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، اندازه ی آن، ترکیب شیمیایی، مشخصات مکانیکی مانند؛ مقاومت، شیوه‌های ذخیره‌سازی و غیره با استفاده از استانداردها در اکثر کشورهای صنعتی تنظیم می‌شود.
اکثر پروفیل‌های فولادی مانند تیرهای با مقطع I، گشتاور دوم سطح بالایی دارند، به این معنی که از نظر سطح مقطع بسیار قوی هستند و در نتیجه می‌توانند میزان بار زیادی را بدون تغییر شکل درخور اهمیت تحمل کنند.
شکل پروفیل‌های موجود در بسیاری از استانداردهای منتشر شده در سطح جهان شرح داده شده‌است، و تعدادی مقاطع ویژه و اختصاصی نیز موجود است.بسیاری از مقاطع با نورد گرم یا سرد ساخته می‌شوند، برخی دیگر با جوش دادن صفحات مسطح یا خم شده با یکدیگر ساخته می‌شوند (برای مثال، بزرگترین مقاطع جدار نازک دایره ای از خم کردن یک صفحه صاف به شکل یک دایره و جوش دادن درز ساخته می‌شوند).
اصطلاحات آهن نبشی، آهن ناودانی و آهن ورق از سالهای قبل به‌طور معمول، قبل ازاینکه واژه فولاد به جای آهن فرفورژه به منظور مقاصد تجاری جایگزین شود، استفاده می‌شده‌است. این اصطلاحات بعد از عصر آهن فرفورژه نیز مصطلح بوده‌اند و امروزه هنوز هم علی‌رغم اینکه نادرست هستند، به‌طور غیررسمی و در اشاره به انبار نبشی فلزی، انبار ناودانی و ورق شنیده می‌شوند. (مقایسه کنید، «ورق حلبی»، هنوز هم گاهی اوقات به‌طور غیررسمی برای فویل آلومینیوم استفاده می‌شود). در نوشتن رسمی برای زمینه‌های کارهای فلزی، اصطلاحات دقیقی مانند "انبار نبشی"، "انبار ناودانی" و "ورق" استفاده می‌شود.
بیشتر فولادهای مورد استفاده در اروپا مطابق با استاندارد اروپایی EN 10025 مشخص شده‌اند. با این حال، بسیاری از استانداردهای ملی نیز در قوت خود باقی می‌مانند.
درجات معمولی به عنوان 'S275J2' یا 'S355K2W' توصیف می‌شود. در این مثال‌ها، "S" به جای فولاد مهندسی، فولاد ساختمانی را نشان می‌دهد. ۲۷۵ یا ۳۵۵ حد جاری شدن فولاد به نیوتن در هر میلی‌متر مربع یا مگا باسگال (به انگلیسی: megapascals) را نشان می‌دهد. J2 یا K2 با استناد به مقادیر آزمایش ضربه چارپی، سختی مواد را بیان می‌کند؛ و "W" به معنی فولاد هوازده است. از حروف بیشتر می‌توان برای تعیین فولاد دانه ریز ('N' یا 'NL')فولاد آبدیده (به انگلیسی: quenched and tempered steel)('Qیا 'QL')؛ و فولاد نورد حرارتی ("M" یا "ML") استفاده کرد.
۱ .S275JOH :مشخصات S275JOH، درجه فولاد در مشخصات EN 10219، استاندارد EN 10210 است؛ و بیشترین مشخصات مورد استفاده، استاندارد EN10219 است که از مقاطع جدارنازک جوش شده که به صورت سرد شکل داده شده‌اند و از فولادهای غیر آلیاژی و دانه ریز تشکیل شده‌است.
EN10219-1 :شرایط تحویل فنی برای پروفیل‌های ساختمانی از مقاطع جدار نازک جوش شده که به صورت سرد شکل داده شده و به فرم‌های دایره ای، مربع یا مستطیل می‌باشند را مشخص می‌کند و برای مقاطع جدار نازک شکل داده شده به صورت سرد، که بدون عملیات حرارتی بعدی ایجاد می‌شود، اعمال می‌شود. شرایط لازم برای پذیرش لوله S275JOH، ابعاد و خصوصیات مقطع لوله s275 در EN 10219-2 موجود است.
