در دنیایی که همه‌روزه به سمت و سوی صنعتی شدن قدم برمی‌دارد، تجهیزاتی که این نیاز را پاسخگو باشند، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. یکی از این تجهیزات مهم که به ویژه در صنعت ساخت و ساز، پتروشیمی و غیره کاربرد بسیاری دارد، انواع سازه های فولادی هستند.

سازه‌های فلزی (به انگلیسی Steel Structure) انواع مختلفی دارند که هر کدام از کاربردی منحصر به خود برخوردار هستند. علت لزوم استفاده از این اجزا، انواع سازه‌ های فولادی و مزایای استفاده از آن، موضوعی است که قصد داریم در مقاله پیش رو به آن بپردازیم. با شاهین فلز سپاهان همراه شوید.

سازه فولادی چیست؟

فولاد از اجزای جدانشدنی در صنایع گوناگون است و در بخش‌های مختلف یک پروژه صنعتی، به اشکال مختلف به کار گرفته می‌شود. یکی از موارد کاربرد فولاد، استفاده از آن در ساخت سیستم‌های سازه‌ای می‌باشد. سیستم سازه‌ای در حقیقت مجموعه‌ای از المان‌های فولادی است که به هم‌دیگر متصل شده‌اند و توانایی تحمل بار وارده را خواهند داشت. طراحی سیستم سازه‌ای یا سازه‌ای فولادی بر عهده‌ مهندسین سازه است.

اجزای سازه فولادی شامل چه مواردی می‌شود؟

سازه‌های فلزی به ‌طور کلی شامل اجزای زیر می‌شوند:

  • تیرها

تیرها عضو مهم و جدانشدنی یک سازه فلزی هستند؛ یعنی بدون وجود آن‌ها نمی‌توان یک سازه را کامل کرد. صفحه ‌ستون،کف پله‌ها و ورق‌های باربر نیز عضو کوچکی از تیر به شمار می‌روند.

  • ستون‌

ستون‌ها در یک سازه عملا بارهای فشاری را تحمل می‌کنند و معمولاً به صورت افقی و عمودی از آن‌ها استفاده می‌شود. ستون‌ها در سازه معمولا یا از تیرآهن و یا قوطی پروفیل ساخته می‌شوند. استفاده از تیرآهن برای ستون سازه محدودیتی ندارد و می‌توان از هر سه نوع ipe, ipb و cnp استفاده کرد. نحوه استفاده از قوطی پروفیل برای ستون نیز بدین صورت است که داخل قوطی‌ها را بتن‌ریزی می‌کنند تا استحکام بیشتری به اسکلت ببخشند.

  • اجزای کششی

اجزای کششی یک سازه، در حقیقت برای نگهداری و انتقال بارهای محوری کششی تعبیه می‌شوند.

  • اجزای 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.

انواع سازه های فولادی کدام است؟

شناخت انواع سازه های فولادی به انتخاب بهترین نوع از آن کمک بسیاری می‌کند. از آن‌جایی که هر کدام از این انواع مصارف مخصوص به خود را دارد، لازم است با هر یک از آن‌ها آشنا شوید. این تنوع به شرح زیر است:

  • سازه معلق

سازه فولادی معلق یکی از انواع سازه‌‌های فلزی است. سازه فولادی معلق به سازه‌‌های با سطوح افقی گفته می‌شود که در آن‌‌ها طبقات با استفاده از کابل‌های آویزان شده سهمی شکل با قدرت زیاد پشتیبانی می‌شوند. قدرت یک سازه فولادی معلق از شکل کابل‌های قوی تاب‌دار سهمی شکل حاصل می‌شود.

علت وجود انحنای سهمی گونه در سازه فولادی معلق، مقاوم‌‌سازی این سازه در برابر فشارهای خارج از مرکز یا جانبی مانند فشار ناشی از باد یا ارتعاش و غیره است. از این نوع سازه در پل‌های معلق یا سقف‌های طویل که نیروی کششی زیادی بر اعضای سازه وارد می‌شود، استفاده می‌شود.

برای آشنایی با چگونگی ایجاد و راه‌های مقابله با خستگی سازه، مطالعه مقاله خستگی سازه فلزی چیست + مراحل مختلف ایجاد آن را پیشنهاد می‌کنیم.

  • سازه قابی

یکی از انواع سازه‌‌های فولادی، سازه قابی شکل است. قاب فولادی یک تکنیک ساختمان‌سازی است که در آن از یک اسکلت فلزی استفاده می‌شود. این اسکلت از ستون‌ های فولادی عمودی و تیرهای افقی I شکل که به‌ صورت شبکه‌ های مستطیلی ساخته‌ شده‌ اند تشکیل می‌ شود.

وظیفه این شبکه‌‌های مستطیلی پشتیبانی از طبقات، سقف و دیوارها که همگی متصل به آن اسکلت هستند، خواهد بود. چنان‌چه 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.

پروفیل فولادی رول شده یا بخش‌های متقاطع ستون‌ های فولادی، شکل حرف I را تشکیل می‌دهند. دو لبه پهن در یک ستون، ضخیم‌تر و پهن‌تر از لبه‌‌های یک تیر هستند. علت این مسئله نیز افزایش تحمل بار فشاری در سازه است. بخش‌های فولادی مربعی و لوله‌‌ای شکل نیز می‌توانند در سازه فولادی قابی استفاده شوند.

