संरचनात्मक इस्पात संरचना और निर्माण उपयोगों के लिए मार्गदर्शिका

क्या आपने कभी ऊंचे-ऊंचे गगनचुंबी इमारतों को देखा है या विशाल नदियों पर बने शानदार पुलों को देखा है?निर्माण के "आयरन मैन" की तरहयह असाधारण सामग्री अपनी असाधारण ताकत और स्थायित्व के कारण आधुनिक जीवन का समर्थन करती है। लेकिन संरचनात्मक इस्पात क्या है? यह साधारण इस्पात से कैसे भिन्न है?और यह कहाँ महत्वपूर्ण भूमिका निभाता हैआइए इस महत्वपूर्ण निर्माण सामग्री का विस्तार से अध्ययन करें।

सरल शब्दों में, संरचनात्मक इस्पात एक कार्बन आधारित धातु है जिसका उपयोग मुख्य रूप से निर्माण परियोजनाओं में किया जाता है।यह स्टील उत्पादों की एक श्रृंखला को संदर्भित करता है जो एएसटीएम इंटरनेशनल द्वारा स्थापित विशिष्ट उद्योग मानकों को पूरा करते हैंकेवल एएसटीएम मानकों के अनुरूप इस्पात संरचनात्मक इस्पात के रूप में योग्य है।

संरचनात्मक और गैर संरचनात्मक इस्पात के बीच मुख्य अंतर संरचना में निहित है। इसे समझने के लिए हमें सबसे पहले इस्पात की मौलिक प्रकृति की जांच करनी होगी।

इस्पात लोहे और कार्बन का मिश्रण है, दो परिचित तत्व जो शायद ही कभी शुद्ध रूप में मौजूद होते हैं। लोहे को कठोर और व्यावहारिक बनने के लिए कार्बन की आवश्यकता होती है।संरचनात्मक इस्पात कार्बन सामग्री के सटीक नियंत्रण और अन्य मिश्र धातु तत्वों के जोड़ के माध्यम से अपने उत्कृष्ट गुणों को प्राप्त करता है.

इस्पात उत्पादन दो मुख्य तरीकों से होता हैः कच्चे माल (आयरन अयस्क) का प्रसंस्करण या स्क्रैप इस्पात का पुनर्चक्रण। सबसे पहले, आइए इस्पात अयस्क निष्कर्षण प्रक्रिया की जांच करेंः

1. लौह अयस्क की उत्खननःअमेरिका में मिनेसोटा की खानों में प्रचुर मात्रा में लौह अयस्क होते हैं, आमतौर पर चुंबकत्व के रूप में, जिसके लिए पीसने और चुंबकीय पृथक्करण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
2. उच्च भट्ठी में पिघलनाःउच्च भट्टियों में, लोहे की अयस्क अत्यधिक गर्मी के तहत कोक (कार्बन युक्त कोयले) के साथ मिश्रित होती है।रासायनिक प्रतिक्रियाओं का कारण बनता है जहां कार्बन ऑक्साइड से ऑक्सीजन के साथ बंधन, कार्बन मोनोऑक्साइड और लोहे का उत्पादन एक प्रक्रिया के रूप में कहा जाता है कमी.
3. कार्बन सामग्री नियंत्रणःपरिणामी सामग्री में संरचनात्मक इस्पात मानकों के लिए अत्यधिक कार्बन होता है। सटीक हीटिंग और कूलिंग प्रक्रियाएं कार्बन सामग्री को 0.05%-0 तक कम करती हैं।25%~ संरचनात्मक इस्पात की परिभाषित विशेषता उत्कृष्ट लचीलापन और कार्यक्षमता बनाए रखते हुए इष्टतम शक्ति प्रदान करती है.

