انواع سازه های فلزی
سازه فلزی Steel Structure به عنوان یکی از پرکاربردترین مصالح در دنیای ساختمان سازی
امروزین، عنوانی کلی برای انواع سازه های ساخته شده از فولاد است. امروزه فولاد که همان آلیاژ
ساخته شده از آهن و کربن است، با قابلیت های متعدد خود به یکی از کارآمد‌ترین مصالح ساختمانی
بدل شده است. سازه های فولادی چنان جایگاه ویژه ای در ساخت و ساز دارند که در برخی پروژه های
ساخت و ساز با هیچ یک از سایر مصالح قابل جایگزینی نیستند. سازه فولادی قابی، سازه فولادی
پوسته ای، سازه فولادی معلق و سازه فولادی خرپا از اصلی ترین انواع سازه های فلزی به حساب
می آیند. در این نوشتار با کاربردها، مزیت ها و انواع سازه های فلزی به تفصیل آشنا خواهید شد.
پس با ما همراه باشید تا با نقش بی بدیل سازه های فلزی آشنا شوید.
فولاد یکی از اصلی ترین فلزها در صنعت ساخت و ساز به حساب می آید. اجزای فولادی آنگاه که
با شکل و قاعده خاصی کنار یکدیگر قرار می گیرند، برحسب قابلیت های خود کاربردهای مختلفی پیدا
می کنند. به طور کلی می توان گفت که انواع سازه های فلزی در ساخت انواع پل ها، اسکلت ساختمان
خصوصاً ساختمان های بلند، مخزن نگه داری سیالات و سایر سازه های ثابت و… به کار می روند.
علت محبوبیت روزافزون انواع سازه های فلزی به ویژگی ها و برتری های آن ها نسبت به بتن و مثل
آن مربوط می شود. ویژگی های فولاد مانند استحکام و در عین حال قابلیت شکل دهی آسان، چکش
خواری، پذیرش جوش، خاصیت فنری و الاستیکی آن به همراه ویژگی های جذاب هر یک از انواع سازه
های فولادی، رمز گرایش زیاد به این نوع سازه ها است.
از ویژگی های انواع سازه های فولادی می توان به استحکام بسیار زیاد در برابر کشش و فشار، عمر
طولانی، قابلیت مقاوم سازی بیشتر و تعویض راحت تر، انتقال فشار لرزه ای کمتر به ساختمان هنگام
زلزله، نصب آسان، قابلیت از پیش ساخته شدن، خاصیت ارتجاعی و کیفیت یکنواخت انواع سازه های
فولادی اشاره کرد.
بسته به نوع کاربست قطعه فولادی، آن را به شکل های مختلفی در می آورند. قطعات فولادی دارای
اشکال و مقیاس های کاملاً متنوع بوده که به وسیله حرارت یا سرما رول شده و برخی دیگر با جوش
دادن پلیت های صاف یا خم شده به یکدیگر ساخته می شوند. از شکل های رایج قطعات فولادی می
توان به HSS، مدل کانالی، زاویه دار و تیرهای I شکل اشاره کرد.
سازه های فولادی دارای انواع متنوعی بوده و از انواع سازه های فلزی می توان به سازه قابی که
با استفاده از تیرها و ستون ها ایجاد می شود، سازه شبکه ای که شامل سازه فولادی مشبک و
گنبدی است، سازه از پیش تقویت شده، سازه خرپا که با استفاده از میلگرد و اجزاء مثلثی شکل
ایجاد می شود، سازه طاقی شکل، پل کمانی شکل، پل تیری، پل کابلی، پل معلق و پل خرپایی اشاره کرد.
در ادامه ۴ نوع اصلی از انواع سازه های فلزی موردب ررسی قرار می گیرند.
یکی از انواع سازه های فولادی، سازه قابی شکل است. قاب فولادی یک تکنیک ساختمان سازی
است که در آن از یک اسکلت فلزی استفاده می شود. این اسکلت از ستون های فولادی عمودی
و تیرهای افقی I شکل که به صورت شبکه های مستطیلی ساخته شده اند تشکیل می شود. کار
این شبکه های مستطیلی پشتیبانی از طبقات، سقف و دیوارها که همگی متصل به آن اسکلت
هستند، خواهد بود. در واقع این تکنیک قاب فولادی بود که به بشر اجازه ساخت آسمانخراش را داد
چرا که بدون این نوع سازه، ساخت ساختمانی به این حد از ارتفاع بسیار مشکل است.
پروفیل فولادی رول شده یا بخش‌های متقاطع ستون های فولادی، شکل حرف I را تشکیل می دهند.
دو لبه پهن در یک ستون، ضخیم تر و پهن تر از لبه های یک تیر هستند. علت این مساله افزایش
تحمل بار فشاری در سازه است. بخش های فولادی مربعی و لوله ای شکل نیز می توانند در سازه
فولادی قابی استفاده شوند. در این صورت این بخش ها با بتن پر می شوند. تیرهای فولادی با
استفاده از پیچ و چفت پیچ دار به ستون ها متصل شده اند. به دلیل افزایش تحمل در برابر خمش
لحظه ای، جان تیر در تیرهای I شکل اغلب پهن تر از جان ستون ها است.
ورقه های پهن عرشه های فولادی نیز می توانند برای پوشاندن سطح فوقانی سازه فولادی قابی استفاده شوند.
