मिश्रित संरचना क्या है?
कम्पोजिट यानी दो या ज़्यादा सामग्रियाँ जो मिलकर एक की तरह काम करें। मिश्रित संरचना में एक ही हिस्से में स्टील और कंक्रीट साथ लगते हैं।
दोनों को याद करो। कंक्रीट दबाव में मज़बूत है पर भारी और भंगुर। स्टील खिंचाव और दबाव में मज़बूत है पर पतला हो तो मुड़ता है और आग में नरम हो जाता है।
साथ रखने पर हर एक दूसरे की कमज़ोरी ढक देता है। दोनों को जुड़े रहना और एक की तरह हिलना चाहिए, इसलिए सरिया, स्टड या ट्यूब का आकार उन्हें फिसलने नहीं देता।
स्टील-प्रबलित कंक्रीट (SRC)
SRC (जापानी में 鉄骨鉄筋コンクリート) में स्टील का ढाँचा (H-बीम और कॉलम) कंक्रीट के अंदर रखा जाता है, और साथ में साधारण सरिया और घेरे भी लगते हैं।
- स्टील अतिरिक्त ताक़त देता है, इसलिए हिस्सा पतला बन सकता है।
- कंक्रीट स्टील को ढकता है। वह उसे मुड़ने से रोकता है और आग व जंग से बचाता है।
- यह मेल बहुत मज़बूत है और अचानक टूटने के बजाय मुड़ता है, जो भूकंप में अच्छा है।
यह ऊँची इमारतों और बड़ी बीमों में काम आता है, पर काम जटिल और महँगा है क्योंकि स्टील, सरिया और कंक्रीट साथ लगाने पड़ते हैं।
कंक्रीट-भरी स्टील ट्यूब (CFT)
CFT (コンクリート充填鋼管) में गोल या चौकोर स्टील पाइप में कंक्रीट भरा जाता है।
- ट्यूब कंक्रीट को कसकर बाँधती है (confinement)। दबने पर कंक्रीट किनारों की ओर फूलना चाहता है। ट्यूब उसे रोकती है, इसलिए कंक्रीट बहुत ज़्यादा भार उठा लेता है।
- अंदर का कंक्रीट पतली ट्यूब की दीवार को अंदर की ओर सिकुड़ने (स्थानीय बकलिंग) से रोकता है।
- ट्यूब खुद साँचा है, इसलिए लकड़ी का साँचा नहीं चाहिए और काम जल्दी होता है।
CFT खंभे पतले, मज़बूत और मज़बूत इरादे वाले (मुड़ सकने वाले) होते हैं। ऊँची इमारतों में लोकप्रिय हैं।
मिश्रित संरचना बेहतर क्यों
विकल्पों की तुलना करो:
- RC: सस्ता, आग से सुरक्षित, भारी।
- स्टील: हल्का और तेज़, पर आग-रोधी परत और ब्रेस चाहिए।
- मिश्रित: मज़बूत और पतला, आग से सुरक्षित, भूकंप में मज़बूत और RC से तेज़।
क़ीमत यह है कि डिज़ाइन जटिल है और स्टील-कंक्रीट के जोड़ मुश्किल हैं। डिज़ाइनर को पक्का करना होता है कि दोनों भार बाँटें।
करके देखो
3D में: हर बटन के साथ भार वाला स्लाइडर चलाओ। सिर्फ़ कंक्रीट और सिर्फ़ स्टील जल्दी फेल होते हैं। SRC और CFT सुरक्षित रहते हैं।
घर पर: काग़ज़ की एक नली लो और उसमें सूखी रेत भर दो। उसे खड़ा करके ऊपर किताब रखो। रेत भरी नली किताब सह लेती है, ख़ाली नली मुड़ जाती है। CFT का विचार यही है: भराव नली को मुड़ने नहीं देता और नली भराव को थामे रखती है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- कम्पोजिट = स्टील + कंक्रीट, एक हिस्से की तरह
- SRC = प्रबलित कंक्रीट के अंदर स्टील का ढाँचा
- CFT = स्टील ट्यूब के अंदर कंक्रीट
- कसाव (confinement): ट्यूब कंक्रीट को फूलने से रोकती है
- कंक्रीट ट्यूब की दीवार को अंदर मुड़ने से रोकता है
हल किए गए उदाहरण
1. CFT खंभे में कंक्रीट को किनारों की ओर फूलने से कौन रोकता है?
उसके चारों ओर की स्टील ट्यूब। इसे कसाव (confinement) कहते हैं। कसा हुआ कंक्रीट ज़्यादा भार उठाता है।
2. डिज़ाइनर को गगनचुंबी इमारत के लिए पतला खंभा चाहिए जो आग भी सहे। RC, सिर्फ़ स्टील या SRC में कौन बेहतर है?
SRC। स्टील उसे मज़बूत और पतला बनाता है और कंक्रीट की परत स्टील को आग से बचाती है।
3. CFT खंभों में साँचे की ज़रूरत कम क्यों होती है?
स्टील ट्यूब खुद साँचा है। उसमें सीधे कंक्रीट डालते हैं। इससे समय और लकड़ी बचती है।
आम गलतियाँ
- यह कहना कि कम्पोजिट का मतलब कोई भी दो सामग्रियाँ हैं। इमारतों में इसका मतलब स्टील और कंक्रीट का साथ काम करना है।
- SRC और CFT को उलझाना। SRC में कंक्रीट के अंदर स्टील है; CFT में स्टील के अंदर कंक्रीट।
- CFT में सारा भार ट्यूब का मानना। दोनों भार उठाते हैं, और कंक्रीट ट्यूब को मुड़ने से भी रोकता है।
- यह मानना कि कम्पोजिट हमेशा सस्ता होता है। वह मज़बूत और तेज़ है, पर डिज़ाइन और जोड़ जटिल हैं।