ستون قوطی یا تیرآهن دوبل؟ مقایسهٔ اجرایی برای اسکلت فلزی

در بیشتر ساختمان‌های اسکلت فلزی کوچک و متوسط، دو گزینهٔ آشنا برای ستون روی میز است: ستون قوطی (مقطع بستهٔ مربع یا مستطیل) و ستون دوبل تیرآهن (دو تیرآهن که با ورق یا تسمه به هم متصل می‌شوند). در این راهنما ستون قوطی و ستون دوبل را از نگاه اجرا مقایسه می‌کنیم: رفتار کلی مقطع، اتصال تیر، ساخت در کارگاه، رنگ و خوردگی، و آنچه باید سفارش داد. تصمیم نهایی دربارهٔ نوع و ابعاد ستون همیشه با مهندس محاسب است؛ هدف ما این است که گفت‌وگوی شما با او و خرید آهن‌آلات دقیق‌تر شود.

دو گزینه را بشناسیم

ستون قوطی یک مقطع بسته است. می‌تواند قوطی آمادهٔ کارخانه‌ای باشد، مثل قوطی مربع (SHS) و قوطی مستطیل (RHS) که در کاتالوگ آهن آسا با استاندارد EN 10219-2 و گرید S235JRH عرضه می‌شوند، یا ستون «باکس» که از جوش چهار ورق ساخته می‌شود. در ستون باکس ساختنی، ورق‌ها معمولاً از ورق ضخیم مثل ورق سیاه ضخیم S235JR تأمین می‌شوند.

ستون دوبل تیرآهن از دو شاخه تیرآهن IPE (یا گاهی IPN) ساخته می‌شود که در فاصلهٔ مشخصی کنار هم قرار می‌گیرند و با ورق‌های سرتاسری یا تسمه‌های فاصله‌دار (بست) به هم جوش می‌شوند. اگر تفاوت دو تیرآهن IPE و IPN برایتان روشن نیست، راهنمای تفاوت تیرآهن IPE و IPN را ببینید.

رفتار مقطع: محور ضعیف، پیچش و بار دوطرفه

یک تیرآهن تکی محور قوی و محور ضعیف دارد؛ یعنی در یک جهت سخت و در جهت دیگر نرم‌تر است. دوبل کردن تیرآهن‌ها و فاصله دادن آن‌ها از هم بخشی از این ضعف را جبران می‌کند، اما رفتار ستون به جزئیات اتصال دو شاخه هم بستگی دارد.

مقطع بسته از این نظر متفاوت است. به گفتهٔ مؤسسهٔ لوله‌های فولادی (Steel Tube Institute) در مقاله‌ای فنی، مقاطع توخالی در برابر پیچش بیش از ۲۰۰ برابر مقاطع باز هم‌وزن مقاومت دارند و چون محور ضعیف ندارند، در ستون‌های بلند معمولاً به مهاربندی کمتری نیاز است؛ همین منبع مقطع توخالی را برای ستون‌های گوشه، جایی که مقاومت در هر دو محور مهم است، توصیه می‌کند. یک تولیدکنندهٔ قوطی (Atlas Tube) هم در متنی تبلیغاتی ادعا می‌کند که ستون قوطی در ظرفیت محوری برابر، جای کمتری از نقشه می‌گیرد و در خمش دومحوره کارآمد است.

این‌ها مزیت‌های کلی مقطع است، نه نتیجهٔ طراحی یک ساختمان مشخص. اینکه در پروژهٔ شما کدام مقطع با چه ابعادی لازم است، به بارها، ارتفاع طبقه، سیستم باربر جانبی و الزامات مبحث دهم مقررات ملی ساختمان بستگی دارد و فقط مهندس محاسب می‌تواند آن را تعیین کند.

اتصال تیر به ستون

در اجرا، اتصال تیر به ستون یکی از تعیین‌کننده‌ترین تفاوت‌هاست:

• ستون دوبل: بال‌ها و فضای بین دو شاخه در دسترس جوشکار است. نشیمن، ورق اتصال و سخت‌کننده‌ها روی سطوح باز نصب و بازرسی می‌شوند و کنترل چشمی جوش ساده‌تر است.
• ستون قوطی: بعد از بسته شدن مقطع، داخل آن در دسترس نیست. هر قطعه‌ای که باید داخل ستون باشد (مثلاً ورق‌های پیوستگی یا دیافراگم در اتصال‌های گیردار، اگر طراح بخواهد) باید پیش از بستن آخرین وجه یا با جزئیات ویژه اجرا شود. منبع یادشدهٔ Steel Tube Institute توصیه می‌کند به‌جای ورقی که از داخل ستون عبور می‌کند، ورق برشی روی وجه ستون مشخص شود و این را راه اقتصادی‌تر می‌داند. تولیدکنندهٔ یادشده هم از پیچ‌های یک‌طرفه (Blind Bolt) برای اتصال به مقطع بسته نام می‌برد.