۲. فرایند تولید لوله‌های فولادی S275JOH: فرایند تولید فولاد باید به اختیار سازنده فولاد باشد. لوله‌های فولادی کربنی S275JOH را می‌توان در فرایند ERW , SAW یا بدون درز و یکپارچه ساخت. تمام مواد فولادی S275JOH و لوله‌های S275JOH باید مطابق با استانداردهای EN10219 باشند.
حد جاری شدن فولادهای در دسترس ۱۹۵، ۲۳۵، ۲۷۵، ۳۵۵، ۴۲۰ و ۴۶۰ است، اگرچه برخی از انواع فولاد بیشتر از سایر موارد استفاده می‌شود، به عنوان مثال در انگلیس، تقریباً تمام فولادهای ساختمانی از درجه S275 و S355 هستند. درجات بالاتر در مواد فولاد آبدیده موجود است (۵۰۰، ۵۵۰، ۶۲۰، ۶۹۰، ۸۹۰ و ۹۶۰ - گرچه درجات بالاتر از ۶۹۰، در حال حاضر در صورت استفاده در ساخت و ساز، به ندرت قابل دسترسی هستند)
مجموعه ای از یورونورم‌ها، شکل مجموعه ای از پروفیل‌های ساختمانی استاندارد را تعریف می‌کنند:
فولادهای مورد استفاده در ساخت و ساز در ایالات متحده، از آلیاژهای استانداردی که توسط ASTM International شناسایی و مشخص شده‌اند، استفاده می‌کنند. این فولادها دارای یک شناسایی آلیاژ هستند که با A و سپس دو، سه یا چهار عدد پس از آن شروع می‌شود. درجات چهار عددی AISI فولاد که معمولاً برای مهندسی مکانیک، ماشین آلات و وسایل نقلیه استفاده می‌شود یک سری مشخصات کاملاً متفاوت است.
فولادهای ساختمانی استاندارد که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: مفهوم نشان CE، برای کلیه محصولات ساختمانی و محصولات فولادی، توسط دستورالعمل محصولات ساختمانی (CPD) معرفی شده‌است. CPD یک دستورالعمل اروپایی است که انتشار مجاز همه محصولات ساختمانی در اتحادیه اروپا را مراقبت می‌کند.
از آنجا که اجزای فولادی دارای «ایمنی حیاتی» هستند، درج نشان CE روی آنها فقط در صورتی مجاز است که سیستم کنترل تولید کارخانه (FPC) ای که این محصولات فولادی در آن تولید می‌شود توسط یک نهاد صدور گواهینامه مناسب که به تأیید کمیسیون اروپا رسیده‌است، ارزیابی شود.
در مورد محصولات فولادی مانند مقاطع فولادی، پیچ و مهره‌های ساخته شده از فولاد، برچسب CE نشان می‌دهد که این محصول با استاندارد هماهنگ مربوط مطابقت دارد.
برای سازه‌های فولادی استانداردهای اصلی هماهنگ عبارتند از:
استانداردی از سازه‌های فولادی که برچسب CE را پوشش می‌دهد، EN 1090 -1 است. این استاندارد در اواخر سال ۲۰۱۰ وارد شده‌است. پس از یک دوره انتقال دو ساله، برچسب CE در بیشتر کشورهای اروپایی، در اوایل سال ۲۰۱۲ اجباری خواهد شد. تاریخ رسمی پایان دوره انتقال ۱ ژوئیه ۲۰۱۴ است.
بیشتر پروژه‌های ساختمانی نیاز به استفاده از صدها مصالح مختلف دارد. این مصالح از بتن با مشخصات مختلف، فولاد ساختمانی با مشخصات مختلف، خشت، ملات، سرامیک، چوب و غیره متغیر است. از منظر اسکلت باربر سازه ای، آنها به‌طور کلی از فولاد ساختمانی، بتن، سازه بنایی و / یا چوبی، با استفاده از ترکیبی مناسب از هرکدام برای ایجاد یک سازه کارآمد، تشکیل می‌شوند. بیشتر سازه‌های تجاری و صنعتی در درجه اول با استفاده از فولاد ساختمانی یا بتن مسلح ساخته می‌شوند. هنگام طراحی سازه، مهندس باید تصمیم بگیرد که، اگر نه هر دو، کدامیک ازاین دو ماده برای طراحی مناسب تر است. در انتخاب مصالح ساختمانی فاکتورهای زیادی در نظر گرفته شده‌است. هزینه معمولاً یک عامل کنترل‌کننده است. با این حال، ملاحظات دیگری مانند وزن، مقاومت، قابلیت ساخت و ساز، در دسترس بودن، پایداری و مقاومت در برابر آتش قبل از اتخاذ تصمیم نهایی، مورد توجه قرار می‌گیرد.خوردگی - فولاد در هنگام تماس با آب، می‌تواند دچار خوردگی شودو یک سازه بالقوه خطرناک را ایجاد می‌کند. برای جلوگیری از هرگونه خوردگی در طول عمر یک سازه فولادی، باید در ساخت سازه‌های فلزی اقدامات لازم صورت گیرد. فولاد را می‌توان رنگ کرد که مقاومت در برابر آب را فراهم می‌کند. همچنین، مواد مقاوم در برابر آتش که برای پوشاندن فولاد استفاده می‌شود معمولاً در برابر آب نیز مقاوم است.
