بهره‌گیری از اسکلت CFT (سازه‌های متشکل از ستون‌های فولادی پرشده با بتن) مزایای فنی، اجرایی، عملکردی و اقتصادی متعددی در پی دارد. در این مقاله به مهم‌ترین مزایای اقتصادی سازه‌های CFT می‌پردازیم و این مزایا را در چهار حوزه مورد بررسی قرار خواهیم داد.
کاهش وزن فولاد مصرفی
اصلی‌ترین مزیت اقتصادی این نوع سازه، کاهش وزن فولاد مصرفی و درنتیجه هزینه تمام‌شده پروژه است. مجموعه ویژگی‌های رفتاری سازه، ازجمله استفاده بهینه از مقاومت فولاد و بتن، کاهش احتمال کمانش موضعی بخش فولادی ستون، افزایش عمر مفید و مقاومت بتن به‌دلیل محصورشدگی، بهبود نسبت‌های مجاز بُعد به ضخامت و بهره‌مندی از ویژگی‌های مقاطع HSS منجر به کاهش قابل توجه میزان فولاد مصرفی اسکلت CFT نسبت به اسکلت فولادی خواهد شد.
کاهش هزینه و زمان پروژه
بخش قابل توجهی از زمان پروژه شامل فرآیند ساخت ستون‌ها در کارخانه می‌باشد. استفاده از مقاطع HSS به‌دلیل پیش‌ساختگی سبب کاهش زمان ساخت ستون می‌گردد. ضمنا کیفیت و دقت بالای ساخت این مقاطع، تأخیرهای ناشی از خطای ساخت درحین نصب سازه را نیز به‌صورت قابل‌توجهی کاهش می‌دهد. ازسوی‌دیگر مقاطع HSS به‌دلیل تولید صنعتی باوجود کیفیت بالاتر نسبت به مقاطع معمول ستون، هزینه تمام‌شده پایین‌تری دارند.
باتوجه به این که مقاطع HSS به‌صورت خودکار از ورق فولادی رول‌شده تولید می‌شوند، دارای کیفیت سطحی مطلوبی هستند که سبب کاهش هزینه آماده‌سازی سطح می‌گردد. ضمنا مقاطع بسته نسبت به مقاطع باز به‌دلیل سطح آزاد کمتر، هزینه رنگ‌آمیزی پایین‌تری خواهند داشت.
بتن همیشه به‌عنوان یکی از مصالح مقرون‌به‌صرفه در ساخت سازه‌ها موردتوجه بوده است، اما یکی از بزرگ‌ترین موانع استفاده از آن زمان بالای اجرای سازه‌های بتنی است. یکی از اصلی‌ترین علل زمان زیاد موردنیاز برای اجرای سازه بتن‌آرمه، مدت‌زمان لازم برای افزایش مقاومت بتن به‌میزان لازم جهت تحمل بارهای سرویس حین ساخت است. ازسوی‌دیگر عملیات قالب‌بندی و بازنمودن قالب‌ها نیز به سهم خود به زمان زیادی نیاز دارد. در ستون‌های CFT بخش فولادی پیرامونی علاوه‌براینکه به‌عنوان قالب دائمی بتن ظاهر می‌شود، بارهای سرویس در زمان نصب را نیز به‌تنهایی تحمل می‌کند. درنتیجه علی‌رغم بهره‌گیری از مزیت‌های بتن در این ستون‌ها، سرعت اجرا نیز افزایش خواهد یافت.
حذف یا کاهش هزینه حفاظت ستون‌ها در برابر حریق
بدون استفاده از پوشش ضد حریق، مقاومت ستون‌های فولادی در برابر حریق کمتر از سی دقیقه است؛ لذا مطابق الزامات مبحث سوم مقررات ملی ساختمان، تمامی ستون‌های فولادی به پوشش ضدحریق نیاز خواهند داشت. بهره‌گیری از پوشش ضدحریق از یک سو سبب افزایش هزینه‌های پروژه و از سوی دیگر منجر به افزایش ابعاد ستون‌ها و کاهش فضای مفید ساختمان خواهد شد.