پس اگر نقشهٔ شما اتصال‌های گیردار زیادی دارد، پیش از انتخاب ستون قوطی جزئیات اجرایی اتصال را با طراح و پیمانکار اسکلت مرور کنید.

ساخت در کارگاه و کنترل کیفیت

ستون دوبل یعنی دو شاخه تیرآهن، ورق یا تسمهٔ اتصال و مقدار قابل‌توجهی جوش طولی یا موضعی. کیفیت نهایی به تراز بودن دو شاخه، فاصلهٔ درست آن‌ها و کیفیت جوش بست‌ها وابسته است.

ستون قوطی آماده جوش طولی کارخانه‌ای دارد و در کارگاه فقط برش، صفحه‌ستون و اتصال‌ها به آن اضافه می‌شود؛ بنابراین حجم جوش کارگاهی کمتر است. ستون باکس ساختنی از ورق برعکس، جوش طولی زیادی می‌خواهد و کیفیت آن به تجهیزات و مهارت سازنده بستگی دارد.

رنگ، پوشش و خوردگی

به گفتهٔ Atlas Tube، مقطع توخالی در ظرفیت برابر محیط و سطح بیرونی کمتری از مقطع باز دارد و به مصالح کمتری برای رنگ یا پوشش ضدحریق نیاز دارد؛ همین سازنده می‌گوید چون گوشهٔ تورفته ندارد، اجرای رنگ ساده‌تر است و ضخامت پوشش در گوشه‌ها یکنواخت‌تر می‌ماند. در ستون دوبل، فضای بین دو شاخه و پشت بست‌ها برای رنگ‌آمیزی و بازدید دسترسی سخت‌تری دارد.

در مقابل، داخل ستون قوطی پس از ساخت دیده نمی‌شود. نکتهٔ عملی این است که آب باران دوران اجرا و رطوبت نباید به داخل ستون راه پیدا کند و سر ستون‌ها باید درست بسته شود. اگر ستون یا قاب گالوانیزه گرم می‌شود، راهنمای SN50 دربارهٔ طراحی برای گالوانیزه تأکید می‌کند که مقاطع توخالی به سوراخ‌های تهویه و تخلیه نزدیک دو سر، در دو طرف مقابل، نیاز دارند تا روی سطح داخلی هم پوشش بنشیند؛ همین راهنما ساختن محفظهٔ کاملاً بسته در قطعه‌ای که گالوانیزه می‌شود را ممنوع می‌داند. برای نگهداری آهن‌آلات پیش از نصب هم راهنمای نگهداری آهن‌آلات در کارگاه را ببینید.

سفارش آهن‌آلات ستون

• ستون قوطی آماده: ابعاد بیرونی، ضخامت دیواره، طول هر شاخه و تعداد را دقیقاً از نقشه بردارید. قوطی‌ها در دستهٔ قوطی و پروفیل آمده‌اند.
• ستون باکس ساختنی: فهرست ورق را بر اساس ضخامت و عرض هر وجه و طول ستون تهیه کنید و پرت برش را در نظر بگیرید.
• ستون دوبل: تعداد شاخه‌های تیرآهن، به‌علاوهٔ ورق‌های سرتاسری یا تسمه‌های بست و ورق صفحه‌ستون.
• برای هر سه حالت، گواهی کارخانه و گرید مشخص‌شده در نقشه را هنگام تحویل کنترل کنید و هر جایگزینی (سایز، ضخامت یا نوع مقطع) را فقط با تأیید کتبی مهندس محاسب بپذیرید.

جمع‌بندی

ستون قوطی و ستون دوبل تیرآهن هر دو در اسکلت فلزی جا افتاده‌اند. مقطع بسته در پیچش و بار دوطرفه کارآمد است، سطح کمتری برای رنگ دارد و جوش کارگاهی قوطی آماده کمتر است، اما داخل آن در دسترس نیست و جزئیات اتصال گیردار را باید از قبل حل کرد. ستون دوبل دسترسی ساده‌تری برای اتصال و بازرسی دارد ولی جوش و دقت ساخت بیشتری می‌خواهد. انتخاب با مهندس محاسب است؛ وقتی نقشه نهایی شد، برای تهیهٔ فهرست و استعلام قوطی، تیرآهن و ورق ستون‌ها می‌توانید با کارشناسان آهن آسا تماس بگیرید.