFT (Concrete Filled Tube) امکان استفاده از اشکال مختلف مقاطع (مدور، مستطیلی، مربعی) و تغییر ضخامت یا ابعاد لوله فولادی، انعطاف پذیری بالایی در طراحی ارائه می دهد. این مزایا سازه های CFT را به گزینه ای محبوب برای پروژه هایی تبدیل کرده است که در آن ها پایداری، سرعت اجرا و مقاومت سازه ای اهمیت بالایی دارند. ولی در کنار این مزایا سازه های CFT (Concrete Filled Tube) معایبی هم دارد از جمله:
پیچیدگی در طراحی و محاسبات ، رفتار ترکیبی بتن و فولاد نیازمند تحلیل دقیق تر است.
به دلیل استفاده از فولاد و بتن باکیفیت هزینه تقریبا بالاتر است .
بتن ریزی در مقاطع بلند ممکن است با مشکلاتی مثل حبس هوا و عدم تراکم مناسب مواجه شود .
کاربرد های سازه های CFT (Concrete Filled Tube)
سازه های CFT در پروژه های مختلف ساختمانی و صنعتی کاربردهای گسترده ای دارند . این نوع سازه ها به خاطر استحکام بالا، مقاومت در برابر بارهای سنگین و صرفه جویی در هزینه ها و زمان ساخت ، در بسیاری از پروژه ها ترجیح داده می شوند. در ادامه به کاربردهای اصلی این سازه ها اشاره شده است:
ساخت برج و ساختمان های بلند مرتبه
ستون های CFT به دلیل مقاومت بالا در برابر نیروهای محوری و خمشی ، برای سازه های بلندمرتبه بسیار مناسب هستند. این ستون ها به افزایش پایداری و کاهش نوسانات سازه در برابر باد و زلزله کمک می کنند و به دلیل کاهش ابعاد ستون ها، فضای مفید بیشتری در ساختمان ایجاد می شود.
پل و سازه های زیرساختی
این ستون ها در ساخت پل های بتنی و فولادی برای تحمل بارهای سنگین و طولانی مدت استفاده می شوند. مقاومت بالا در برابر خوردگی و شرایط محیطی سخت ، آن ها را برای کاربرد در پل و سازه های دریایی مناسب می کند.
پروژه های صنعتی
در کارخانه و تاسیسات صنعتی که نیاز به ستون و قاب های مقاوم در برابر بارهای سنگین است، سازه های CFT (Concrete Filled Tube) انتخابی ایده آل است. این سازه ها می توانند وزن ماشین آلات سنگین را تحمل و به کاهش لرزش های ایجاد شده توسط آن ها کمک کنند.
ساخت تونل و ایستگاه های مترو
در ساخت تونل ، شفت های عمودی و ایستگاه های مترو ، به دلیل مقاومت در برابر فشارهای جانبی و بارهای سنگین خاک، این ستون ها کاربرد دارند.
استفاده در معماری مدرن
طراحی ستون های CFT به دلیل امکان اجرای مقاطع ظریف و کاهش ابعاد ستون ها، در معماری مدرن و طراحی های خاص بسیار محبوب است. امکان اجرای ستون ها با اشکال هندسی متنوع، آزادی عمل بیشتری به طراحان می دهد.
ساخت سوله و انبارهای بزرگ
در سوله ، انبارها و سالن های صنعتی که نیاز به ستون های بلند و مقاوم دارند، از CFT به دلیل استحکام بالا و کاهش ابعاد ستون ها استفاده می شود.