اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست ؟

سازه فولادی چیست ؟

در جواب سوال اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست باید بگوییم که اسکلت های فلزی معمولا از ستون های عمودی و تیرهای افقی تشکیل شده اند که در یک خط مستقیم پرچ شده, جوش داده شده و یا با پیچ و مهره به هم متصل می شوند. تیرهای فولادی بخش افقی اسکلت فولادی هستند که در برابر بارهایی که به محور آنها وارد می شود مقاومت می کنند. ستون ها بخش عمودی سازه ها هستند که فشار وارد شده را منتقل می کنند. از این تیرها برای شکل دادن به اسکلت یک ساختمان استفاده می شود.(جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن چیست مراجعه نمایید)

اسکلت های فولادی به انگلیسی Steel structure می گویند. مطابق با استانداردهای جهانی طراحی, تولید و در ساختمان به کار برده می شوند. اسکلت های فولادی به شکل های مختلفی ساخته می شوند(جهت مطالعه بیشتر به فولاد چیست مراجعه نمایید), در زیر می توانید با سه روش ساخت اسکلت های فولادی آشنا شوید:

اشکال مختلف اسکلت فولادی

ساخت اسکلت فولادی معمولی

در این روش بخش های فولادی اسکلت بر اساس طول معینی بریده شده و برای ساخت اسکلت نهایی آن ها را جوشکاری می کنند. احتمال دارد این روش به صورت کامل در محل ساخت و ساز اجرا شود که در این صورت به نیروی انسانی زیادی نیاز است. البته برای دستیابی به بهترین نتیجه می توان بخشی از کار را در یک کارگاه انجام داد تا شرایط بهتری برای انجام کار فراهم شود و زمان انجام این فرآیند هم کاهش پیدا کند. (جهت مطالعه بیشتر به تاثیر تکنولوژی بر قیمت فولاد مراجعه نمایید)

ساخت اسکلت فولادی با پیچ و مهره

در این روش تمام اجزای اسکلت فولادی ساخته و رنگ آمیزی می شوند و سپس بعد از تحویل به محل ساخت و ساز, با پیچ و مهره به محل مورد نظر متصل خواهند شد. اندازه اجزا سازنده اسکلت های فولادی بر اساس اندازه کامیونی که قرار است آن اجزا را به محل ساخت و ساز تحویل دهد کنترل می شود. معمولا برای کامیون های معمولی سازه ها طولی به اندازه حداکثر 6 متر و برای تریلرهای بزرگ طولی به اندازه 12 متر دارند. ساخت اسکلت فولادی از طریق این روش بسیار سریع صورت میگیرد, زیرا در محل ساخت و ساز فقط کافی است اجزای اسکلت فولادی جابجا شوند و با پیچ و مهره در محل مناسب خود نصب شوند. این روش به عنوان بهترین روش ساخت اسکلت فولادی شناخته می شود, زیرا بیشتر کار در کارگاه ها انجام می شود. (جهت مطالعه بیشتر به محاسبه بار تیرآهن مراجعه نمایید)

ساخت از طریق یک فولاد سنج سبک

فولاد سنج سبک یک ورق نازک است که اغلب اندازه ای بین 1 تا 3 میلی متر دارد و به شکل حرف C یا Z خم شده است. استفاده از این فولاد سنج سبک بسیار رایج است و در اکثر اوقات برای ساخت ساختمان های مسکونی و کوچک به کار می رود. مزایای ساخت فولاد سنج سبک شامل انعطاف پذیری در طراحی, بالا رفتن سرعت فرآیند ساخت و ساز, استحکام بالا, سبکی, امکان بازسازی آسان, قابلیت بازیافت, کیفیت خوب و عدم نیاز به نگهداری دائمی هستند.

