انواع سازه فولادی؛ کاربرد و ویژگی‌های هرکدام
دسترسی سریع به محتوای این مطلب
لزوم استفاده از سازههای فولادی به دلیل استحکام و دوام قابل‌توجهی است که دارند. در دنیای امروزه، سازههای فولادی را در همه‌جا می‌بینیم؛ از ساخت انواع پل گرفته تا ساختمان، سیلو، صنایع پتروشیمی و… اما می‌دانید انواع سازه فولادی کدام‌اند؛ هرکدام چه ویژگی‌هایی دارند و در کدام بخش‌های ساختمان استفاده می‌شوند؟ برای اینکه بدانید چند نوع سازه فولادی وجود دارد و ویژگی‌های سازه فولادی چیست، با ما همراه باشید.
یک نکته مهم این است که میلگرد عضو مهم و مشترک در میان همه‌ی سازه‌هاست؛ به همین دلیل هم قیمت هر شاخه میلگرد می‌تواند یکی از عواملی باشد که در هزینه‌های کلی پروژه شما تأثیرگذار است.
مواد تشکیل دهنده سازههای فولادی
سازه فلزی (Steel Structure) بنا به ماهیت خود، سازه‌ای است که از متصل شدن اجزای متعدد به یکدیگر ساخته می‌شود.
فولادها با ایجاد تغییر ریز ساختار با انجام عملیات حرارتی لازم، تولید و مورداستفاده قرار می‌گیرند. فولاد، آلیاژی است از دو نوع ماده کربن و آهن تشکیل‌شده و با اضافه شدن مواد افزودنی به آن، اعم از گوگرد، کروم، نیکل، فسفر، و منگنز، خواص ویژگی‌ای به دست می‌آورد. به‌عنوان‌مثال: افزودن مس خواص مقاومت در برابر خوردگی فولاد را بهتر می‌کند.
استحکام تسلیم و استحکام کششی بالاتر را می‌توان با افزودن منگنز و کربن به دست آورد، اگرچه دو جنبه منفی نیز وجود دارد و باعث می‌شود نتیجه نهایی سخت‌تر و شکل‌پذیری فولاد کمتر شود.
مقاومت در برابر خوردگی و مقاومت در برابر دمای بالا، از دیگر ویژگی‌های سازه فولادی هستند که می‌توان آنها را با افزودن نیکل و کروم تقویت کرد. استحکام خستگی و توانایی جوش این محصول را می‌توان با افزودن گوگرد و فسفر به آن بهبود بخشید. امروزه از سازههای فلزی در زمینه‌های مختلفی مانند اسکلت ساختمان به‌خصوص ساختمان‌های بلند، ساخت انواع پل، مخزن نگهداری سیالات و … استفاده می‌شود.
انواع و گریدهای مختلف فولاد
مقاطع فولادی مختلفی که برای سازههای فولادی در نظر گرفته می‌شوند، شامل میلگرد، تیرآهن، قوطی پروفیل، لوله فولادی و … است.
فولادهای کربنی
فولاد کربنی، از فولادهای مصرفی رایج در بسیاری از صنایع است که در عین مقرون‌به‌صرفه بودن، خواص مکانیکی فوق‌العاده‌ای نیز دارد. فولاد کربنی، معمولا از 0.05 تا حدود 2.0 درصد وزنی کربن، به‌علاوه آهن و مقادیر ناچیزی از عناصر دیگر تشکیل‌شده است.
از این فولاد بیشتر برای ساخت لوله‌هایی استفاده می‌شود که در سازه فولادی کاربرد دارند.
فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا
فولادHSLA، مخفف «High Strength Low Alloy» به‌معنای فولاد کم آلیاژ پراستحکام است. این نوع فولاد بانام «فولاد میکروآلیاژی» نیز شناخته می‌شود که خواص مکانیکی بهتر و مقاومت بالا در برابر خوردگی دارد.
افزودن عناصر آلیاژی به این فولاد، مقاومت و سختی آن را افزایش می‌دهد. عناصر آلیاژی مانند تنگستن، وانادیوم، سیلیکون، نیکل، مولیبدن و منگنز از جمله این آلیاژها هستند که برای افزایش مقاومت و همچنین افزایش سختی به فولاد میکروآلیاژی اضافه می‌شوند.