از این نوع از انواع سازه های فولادی می توان جهت ساختمان های با ارتفاع زیاد مانند ساختمان های چند طبقه و آسمانخراش ها، ساختمان های صنعتی، انبار، ساختمان مسکونی و سازه های موقت استفاده کرد.
فولاد در برابر حرارت زیاد، نرم می شود و تغییر شکل می دهد و در نتیجه تا حدودی ریزش می کند، به همین خاطر قاب فولادی احتیاج به مقاوم سازی دارد. جهت مقاوم سازی ستون ها، آن ها را با استفاده از سازه مقاوم در برابر آتش روکش می کنند. تیرها نیز با استفاده از بتن یا لایه گچی روکش می شوند.
شما می توانید اساساً یک ساختمان داشته باشید که همه آن از فولاد ساخته شده باشد. در این حالت فولاد هم به عنوان تکیه گاه داخلی و هم به عنوان پوشش خارجی به کار رفته است. اما در سازه فلزی قابی، برای ساخت طبقات، دیوارها و مانند آن از سایر متریال ها استفاده می شود. ساختمان های فلزی برای مقاصد مختلفی ساخته می شوند مانند انبار، کارگاه و حتی منزل مسکونی.
اگر چه ساختمان های فلزی زیادی در جهان وجود دارند اما برخی به خاطر شکل و یا نوع خاص طراحی آن ها محبوبیت ویژه ای در جهان دارند. برخی از محبوب ترین این ساختمان ها عبارتند از:
ساختمان Investcorp واقع در دانشکده آنتونی در شهر آکسفورد انگلستان، موزه هنرهای معاصر در کلیولند، برج خلیفه در دبی، برج مربعی شکل شان هینگ در چین، برج فولادی واقع در ایالت پنسیلوانیا در آمریکا، برج تایپه ۱۰۱ Taipei واقع در تایوان، برج امپراطوری در نیویورک آمریکا، خانه فولادی واقع در ایالت تگزاس آمریکا و برج ایفل در پاریس
یکی از انواع سازه های فلزی اصلی سازه فولادی پوسته ای است. به بیان ساده، سازه فولادی پوسته ای سازه ای با حجم فضایی مانند کره یا استوانه است که برای ساخت سیلوها و مخازن نگه داری سیالات در کارخانه ها و… مورد استفاده قرار می گیرد.
بنا یا سازه فولادی پوسته ای نوعی از انواع سازه های فلزی است که با شکل هندسی ویژه اش شناخته می شود. سازه فولادی پوسته ای جسم صلب سه بعدی است که ضخامت آن در مقایسه با سایر ابعاد کم است.ضرورتاً، یک سازه فولادی پوسته‌ای با استفاده از دو روش ایجاد می‌شود. یکی از این روش‌ها، ابتدا شکل دادن به سطح میانی پلیت به‌عنوان یک سطح یک‌بار یا دو بار خم شده است. در این روش، پلیت با استفاده از فشار و خمش، به شکل مناسبی خم می‌شود تا به عنوان پوسته‌ای برای سازه عمل کند.
بنا فولادی معلق یکی دیگر از انواع سازه های فلزی است. سازه فولادی معلق به سازه های با سطوح افقی گفته می شود که در آن ها طبقات با استفاده از کابل های آویزان شده سهمی شکل با قدرت زیاد پشتیبانی می شوند. قدرت یک سازه فولادی معلق از شکل کابل های قوی تاب دار سهمی شکل حاصل می شود.
جهت کارآمدی بیشتر این نوع از انواع سازه های فلزی، فرم سهمی گونه آن طوری طراحی می شود که شکل آن کاملاً نزدیک به فرم دقیق نمودار لحظه ای باشد. کابل تاب دار، تحت شرایط فشار متقارن دارای ثبات بیشتری است زیرا کابل قابلیت تغییر شکل جهت تنظیم کردن خود با فشار خارج از مرکز را دارد. این قابلیت در کابل باعث فشار ثانویه در سطح افقی و تغییر شکل بیشتر می شود. علت وجود انحنای سهمی گونه در سازه فولادی معلق، مقاوم سازی این سازه در برابر فشارهای خارج از مرکز یا جانبی مانند فشار ناشی از باد یا ارتعاش و مانند آن است.
از این نوع سازه از انواع سازه های فلزی در ساخت عرشه پل، پل معلق و نیز در ساخت اسکلت سقف استفاده می شود.
یکی دیگر از انواع محبوب سازه های فلزی خرپاها هستند. برای شناخت سازه فولادی خرپا ابتدا باید خرپا را شناخت. خرپا یک سازه متشکل از تیرها و المان هاست به نحوی که یک ساختار مشبک را تشکیل دهند. در علوم مهندسی، یک خرپا سازه ای مشتمل بر اجزایی است که دو نیرو ایجاد می کنند. یک جزء دو نیرویی عبارت است از سازه ای که در آن نیرو فقط به دو نقطه وارد می شود. در این نوع سازه اجزا به گونه‌ای کنار هم قرار گرفته اند که ترکیب کلی به مثابه یک شی واحد عمل کند.
خرپاها عموماً شامل ۵ واحد مثلثی شکل یا بیشتر هستند. این مثلث ها دارای اجزاء مستقیم و صاف بوده که انتهای آن ها در مفصل ها به یکدیگر متصل شده اند. به این مفاصل گره Node می‌گویند. در این نوع ساختار نیروهای خارجی و واکنش ها به این نیروها، فقط در ناحیه مفصل ها اعمال می شوند و منجر به ایجاد نیرو در اجزای کششی یا فشاری می شوند.