یک راهنمای جامع برای سازه فولادی و اسکلت فلزی

در دنیای امروز همه جا سازه فولادی را می بینیم و استفاده می کنیم. وجود راه‌آهن‌هایی که ما هر روز از خانه تا محل کار استفاده می‌کنیم، یا یکی از پربازدیدترین جاذبه‌های گردشگری جهان برج ایفل، با استفاده از فولاد به عنوان یک مصالح سازه‌ای امکان‌پذیر شده است. به لطف خواص منحصر به فرد آن، همه انواع فولاد پایه و اساس جامعه مدرن ما را تشکیل می دهند. اما فولاد سازه ای دقیقا چیست؟ تفاوت فولاد نرم و سازه ای چیست؟ چرا و چگونه مردم از آن استفاده می کنند؟ تمام این سوالات و موارد دیگر در این مقاله به طور کامل توضیح داده خواهد شد.

1.) سازه فولادی و اسکلت فلزی چیست؟

فولاد سازه ای نوعی فولاد است که به عنوان مصالح ساختمانی استفاده می شود. به گونه ای طراحی شده است که نسبت استحکام/وزن خوبی داشته باشد (که به آن استحکام ویژه نیز گفته می شود) و مقرون به صرفه باشد تا بتواند به عنوان یک جزء سازه ای در ساختمان ها، جاده ها، پل ها و غیره سودمند باشد.

2.) چرا فولاد؟ فولاد به عنوان یک ماده مقاوم

فولاد، یکی از ضروری ترین مواد دنیای مدرن، در انواع و اشکال مختلف موجود است. این به سادگی یک آلیاژ آهن و مقدار بسیار کمی کربن (تا 2.1٪ وزن) است. گاهی اوقات عناصر دیگری نیز وجود دارد. به دلیل استحکام کششی بالا و قیمت پایین، جزء مهمی است که در زیرساخت ها، ابزارها، کشتی ها، اتومبیل ها، ماشین آلات، لوازم خانگی و ساختمان ها مورد استفاده قرار می گیرد.

  فولادها با ایجاد تغییر ریز ساختار با انجام عملیات حرارتی لازم با توجه به ویژگی مورد نظر با روش های مختلف تولید تولید و مورد استفاده قرار می گیرند. علاوه بر این، عناصر آلیاژی را می توان برای داشتن خواص متفاوت به فولاد اضافه کرد. نمودارهای فاز به ویژه در عملیات حرارتی مهم هستند.

شکل 1: نمودار فاز تعادل آهن – کربن

3.) انواع و گریدهای سازه فولادی

فقط یک نوع فولاد ساختاری وجود ندارد. بسته به نیاز برای آن کاربرد خاص، اشکال و درجه های مختلفی وجود دارد. فولادهای سازه‌ای بر اساس شکل مقطع طبقه‌بندی می‌شوند، مانند شکل‌های پرکاربرد I، T، C (2). علاوه بر شکل آنها، عیار فولاد به طور مستقیم بر خواص مکانیکی تأثیر می گذارد. بنابراین، گریدهای مختلف فولاد سازه ای باید با توجه به الزامات طراحی متفاوت انتخاب شوند.

چندین نوع فولاد را می توان شکل داد و به عنوان تیر، میله، صفحه، میله یا پروفیل استفاده کرد. در اینجا مواد فولادی ساختاری استاندارد آمده است:

فولادهای کربنی:

زمانی که به افزودن هر عنصر آلیاژی دیگری (مانند تنگستن، زیرکونیوم، کبالت، نیکل و غیره) نیازی نباشد، محتوای مس از 0.4 درصد تجاوز نکند یا عناصر زیر از درصدهای مشخص شده تجاوز نکنند، فولاد را می توان به عنوان فولاد کربنی تعریف کرد. وزن (Mn: 1.6٪، Si: 0.6٪، Cu: 0.6٪) (3). فولادهای کربنی به طور کلی بر اساس محتوای کربن خود به عنوان فولادهای کم کربن (<0.3٪)، کربن متوسط ​​(0.3-0.6٪)، کربن بالا (0.6-1٪) و کربن فوق العاده بالا (1.25-2٪) طبقه بندی می شوند. بیشتر در لوله ها و لوله های ساختاری استفاده می شود.

فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا:

این نوع فولادها به گونه ای طراحی شده اند که خواص مکانیکی بهتری داشته باشند و نسبت به فولادهای کربنی در برابر خوردگی جوی مقاوم تر باشند. آنها حاوی منگنز تا 2.0٪ هستند. بخش‌های کوچکی از سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن، وانادیم، نیوبیم و تیتانیوم را می‌توان در ترکیب‌های مختلف برای تغییر خواص استفاده کرد (3). فولادهای هوازدگی که زیرگروه فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا هستند، با تشکیل لایه ای غیرفعال و زنگ زدگی بر روی سطح، مقاومت بالایی در برابر خوردگی جوی دارند که یکی از فولادهای سازه مهم است. بیشتر در اشکال ساختاری و صفحات استفاده می شود.

فولادهای آهنگری:

آهنگری به سادگی فرآیند شکل دادن به فلز در حالت جامد است. با اعمال انرژی مکانیکی و حرارتی به شمش یا بیلت فولادی انجام می شود. این فرآیند یک ساختار دانه ای یکنواخت را به ماده معرفی می کند که با حذف حفره ها، حباب های گاز، ناپیوستگی در ماتریس را کاهش می دهد و استحکام کلی را افزایش می دهد (4).

فولادهای آلیاژی کوئنچ و تمپر شده:

نوعی فولاد سازه ای (به عنوان مثال A514) که بیشتر در ساخت و سازهای ساختمانی استفاده می شود. همانطور که از نام آن مشخص است، این نوع فولاد مراحل عملیات حرارتی کوئنچ و تمپرینگ را پشت سر گذاشته است.

4.) شکل ساختاری مشترک سازه فولادی و اسکلت فلزی

اشکال فولادهای ساختاری در بسیاری از استانداردهای جهانی ارائه شده است. به طور خلاصه زوایای، تلرانس ها، ابعاد و اندازه گیری های مقطع فولادها بر روی استانداردها تعریف می شود و این فولادها نامگذاری می شوند. شکل زیر شکل 2 شکل ساختاری رایج فولادها را نشان می دهد. در حالی که بسیاری از بخش‌ها با نورد سرد یا گرم تشکیل می‌شوند، بخش‌های دیگر با جوشکاری صفحات صاف یا خمیده به یکدیگر ساخته می‌شوند.

شکل 2: انواع شکل های سازه فولادی و اسکلت فلزی

ب) ASTM

این فولادها دارای شناسه آلیاژی مرتبط هستند که با A شروع می شود و سپس دو، سه یا چهار عدد شروع می شود. گریدهای چهار عددی فولاد AISI که معمولاً برای مهندسی مکانیک، ماشین‌آلات و وسایل نقلیه استفاده می‌شوند، یک سری مشخصات کاملاً متفاوت هستند. نام های خاصی برای همه فولادها وجود دارد.

به عنوان مثال:
A1085 – لوله و لوله ساختاری
A36 – اشکال ساختاری و صفحه

5.) مزایا و معایب سازه فولادی و اسکلت فلزی

مزایای	معایب
نسبت قدرت به وزن بالا	مستعد خوردگی است
تولید آسان و با حجم بالا	هزینه بالا برای مقاوم کردن آن در برابر خوردگی
شکل گرفته و قالب گیری شده است	خستگی
ارزان	کمانش
عمر طولانی	کاهش قدرت در دماهای بالا

نسبت استحکام به وزن بیشتر:

در مقایسه، فولاد از نظر نسبت استحکام به وزن بر هر مصالح ساختاری معمولی مانند سنگ، سیمان یا چوب غالب است. یعنی تحمل در برابر پایه های ضعیف بیشتر است.

شکل پذیری خوب:

شکل پذیری توانایی مواد برای تحمل بارهای بدون شکست است. به دلیل خاصیت ارتجاعی فولاد، پس از خم شدن می تواند به شکل اولیه خود بازگردد. تسلیم شدن تا حدی از خرابی های زودرس جلوگیری می کند. مواد سخت و شکننده می توانند به طور ناگهانی خراب شوند، بنابراین مطلوب نیستند.

