انواع سازه های فولادی + جدول مزایا و معایب انواع سازه های فولادی

فولاد به عنوان عنصری بسیار مهم و تاثیرگذار در حوزه‌ی ساخت‌و‌ساز مدرن، همواره با استحکام بی‌نظیر، انعطاف‌پذیری بالا و دوام مثال‌زدنی خود بسیار کارآمد و محبوب بوده است. از آسمان‌خراش‌های سر به فلک کشیده تا پل‌های ظریف و پیچیده، فولاد همواره مورد کاربرد و استفاده بوده و به معماران و مهندسان امکانات بی‌پایانی برای نوآوری و خلاقیت بخشیده است. در این مقاله، به بررسی اجزای مختلف انواع سازه های فولادی و فولاد مورد استفاده در ساخت‌و‌ساز می‌پردازیم. همچنین، مزایا و معایب سازه‌های فولادی را بررسی کرده و نکاتی در مورد انتخاب و تهیه مصالح ساختمانی ارائه خواهیم داد.

معرفی اجزای سازه‌های فولادی

سازه‌های فولادی به دلیل استحکام، دوام و انعطاف‌پذیری بالایی که دارند، به طور گسترده در صنعت ساختمان کاربرد دارند. این سازه‌ها از اجزای مختلفی تشکیل شده‌اند که در کنار و با کمک یکدیگر، استحکام لازم برای ساختمان‌ها، پل‌ها و دیگر زیرساخت‌های باثبات و کارآمد را تامین می‌کنند. برای شناخت بیشتر ویژگی‌های فولاد و محصولات فولادی، بهتر است مقاله‌ی فولاد چیست را در ابتدا مطالعه کنید. در این بخش، بیایید با اجزای کلیدی سازه‌های فولادی آشنا شویم:

ستون‌ها (Columns): ستون‌ها اعضای عمودی تحمل‌کننده بار هستند که وزن سازه را بر روی خود تحمل می‌کنند. آن‌ها بار را از تیرها، دال‌ها و سایر عناصر به فونداسیون منتقل می‌کنند. ستون‌ها معمولاً از مقاطع فولادی مانند تیرهای H، تیرهای I یا مقاطع مرکب ساخته می‌شوند.

تیرآهن‌ها (Beams): تیرها اعضای افقی هستند که بین ستون‌ها قرار می‌گیرند و بار طبقات، سقف‌ها یا سایر عناصر سازه‌ای را تحمل می‌کنند. آن‌ها بسته به نیازهای خاص سازه، در اشکال و اندازه‌های مختلفی از جمله تیرهای I، تیرهای H و ناودانی تولید می‌شوند. تیرها در انتها بار خود را به ستون‌ها منتقل می‌کنند. استفاده از تیرآهن، با توجه به استقامت بالایی که دارد، مقرون به صرفه است. هزینه‌های پیش رو برای تهیه تیرآهن تا حد بسیار زیادی به قیمت آهن بستگی خواهد داشت.

مهاربندها (Bracing): از مهاربندها برای ایجاد پایداری جانبی و مقاومت در برابر بارهای جانبی مانند باد یا نیروهای زلزله استفاده می‌شود. آن‌ها معمولاً به صورت مورب یا به‌صورت ضربدری نصب می‌شوند تا از لرزش یا کمانش سازه جلوگیری کنند.

اتصالات (Connections): اتصالات ساختمانی، اجزایی کلیدی هستند که اعضای مختلف سازه‌ای را به هم متصل می‌کنند، بار را منتقل کرده و یکپارچگی سازه را تضمین می‌کنند. در میان رایج‌ترین آن‌ها می‌توان به اتصالات جوشکاری، پیچ و مهره و اتصالات پرچ‌شده اشاره کرد.

فونداسیون (Foundations): فونداسیون اهمیتی بسیار بالا دارد. آن‌ها در واقع پایه‌ی سازه فولادی هستند که وزن و بار ساختمان و سازه را به خاک یا سنگ زیرین منتقل کرده و از این طریق پشتیبانی و پایداری را فراهم می‌کنند. فونداسیون می‌تواند انواع مختلفی مثل نمونه‌های کم‌عمق یا عمیق (مانند شمع‌ها) داشته باشند که بسته به شرایط سایت و نیازهای سازه‌ای انتخاب می‌شوند.