اجزای سازه فولادی
یک سازه فولادی به‌طورکلی از چهار جزء تشکیل‌شده است:
- تیرها
- ستون
- اجزای کششی
- اجزای خمشی و فشاری
تیرها
تیرها عضو مهم و جدانشدنی یک سازه فلزی هستند؛ یعنی بدون وجود آنها نمی‌توان یک سازه را کامل کرد. صفحه‌ستون،کف پله‌ها و ورق‌های باربر نیز عضو کوچکی از تیر به شمار می‌روند.
ستون
وجود ستون‌ها برای یک سازه فلزی ضروری است و برای ساخت ستون از تیرآهن یا قوطی و پروفیل استفاده می‌شود. اگر از قوطی پروفیل استفاده کنند؛ باید داخل ستون‌ها را بتن‌ریزی کنند تا استحکام بیشتری به سازه ببخشد.
اجزای کششی
اجزای کششی یک سازه، برای نگهداری و انتقال بارهای محوری کششی طراحی می‌شوند.
اعضای خمشی و فشاری
منظور از اعضای خمشی، اتصالات سخت در سازه هستند که به شکل صلیبی اجرا می‌شوند و باید سیستم قاب خمشی را به هم متصل کنند. تیرها مهم‌ترین بخش سیستم قاب خمشی هستند. این اعضای خمشی باید به‌قدری مستحکم و بادوام باشند که سازه بتواند در برابر فشارهای واردشده مقاومت بالایی داشته باشد.
مزایا و معایب انواع سازههای فلزی
سازههای اسکلت فلزی مانند هر نوع ساختمان دیگری، مشکلات و مزایای خاص خود را دارند. سازههای فولادی مزایایی زیادی دارند که در ادامه به مهم‌ترین آنها اشاره می‌شود.
مزایای استفاده از سازه فولادی
- تقویت سازه فولادی در هرزمانی، امکان‌پذیر است.
- سرعت کلی ساخت‌وساز در هنگام استفاده از سازههای فولادی به طرز چشمگیری بالا است که این موضوع می‌تواند کمک کند که هزینه‌های ساخت‌وساز کاهش پیدا کند.
- فولاد، استحکام بالایی در برابر کشش و فشارهای واردشده به ساختمان دارد و استفاده از آن باعث می‌شود که مقاومت ساختمان زیاد شود.
- خاصیت جوش‌پذیری، شکل‌پذیری آسان و همچنین خاصیت فنری و الاستیکی از دیگر ویژگی‌های استفاده از سازههای فولادی است.
- فولادهای ساختاری دارای ارزش چقرمگی بالایی هستند. بنابراین برای کاربردهای ساختمانی بسیار مناسب هستند. (توانایی یک ماده برای جذب انرژی را چقرمگی می‌گویند.)
- سازههای فولادی طرح‌های مختلف معماری را ممکن می‌سازند. در سرتاسر دنیا ساختمان‌ها، برج‌ها و پل‌های فولادی حیرت‌انگیز و زیبایی را می‌توان مشاهده کرد.
معایب سازههای فولادی
البته، در کنار همه‌ی این ویژگی‌ها و مزایایی که سازههای فولادی دارند، این نوع سازه‌ها دارای معایبی هم هستند:
- خوردگی، یک مسئله مهم در سازههای فولادی است: به‌طورکلی، هر ساختمانی که با سازه فولادی ساخته‌شده باشد، به‌خصوص اگر در معرض آب‌وهوای مرطوب باشد، (مانند پل‌ها)، بیشتر با پدیده خوردگی مواجه است. ازاین‌رو، به تعمیر و نگهداری منظم نیاز دارد و این‌یکی از مشکلاتی است که اغلب در سازههای فولادی دیده می‌شود.
- سازههای فولادی اغلب گران‌تر از سایر انواع سازه‌ها هستند: این موضوع باعث می‌شود استفاده از آنها برای پروژه‌های کوچک‌تر با بودجه محدود، به‌مراتب کمتر جذاب باشد.
- فولادها به‌طورکلی در برابر آتش و حرارت محکم نیستند و تغییر شکل می‌دهند و حتی تا حدودی هم ریزش می‌کنند.
انواع سازههای فولادی
هنگامی‌که صحبت از نوع سازه به میان می‌آید، انتخاب مطمئن‌ترین نوع سازه، موضوع مهمی است که باید به آن توجه کنید. سازه فولادی نسبت به دیگر انواع سازه مانند بتنی بهتر است. البته موضوع مهم این است که شما بتوانید انواع این سازه را بشناسید و از هرکدام متناسب با ویژگی و کاربردهایی که دارند، برای مصارف مختلف استفاده کنید.
