همه چیز در مورد فولاد ساختمانی

فولاد ساختمانی یک اصطلاح کلی برای مواد فولادی است که برای ساخت مصالح ساختمانی در اشکال مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. بسیاری از پروفیل‌های فولادی به شکل یک تیر بلند است و مشخصات یک مقطع خاص را دارد. شکل پروفیل‌های فولادی، اندازهٔ آن، ترکیب شیمیایی، مشخصات مکانیکی مانند؛ مقاومت، شیوه‌های ذخیره‌سازی و غیره با استفاده از استانداردها در اکثر کشورهای صنعتی تنظیم می‌شود. در این مقاله فولاد ساختمانی را خواهید شناخت و با انواع و کاربرد هر کدام در صنایع مختلف آشنا خواهید شد.

فولاد ساختمانی چیست؟

فولاد ساختمانی (Structural Steel) یکی از انواع مصالح ساختمان‌سازی است که در سقف‌ها، ستون‌ها، نرده‌ها و... مورد استفاده قرار می‌گیرد و از اجزای اصلی سازه به حساب می‌آید. به عبارتی، فولادهای ساختمانی همان پروفیل‌های فولادی هستند که در مدل‌ها، اشکال و سایزهای متفاوتی تولید می‌شوند. تاریخچه استفاده از فولاد به سال 1812 میلادی بازمی‌گردد. در ابتدا، فولاد جهت ساخت ادوات و تجهیزات جنگی مورد استفاده قرار می‌گرفت؛ اما با گذشت زمان و توسعه صنعت به حوزه ساختمان‌سازی نیز راه یافت. امروزه بسیاری از ساختمان‌های مسکونی و تجاری با پروفیل‌های فولادی ساخته شده‌اند.

انواع فولاد ساختمانی بر اساس ترکیب شیمیایی

فولاد از عناصری مانند آهن و کربن تشکیل شده است. درصد کربن بر مشخصات فولاد اعم از میزان مقاومت و انعطاف‌پذیری آن تاثیر زیادی می‌گذارد. فولادهای ساختمانی هم بر همین مبنا به گروه‌های مختلفی زیر تقسیم‌بندی می‌شوند که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم.

فولاد کربنی

این گروه از فولادها به اضافه شدن عنصر آلیاژی نیازی ندارند و محتوای مس آن‌ها از محدوده 0.4 درصد عبور نمی‌کند. فولاد کربنی با توجه به محتوای کربن خود به فولادهای کم کربن (%0.3>)، فولاد کربن متوسط (%0.6-0.3)، فولاد کربن بالا (%1-0.6) و فولاد کربن فوق‌العاده بالا (%2-1.25) دسته‌بندی شده است.

فولاد کم آلیاژ

خواص مکانیکی فولادهای کم آلیاژ بهتر از فولادهای کربنی است و مقاومت بالاتری در برابر خوردگی دارند. این دسته از فولادها تا 2 درصد دارای منگنز هستند و عناصر آلیاژی گوناگونی همچون تیتانیوم، نیوبیم، وانادیم، مولیبدن، نیتروژن، کروم و نیکل را می‌توان در ترکیب‌های متفاوت جهت تغییر خواص آن‌ها به کار برد. فولادهای هوازده نیز زیرمجموعه فولادهای کم آلیاژ هستند که در زمره فولادهای ساختمانی پرکاربرد قرار دارند.

فولاد آلیاژی

فولاد آلیاژی یکی دیگر از انواع فولاد است که به غیر از کربن با عناصری همچون نیکل، کروم، مولیبدن، منگنز، بور، سیلسیوم و وانادیوم ترکیب می‌شود. این گروه از فولادها دارای مقاومت بالایی در برابر نیروهای مکانیکی و حرارتی هستند. با توجه به این ویژگی، گستره کاربری آن‌ها بیشتر از مدل‌های غیرآلیاژی است.

فولاد آهنگری

آهنگری به مفهوم پروسه شکل‌دهی به فلز جامد است که این عملیات با اعمال انرژی حرارتی و مکانیکی به شمش‌های فولادی صورت می‌گیرد. این پروسه باعث یکنواخت شدن ساختار آن شده و حباب‌های گاز یا حفره‌ها را هم حذف می‌کند. بر همین اساس، فولادهای آهنگری از یکنواختی و مقاومت بالایی برخوردار هستند.

انواع آهن آلات ساختمانی

فولادها یا آهن آلات ساختمانی بسته به نیاز مصرف‌کنندگان در مدل‌های مختلفی ساخته می‌شوند. این پروفیل‌ها بر اساس شکل سطح مقطعشان قابل گروه‌بندی هستند. ضمنا، هر پروفیل فولادی جهت مصارف خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرد و کاربردهای ویژه‌ای دارد. در قسمت زیر، لیست انواع پروفیل ساختمانی آورده شده است.