تیرچه‌های سقفی (Roof Trusses): تیرچه‌های سقفی، قاب‌هایی هستند که برای پشتیبانی از پوشش سقف و انتقال بار به ستون‌ها یا دیوارهای نگهدارنده طراحی شده‌اند. آن‌ها عموماً از جنس مقاطع فولادی هستند و به شکل مثلثی ساخته می‌شوند تا استحکام و پایداری را به حداقل برسانند.

قاب‌های دیوار (Wall Frames): از میلگردهای فولادی، ریل‌ها و مهاربند ها می‌توان برای ایجاد قاب‌های دیوارهای ساختمانی استفاده کرد که از مصالح ساختمانی پشتیبانی کرده و استحکام آن‌ها را برابر بارهای عمودی و جانبی را افزایش می‌دهد.

سیستم‌های کف (Floor Systems): کف ساختمان‌ها نیز طبعاً مثل سقف و دیوارها احتیاج به استحکام و تقویت دارند تا بتوانند وزن ساکنین، مبلمان و تجهیزات را تحمل ‌کنند. از تیرهای فولادی، تیرچه‌ها و عرشه کف یا دال‌های بتنی می‌توان برای تقویت کف ساختمان‌ها استفاده کرد.

اجزای سازه‌های فولادی	مزایا	معایب
ستون‌ها (Columns)	استحکام بالا – تحمل بارهای سنگین	هزینه بالا – نیاز به مواد و تجهیزات خاص برای نصب و اتصال
تیرآهن‌ها (Beams)	قابلیت توزیع بارهای سازه – استحکام بالا	هزینه نسبتاً بالا – نیاز به اندازه‌گیری دقیق و نصب دقیق تر
مهاربندها (Bracing)	ایجاد پایداری جانبی و مقاومت در برابر بارهای جانبی	نیاز به طراحی دقیق برای اجتناب از افزایش هزینه و کاهش انعطاف‌پذیری در طراحی سازه‌ها
اتصالات (Connections)	انتقال بارها و ایجاد یکپارچگی سازه	هزینه اجرایی بالا – نیاز به نگهداری و تعمیرات دوره‌ای
فونداسیون (Foundations)	پایداری و استحکام سازه – انتقال بارها به خاک یا سنگ زیرین	هزینه اجرایی بالا – زمان بر بودن فرآیند نصب و ساخت
تیرچه‌های سقفی (Roof Trusses)	قابلیت پشتیبانی از پوشش سقف و انتقال بار به ستون‌ها یا دیوارهای نگهدارنده	هزینه نسبتاً بالا – نیاز به نصب دقیق و محاسبه دقیق تر سازه
قاب‌های دیوار (Wall Frames)	افزایش استحکام و پایداری دیوارهای ساختمان – ایجاد امکان پشتیبانی از مصالح ساختمانی	هزینه اجرایی بالا – نیاز به طراحی دقیق و مواد خاص برای نصب
سیستم‌های کف (Floor Systems)	تقویت و استحکام کف ساختمان – تحمل وزن ساکنین و تجهیزات	هزینه نسبتاً بالا – نیاز به مواد و تجهیزات خاص برای نصب و اتصال

انواع و گریدهای مختلف فولاد (فایل PDF)

فولاد در انواع و گریدهای مختلف، با ویژگی‌ها و مشخصات منحصر به فرد و برای کاربردهای مختلفی تولید می‌شود. برای شناخت بهتر این تفاوت‌ها، بهتر است مقاله‌ی راهنمای انتخاب انواع فولاد را مطالعه کنید. با این حال، برخی از رایج‌ترین انواع و گریدهای فولاد مورد استفاده در حوزه ساخت‌و‌ساز را در این بخش بررسی می‌کنیم:

۱. فولاد کم کربن پراستحکام (HSLA): فولاد HSLA حاوی مقادیر کمی از عناصر آلیاژی مانند مس، نیکل، کروم یا وانادیم است که برای افزایش استحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی به فولاد اضافه می‌شود. این نوع فولاد در مقایسه با فولاد کربنی، به ویژه در محیط‌های سخت و کاربردهای پر‌تنش، عملکرد بهتری ارائه می‌دهد.