چقرمگی بالا:

توانایی یک ماده برای جذب انرژی را چقرمگی می گویند. فولادهای ساختاری دارای ارزش چقرمگی بالایی هستند. بنابراین برای کاربردهای ساختمانی بسیار مناسب هستند. آنها هر دو قوی و انعطاف پذیر هستند. همچنین لازم به ذکر است که تفاوت اصلی فولادهای نرم و سازه ای در این است که سازه فولادی و اسکلت فلزی برای حمل بارهای بالاتر بدون افتادگی بی مورد سخت تر هستند.

تنوع معماری:

سازه های فولادی و اسکلت فلزی طرح های مختلف معماری را ممکن می سازد. در سرتاسر دنیا ساختمان ها، برج ها و پل های فولادی حیرت انگیزی را می توان مشاهده کرد. اگر بفهمیم که این ماده از نظر اقتصادی برای استفاده به عنوان یک جزء ساختاری، فقط صد سال پیش، منطقی نبود، شگفت زده می شد.

صرفه جویی در فضا:

در مقایسه با بتن مسلح، یک حامل فولادی 40×40 سانتی‌متر مربع می‌تواند همان کار حامل بتن مسلح 100×100 سانتی‌متر مربع را انجام دهد. این مثال نشان می دهد که صرفه جویی خالص از نظر یک منطقه قابل استفاده می تواند انجام شود (5).

اشکالاتی وجود دارد که با هزینه های اضافی مانند خوردگی و حساسیت به آتش یا خطر کمانش تحت بارهای سنگین قابل حل است. با این حال، مزایای عمده هنوز ممکن است در برنامه های طراحی خاص بیشتر از این معایب باشد.

6.) کاربردهای سازه فولادی و اسکلت فلزی

با شنیدن کلمه فولاد سازه چه چیزی به ذهن شما خطور می کند؟ امیدوارم فقط ساخت و ساز نباشد. فولاد سازه ای ترجیحی ترین فلز توسط معماران، طراحان، مهندسان، پیمانکاران و سازندگان است. به دلیل خواص به خصوص بسیار بادوام، مقاوم در برابر خوردگی، کششی و قیمت نسبتاً پایین در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گرفته است.

ساخت و ساز

فولاد سازه ای کاربردهای متفاوتی در صنعت ساختمان دارد. به طور کلی در طراحی و ساخت مکان های صنعتی استفاده می شود. فولاد سازه ای نسبت مقاومت به وزن بالایی دارد که استفاده از آن را در ساخت سازه های عظیم مانند ساختمان ها، انبارها، پل ها، کارخانه ها و غیره بسیار عالی می کند. ایجاد شده توسط سازندگان فولاد سازه ای که در صنعت ساختمان استفاده می شود. هر ساله حدود 25 درصد از فولادهای سازه ای در ساخت و ساز ساختمان ها استفاده می شود.

معدن

صنعت معدن کاربردهای زیادی از فولاد سازه ای دارد. بیشتر اجزای زیرسازه معدن با استفاده از سازه فولادی تقویت می شوند. کلیه کارگاه ها، ادارات، بخش های سازه ای معادن مانند صفحه های معدنی، دیگ های بستر سیال، ساختمان ها با سازه فولادی و اسکلت فلزی ساخته می شوند. فولاد سازه ای به دلیل سطح صافی که دارد به راحتی تمیز می شود. بنابراین، با عناصر دیگر تداخل نداشته باشید

حمل و نقل

سازه فولادی برای تولید کامیون ها، گیربکس ها، قطارها، ریل ها و کشتی ها، زنجیر لنگر، زیرشاخه های هواپیما و اجزای موتور جت استفاده می شود. اکثر این خودروها حاوی مقدار قابل توجهی فولاد ساختاری هستند. فولادهای سازه ای به دلیل خاصیت ارتجاعی، مقاومت در برابر خوردگی، استحکام کششی، شکل پذیری، چکش خواری و مقرون به صرفه بودن مورد استفاده قرار می گیرند.

