اسکلت فولادی

اسکلت فولادی مستطیلی یا «قاب پیرامونی» در ساختمان ویلیس (راست) در کنار ساختمان تبر سنت ماری ۳۰ با اسکلت مورب در لندن.
اسکلت فولادی یا قاب فولادی اصطلاحی است که در ساختمان‌سازی به کار می‌رود. ساختمان‌هایی با اسکلت فولادی، از ستون‌های عمودی و تیرهای I-شکل افقی که به شکل شبکه‌های مستطیلی به هم وصل شده‌اند، تشکیل گردیده‌اند. این شبکه مستطیل-شکل، وظیفه نگه‌داری طبقات، سقف‌ها و دیوارهایی را که به اسکلت ساختمان وصل شده‌اند، برعهده دارد. توسعه این فناوری، امکان ساخت آسمان‌خراش‌ها را فراهم کرده‌است.
تاریخچه اسکلت فولادی
استفاده از فولاد به‌عنوان مصالح ساختمانی حدودا از اوایل قرن ۲۰ آغاز شد و در حین جنگ دوم جهانی به‌صورت قابل‌توجهی گسترش یافت. بعد از جنگ دوم جهانی تهیه فولاد امری به‌مراتب راحت‌تر از قبل شده بود و قیمت فولاد کاهش چشمگیری داشت که این مسئله باعث شد بسیاری از طراحان از اسکلت فلزی برای ساخت ساختمان‌های گوناگون استفاده نمایند.
مفهوم کلی
پروفیل یا نیمرخ یا سطح مقطع یک ستون فولادی نورد شده، مانند حرف H در زبان انگلیسی است. جهت فراهم کردن مقاومت مناسب در برابر تنش‌های فشاری، فلنج‌های ستون‌ها دارای ضخامت و گستردگی بیشتری نسبت به فلنج‌های تیرها است. فولادهایی با مقاطع مربعی و دایره‌ای توخالی نیز به‌طور معمول جهت پر شدن توسط خمیر بتن استفاده می‌شوند. تیرهای فولادی توسط پیچ و مهره و سایر اتصالات به ستون‌ها وصل می‌شوند. در گذشته نیز از پرچ برای اتصال استفاده می‌شد. به دلیل بیشتر بودن لنگر خمشی در تیرها، معمولا جان مقطع فولادی تیرهای I-شکل دارای عرض بیشتری نسبت به جان ستون‌ها است.
از عرشه‌های فولادی، می‌توان به عنوان قالب‌های راه‌راه در زیر لایه ضخیمی از بتن مسلح، برای پوشش قسمت بالایی قاب فولادی استفاده کرد. استفاده از قطعات بتنی پیش‌ساخته نیز روش متداول دیگری است. معمولا در آخرین طبقه ساختمان‌های تجاری، از فضای خالی بین سطح بیرونی و قطعات سازه‌ای کف طبقه به عنوان محلی برای کابل‌ها یا کانال‌های هوا استفاده می‌شود.
اسکلت ساختمان باید از نفوذ حرارت بالا محافظت شود. زیرا نرم شدن فولاد در دمای زیاد، می‌تواند موجب فروپاشیدن ساختمان گردد. در ستون‌ها می‌توان با پوشانده شدن توسط مواد مقاومی در برابر آتش همچون مصالح بنایی، بتن یا لایه گچی این مشکل را برطرف کرد. تیرها را نیز می‌توان با بتن، لایه گچی یا اسپری‌های مخصوص عایق‌کاری در برابر حرارت، پوشش داد. همچنین از پوشش‌های سقفی مقاوم در برابر آتش نیز می‌توان بهره برد.
لایه‌ بیرونی ساختمان با استفاده از تکنیک‌های ساخت‌وساز یا سبک‌های معماری مختلف به اسکلت ساختمان متصل می‌شود. از آجرها، سنگ‌ها، قطعات بتنی، شیشه، صفحات فلزی و رنگ، برای محافظت از فولاد در برابر تغییرات آب‌وهوایی استفاده می‌شوند.
در ایران
سازه فلزی با دیوار برشی فولادی: که وزن آهن آلات مصرفی در آن ۴۵تا۵۵ کیلوگرم برای هر مترمربع است که نسبت به سازه‌های متداول ۴۰ درصد کمتر است.
در این نوع ساختمان برای ساختن ستون‌ها و تیر از پروفیل فولادی استفاده می‌شود. همچنین از نبشی تسمه و برای زیرستون‌ها از صفحات فولادی (بیس پلیت) استفاده می‌نمایند و معمولا دو قطعه را به‌وسیله جوش به هم دیگر متصل می‌نمایند. سقف این نوع ساختمان‌ها ممکن است تیرآهن و طاق ضربی باشد یا از انواع سقف‌های دیگر از قبیل تیرچه‌بلوک غیره استفاده می‌گردد.
برای پارتیشن‌ها می‌توان مانند ساختمان‌های بتونی از انواع آجر یا قطعات گچی یا چوبی و سفال‌هایی تیغه‌ای استفاده نمود. درهرحال جداکننده‌ها می‌باید از مصالح سبک انتخاب شود. در بعضی کشورها برخلاف کشور ما برای اتصال قطعات از جوش استفاده نکرده بلکه بیشتر از پرچ یا پیچ و مهره استفاده می‌نمایند. البته برای ستون‌ها نیز می‌توان به‌جای تیرآهن از نبشی یا ناودانی استفاده نمود.
به‌طورکلی منظور از ساختمان فلزی ساختمانی است که ستون‌ها و تیرهای اصلی آن از پروفیل‌های مختلف فلزی بوده و بار سقف‌ها و دیوارها و جداکننده‌ها (پارتیشن‌ها) به‌وسیله تیرهای اصلی به ستون منتقل‌شده و وسیله ستون‌ها به زمین منتقل گردد.
روش‌های طراحی سازه‌های فولادی ساختمانی
ابعاد پروفیل‌های مورد استفاده در سازه‌های فلزی را می‌توان با یکی از روش‌های زیر محاسبه کرد. از روش‌های زیر دو روش تنش مجاز و روش حدی در مقررات ملی ساختمان مبحث ۱۰ ایران آورده شده‌است.
روش تنش مجاز
روش طرح پلاستیک
روش حالت حدی
سازه فولادی