بلندترین سازه‌ها امروزه (که معمولاً به آن " آسمان خراش‌ها " یا ساختمان مرتفع گفته می‌شود) به دلیل قابلیت خوب ساخت و همچنین نسبت بالای مقاومت به وزن فولاد، با استفاده از این مصالح ساخته می‌شوند. در مقایسه با بتن، اگرچه چگالی بتن از فولاد کمتر است، اما نسبت مقاومت به وزن بتن نیز بسیار کمتراست. به همین دلیل یک عضو سازه بتنی برای تحمل یک میزان معین بار به حجم بسیار بزرگتری نیاز دارد. فولاد گرچه متراکم تر است اما برای حمل بار به مواد زیادی احتیاج ندارد. اما، این مزیت برای ساختمانهای کم ارتفاع، یا برای ساختمانهای چندطبقه یا کمتر، اهمیت زیادی ندارد. بارهای ساختمانهای کم ارتفاع نسبت به سازه‌های مرتفع بسیار کمتر است ودر نتیجه استفاده از بتن برای سازه اقتصادی تر است. این امر به ویژه در مورد سازه‌های ساده مانند پارکینگ یا هر ساختمانی که دارای شکل ساده مستطیلی است، صادق است.
فولاد ساختمانی و بتن مسلح همیشه فقط به خاطر اینکه ایده‌آل‌ترین مصالح برای سازه هستند انتخاب نمی‌شوند. شرکت‌ها همچون طراحان، به توانایی تولید سود برای هر پروژه ساختمانی متکی هستند. . قیمت مواد اولیه (فولاد، سیمان، مصالح سنگی درشت دانه، سنگدانه‌های ریز، الوار برای کارقالب بندی و غیره) دائماً در حال تغییر است. اگر امکان ساخت یک سازه با استفاده از هر یک از مصالح فولاد و بتن مسلح وجود داشته باشد، ارزانترین آن دو ممکن است تعیین‌کننده باشد. متغیر مهم دیگر، مکان پروژه است. نزدیکترین تأسیسات تولید فولاد ممکن است خیلی بیشتر از نزدیکترین تأمین کننده بتن از محل ساخت و ساز فاصله داشته باشد. هزینه بالای انرژی و حمل و نقل، در انتخاب نوع مصالح نیز تعیین‌کننده است. قبل از شروع طرح‌ریزی کلی یک پروژه ساختمانی، تمام این هزینه‌ها مورد توجه قرار خواهند گرفت.
سازه‌هایی که از این دو ماده تشکیل شده‌اند از مزایای فولاد و بتن مسلح هر دو بهره‌مند می‌شوند. این روش هم‌اکنون در بتن آرمه متداول است که در آن از ظرفیت کششی میلگردهای تقویتی برای تأمین استحکام کششی در اعضای بتنی سازه استفاده می‌شود. نمونهٔ بارز آن در پارکینگ‌های چند طبقه است. برخی از این پارکینگ‌ها با استفاده از ستون‌های فلزی و دال بتن مسلح ساخته می‌شوند. بتن برای شالوده ریخته می‌شود و سطحی برای ساخته شدن پارکینگ بر روی آن را به پارکینگ می‌دهد. ستون‌های فولادی با پیچ و مهره یا جوشکاری آنها به میخ‌های فلزی که بخشی از آن‌ها از سطح دال بتن‌ریزی شده بیرون گذاشته شده‌اند، به شالوده متصل می‌شوند. تیرهای بتنی پیش ساخته می‌تواند برای نصب در طبقه دوم، به کارگاه تحویل داده شوند، که پس از آن یک دال بتنی برای قسمت روسازی پارکینگ ریخته می‌شود. این روند می‌تواند در مورد چندین طبقه انجام شود. یک پارکینگ از این نوع فقط نمونه ای قابل اجرا از بسیاری از سازه‌هایی است که می‌تواند از بتن مسلح و فولاد استفاده کنند.