دریایی

به عنوان مثال، اکثر وسایل نقلیه دریایی با استفاده از فولاد ساختاری ساخته می شوند. زیردریایی‌ها، قایق‌ها، سوپرتانکرها، نردبان‌ها، کف‌پوش‌های فولادی و گریتینگ، پله‌ها و بخش‌های ساخته شده از فولاد. فولاد ساختاری می تواند در برابر فشارهای خارجی مقاومت کند، می تواند به راحتی تشکیل شود. این ویژگی ها باعث می شود که فولادهای ساختاری برای بخش دریایی هدفمند شوند.

انرژی

کاربردهای سازه فولادی زیادی در صنعت انرژی وجود دارد. در بسیاری از ساختمان‌های صنعتی در منابع انرژی تجدیدپذیر و غیر قابل تجدید مانند برج‌های انتقال، خطوط لوله، توربین‌های بادی، آهنرباهای الکتریکی، هسته‌های ترانسفورماتور، چاه‌های نفت و گاز استفاده می‌شود.

7.) استانداردها

اشکال سازه فولادی، اندازه، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی مانند استحکام، شیوه های ذخیره سازی بر اساس استانداردها ساخته شده است. فولادهای سازه ای عموماً بر اساس استانداردهای صنعتی مناسب یا ملی مانند ASTM، API، BSI، ISO و غیره مشخص می شوند. در بیشتر موارد، استانداردها عمدتاً الزامات اساسی مانند محدودیت در ترکیب شیمیایی و خواص کششی را ارائه می دهند.

دو استاندارد رایج مورد استفاده عبارتند از استاندارد اروپایی (EN 10025) و استاندارد آمریکایی (ASTM).

الف) EN 10025

نام سازه فلزی و اسکلت ساختمانی با S شروع می شود و پس از نوشتن مقاومت تسلیم (بر حسب N/mm2). سپس ممکن است آنها را “ارزش چقرمگی”، “دانه ریز یا نه”، “مرتب یا خاموش” تعیین کنند.

برای مثال: «S275J2» یا «S690QL»

8.) چگونه سازنده خود را انتخاب کنید؟

تصمیم گیری در مورد چنین موضوع مهمی می تواند مشکل ساز باشد. یک تصمیم اشتباه در سازنده می تواند گران تمام شود. توصیه های ما در زیر می تواند هنگام انتخاب سازنده شما مفید باشد

میدونی دنبال چی میگردی.

قبل از مصاحبه با نامزدها، اولویت ها و انتظارات خود را از سازنده خود تعیین کنید.

راحت باش.

عجله در انتخاب سازنده ممکن است بیشتر از ارزیابی آنها وقت شما را بگیرد. در صورت لزوم چندین شرکت را آزمایش کنید و بهترین را برای خود انتخاب کنید.

پس زمینه را بخواهید

شرکتی با سابقه خوب کمتر ممکن است شما را ناامید کند، بهتر است این را در نظر داشته باشید.

استخدام نمایندگان را در نظر بگیرید

کلام مانا

هزینه های نامرئی زیادی در فرآیند تدارکات وجود دارد. استخدام متخصصان یا شرکت های با تجربه برای پروژه های تدارکاتی شما ممکن است هزینه های شما را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. هر چیزی در مورد این موضوع را از تیم مجرب ینا در پروژه های مختلف سازه فولادی بپرسید.

مهندسی مانا در پروژه‌های ساختمانی فولادی مانند ساختمان‌های بلند، سیستم‌های سقف، قطعات پل، ساختمان‌های صنعتی و ساخت تجهیزات ساختمانی مرتبط به خوبی تجربه می‌کند. ما قادر به انجام پروژه ها بر اساس EN 1090-1 EXC2، EXC3 و EXC4 هستیم. روش های جوشکاری ما با استاندارد EN ISO 3834-2 مناسب است.

ما خدمات منبع یابی یک مرحله ای را برای پروژه های ساختمانی از جمله نقشه های کارگاهی، تهیه مواد اولیه، عملیات سطح (سندبلاست، رنگ آمیزی نهایی)، گالوانیزه، برش، حفاری، جوشکاری و تکمیل ارائه می دهیم.