تیرآهن

تیرآهن به عنوان یکی از انواع پروفیل ساختمانی در اشکال I و H ساخته و روانه بازار می‌شود. این پروفیل در زمینه‌هایی نظیر ایجاد اسکلت سازه، خرپا، تیر و ستون کارایی دارد. با استفاده از تیرآهن می‌توان قدرت تحمل بارهای خمشی و لنگر برشی را افزایش داد و سازه‌های بسیار مستحکمی را بنا کرد.

میلگرد

میلگرد یکی دیگر از پروفیل‌های مورد استفاده در صنعت ساختمان‌سازی است که تحت مدل‌های ساده و آجدار ساخته می‌شود. این پروفیل از کف سازه گرفته تا ستون‌های آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. با بهره‌گیری از میلگردها می‌توان مقاومت کششی سازه را افزایش داد. درواقع، میلگردها همچون یک محافظ عمل می‌کنند و با وجود آن‌ها، امنیت سازه و ساکنین تامین می‌شود.

ورق

ورق  یکی از پروفیل‌های مهم در صنعت ساخت‌وساز است که انواع مختلفی دارد. از انواع ورق می‌توان به ورق آهن، ورق گالوانیزه، ورق روغنی، ورق قلع اندود، ورق اسیدشویی، ورق رنگی، ورق استیل و آلومینیوم اشاره کرد. هرکدام از این ورق‌ها جهت اهداف خاصی خریداری می‌شوند و کاربردهای مشخصی دارند. مشخصات فیزیکی و ساختاری هریک از این ورق‌ها در صفحه مخصوص آن‌ها قید شده است.

قوطی پروفیل

قوطی پروفیل یکی از مهم‌ترین مقاطع فولادی است که مدل‌ها و اندازه‌های مختلفی دارد. مدل مربعی آن در ساخت ستون و اسکلت سازه مورد استفاده قرار می‌گیرد. درب و پنجره نیز با بهره‌گیری از قوطی‌های پروفیل ساخته می‌شود. بنابراین، کاربردهای پروفیل آهن در صنعت ساختمان‌سازی بسیار مهم و تعیین‌کننده است.

تسمه

تسمه نوعی پروفیل است که در ضخامت کم و طول و عرض زیاد ساخته می‌شود. این پروفیل فولادی انواع مختلفی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به تسمه آهنی، تسمه نورد گرم، تسمه نورد سرد، تسمه گالوانیزه، تسمه استنلس استیل و... اشاره کرد. این تسمه‌های فولادی در حوزه‌های مختلفی به کار می‌روند که بخش ساختمان‌سازی یکی از آن‌ها است. از این قطعه معمولا در قسمت حفاظ، در و پنجره و نرده‌های ساختمان استفاده می‌کنند.

نبشی و ناودانی

نبشی و ناودانی از پرکاربردترین پروفیل‌های ساختمانی هستند. نبشی به L انگلیسی شباهت دارد و جهت اتصال ستون به صفحات در فونداسیون، ایجاد ستون، اتصال تیرآهن به بیم‌های باربر، ساخت سقف کرمیل و... استفاده می‌شود. ناودانی نیز شبیه حروف C یا U انگلیسی است و با استفاده از آن می‌توان چهارچوب سازه را ساخت و بناهای مختلف را ترمیم کرد.

سپری

سپری یا پروفیل T از محصولات پرکاربرد ساختمانی است که با استفاده از آن نیاز کمتری به میلگرد خواهید داشت. با استفاده اصولی از سپری‌ها می‌توان مصرف میلگرد را حدود 9 الی 20 درصد کاهش داد. از موارد مصرف ساختمانی سپری نیز می‌توان به ساخت در و پنجره، ایجاد سقف‌های شیشه‌ای و نورگذر، کلاف‌بندی دیوارها و مهارکننده سازه‌ها اشاره کرد.

لوله

لوله یک مدل استوانه توخالی است که با هدف انتقال گازها، مایعات و سایر مواد سیال ساخته می‌شود. این محصول، انواع مختلفی دارد و به گروه‌های لوله آهن، لوله استاندارد، لوله تحت‌فشار و لوله خطوط صنعتی تقسیم می‌شود. لوله‌های ساختمانی و سیستم‌هایی با فشار کم در دسته لوله‌های استاندارد جای گرفته‌اند. بنابراین، لوله‌کشی آب منازل و سایر سیالات ساختمان از نوع استاندارد است.

