ستون کوتاه

به ستونی که نسبت ابعاد مقطعش به ارتفاعش نسبتا بزرگه، ستون کوتاه (short column 🕵️‍♂️) میگن. در اثر بارجانبی وارد بر دیافراگم، در ستون های طبقه شرایط زیر حاکم است:

• جابجایی ستون ها: ستون های کوتاه و بلند جابجایی افقی یکسانی دارن (∆).

• سختی ستون ها: از اونجایی که سختی جانبی ستون ها با توان سوم طول ستون (L) نسبت عکس داره، ستون های کوتاه سختی جانبی بیشتری دارن.

• نیروی جذب شده ستون ها: با توجه به جابجایی یکسان ستون کوتاه و ستون بلند و سختی بیشتر ستون کوتاه نسبت به ستون بلند، نیروی جذب شده (F) توسط ستون کوتاه با توجه به فرمول زیر به مراتب بیشتر از ستون بلنده:

بطور کلی در هنگام زلزله عضوی از سازه که جذب انرژی بیشتری داره زودتر از بقیه اعضا خراب میشه. با توجه به نیروی (انرژی) بالای جذب شده توسط ستون های کوتاه، خرابی در سازه با شکست در این ستون ها آغاز میشه که به پدیده ستون کوتاه (short column effect 🕵️‍♂️) معروفه. بدلیل سختی خمشی بالای ستون های کوتاه، جاری شدن خمشی به تعویق میوفته و با رسیدن  نیروی برشی ستون به حد مقاومت برشیش، شکست برشی تو سازه اتفاق میوفته. این پدیده بیشتر تو سازه های بتنی اتفاق میوفته که بدلیل ماهیت ناگهانیش (بدلیل شکست برشی) بدترین نوع شکست تو سازه های بتنیه.

ستون کوتاه یا بصورت عمدی یا اتفاقی تو سازه ایجاد میشه. حالت عمدی وقتیه که ما به هر دلیلی مجبور هستیم یک ستون کوتاه در سازه داشته باشیم. در این حالت طراح برای کاهش خطر ستون کوتاه، طراحی رو جوری انجام میده که موقع زلزله این ستون ها در محدوده ارتجاعی باقی بمونن. برای همینم سطح مقطع ستون بزرگ انتخاب میشه و در تمام طول ستون خاموت گذاری ویژه انجام میشه (مقاومت برشی ستون رو با این کارا افزایش میدیم). اما تو حالت غیر عمدی معمولا ابعاد مقطع خیلی بزرگ نبوده و بدلیل مهارشدگی در قسمتی از طول ستون، نسبت ابعاد مقطع به طول مهار نشده ستون بزرگ میشه و ستون کوتاه بوجود میاد.

در ساختمون ها معمولا طول ستون ها یکسان بوده و پدیده ستون کوتاه اتفاق نمیوفته، ولی درموارد زیر چنانچه جزییات مناسب در مراحل مختلف طراحی، محاسبه و اجرا درنظر گرفته نشه، ستون کوتاه تشکیل میشه:

1- اجرای بازشو در مجاورت ستون:

ایجاد بازشوها در دیوارهای میانقاب ساختمون به منظور فراهم کردن نور طبیعی و تهویه، باعث محصورشدگی جانبی جزئی در ارتفاعی از ستون توسط عناصر صلب و درنتیجه تشکیل ستون کوتاه میشه. علاوه بر این اگه بخشی از میانقاب (آجری، بلوکی، سفالی و بتنی) تا تراز سقف ادامه پیدا نکنه، در قسمت ارتفاع آزاد ستون، ستون کوتاه تشکیل میشه.

2- اجرای ستون روی شیب:

با احداث ساختمون بر روی زمین شیبدار (مانند دامنه کوه) در اولین طبقه روی سطح پی، ستون هایی با ارتفاع مختلف ایجاد میشه. در این حالت به دلیل طول کمتر ستون بالای شیب نسبت به بقیه ستون ها با پدیده ستون کوتاه مواجهیم.

3- اختلاف سطح در کف ها:

اختلاف تراز در سازه های دوبلکس و اتصال تیر میان طبقه در راه پله ها باعث کاهش طول موثر ستون ودرنتیجه تشکیل ستون کوتاه میشه.

4- مهاربند K :

این مهاربندی یکی از ستون های قاب رو قطع میکنه و ستون بلند رو به دو ستون کوتاه تبدیل میکنه. در ویرایش سوم استاندارد 2800، برای سازه های یک طبقه و دو طبقه، استفاده از این نوع مهاربند مجاز بود. اما در ویرایش چهارم استاندارد 2800 استفاده از این نوع مهاربند کاملا ممنوع است.

5- نورگیر زیرزمین ها:

چنانچه برای تهویه و روشنایی زیرزمین، تراز کف طبقه همکف بالاتر از سطح زمین درنظر گرفته بشه، در حد فاصل سطح زمین تا کف طبقه همکف ستون کوتاه تشکیل میشه. این حالت شباهت زیادی به اجرای بازشو در مجاورت ستون داره.