۲. فولاد کربنی: رایج‌ترین نوع فولاد مورد استفاده در ساخت‌و‌ساز، فولاد کربنی است. این نوع فولاد حاوی مقادیر مختلفی از کربن (عموماً کمتر از ۲٪) و به همراه مقادیر کمی از سایر عناصر آلیاژی است. فولاد کربنی استحکام، دوام و قابلیت جوشکاری بالایی دارد که آن را برای کاربردهای سازه‌ای مانند تیرها، ستون‌ها و مهاربندها مناسب می‌کند.

۳. فولاد ضد زنگ (Stainless Steel): فولاد ضد زنگ، آلیاژی مقاوم در برابر خوردگی است که حاوی کروم، نیکل و سایر عناصر می‌باشد. این نوع فولاد دوام عالی، زیبایی ظاهری و مقاومت بالایی را در برابر زنگ زدگی و لکه ارائه می‌دهد که همین ویژگی‌ها باعث می‌شود برای استفاده در معماری، روکش و عناصر سازه‌ای در معرض دید، ایده‌آل باشند.

۴. فولاد هوازده (کورتن): فولاد هوازده، نوعی فولاد آلیاژی کم کربن با استحکام بالا است که به گونه‌ای طراحی شده است که در صورت قرار گرفتن در معرض عناصر، یک پوشش محافظ شبیه به زنگ زدگی ایجاد کند. این فرآیند اکسیداسیون طبیعی، دوام را افزایش می‌دهد و نیاز به رنگ‌آمیزی یا تعمیر و نگهداری را از بین می‌برد و آن را برای سازه‌های بیرونی (در معرض فضای بیرون) و کاربردهای معماری مناسب می‌کند.

۵. فولاد ابزاری:فولاد ابزاری، نوع خاصی از فولاد است که برای ساخت، شکل‌دهی و فرم‌دهی به ابزارها و قالب‌های طراحی شده است. این نوع فولاد سختی، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی بالایی دارد که آن را برای فرآیندهای تولید مانند ماشینکاری، آهنگری و پرسکاری مناسب می‌کند.

 فایل PDF انواع و گریدهای مختلف فولاد

مزایا و معایب انواع سازه های فلزی

سازه‌های فلزی، از جمله سازه‌های فولادی، در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی مانند بتن یا چوب، مزایا و معایب متعددی دارند. بیایید برخی از این نقاط قوت و ضعف را بررسی کنیم:

مزایا انواع سازه های فلزی

۱. مقاومت و دوام: سازه‌های فلزی، به ویژه سازه‌های فولادی، نسبت استحکام به وزن بالایی دارند و دوام فوق العاده‌ای ارائه می‌دهند و مقاومت بالایی در برابر زلزله، طوفان و سایر شرایط آب و هوایی شدید دارند.

۲. سرعت ساخت: سازه‌های فلزی را می‌توان به‌صورت پیش ساخته در خارج از محل ساخت آماده کرد و سپس آن‌ها را به سرعت در محل مونتاژ کرد، که منجر به کاهش زمان ساخت و ساز و هزینه نیروی کار ‌می‌شود.

۳. انعطاف پذیری در طراحی: سازه‌های فلزی انعطاف‌پذیری بیشتری در طراحی ارائه می‌دهند و امکان ایجاد پلان‌های باز، دهانه‌های بزرگ و ویژگی‌های معماری پیچیده را فراهم می‌کنند.

۴. پایداری زیست‌محیطی: این سازه‌ها قابل بازیافت و استفاده مجدد هستند، که به کاهش اثرات زیست محیطی و ترویج شیوه‌های ساخت و ساز مبتنی بر توسعه پایدار کمک می‌کند.

۵. عمر طولانی: سازه‌های فلزی عمری طولانی و نیاز به نگهداری کمی دارند، که منجر به کاهش هزینه‌های چرخه آن‌ها عمر در مقایسه با سایر مصالح می‌شود.

معایب انواع سازه های فولادی

۱. هزینه: سازه‌ های فلزی در مقایسه با مصالح سنتی ساختمانی مانند چوب یا بتن، می‌توانند بسیار گران‌تر باشند.

۲. خوردگی: فلز و فولاد، به ویژه آن‌هایی که در معرض محیط‌های خشن و تماس مستقیم با عوامل محیطی قرار دارند، ممکن است در معرض خوردگی قرار گرفته و نیاز به پوشش‌های محافظ یا نگهداری داشته باشند.