कच्चे माल के प्रसंस्करण के अलावा, संरचनात्मक इस्पात को स्क्रैप इस्पात के पुनर्चक्रण के माध्यम से भी निर्मित किया जा सकता है, जो पर्यावरण के अनुकूल और लागत प्रभावी विकल्प है।

• इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस स्टील निर्माण:स्क्रैप स्टील इलेक्ट्रिक आर्क फर्नेस में इलेक्ट्रोड से उत्पन्न उच्च तापमान का उपयोग करके पिघल जाता है। विभिन्न प्रकार के स्टील के उत्पादन के लिए पिघलने के दौरान मिश्र धातु तत्व जोड़े जा सकते हैं।

संरचनात्मक इस्पात निर्माण से परे विभिन्न अनुप्रयोगों की सेवा करता है, जिसमें ऑटोमोबाइल विनिर्माण और ऊर्जा बुनियादी ढांचा शामिल है। यह मशीनरी, भंडारण टैंक, उपकरण, उपकरण,और खाद्य/पीने की पैकेजिंगहालांकि, हम इसके वास्तुशिल्प अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करेंगे।

संरचनात्मक इस्पात आमतौर पर बनाता हैः

• ऊंची इमारतें
• आवासीय संरचनाएं
• औद्योगिक प्रतिष्ठान/भण्डार
• पुल
• पार्किंग संरचनाएं

संरचनात्मक इस्पात अभियंताओं, आर्किटेक्टों और ठेकेदारों के लिए अपनी बेजोड़ ताकत के कारण पसंदीदा विकल्प बना हुआ है। इसके अतिरिक्त इसे तनाव का सामना करना चाहिए, आसान निर्माण की अनुमति देना चाहिए,लचीलापन प्रदर्शित करना, और विभिन्न निर्माण परियोजनाओं के लिए आदर्श बनाने के लिए लागत-प्रभावी गुणों को बनाए रखते हैं।

एक अन्य महत्वपूर्ण विशेषता कार्यक्षमता है_ संरचनात्मक इस्पात को आसानी से विभिन्न रूपों में काटा और आकार दिया जा सकता है_ आम संरचनात्मक इस्पात प्रोफाइल में शामिल हैंः

जबकि आकार अनुकूलित किए जा सकते हैं, पारंपरिक रूप चार श्रेणियों में आते हैंः बीम, कोण, चैनल या प्लेट।

• बीम:
  • आई-बीम:आइकॉनिक आई-आकार का क्रॉस-सेक्शन लगभग सभी प्रमुख संरचनाओं में दिखाई देता है। बहुमुखी अनुप्रयोगों में कंक्रीट एम्बेडिंग, स्टैंडअलोन उपयोग या निरंतर बीम में वेल्डिंग शामिल हैं।
  • यू-बीम:यू-आकार की बीम ऊर्ध्वाधर भार और कुछ क्षैतिज भार को सहन करती है, हालांकि आई-बीम की तुलना में कम क्षमता के साथ।
  • गोल/वर्ग बीम:निर्माण ढांचे की तुलना में औद्योगिक उपकरणों में ठोस बीम अधिक आम हैं।
• कोणः
  • कोणीय बीम:90° कनेक्शन वाले एल-आकार की बीमें फर्श प्रणालियों को नींव पर लंगर लगाती हैं और कोने के जोड़ों का निर्माण करती हैं।
  • खोखले संरचनात्मक अनुभाग (एचएसएस):परिपत्र खोखले सलाखों बहु-दिशात्मक भारों को संभालने वाले वेल्डेड फ्रेम में उत्कृष्ट हैं और असाधारण पार्श्व-टॉर्शनल झुकाव प्रतिरोध प्रदान करते हैं।
• प्लेटें:
  • फ्लैट बारःआवासीय/व्यावसायिक ढांचे में कनेक्शन घटकों के रूप में कार्य करने वाली आयताकार प्लेटें
• चैनल:
  • सी-चैनल:गर्म लुढ़का हुआ सी-आकार के इकाइयों में I-बीमों की तुलना में व्यापक फ्लैंज-वेब कनेक्शन के साथ मुख्य भार-रहन बीमों का समर्थन किया जाता है।

एक अन्य आवश्यक अनुप्रयोग कंक्रीट में मजबूत करने के लिए एम्बेडेड रेबर स्टील रिफाइनिंग बार है। बिना रेबर के, कंक्रीट थर्मल तनाव के तहत फट जाएगा।संरचनात्मक इस्पात की तन्यता शक्ति कंक्रीट की संपीड़न शक्ति का पूर्ण पूरक है.

