استراکچر فلزی چیست؟

استراکچر فلزی یا سازه فولادی، به انگلیسی Steel Structure، یک نوع سازه و به نوعی اسکلت فلزی ساختمان میباشد که با قرار گرفتن تیرآهن های افقی و عمودی برروی هم تکمیل میشوند. این تیرآهن ها به سه روش پیچ و مهره، پرچ و یا جوشکاری به یکدیگر متصل شده تا استراکچر فلزی تکمیل شود. تیرهای افقی در برابر فشارهای وارده مقاومت می کنند و ستون ها (تیر های عمودی) نیز فشارهای وارده را منتقل می کنند. سازه فولادی به روش های مختلفی ساخته میشود .

انواع سازه فولادی

به طور کلی سازه ها به چهار دسته معلق، قابی، خرپایی و پوسته‌ای تقسیم میشوند که هرکدام کاربرد و مزایا مختلفی دارند.در صنعت ساختمان سازی سازه قابی بیشترین مصرف را دارد. در این سازه از ستون‌های عمودی فولادی و تیرهای افقی استفاده میشود. انواع تیرآهن سایزهای مختلف در این سازه (استراکچر) مورد استفاده قرارگرفته و به عنوان اصلی ترین مصالح ساخت سازه شناخته میشوند.

اجزا سازه فولادی (استراکچر فلزی)

همانطور که در بالا اشاره شد، برای اتصال اجزا یک اسکلت فلزی ساختمان، از روش جوشکاری و پیچ و مهره کردن میتوان استفاده کرد که هرکدام با توجه به نوع سازه استفاده میشود. اما سرعت کار نصب سازه فولادی در روش پیچ و مهره بسیار بیشتر از روش اتصال با جوش خوهد بود. در روش اتصال با جوش زمان بیشتری برای اتصال تیرآهن ها مورد نیاز است و به همین خاطر مراحل جوش ستون ها، تیرورق ها و… تا حد امکان در کارگاه انجام گرفته و پس از آن در محل پروژه جهت نصب استفاده میشوند.

به طور کلی یک سازه فلزی از 4 قسمت تشکیل شده اند که عبارت اند از:

1. تیرها
2. ستون ها
3. اجزای کششی
4. اجزای خمشی و فشاری

تیرها

تیرها در واقع همان تیرآهن است که در سایزهای مختلف، انواع مختلف جهت انواع کاربرد ها در سازه فلزی استفاده میشوند. در واقع وظیفه اصلی تیرها تحمل تنش‌های حاصل از نیروی برشی و لنگر خمشی ناشی از بارهای وارد بر آن و وزن خود تیر است. در طراحی سازه‌ها، معمولاً تیرها بر اساس لنگر خمشی موجود طراحی گشته و ضابطه برش در آن‌ها کنترل می‌گردد.

بدون شک تیرآهن ها نقش اصلی در سازه فلزی و اسکلت فلزی ساختمان را دارند از این جهت مسئول خرید پروژه ساختمانی، باید به کیفیت و قیمت تیرآهن توجه بسیار زیادی داشته باشد تا سازه از لحاظ فنی دچار مشکل نشده و به هزینه ساخت پروژه و استراکچر فلزی نیز دقت شود.

انواع تیرهای سازه فلزی

• تیر اصلی: تیری افقی که به ستون‌ها با اتصال ساده یا اتصال برشی متصل است . عملکرد سازه‌ای این نوع از تیرها به گونه‌ای است که بار را از تیر فرعی به ستون‌ها منتقل می‌کند.
• تیر فرعی: تیری افقی که به تیرهای اصلی با اتصال ساده یا اتصال برشی متصل است. عملکرد سازه‌ای این نوع از تیرها در استراکچر فلزی به گونه‌ای است که بار را به تیر اصلی منتقل می‌کند و به صورت مستقیم به ستون‌ها متصل نمی‌باشد.
• تیر کلاف: تیری افقی که متصل به دو تیر عرضی در سقف یا خرپای سقف است. عملکرد سازه‌ای این نوع از تیرها در استراکچر فلزی به گونه‌ای است که تیر، بار تیر عرضی را به ستون سازه منتقل می‌کند. عموماً در خرپای سقف به کار برده می‌شود.