تاریخچه اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست؟

اگرچه بشر قرن ها است که از آهن استفاده می کند, اما استفاده از این عنصر پرکاربرد در صنعت ساخت و ساز قدمت زیادی ندارد. با تولید انبوه و گسترش تولید محصولات فولادی جدید, استفاده از این فلز در ساخت و ساز هم افزایش پیدا کرد.(جهت مطالعه بیشتر به تفاوت تیرآهن و تیر ورق مراجعه نمایید) یکی از کاربردهای عمده فولاد در صنعت ساخت و ساز در ایستگاه های قطار بود. بعد از اینکه استفاده از فولاد در ایستگاه های قطار با موفقیت روبرو شد استفاده از آن گسترش پیدا کرد و از آن برای ساخت کلیساها, ساختمان های شخصی و موارد دیگری هم استفاده شد. در اواخر دهه 1800 بود که اولین ساختمان ها و برج هایی که اسکلت فولادی در ساختار آن ها به کار رفته بود ظاهر شدند. در حال حاضر بیش از یک قرن است که فولاد به عنوان یکی از مواد اولیه برتر در ساخت و ساز شناخته می شود. علاوه بر ساخت اسکلت فولادی, این آلیاژ آهن و کربن قابلیت ترکیب با سایر مصالح ساختمانی مانند شیشه را هم دارد.

تاریخ ساختمان فولادی

ساختمان فولادی در اوایل قرن بیستم محبوب شد و حدودا در زمان جنگ جهانی دوم گسترش پیدا کرد و در طی جنگ برای ساخت پناهگاه های نظامی و انبارهای روغن مورد استفاده قرار گرفت. بعد از جنگ فولاد به راحتی در دسترس همه قرار گرفت و به یک استاندارد جهانی برای ساخت و ساز تبدیل شد. برخی از بناهای تاریخی مشهور مانند ساختمان امپایر استیت از فولاد به عنوان ماده اولیه اصلی برای ساخت و ساز استفاده کرده اند.(جهت مطالعه بیشتر به فولاد چیست مراجعه نمایید) در اواخر قرن بیستم بود که تولید فولاد گسترش یافت. همچنین از آنجایی که فولاد به صورت کامل قابل بازیافت است, از ساختمان های فولادی قدیمی برای ساخت ساختمان های جدید استفاده می شود. (جهت خرید و بررسی به قیمت ورق مراجعه نمایید)

مزایای ساخت اسکلت فلزی

در ادامه می توانید مشاهده کنید که مزایای ساخت اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست (جهت مطالعه بیشتر به تفاوت قیمت اسکلت فلزی و بتنی مراجعه نمایید)

مقاومت و دوام بالا

اجزای سازه های فولادی سبک تر و قوی تر از محصولات چوبی یا بتنی هستند. یک محصول فولادی که برای تحمل فشار تولید می شود حدود 30 تا 50 درصد سبک تر از محصول چوبی مشابه خود است. این امر باعث می شود که استفاده از اسکلت فلزی استحکام و دوام بیشتری برای ساختمان به همراه داشته باشد.

امکان ساخت آسان و در اندازه های متنوع

داربست های فلزی در اندازه های متنوعی در بازار موجود هستند و حتی امکان ساخت سفارشی آنها هم وجود دارد.

مقاومت در برابر آتش

اسکلت های فلزی در برابر آتش بسیار مقاوم هستند. بنابراین در صورت استفاده از سازه های فولادی خطر بروز آتش سوزی در ساختمان کاهش می یابد و گسترش آتش به کندی صورت می گیرد. (جهت مطالعه بیشتر به تفاوت تیرآهن H وارداتی و ایرانی مراجعه نمایید)

مقاوم در برابر آفات و حشرات

اسکلت های فولادی (جهت مطالعه بیشتر به تیر ورق چیست مراجعه نمایید)در برابر خطرات حشراتی مانند موریانه ایمن هستند و با مشکلاتی که از طریق حشرات برای چارچوب های چوبی ایجاد میشود مواجه نمی شوند.

مقاومت در برابر رطوبت و وضعیت های آب و هوایی مختلف

با توجه به میزان کربنی که در اسکلت فولادی ساختمان وجود دارد, می تواند در برابر رطوبت مقاوم باشد.

 

کاربرد سازه فلزی

برای درک اینکه کاربرد اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست, به موارد زیر توجه کنید.