مهندس سازه از وجود طرح‌های بی‌شماری برای ایجاد ساختمانی کارآمد، ایمن و مقرون به صرفه آگاه است. این وظیفهٔ آن مهندس است که در کنار مالک(ها)، پیمانکار(ها) و دیگر طرف‌های ذینفع در پروژه؛ برای رسیدن به یک نتیجهٔ ایدئال متناسب با نیاز هر کدام از آنها، همکاری کند. مهندس، هنگام انتخاب مصالح سازه‌ای برای ساختمان، متغیرهای زیادی، از جمله هزینه، نسبت مقاومت / وزن، پایداری مصالح، قابلیت ساخت و غیره را در نظر می‌گیرد.
خواص فولاد بسته به عناصر آلیاژی آن بسیار متفاوت است.
درجه حرارت آستنیت کننده، دمایی که در آن فولاد به ساختار بلوری آستنیت تبدیل می‌شود، برای فولاد از در مورد آهن خالص شروع می‌شود و با افزایش میزان کربن، دما به حداقل ، برای فولاد یوتکتیک (فولاد حاوی ۸۳٪ وزنی کربن تنها)، پایین می‌آید. با نزدیک شدن میزان کربن به ۲٫۱٪ (نسبت به جرم)، درجه حرارت آستنیت کننده بالا می‌رود و به می‌رسد. به‌طور مشابه، نقطه ذوب فولاد بر اساس آلیاژ تغییر می‌کند.
کمترین دما که در آن یک فولاد کربنی ساده می‌تواند شروع به ذوب شدن کند، درجه حرارت جامد آن، ، است. فولاد، زیر این درجه حرارت، هرگز به مایع تبدیل نمی‌شود. آهن خالص ("فولاد" با ۰٪ کربن) با شروع به ذوب شدن ، و با رسیدن به کاملاً مایع است فولاد با ۲٫۱٪ کربن وزن وزن شروع به ذوب شدن در ، و با رسیدن به کاملاً ذوب می‌شود "فولاد" با بیش از ۲٫۱٪ کربن دیگر فولادی نیست، اما به عنوان چدن شناخته می‌شود.
اگر فولاد به‌اندازهٔ کافی گرم شود، استحکام خود را از دست می‌دهد. "دمای بحرانی" یک عضو فولادی دمایی است که آن عضو فولادی در آن دما، دیگر نمی‌تواند با اطمینان، بار خود را تحمل کند.مقررات ساختمان و روش استاندارد در مهندسی سازه؛ بسته به نوع ساختاری عضو، پیکربندی، جهت و ویژگی‌های بارگذاری، دمای بحرانی متفاوتی را تعیین می‌کنند. دمای بحرانی اغلب دمایی در نظر گرفته می‌شود که در آن دما، تنش تسلیم (حد الاستیک) آن عنصر سازه‌ای، تا میزان ۶۰٪ عملکردی که برای آن در دمای اتاق در نظر بوده کاهش یافته‌باشد.به منظور تعیین رتبه‌بندی مقاومت در برابر آتش یک عضو فولادی، از روش محاسبات تأیید و پذیرفته‌شده می‌توان استفاده کرد،یا آزمایش آتش‌سوزی را می‌توان انجام داد؛ دمای بحرانی که آزمایش آتش‌سوزی آن توسط استاندارد پذیرفته‌شده‌ای مانند کد ساختمان، مورد تأیید مرجع صلاحیت داری تعیین شده‌است. در ژاپن این زیر ۴۰۰ درجه سانتیگراد است (نیاز به منبع). در چین، اروپا و آمریکای شمالی (به عنوان مثال، ASTM E-119)، این تقریباً ۱۰۰۰–۱۳۰۰ درجه فارنهایت(530-810 درجه سانتیگراد) است. مدت زمانی که طول می‌کشد تا عضو فولادی تحت آزمایش، به دمای تعیین شده توسط استاندارد آزمایش برسد، رتبه‌بندی مدت زمان مقاومت در برابر آتش را تعیین می‌کند. . انتقال حرارت به فولاد را می‌توان با استفاده از مواد نسوز ضد آتش کند کرده و در نتیجه دمای فولاد را محدود نمود. روش‌های متداول عایق کردن در مقابل حریق برای سازه‌های فولادی شامل استفاده از پوشش فولاد با اندود متورم شونده در گرما، استفاده از مواد گرماگیر، پوشش اندود و همچنین دیوار خشک، بوشش سبک فلزی عایق از جنس کلسیم سیلیکات و پتوهای عایق کننده از مواد پشم معدنی.