ستون ها

یکی از مهم‌ترین بخش‌ استراکچر فلزی ستون آن است زیرا بدون در نظر گرفتن ستون، مقاومت کششی پایینی داشته و امکان فروریختن آن وجود دارد. به همین دلیل، برای ساخت ستون‌ها از مقاطع فولادی مختلف مثل میلگرد، تیرآهن، قوطی و لوله استفاده می‌شود و قیمت آن‌ها مثل قیمت میلگرد و قیمت تیرآهن، در محاسبات هزینه نهایی پروژه تأثیرگذار خواهد بود.

ستون ها هنگام نصب به دودسته تقسیم میشوند که عبارت اند از:

• ستون محوری: در این نوع ستون، بارهای عمودی سازه بر مرکز ثقل ستون وارد می‌شود. از آنجایی که از نظر ملاحظات ایمنی کاربرد این ستون چندان توصیه نمی‌شود، آن را در مکان‌هایی به کار می‌برند که بار زیادی بر آن وارد نمی‌شود.
• ستون تک‌ محوری و 2 محوری: همان‌طور که از نام این نوع ستون قابل حدس است، در ستون تک و 2 محوره، بارهای عمودی سازه بر یک یا هر 2 محور X و Y وارد می‌شود.

اجزای کششی

اجزای کششی یک سازه فلزی، برای نگهداری و انتقال بارهای محوری کششی طراحی و اجرا 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.

مزیت های سازه فولادی (استراکچر فلزی)

به طور کل سازه ها از دو نوع بتنی یا فلزی هستند که هرکدام با توجه به شرایط محیط، توسط مهندس عمران پروژه انتخاب و اجرا خواهد شد. هر دو سازه فلزی و سازه بتنی دارای مزیت ها و معایبی هستند که باید قبل از شروع پروژه انواع آن را در نظر گرفت. در ادامه برخی از مزیت های سازه فولادی یا همان استراکچر فلزی را بررسی خواهیم کرد.

• وزن پایین تر سازه نسبت به بتنی
• خاصیت ارتجاعی فولاد
• مقاومت بسیار بالای قطعات فلزی و ارتباط مقاومت به وزن
• قابلیت اجرا سازه‌های طویل
• خاصیت یکنواختی (به دلیل یکنواخت بودن آهن های باکیفیت مثل ذوب آهن اصفهان)
• دوام بالا فولاد
• تحمل ضربه توسط فولاد (محکم)
• پیوستگی (همگن) قطعات فولادی
• مقاومت متعادل فلز و فولاد: مصالح فلزی در مقابل کشش و فشار رفتاری یکسان و همچنین در برش نیز خوب هستند. در زمان تغییر وضعیت بار، بر اثر نیروی وارده قابل تعویض و همین‌طور در بارهای پیش‌بینی شده معمولاً در نتیجهٔ برش نشات گرفته از آن هستند.
• امکان مقاوم‌سازی: اگر در قسمتی از ساختمان بخشی به علت محاسبات غیر دقیق و اشتباه یا تغییر در اجرا درست اجرا نشده باشد می‌توان با پرچ کردن یا جوش و … آن را تقویت نمود ویا قسمت‌هایی اضافه نمود.
• ساخت و نصب راحت
• سرعت نصب: سرعت نصب قطعات فلزی بسیار کمتراز اجرای بتن در ساختمان است.
• پرتی مصالح: اسکلت فلزی نسبت به اجرای بتن و … در ساختمان پرتی کمتری دارد.
• اسکلت فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی است.

انواع تیرآهن سازه فولادی

همانطور که در مقاله «استراکچر فلزی چیست؟» عنوان شد، تیرآهن مهم ترین بخش سازه فلزی حساب شده و با توجه به نوع ساختمان و طرح و نمای کلی آن، نوع تیرآهن توسط مهندس ناظر مشخص میشود. در خرید تیرآهن باید به نکات زیادی مانند سایز تیرآهن، قیمت تیرآهن، کیفیت تیرآهن، وزن تیرآهن و…