به‌طورکلی، انواع سازه فولادی را می‌توان به 4 دسته تقسیم کرد:
- سازه معلق suspension structure
- سازه قابی framed structure
- سازه خرپایی truss structure
- سازه پوسته‌ای shell structure
سازه معلق
از این نوع سازه در پل‌های معلق یا سقف‌های طویل که نیروی کششی زیادی بر اعضای سازه وارد می‌شود، استفاده خواهد شد. اسکلت قاب‌بندی شده در این نوع سازه‌ها، توسط کابل‌های کشیده شده، آویزان است.
سازه قابی
سازه قابی از ستون‌های عمودی فولادی و تیرهای افقی به شکل I تشکیل‌شده است که در اصل یک قاب اسکلت فلزی را تشکیل می‌دهد. اگر قرار باشد که سازه، ارتفاع زیادی داشته باشد، استفاده از سازه قابی ضروری است؛ به این دلیل که از سقف، دیوار و طبقات به‌خوبی پشتیبانی می‌کند.
تیرآهن‌ها در سازه قابی نقش مهم و موثری دارند و به همین دلیل هم قیمت تیر آهن می‌تواند در روند قیمت این نوع سازه تاثیرگذار باشد. از مهم‌ترین کاربردهای سازه قابی فولادی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- استفاده در ساختمان‌هایی با ارتفاع زیاد مانند ساختمان‌های چندطبقه و آسمان‌خراش‌ها
- قابل استفاده در انبارها
- قابل استفاده در ساختمان‌های صنعتی
- قابل کاربرد در ساختمان‌های مسکونی
- قابل استفاده در سازههای موقت
- و…
نکته: سازه قابی، احتیاج به مقاوم‌سازی دارد، زیرا در اثر حرارت نرم می‌شود و از بین می‌رود.
سازه خرپایی
سازه فولادی خرپایی، با ظاهری مثلثی شکل به‌خوبی می‌تواند نیروی کششی و فشاری را تحمل کند و به سازه منتقل کند. این نوع سازه را می‌توان در سه نوع ساده، مرکب و پیچیده تولید کرد. سازه خرپایی را می‌توان در برخی از کاربردها، به‌صورت مجدد استفاده کرد.
سازه پوسته‌ای
سازه فولادی پوسته‌ای یکی از انواع سازههای فلزی است که با شکل ویژه هندسی ساخته شده و نسبتا ضخامت کمتری دارد. این محصول، از ورق‌های نازک استوانه‌ای و کره‌ای ساخته می‌شود؛ ازاین‌رو، استفاده از آن باعث می‌شود وزن سازه به‌طور قابل‌توجهی کاهش پیدا کند.
سازه پوسته‌ای با حجم فضایی مانند استوانه، برای ساخت سیلو و مخازن نگهداری سیالات در کارخانه‌ها و… استفاده می‌شود.
در این مطلب در مورد انواع سازه فولادی، ویژگی‌ها و کاربردهای این محصول صحبت کردیم. فولاد به دلیل ساختار و استحکام بالا، در ساخت‌وساز شناخته‌شده است و دوام و قدرتی که فراهم می‌کند با چوب یا بتن قابل مقایسه نیست! به همین دلیل در بیشتر موارد افراد برای ساخت‌وساز، فولاد را انتخاب می‌کنند و آن را به‌دلیل مزایای مختلف، برای ساخت‌وساز ترجیح می‌دهند. ما در این مقاله در مورد انواع سازه فولادی صحبت کردیم و ویژگی‌های هرکدام را توضیح دادیم.
سازههای فولادی چند نوع دارند؟
به طور کلی، سازه فولادی را می‌توان به چهار دسته سازه معلق، سازه قابی، سازه خرپایی و سازه پوسته‌ای تقسیم کرد.
مزایای استفاده از سازه فولادی چیست؟
این نوع سازه استحکام بالایی در برابر کش و فشارهای واردشده به ساختمان دارد و استفاده از آن باعث می‌شود که مقاومت ساختمان زیاد شود. علاوه‌بر‌این، خاصیت جوش‌پذیری، شکل‌پذیری آسان و همچنین خاصیت فنری و الاستیکی از دیگر ویژگی‌های استفاده از سازههای فولادی است.
معایب سازههای فولادی چیست؟
خوردگی در این نوع سازه‌ها به‌وفور دیده می‌شود و علاوه‌بر‌این، فولادها در برابر آتش و حرارت محکم نیستند و تغییر شکل می‌دهند.