سازه فولادی چیست؟
سازه هایی را سازه های فولادی می‌نامند که مصالح اصلی آن برای انتقال و تحمل نیرو از جنس فولاد باشد. بست ها و اتصالات به کار رفته در این نوع سازه‌ها از نوع جوشی، پرچی یا پیچ می‌باشد و بسته به نوع اتصالات ،قطعات مورد نیاز طراحی شده و کنترل ها و استاندارد های متفاوتی بر روی آنها اعمال می‌شود.در حال حاضر فولاد از مهم‌ترین مصالح برای ساختن ساختمان ها، پل ها و سایر سازه‌های ثابت است.
در ساختمان سازی از اصطلاح قاب فولادی یا اسکلت فولادی استفاده می‌شود. ساختمان‌هایی که اسکلتی فولادی دارند، از ستون‌های عمودی و تیرهایشکل افقی که به شکل شبکه‌های مستطیلی به هم وصل شده‌اند، تشکیل می‌گردند. این شبکه مستطیل-شکل، سقف ها، دیوار ها و طبقاتی را که به اسکلت ساختمان متصل اند را سرجا خود ثابت نگه میدارند. توسعه این نوآوری، ساخت آسمان خراش ها را میسر کرده است.
مشخصات مکانیکی فولاد:
ویژگی هایی که فولاد را برای ساختمان سازی مناسب گردانیده است بشرح ذیل می‌باشد:
- تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت
- وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک
- شکل‌پذیری
- خاصیت چکش خواری و تورق
- خاصیت خمش پذیری
- خاصیت فنری و جهندگی
- خاصیت چقرمگی
- خاصیت سختی استاتیکی و دینامیکی
- مقاومت نسبی بالا
- ضریب ارتجاعی بالا
- جوش پذیری
- همگن بودن
- امکان استفاده از ضایعات
- امکان تقویت مقاطع در صورت نیاز
تاریخچه‌ی سازه‌های فولادی :
استفاده از فلز به عنوان عضوی از مصالح سازه‌ای ساختمان سازی، نخستین بار با ساخت یک پل قوسی به دهانه ۳۰ متر و با بهره گیری از مصالح چدنی، در حد فاصل سال‌های ۱۷۷۷ تا ۱۷۷۹ آغاز شد و پس از آن رواج پیدا کرد. بعدها و از سال ۱۸۴۰، چدن معمولی جای خود را در سازه‌ها کم کم به آهن کم کربن با قابلیت شکل پذیری بالا داد.
با پیشرفت مستمر صنعت و توانمندی در تولید پروفیل های فولادی و چدنی، استفاده از این فلزها در صنعت ساختمان سازی رایج شد. فرایند نورد میلگردها نخستین بار در سال ۱۷۸۰ و همچنین نورد ریل‌ها نیز برای اولین بار در سال ۱۸۲۰ آغاز شد که سرانجام به نورد پروفیل‌های I شکل در سال ۱۸۷۰ منجر شد.
در سال ۱۸۵۵ بسمر روش خود را برای تولید فولاد، ارائه داد و با پشت سر گذاشتن سیر تکاملی خود، سرانجام در سال ۱۸۷۰، استفاده از فولاد در ساختمان سازی رایج شد و سرانجام در سال ۱۸۹۰ آهن کم کربن به مرورتنزل درجه یافت و جای خود را به فولاد داد. امروزه از فولاد به عنوان یکی از پرکاربردترین و مهم ترین مصالح ساختمانی یاد می‌شود که برای مصارف مختلف و با استحکام‌های تسلیمی در حدود ۲۴۰ تا ۷۰۰ مگاپاسکال (۲۴۰۰ تا ۷۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع) به تولید می‌رسد و در بازار مصرف عرضه می‌گردد.
پل سفید اهواز، نخستین پل معلق ایران
انواع سازه های فولادی
سازه های فولادی به چهار دسته اصلی تقسیم بندی می‌شوند:
-سازه های قابی (framed structure) :
معمولاً از مجموعه ای متشکل از تیرها (اعضای افقی) و ستون ها (اعضای قائم) تشکیل شده است.
سازه های قابی، سازه هایی اند متشکل از تیر ها و ستون ها که با اتصالات صلب یا ساده به یکدیگر متصل اند. سازه های قاب بندی شده ممکن است به صورت ساختمان های چندطبقه و یا ساختمان های صنعتی باشند. اکثر ساختمان های متداول دارای اسکلت قابی اند.
-سازه های پوسته ای (shell structure):
از ورق های پیوسته و با اشکال هندسی خاص نظیر استوانه و کره تشکیل می‌گردند.
سازه های پوسته ای به صورت گوناگون از قبیل مخازن نگهداری مایعات و گازهای تحت فشار، سیلوها و ... کاربرد دارند .
-سازه های معلق ( suspension structure):
در اعضای آن ها نیروی کششی حاکم است.
در پل ها با دهانه های بلند و سقف ها از سازه های معلق استفاده می‌گردد.
در چنین سازه هایی یک اسکلت قاب بندی شده وجود دارد (مثلاً در پل سازی، عبورگاه یا عرشه پل و در پوشش ها، اسکلت سقف) که توسط آویزها و بست هایی از کابل های کششی اصلی آویزان است.
سازه های معلق در پل سازی بسیار رایج اند.
-سازه های خرپایی (truss structure):
اعضای آن ها، نیروهای محوری (کششی یا فشاری) را متحمل می‌شوند و انتقال می‌دهند.
خرپا، مجموعه ای است که بارها را به وسیلۀ ترکیبی مثلثی شکل از اعضا با اتصال مفصلی به تکیه گاه ها منتقل می‌کند. در اعضای خرپا فقط نیروی محوری فشاری و کششی ایجاد می‌شود و در عمل، ممکن است تنش خمشی در بین اتصالات به میزان کمی در اثر اصطکاک آن ها و بارهای وارده و پخش شده در اعضا، بوجود آید که قابل چشم پوشی است.
محاسن سازه های اسکلت فولادی:
از مزایا اسکلت های فولادی می‌توان به خواص مکانیکی منحصر به فرد و استحکام در برابر کشش و فشار اشاره کرد. علاوه بر این به دلیل امکان کنترل کیفیت فولاد و استاندارد های تولیدی دقیق تر در کارخانه به هنگام تولید، نسبت به بتن و مصالح بنایی دارای ویژگی‌های مناسب‌تری است.
اسکلت فولادی دارای محاسن دیگری هم است مانند امکان توسعه‌ی سازه، امکان پیش ساخته کردن قطعات، سرعت نصب، فضای اشغالی کمتر، قابلیت استفاده در فواصل زیاد از سطح زمین و اتصال چند قطعه به یکدیگر توسط جوش یا پیچ.
معایب سازه های اسکلت فولادی:
فولاد به دلیل وجود آهن در برابر رطوبت هوا حساس است و این ویژگی منجر به زنگ زدگی اسکلت فولادی می‌شود. لذا برای جلوگیری از این اتفاق، باید از روش‌هایی مانند رنگ آمیزی با رنگ‌های ضدزنگ و دیگر روش‌های حفاظتی به خصوص در مناطقی مثل بنادر و اسکله ها استفاده کرد. احتمال اتصالات بد با کیفیت نامطلوب در جوشکاری و مقاومت کم در برابر حریق، از دیگر معایب سازه‌های فولادی می‌باشد.
منبع: گروه تأمین محتوای فولاد24