रेबर में दिखाई देता हैः

• पुल
• भवन
• गगनचुंबी इमारतें
• घर
• भंडार
• फाउंडेशन

आयरन अयस्क संरचनात्मक इस्पात की नींव बनाता है। अधिकांश अमेरिकी अयस्क मिनेसोटा और मिशिगन के लेक सुपीरियर क्षेत्र से उत्पन्न होता है, यूटा में अतिरिक्त स्रोतों के साथ।अमेरिकी इस्पात खदानों में प्रतिवर्ष 9 मिलियन टन से अधिक का उत्पादन होता है जो 2017 की घरेलू खपत से 3 मिलियन टन अधिक है।.5 मिलियन टन।

हालांकि, पूर्वनिर्मित संरचनात्मक इस्पात का आयात 2010 के बाद से तेजी से बढ़ गया है, अकेले 2018 में चीन, मैक्सिको,घरेलू रोजगार और संसाधनों पर निर्भरता से संबंधित एक विवादास्पद मुद्दा.

सभी सामग्रियों की तरह संरचनात्मक इस्पात के फायदे और सीमाएं दोनों हैं।

• स्थायित्वःउच्च शक्ति-से-वजन अनुपात और तन्यता शक्ति (विस्तार बल के प्रतिरोध) दीर्घायु को बढ़ाती है।
• निर्माण की क्षमता:विभिन्न आकृतियों में आसान निर्माण डिजाइन लचीलापन की अनुमति देता है। साइट पर बोल्टिंग / वेल्डिंग कंक्रीट जैसी सामग्री की तुलना में निर्माण को तेज करती है, जिसके लिए कठोरता अवधि की आवश्यकता होती है।
• लागत-प्रभावःस्टील फ्रेमिंग अक्सर निम्न के माध्यम से अधिक किफायती साबित होती हैः
  • नींव की लागत में कमी (हल्के संरचनाएं)
  • तेजी से निर्माण श्रम लागत को कम करता है
  • पूर्व अधिभोग से आय उत्पन्न
  • सरल/सस्ता नवीनीकरण
• सुरक्षाःकई नियामक निकाय विनिर्माण की देखरेख करते हैं। सुरक्षात्मक कोटिंग्स जंग / आग क्षति को रोकती हैं। स्टील मोल्ड (लकड़ी के विपरीत) का विरोध करता है और पुनर्नवीनीकरण प्रदान करता है।

• क्षरण:सभी लोहे के मिश्र धातु हवा/नमी के संपर्क में आने से विघटित हो जाते हैं, हालांकि कोटिंग्स इसे कम करती हैं।
• अग्नि प्रतिरोध:जबकि इस्पात 2500 डिग्री फ़ारेनहाइट के आसपास पिघल जाता है (आमतौर पर 2000 डिग्री फ़ारेनहाइट तक पहुंचने वाली इमारतों की आग के विपरीत), यह उच्च तापमान पर संरचनात्मक अखंडता खो देता है, जिसके लिए अग्निरोधक की आवश्यकता होती है।
• ऊर्जा दक्षताःथर्मल ब्रिजिंग (स्टील फ्रेम के माध्यम से गर्मी हस्तांतरण) लकड़ी के फ्रेम की तुलना में इन्सुलेशन को कम करता है।