در سازه‌های CFT به علت ترکیب بتن و فولاد با خصوصیات حرارتی متفاوت، اختلاف دمای قابل ملاحظه‌ای در مقطع عرضی ستون ایجاد خواهد شد. به دلیل همین تفاوت دمایی است که مقاطع فولادی پرشده با بتن، بدون نیاز به پوشش خارجی قادر به تحمل حریق به مدت 2 ساعت یا بیشتر خواهند بود.
اما در مقطع فولادی پرشده با بتن، به‌دلیل جذب گرما توسط هسته بتنی، تغییرات دما در جدار فولادی با سرعت بسیار پایین‌تری رخ می‌دهد که به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای مقاومت در برابر حریق را افزایش می‌دهد. از سوی دیگر درصورت از دست رفتن مقاومت مقطع فولادی، هسته بتنی باربری را برعهده داشته و از فروریزش ناگهانی سازه جلوگیری می‌نماید.
تغییر دمای مقاطع مختلف در هنگام آتش‌سوزی
باتوجه‌به تحقیقات صورت‌پذیرفته، پارامترهای گوناگونی ازجمله هندسه مقطع، خروج از مرکزیت بار و ضخامت لایه محافظ در برابر حریق بر مقاومت مقطع فولادی پرشده با بتن در برابر حریق اثر می‌گذارند. هندسه مقطع و ضخامت لایه محافظ در برابر آتش بیشترین تأثیر را در توزیع دما در ستون دارند. مطابق تحقیقات، در ستون‌های پرشده با بتن، هنگامی‌که دما در جدار فولادی بیرونی به 900 درجه سلسیوس رسیده است، بخش فولادی درونی دمایی کمتر از 500 درجه سلسیوس را تجربه می‌کند. همین امر سبب تحمل بالاتر ستون‌های با دولایه فولاد نسبت به ستون‌های CFT معمولی در برابر حریق می‌گردد.
افزایش فضای مفید ساختمان در اسکلت CFT
امروزه در ساخت و سازهای متراکم شهری، فضای مفید داخل ساختمان پارامتر مهمی در تامین آسایش و رفاه ساکنان به شمار می‌رود. علاوه بر این، تعبیه پارکینگ‌های کافی و با ابعاد استاندارد، از جمله دغدغه‌های مهندسان معمار بوده و هست.
همان‌طور که در بخش مزیت‌های رفتاری اسکلت CFT اشاره شد، مقاومت مقاطع CFT نسبت به مقاطع فولادی و بتنی با ابعاد مشابه به‌مراتب بالاتر است. این مورد سبب می‌شود ستون CFT نسب به مقطع هم‌مقاومت فولادی و بتنی، ابعاد کوچک‌تری داشته باشد. درنتیجه فضای مفید داخل ساختمان افزایش یافته و پارکینگ‌های بیشتری تعبیه خواهد شد.
تفاوت ابعاد در مقاطع مختلف با مقاومت موجود یکسان
یکی از محدودیت‌های اجرای دهانه‌های بلند و استفاده از سیستم باربر جانبی قاب خمشی، افزایش بیش‌ازحد ابعاد ستون‌هاست. همین عامل در بسیاری از موارد طراحان را از این تصمیم منصرف می‌سازد. قابلیت اسکلت CFT منجر به ساخت سازهای با دهانه‌های بلند و آزاد (فاقد دیوار برشی یا مهاربند) می‌شود. مجموعه این مزیت‌ها منجر به افزایش فضای مفید داخلی و تعبیه پارکینگ‌های بیشتر می‌شود. تأمین پارکینگ موردنیاز در طبقات زیرین که ستون‌ها دارای بزرگ‌ترین ابعاد هستند، بسیار تاثیرگذار است.