در این صورت این بخش‌ها با بتن پر می‌‌شوند. تیرهای فولادی با استفاده از پیچ و چفت پیچ‌دار به ستون‌ها متصل شده‌‌اند. به دلیل افزایش تحمل در برابر خمش لحظه‌ای، جان تیر در تیرهای I شکل اغلب پهن‌‌تر از جان ستون‌ها است. ورقه‌های پهن عرشه‌های فولادی نیز می‌توانند برای پوشاندن سطح فوقانی سازه فولادی قابی استفاده شوند.

علاوه بر این موارد، تیرآهن‌ نیز در سازه قابی نقش مهم و موثری دارد و به همین دلیل هم قیمت تیرآهن 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

سازه فولادی قابی، احتیاج به مقاوم‌سازی دارد؛ چراکه در اثر حرارت نرم می‌شود و از بین می‌رود.

  • سازه خرپایی

سازه خرپایی یکی دیگر از انواع سازه های فولادی است. خرپا در حقیقت یک سازه تشکیل‌ شده از تیرها و سایر اجزا است و یک ساختار مشبک را تشکیل می‌دهد.

در تعریف، خرپا سازه‌‌ای مشتمل بر اجزایی است که دو نیرو ایجاد می‌کنند. یک جزء دو نیرویی عبارت است از سازه‌‌ای که در آن نیرو فقط به دو نقطه وارد می‌‌شود. در این نوع سازه اجزا به‌ گونه‌ای کنار هم قرار گرفته‌‌اند که ترکیب کلی به‌ صورت یک شی واحد عمل کند.

خرپا‌ها عموما شامل 5 واحد مثلثی شکل یا بیشتر هستند. این مثلث‌ ها دارای اجزا مستقیم و صاف بوده که انتهای آن‌ها در مفصل‌‌ها به یک‌دیگر متصل شده‌اند. به این مفاصل گره Node گفته می‌‌شود.

در این نوع ساختار نیروهای خارجی و واکنش‌ ها به این نیروها، فقط در ناحیه مفصل‌ها اعمال می‌شوند و منجر به ایجاد نیرو در اجزای کششی یا فشاری می‌‌گردند. این نوع سازه را می‌توان در سه نوع ساده، مرکب و پیچیده تولید کرد.

  • سازه پوسته‌ای

سازه فولادی پوسته‌ای یکی از انواع سازه‌ های فولادی است که با شکل ویژه هندسی ساخته شده و نسبتا ضخامت کمتری نسب به سایر ابعاد دارد. سازه فولادی پوسته‌‌ای، در حقیقت سازه‌‌ای با حجم فضایی مانند کره یا استوانه است که برای ساخت سیلوها و مخازن نگه‌‌داری سیالات در کارخانه‌‌‌ها و… مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.

از آن‌جایی که این محصول، از ورق‌های نازک استوانه‌ای و کره‌ای ساخته می‌شود؛ استفاده از آن منجر 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 غیره استفاده می‌شود.

کاربرد سازه فلزی شامل چه مواردی می‌شود؟

از سازه‌های فولادی به طور گسترده در موارد زیر استفاده می‌شود:

  • ساخت انواع پل‌ها
  • کاربرد در ساخت اسکلت ساختمان
  • مخازن نگهداری سیالات

سازه های فولادی چه مزایایی دارند؟

به کارگیری سازه‌های فلزی شامل مزایای بسیاری است که منجر به کاربرد گسترده آن‌ها می‌شود. این مزایا شامل موارد زیر است:

  1. فولادهای ساختاری توانایی جذب انرژی بالایی دارند. بنابراین برای کاربردهای ساختمانی بسیار مناسب هستند.
  2. 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.
  3. سازه‌های فولادی طرح‌های مختلف معماری را ممکن می‌سازند.
  4. خاصیت جوش‌پذیری، شکل‌پذیری آسان و همچنین خاصیت فنری و الاستیکی از دیگر ویژگی‌های استفاده از سازه‌های فولادی است.
  5. تقویت سازه‌ فولادی در هرزمانی، امکان‌پذیر است.
  6. فولاد، استحکام بالایی در برابر کشش و فشارهای واردشده به ساختمان دارد و استفاده از آن باعث می‌شود که مقاومت ساختمان زیاد شود.

معایب سازه های فولادی چیست؟

در کنار تمامی مزایا، سازه‌های فولادی معایبی نیز دارند. در ادامه به شماری از این موارد اشاره خواهیم کرد:

  • خوردگی- 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 این ‌یکی از مشکلاتی است که اغلب در سازه‌های فولادی دیده می‌شود.
  • قیمت بالا- این موضوع باعث می‌شود استفاده از آن‌ها برای پروژه‌های کوچک‌تر با بودجه محدود، به‌مراتب کمتر جذاب باشد.
  • عدم مقاومت در برابر حرارت- سازه‌های فولادی در برابر آتش و به طور کلی حرارت مقاومت بالایی ندارند و تغییر شکل می‌دهند. گاها ممکن است دچار ریزش نیز شوند.

جمع بندی

در این مطلب ضمن معرفی سازه‌ و انواع سازه‌های فولادی، به بررسی کاربردها و مزایای استفاده از آن پرداختیم. به طور کلی سازه فولادی از اجزای مختلفی از جنس فولاد تشکیل شده است و سازه معلق، سرپایی، خرپایی و پوسته‌ای از انواع آن محسوب می‌شود.

منبع (Resource): Structural steel

سوالات متداول:

انواع سازه های فولادی کدام اند؟

انواع این سازه‌ها شامل سازه‌های معلق، سرپایی، خرپایی و پوسته‌ای می‌شود.

اجزای سازه های آهنی شامل چه مواردی می‌شود؟

تیرها، ستون، اجزای کششی و اجزای خمشی و فشاری از اجزای سازه‌های فولادی به حساب می‌آیند.