آشنایی با فولاد های ساختمانی- قسمت اول

معرفی فولادهای ساختمانی

از جمله مهمترین مصالحی که در ساختمان سازی استفاده می شود فولاد و فرآورده های فولاد است. بکارگیری این مصالح در قسمتهای مختلف ساختمان مزایای زیادی دارد. از جمله مهمترین این مزایا شامل مقاومت بالا، انعطاف پذیری در تغییر شکل، یکسان بودن مقاومت آن در فشار و کشش می باشد. از آنجا که معادن سنگ آهن در کشور ایران فراوان است بسیاری از کارخانجات به تولید و فرآوری این عنصر مهم پرداخته اند که نتیجه ی آن استفاده ی زیاد فولاد در ساختمان سازی و پروژههای عمرانی است.  در این مقاله به معرفی انواع فولاد، انواع سازه های ساختمانی، انواع قاب های فولادی، مزایا و معایب سازه های فولادی، انواع سازه های فولادی و اشکال مختلف آنها و همچنی کاربرد آن ها در ساختمان سازی بپردازیم.

مزایای سازه‌های فولادی

ابعاد کوچک

اگر دو ساختمان از لحاظ ارتفاع و زیربنا با یکدیگر مساوی باشند، ساختمانی که در آن از فولاد و سازه های فلزی استفاده کرده باشند دارای ابعاد کوچکتری نبست به ساختمان بتنی می باشند. به سطحی که سازه های بتنی اشغال می کند در معماری  سطح مرده می گویند.

 مقاومت زیاد‌

مقاومت سازه های فلزی بسیار زیاداست. در شرایط وزنی مساوی مقاومت سازه های فولادی چندین برابر بتن می باشد. هر چه  مقاومت برای سازه بیشتر باشد اهمیت استفاده از فولادهای افزایش می یابد. از این رو از اسکلت فلزی در سوله‌هاو ساختمان‌های مرتفع بهره می گیرند.

‌طول عمر بالا

دوام و طول عمر فولاد بسیار بالا بوده و ساختمان هایی که با فولاد مقاوم شده باشند طول عمری بیشتری خواهند داشت.

همگن بودن

همکن بودن یک مزیت عالی در مصالح ساختمانی است. فولاد و شکل های مختلف آن کاملا پیوسته و همگن می باشند. این مورد سبب افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله خواهد شد.  به این صورت که در سازه های بتنی بتنی اسیب های وارده  در زمان زلزله به پوشش بتنی روی سطح میلگرد وارد  شده و رفته رفته سبب کاهش مقاومت ساختمان در برابر زلزله های بعدی خواهد شد.

خواص یکسان

خواص یکنواخت بدان معناست که بر خلاف بتن اسکلت های فلزی در برابر عوامل خارجی مقاومت بالاتری داند. از این رو برای صرفه جویی در مصالح ساختمانی از اسکلت فلزی استفاده می کنند.

‌ انعطاف پذیری بالا

از مزایای بالای استفاده از مصالح فلزی این است که می توانند تمركز تنش را از بین ببرند،‌ و در زمان زلزله از تخریب ناگهانی  جلوگیری نمایند.

خاصیت ارتجاعی‌

خاصیت ارتجاعی فولاد با تقریب بالا به صورت عملی قابل مشاهده است. فولاد تا تنش‌های بسیار بالا نیز از قانون هوك طبعیت می نماید. بطور مثال اگر ممان اینرسی یك مقطع فولادی در محاسبه وارد نمایید و نتیجه ای معین دریافت کنید این درحالی است که سازه های بتنی از این مزیت چندان برخوردار نیستند.

امکان تقویت مصالح فلزی

از جمله مزایای سازه های فلزی امکان تقویت آن با استفاده  از جوش‌ ، پرچ کردن، ‌پیچ كردن، اضافه کردن دهانه های جدید می باشدکه موضوع سبب اصلاح امحاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط اجرا می باشد

نصب آسان فولادها

تولید و نصب سازه های فلزی در هر آب و هوا و شایط جوی مختلف با تمهیدات اجرایی امکان پذیر بوده و آن را به یک مزیت برای سازه های فلزی تبدیل نموده است.

ضریب نیروی لرزه‌ای پایین

زلزله سبب ایجاد نیروهای درونی در اجزا ساختمان میگردد. در قاب‌های فلزی كه وزن کمتری دارد ضریب نیروی لرزه‌ای، کمتراز قاب‌های بتنی است.

با وجود تمامی این مزایا، سازه های فولادی و مصالح فولادی دارای معایبی نیز می باشند در ادامه به آن می پردازیم

معایب سازه‌های فولادی

از آنجا که سازه های فلزی مقاومت پایینی در برابر عوامل جوی دارند و پدیده ی خوردی در آن ها به وفور دیده می شود باید با دقت بیشتری از مصالح فولادی وتیرآهن  نگهداری نمود.

ضعف در برابر خوردگی

‌قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن كاسته می‌شود و مخارج نگهداری و محافظت آن زیاد است.

کاهش مقاومت در دمای بالا

هر چه دمای مصالح فلزی افزایش یابند مقاومت آن نیز کاهش خواهد یافت. بصورتی که اگر دمای اسكلت فلزی به  ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی گراد یا بالاتر برسد، خطر ریزش اسکلت فلزی و ساختمان وجود دارد.

‌جوش پذیری کم

در اسکلت های فلزی برای جوش دادن اتصالات به یکدیگز از جوش، پرچ، پیچ استفاده می کنند. اما جوش دادن این قطعات به یکدیگر نیاز به کارگران ماهر، بکارگیری دستگاه های جدید، کنترل و بازرسی مهندس ناظر و استفاده از آزامایش جوش دارد که این مراحل ممکن است هزینه ی ساخت را افزایش دهد.

امکان رخ دادن كمانش‌

از آنجا که  قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی در آن ها عمدتا كوچك می باشند تمایل به كمانش در این قطعات زیاد می باشد.

معرفی انواع فولادها

همانگونه که می دانید عنصر اصلی فولاد کربن می باشد. اما فولادها فقط شامل کربن نمیباشند و آلیاژهای مختلفی این ترکیب را شامل می شوند. کربن و منگنز از جمله عناصر این ترکیب می باشند. ترکیب فولاد از حداکثر درصد کربن، ۱/۷٪، منگنز ۱/۶۵٪ ،  سیلیکن ۰/۶٪، و مس ۰/۶٪ تشکیل شده است. فولادی که هیچ درصدی از کربن را شامل نشود آهن خالص است. انواع فولاد بسته به درصد کربنی که شامل می شود طبقه بندی می شوند.

فولاد دارای کربن زیاد: حدود ۰/۶ الی ۱/۷ درصد

فولاد دارای کربن متوسط : حدود ۰/۳ الی ۰/۵۹ درصد

فولاد دارای کربن ملایم: حدود ۰/۱۵ الی ۰/۲۹ درصد

فولاد با کربن بسیار کم : کمتر از ۰/۱۵ ٪

فولاد نرمه ساختمانی چیست؟

درصد این فولاد حدود ۰/۳ الی ۰/۵۹ می باشد. از این نوع فولاد در ساخت پروفیل‌های ساختمانی بهره می برند. هر چه میزان کربن به کار رفته در این فولاد بیشتر شود استحکام این فولاد در تنش تسلیم بیشتر می شود. از دیگر ویژگی های پروفیل با کربن بالا شکل پذیری پایین  و کاهش جوش پذیری است. کاهش جوش پذیری بدان معناست که برای عملیات جوشکاری باید عملیات های پیش گرمایش‌ و پس گرمایش و الکترودهای خاص را انجام داد.