در ساختار سازه‌های بتنی معمولاً ضرورت‌های کد رتبه‌بندی مقاومت در برابر آتش رعایت شده‌است؛ همان‌گونه که شرط ضخامت بتنی که میلگرد فولادی را می‌پوشاند، خود سبب ایجاد مقاومت کافی در برابر آتش می‌شود. با این همه، بتن نیز خود می‌تواند دچار «خرد شدگی» و «خوردگی» (در اثر برخورد مکانیکی و آب و هوایی) شده‌باشد، به‌ویژه اگر بتن دارای میزان رطوبت بالایی باشد.
هرچند در سازه‌های بتنی غالباً عایق‌بندی اضافی انجام نمی‌شود، اما گاهی در تونل‌های ترافیکی و مکان‌هایی که احتمال آتش‌سوزی سوخت هیدروکربن بیشتر است، عایق‌بندی اضافی مورد استفاده قرار می‌گیرد، زیرا آتش‌سوزی‌های ناشی از مایع قابل اشتعال، میزان گرمای بیشتری را در مقایسه با آتش‌سوزی ناشی ازمواد قابل احتراق معمولی در طی همان مدت زمان آتش‌سوزی به مواد سازه‌ای می‌دهند. مواد ضد حریق سازه‌های فلزی شامل مواد متورم شونده در گرما، مواد گرماگیر، پوشش اندود گچ و همچنین دیوار خشک، بوشش سبک فلزی عایق از جنس کلسیم سیلیکات و پتوهای عایق کننده درجه بالا از مواد معدنی یا پشمی می‌باشند. لازم است که اتصالات مورد توجه قرار گیرد، زیرا انبساط حرارتی سازه‌ای می‌تواند امتیاز و درجه مقاومت در برابر آتش سازه را به خطر بیندازد.
برش دادن طولی قطعه کار معمولاً با یک اره نواری انجام می‌شود.
خط مته نواری (خط مته) مدتهاست که روشی ضروری برای ایجاد سوراخها و شکاف‌های طولی ماشینی در تیرها، پروفیل‌های ناودانی و مقاطع جدار نازک HSS در نظر گرفته شده‌است. خطوط مته CNC، به‌طور معمول به نوار نقاله‌ها ی تغذیه کننده و سنسورهای موقعیت، برای انتقال عنصر به موقعیت مناسب برای انجام سوراخکاری، مجهز شده‌اند. به علاوه امکانات مذکورقابلیت کاوش در تعیین محل دقیق سوراخ یا شکاف را نیز فراهم می‌کنند.
برای برش سوراخهای نامنظم یا کار بر روی انتهای غیر یکنواخت عناصر بعددار (غیر صفحه ای)، معمولاً از مشعل برش استفاده می‌شود. مشعل‌های با سوخت اکسیژن رایج‌ترین تکنولوژی هستند و طیف وسیعی از مشعل‌های دستی ساده تا ماشین آلات خودکار CNC، که حرکت سر مشعل را در سراسر عنصر سازه ای مطابق با دستورالعمل برش برنامه‌ریزی شده به دستگاه انجام می‌دهد، را شامل می‌شود.
ساخت صفحه صاف در یک مرکز پردازش صفحه انجام می‌شود که در آن صفحه به صورت صاف روی یک میز ثابت قرار می‌گیرد و سرهای مختلف برش را توسط بازویی به فرم زیر بشکه ای یا «پل» از روی صفحه عبور می‌دهند. سرهای برش می‌توانند شامل پانچ، مته یا مشعل باشند.