संरचनात्मक इस्पात रासायनिक संरचना और यांत्रिक गुणों (उपज / तन्यता शक्ति) के आधार पर भिन्न होता है। एएसटीएम अमेरिकी मानकों को नियंत्रित करता है, जिसमें सामान्य ग्रेड शामिल हैंः

• A36:स्तंभों, बीमों और उत्कृष्ट उपज शक्ति और किफायतीता के साथ डेकिंग के लिए लोकप्रिय।
• A572:पुल, ट्रांसमिशन टावर और रोलर कोस्टर के लिए उपयुक्त उच्च शक्ति-से-वजन अनुपात।
• A588:वायुमंडलीय संक्षारण प्रतिरोध उत्कृष्ट आउटडोर परियोजनाओं के अनुकूल है।
• A514:क्रेन और भारी मशीनरी के लिए अत्यधिक भार क्षमता (100,000 पीएसआई प्रतिफल शक्ति)

उचित रूप से बनाए रखा संरचनात्मक इस्पात 50-100+ वर्षों तक रहता है, मोल्ड, नमी, शुतुरमुर्गों, हवा और भूकंपीय बलों का विरोध करता है। हालांकि, लगभग 85% कार्बन स्टील जंग के लिए प्रवण है।अभियंता गैल्वनाइजिंग के द्वारा जंग का मुकाबला करते हैं, प्राइमिंग, पाउडर कोटिंग, या ब्लूइंग, पर्यावरण कारकों को ध्यान में रखते हुए जैसेः

• पीएच स्तर
• ऑक्सीजन के संपर्क में
• नमी की मात्रा
• खारे पानी से संपर्क
• तापमान/नमी
• वर्षा
• वायु प्रदूषण

संरचनात्मक इंजीनियर इमारतों को ऐसे डिजाइन करते हैं कि वे जीवित/मृत भार, बर्फ, हवा और भूकंप का सामना कर सकें।वे नींव की समस्याओं को रोकने के लिए मिट्टी की संरचना का विश्लेषण करते हैं और सामग्री की दक्षता के लिए स्टील के ताकत-से-वजन अनुपात का लाभ उठाते हैं.

संरचनात्मक विवरण में दीर्घकालिक स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए विनिर्देश (चित्र या लिखित योजना) बनाना शामिल है।नींव के लिए बल स्थानांतरित करने योग्य भार पथ सत्यापित करने के लिए खाका का विश्लेषणविचारों में निम्नलिखित शामिल हैंः

• कंपन सीमाएँ
• थकान (तनाव से होने वाले फ्रैक्चर)
• घुमाव

संरचनात्मक इस्पात पेंटिंग सौंदर्य और सुरक्षात्मक उद्देश्यों के लिए कार्य करती है। उचित तैयारी में शामिल हैंः

1. अवशेषों/चैकिंग (विघटित पेंट) को हटाने के लिए दबाव धोना
2. पेंट चिपकने के लिए स्क्रैपिंग और प्राइमिंग
3. उच्च गुणवत्ता वाले बाहरी पेंट (कभी-कभी स्थायित्व के लिए एक्रिलिक) का उपयोग करना

जबकि स्टील विशिष्ट आग में पिघल नहीं जाएगा (2000 ° F बनाम 2500 ° F पिघलने बिंदु), भवन कोड न्यूनतम 2 घंटे की अग्नि प्रतिरोध रेटिंग को अनिवार्य करते हैं क्योंकि उच्च तापमान संरचनात्मक अखंडता से समझौता करते हैं।

कच्चे संरचनात्मक इस्पात की लागत बाजार की स्थितियों के अनुसार उतार-चढ़ाव करती है। अनुमानित कीमतों में शामिल हैंः

• बीम के लिए 0.90- 1.55 डॉलर प्रति पाउंड
• थोक खरीद के लिए $90 प्रति टन
• इंजीनियरिंग, परमिट, सामग्री और श्रम सहित औसत बीम स्थापना के लिए $1,100-$4,300 (या $90-$400 प्रति वर्ग फुट)