سازه های فلزی در ساختمان ها دارای کاربردهای زیر هستند (جهت مطالعه بیشتر به تفاوت تیرآهن H وارداتی و ایرانی مراجعه نمایید)

بخش های سازه ای

این سازه ها یک قاب مقاوم و مستحکم برای ساختمان ایجاد می کنند و حدود 25 درصد از میزان فولادی که در ساختمان به کار می رود مربوط به این بخش است. (جهت خرید و بررسی به قیمت پروفیل مراجعه نمایید)

میله های تقویت کننده

این میله ها میزان مقاومت کششی و استحکام بتن را افزایش داده و 44 درصد میزان فولادی که در ساختمان به کار می رود را به خود اختصاص می دهند.(جهت مطالعه بیشتر به میلگرد چیست مراجعه نمایید) برای این کار از فولاد استفاده می شود زیرا به خوبی به بتن متصل می شود, ضریب انبساط حرارتی مشابهی دارد, مستحکم و مقرون به صرفه است.

ورقه های فولادی

ورقه های فولادی در سقف, دیوارهای داخلی, روکش و صفحات عایق دیوارهای خارجی به کار میروند و 31 درصد از فولادی که در ساختمان به کار می رود را به خود اختصاص می دهند.(جهت مطالعه بیشتر به ورق برشی چیست مراجعه نمایید)

معیار طراحی ستون گذاری ساختمان

طراحی ستون گذاری ساختمان امر مهمی است که معمولا مهندسان توجه زیادی به آن نشان می دهند. قبل از طراحی ستون های ساختمان باید محل مناسب برای جایگذاری آن ها مشخص شود. در ادامه می توانید معیارهایی که برای ستون گذاری ساختمان باید به آن ها توجه کرد را مشاهده کنید: (جهت مطالعه بیشتر به سه تولید کننده برتر فولاد ایران را بشناسیم مراجعه نمایید)

• نوع مقطع
• آرایش و روش قرارگیری مقاطع
• فواصل تکیه گاهی
• اندازه دهانه های سقف
• نوع مهاربندی
• نوع سیستم های صلب کننده

انواع شکل ستون های اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست؟

ستون ها انواع مختلفی دارند که در ادامه می توانید با برخی از آن ها آشنا شوید

انواع ستون ها بر اساس مقطع

ستون های موجود در این طبقه بندی شامل ستون های دایره ای, ستون های مربعی, ستون های مستطیل شکل, ستون های L شکل و ستون های T شکل هستند.

انواع ستون بر اساس مواد اولیه

این دسته شامل ستون های بتنی, ستون های بتنی, ستون های فولادی, ستون های چوبی, ستون های کامپوزیتی یا ترکیبی, ستون های سنگی, ستون های آجری است.

انواع ستون ها بر اساس نوع بارگذاری

ستون های محوری و ستون های دارای بار خارج از محور در این دسته قرار می گیرند.

انواع ستون بر اساس ارتفاع و مقطع عرضی

در این دسته بندی ستون های کوتاه و ستون های باریک جای می گیرند.

انواع ستون بر اساس میزان مقاومت بار جانبی

این طبقه بندی هم شامل ستون های مهاربند و ستون های رها است.

برای اینکه بتوانیم مفهوم سوال اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست را درک کنیم باید ابتدا با تیرآهن, قوطی و ورق های فلزی آشنا شویم.

تیرآهن

تیرآهن یکی از اجزای اصلی اسکلت های فلزی است که بدون وجود آن امکان ساخت اسکلت های فولادی ساختمان ها وجود ندارد. تیرآهن برای تحمل و انتقال بارها و فشارهایی که به ساختمان وارد می شود در ساختار اسکلت فلزی قرار می گیرد. (جهت مطالعه بیشتر به تیرآهن چیست مراجعه نمایید)

قوطی فلزی

قوطی ها هم پروفیل هایی هستند که به دلیل اینکه فضای داخلی آن ها توخالی است, با نام قوطی شناخته می شوند.(جهت مطالعه بیشتر به پروفیل چیست مراجعه نمایید) قوطی های فلزی با روش نورد سرد تولید می شوند و برای ساخت اسکلت های فلزی کاربردهای زیادی دارند.

ورق فلزی به کار رفته در اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست

ورق های فلزی یا فولادی یکی از پرکاربردترین موادی هستند که در صنعت ساخت و ساز از آن ها استفاده می شود. معمولا ورق های سیاه, ورق های روغنی (جهت مطالعه بیشتر به ورق سیاه چیست مراجعه نمایید) ورق های گالوانیزه و ورق های رنگی در ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرند.