۳. هدایت حرارتی: سازه‌ های فلزی دارای هدایت حرارتی بالایی هستند، که این می‌تواند منجر به اتلاف یا جذب بالقوه گرما شود، البته مگر اینکه به درستی عایق‌بندی شوند.

۴. انتقال صدا: این سازه‌ها، صدا را نسبت به سایر مصالح بیشتر منتقل می‌کنند، که این می‌تواند مشکلاتی را ایجاد کند. بنابراین استفاده از عایق‌های صدا ضروری خواهد بود.

۵. محدودیت‌های زیبایی شناختی: در مقایسه با مصالح سنتی، سازه‌ های فلزی جذابیت و زیبایی شناختی کمتری دارند، ولی آن‌ها عموماً‌ توسط لایه‌های آجر و سیمان و گچ پوشانده می‌شوند که اگرچه استفاده از پوشش های معماری و گزینه های روکش می تواند این محدودیت را کاهش دهد.

جدول مزایا و معایب انواع سازه های فولادی

نقاط قوت	انواع سازه‌ های فلزی	نقاط ضعف	انواع سازه‌ های فلزی
مقاومت و دوام	استحکام بالا، دوام فوق العاده در برابر زلزله و شرایط آب و هوایی شدید	هزینه	هزینه بالاتر در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی
سرعت ساخت	امکان پیش ساخته شدن و سرعت در مونتاژ کاهش زمان ساخت و هزینه نیروی کار	خوردگی	احتمال خوردگی و نیاز به پوشش‌های محافظ
انعطاف پذیری در طراحی	انعطاف‌پذیری بالا در طراحی و امکان ایجاد طراحی‌های پیچیده و دهانه‌های بزرگ	هدایت حرارتی	هدایت حرارتی بالا و نیاز به عایق‌بندی
پایداری زیست‌محیطی	قابلیت بازیافت و استفاده مجدد با کمترین تاثیرات زیست محیطی	انتقال صدا	انتقال بیشتر صدا نسبت به سایر مصالح
عمر طولانی	عمر طولانی و نیاز کم به نگهداری، کاهش هزینه‌های چرخه عمر	محدودیت‌های زیبای

 

چند نوع سازه فولادی وجود دارد؟

طبقه‌بندی ‌های فولادی می‌تواند بسته به معیارهای مختلفی مانند طراحی، عملکرد و روش ساخت انجام شود. با این حال، به طور کلی، چندین نوع سازه فولادی وجود دارد و این نوع دسته‌بندی آن‌ها در بخش ساخت و ساز نسبتاً پذیرفته شده است:

۱. سیستم‌های سازه‌ای اصلی: سازه‌های اصلی شامل سازه‌های قاب فولادی، خرپا، قوسی و کابلی می‌شوند که اسکلت اصلی باربر ساختمان‌ها و پل‌ها را تشکیل می‌دهند.

۲. سیستم‌های سازه‌ای فرعی: سازه‌های فرعی شامل اجزایی مانند پلرین، گِرت، عناصر مهاربندی و اتصالات می‌شوند که به منظور ارائه پشتیبانی، پایداری و کاربری اضافی به سازه‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

۳. سازه‌های تخصصی: این موارد شامل ساختمان‌های پیش ساخته، سازه‌های فضایی، سازه‌های کششی و سازه‌های ترکیبی می‌شوند که راه‌حل‌هایی نوآورانه را برای کاربردهای خاص ارائه می‌دهند.

نتیجه‌گیری

در پایان باید گفت سازه‌های فولادی گواهی بر نبوغ، استقامت و پیشرفت بشر هستند. از تمدن‌های قدیمی تا کلان‌شهرهای مدرن، آهن و فولاد نقش اساسی در ساخت و ساز داشته‌اند. با بررسی اجزای متنوع، انواع و گریدهای مختلف فولاد، همچنین با مزایا و معایب آن‌ها، درک عمیق‌تری از پیچیدگی و زیبایی مهندسی سازه پیدا خواهیم کرد. بررسی مشاهده یا استعلام قیمت میلگرد یا سایر محصولات فولادی، همین حالا می‌توانید با کارشناسان فروش پیوان تماس بگیرید.