کاربرد انواع فولاد سازه‌ای

فولاد سازه‌ای یا ساختمانی در پروژه‌های کوچک و بزرگ ساختمان‌سازی کاربرد دارد و به عنوان عضو اصلی آن شناخته می‌شود. این محصولات فولادی به دلیل مقاومت عالی که در برابر کشش و خوردگی دارند، در صنایع و حوزه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. از حوزه‌های نیازمند فولاد سازه‌ای می‌توان به صنعت معدن، حمل‌ونقل، انرژی و صنایع دریایی اشاره کرد؛ بنابراین، فولاد سازه‌ای را می‌توان در هر جایی دید. این محصولات به عنوان مواد ضروری دنیای مدرن در پل‌ها، جاده‌ها، ساختمان‌ها و محصولات صنعتی مختلف به ‌طور گسترده‌ای استفاده می‌شوند.

مشخصات فولاد ساختمانی و انواع استانداردها

فولاد ساختمانی در مقایسه با سایر محصولات فولادی مقاومت بالاتری دارد؛ استحکام عالی و وزن مناسب از مهم‌ترین مشخصات مکانیکی آن است. مقاومت فوق‌العاده فولاد سازه‌ای در برابر زنگ‌زدگی، حرارت و آتش منجر به به کارگیری آن در پروژه‌های ساختمان‌سازی شده است. ضمنا، فولادهای ساختمانی از خاصیت انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری مطلوبی برخوردار هستند و با بهره‌گیری از آن‌ها می‌توان اتصالات قوی ایجاد کرد. ترکیب شیمیایی فولاد ساختمانی نیز شامل آهن، کربن، کروم، نیکل و... می‌شود. این مشخصات مکانیکی و شیمیایی فولادهای ساختمانی به استاندارد ساختشان بستگی دارد؛ آن‌ها معمولا بر اساس استاندارد DIN آلمان و استاندارد ASTM آمریکا ساخته می‌شوند.

روش‌های تولید فولاد ساختمانی

برای تولید فولاد ساختمانی می‌توان از روش‌های نوردکاری و جوشکاری استفاده کرد. نوردکاری به دو روش گرم و سرد انجام می‌گیرد که هر کدام از آن‌ها مزایا و معایبی دارند. روش جوشکاری نیز به همین صورت، شرایط ویژه‌ای دارد. در روش نورد گرم، شمش فولادی تحت دمایی بالاتر از دمای تبلور (حدود 1200 درجه سانتی‌گراد) قرار می‌گیرد که نتیجه آن، افزایش شکل‌پذیری و کاهش ضخامت آن است. در روش نورد سرد نیز شمش فولادی در دمایی کمتر از دمای تبلور فلز (حدود 700 درجه سانتی‌گراد) گذاشته می‌شود. محصولات حاصل از نورد سرد دارای مقاومت و سختی زیاد و شکل‌پذیری کمی هستند.

ترکیب فولاد با بتن و بتن مسلح

ابتدا باید بدانید که بتن مسلح از موادی مانند آب، سیمان، میله‌هایی از فولاد و میلگرد و سایر محصولات ریز و درشت ساختمانی تشکیل شده است. بتن مسلح مقاومت مناسبی دارد؛ اما جهت تقویت استقامتش در برابر آتش با فولاد ترکیب می‌شود. بنابراین، هدف از ترکیب فولاد و بتن مسلح، تامین ظرفیت استحکام سازه‌ها است. به عبارتی، هرکدام از این محصولات از مقاومت لازم برخوردار هستند؛ اما ترکیبشان با یکدیگر منجر به بهبود رفتار سازه و پوشش معایب جزئی آن می‌شود. همچنین، این ترکیب بتن با فولاد از روش‌های رایج تامین سازه‌ها است.

راهنمای انتخاب مصالح فولاد ساختمانی برای ساخت و ساز

در زمان انتخاب مصالح فولاد ساختمانی برای ساخت‌وساز باید به نکات مختلفی توجه داشته باشید. اولین نکته، توجه به دوام مواد است. مصالح ساختمانی همواره در معرض رطوبت، گرما و سایر عوامل خارجی قرار دارند؛ به همین جهت، باید از دوام بالایی برخوردار باشند تا خواص خود را به مرور زمان از دست ندهند. برخی محصولات نیز عایق حرارت هستند و باعث کاهش هزینه‌های انرژی می‌شوند. افزون بر این، مصالح فولاد ساختمانی باید با توجه به استانداردهای فنی و ایمنی حال حاضر دنیای ساختمان‌سازی انتخاب شوند. استفاده از محصولات استاندارد به ایمنی سازه کمک می‌کند.