انواع تیرها در اسکلت فلزی یا سازه فولادی

تیرهای خرپا

این تیرها با اضافه کردن کابل یا میله به شکل خرپا تقویت می شوند.

تیرهای هیپ

از این تیرها معمولا برای ساخت سقف استفاده می شود. این تیرها معمولا به شکل زاویه دار و هیپ هایی مایل به سقف قرار می گیرند و از تیرها یا تیرچه هایی که برای تحمل بار تعبیه شده اند پشتیبانی می کنند. این تیرهایی که مورد حمایت تیرهای هیپ قرار می گیرند از هر طرف دور آن ها منشعب شده اند و به سمت پایین شیب پیدا کرده اند.

تیرهای کامپوزیت یا ترکیبی

تیرهای کامپوزیتی معمولا از دو یا چند ماده که جنس مشابهی ندارند ماند تیرهای بتنی و تیرهای فولادی ساخته می شوند.(جهت مطالعه بیشتر به تفاوت قیمت اسکلت فلزی و بتنی مراجعه نمایید) برخی از نمونه های تیرهای کامپوزیتی شامل تیرهای ایستاده یا تیرچه پایین آویز, تیرهای موج دار و تیرهای مخصوص کف های کم ارتفاع هستند.

تیر اصلی یا شاه تیر (grider)

تیر اصلی یا شاه تیر بخشی از اسکلت فولادی است که به عنوان تیری که قرار است بار اصلی ساختمان را تحمل کند در سازه جایگذاری می شود. این تیر در سقف قرار می گیرد و وظیفه آن تحمل و انتقال بارهای وارده به تیرچه ها به ستون ها است.

تیر فرعی یا تیرچه (joists)

تیرچه های فرعی هم از دیگر انوع تیرهایی هستند که در سازه های فولادی به کار می روند. این تیرها نقش مهمی را در ساختمان ایفا می کنند و وظیفه اصلی آن ها انتقال بار وارده بر سقف به شاه تیر یا همان تیر اصلی است که در سقف واقع شده است.

روش های طراحی سازه فولادی ساختمان

طراحی سازه های فولادی ساختمان ها یکی از امور مهمی است که باید برای رسیدن به یک اسکلت مناسب به درستی و با دقت انجام گیرد. سه روش کلی برای انجام این کار وجود دارد که در ادامه می توانید با آنها آشنا شوید:

روش تنش مجاز (ASD)

این روش با عنوان سرویس طراحی بار یا روش طراحی تنش کاری هم نام برده می شود. هدف اصلی این روش این است که میزان حداکثر تنش در یک بخش از یک سازه, باید همیشه کمتر از یک تنش مجاز خاص در شرایط کاری یا سرویس پل باشد. یعنی مقدار تنش از مقادیر خاصی نباید بیشتر شود. در چنین حالتی در صورت وارد شدن تنشی بیش از حد مجاز طراحی سازه های فولادی با مشکل مواجه می شود.

روش طراحی پلاستیک یا مقاومت نهایی

این روش با نام روش مقاومت هم شناخته می شود و یکی از مواد پر استفاده در ساخت سازه های بتنی محسوب می شود. برای طراحی از طریق این روش باید ضریب اطمینان را در بارها ضرب کنید و بار را به این طریق افزایش دهید. بعد از اعمال بارها به اسکلت یا سازه مورد نظر باید مقاومت آن اندازه گیری شود. در نهایت باید سازه ای را طراحی کنید که میزان مقاومت آن بیشتر از مقاومتی باشد که اندازه گرفته اید.

روش حالت حدی (LSD) در طراحی اسکلت فلزی یا سازه فولادی چیست؟

این روش نسبت به دو روش ذکر شده جدیدتر است, هرچند برخی از کشورها همچنان اعتقاد دارند که این روش نمی تواند جایگزینی برای روش مقاومت نهایی محسوب شود. در این روش بعد از انجام یک سری محاسبات میزان بارها افزایش داده می شود و مقاومت کاهش پیدا می کند.

جهت مطالعه بیشتر به ویکی پدیا مراجعه فرمایید.