افزایش هزینه های ساخت و ساز فولاد در میان روند تغییر صنعت

پشت شگفتی های معماری مدرن مانند آسمان خراش ها، کارخانه های صنعتی و پل ها، فولاد ساختاری به آرامی بار را تحمل می کند.برنامه های کاربردی، و چگونه بهترین راه حل ساختاری ساختاری فولاد را انتخاب کنیم؟ این راهنمای جامع تمام جنبه های ساختارهای فولاد را بررسی می کند.

1خلاصه ای از ساختمان های ساختاری فولاد

فولاد ساختاری (SS) به فولاد طراحی شده به طور خاص برای اهداف ساخت و ساز اشاره دارد. قدرت، دوام و انعطاف پذیری آن را به یک سنگ بنای معماری مدرن تبدیل می کند. به طور گسترده در ساختمان ها استفاده می شود.,پل ها و پروژه های زیربنایی، فولاد ساختاری نقش مهمی در ساخت و ساز پایدار دارد.فولاد ساختاري همه جا هست.

ساختمان های فولادی ساختاری عمدتاً از تخته ها، ستون ها، تخته ها و قاب ها تشکیل شده اند. این اجزای ساخته شده و با مشخصات دقیق جمع آوری می شوند و اسکلت ساختمان را تشکیل می دهند.به خاطر نسبت وزن و قدرتش مشهور است، دوام و انعطاف پذیری، فولاد ساختاری فضای باز بزرگ و طرح های معماری پیچیده را امکان پذیر می کند. کاربردهای رایج شامل آسمان خراش ها، انبارها، تاسیسات صنعتی، پل ها،و استادیوم های ورزشی، دوام و الزامات تحمل بار.

نام های جایگزین برای ساختمان های فولادی شامل ساختمان های آهن قرمز، ساختمان های فولادی و ساختمان های فلزی پیش ساخته شده (PEMB) است.

2خواص کلیدی فولاد ساختاری

فولاد ساختاری درجه معماری دارای این ویژگی های اساسی است:

• نسبت قدرت بالا به وزن:فولاد ساختاری پشتیبانی استثنایی را فراهم می کند و در عین حال وزن کل ساختمان را به حداقل می رساند.
• انعطاف پذیری:توانایی خم شدن آن تحت فشار بدون شکستگی باعث می شود ساختمان های فولادی مقاوم تر از زلزله و باد قوی باشند.
• دوام:مقاومت در برابر فرسایش و عوامل محیطی مانند رطوبت، فولاد ساختاری نیاز به حداقل نگهداری طولانی مدت، به ویژه با حفاظت مناسب از خوردگی دارد.
• مقاومت در برابر آتش:در حالی که به طور ذاتی ضد آتش نیست، فولاد ساختاری می تواند با پوشش های مقاوم در برابر آتش یا پوشش برای تاخیر در گسترش آتش و تسهیل تخلیه تقویت شود.

3توسعه تاریخی فولاد ساختاری

قبل از ظهور فولاد ساختاری در اواسط قرن نوزدهم، ساختمان های بزرگ عمدتاً از چوب، سنگ و آجر استفاده می کردند.انقلاب صنعتی پیشرفت های فلزی را به ارمغان آورد که تولید انبوه و کاهش هزینه های فولاد ساختاری را امکان پذیر کرد.

این نوآوری منجر به ساخت اولین ساختمان های فولادی شد، از جمله ساختمان بیمه خانه شیکاگو در سال 1885، اولین آسمان خراش جهان.تحولات بعدی فولاد های کم آلیاژ با قدرت بالا را معرفی کرد، تکنیک های جوشکاری بهبود یافته، فرآیندهای تولید و حفاظت از خوردگی

4درجه ها و انواع فولاد ساختاری

فولاد ساختاری با توجه به خواص مکانیکی (قوت، انعطاف پذیری، ترکیب) طبق مشخصات استاندارد، عمدتا از ASTM بین المللی طبقه بندی می شود:

• ASTM A36:یک درجه متنوع با جوش و انعطاف پذیری عالی، ایده آل برای تخته ها، ستون ها و کاربردهای ساختاری مختلف.
• ASTM A572:فولاد فلز کم استحکام مناسب برای سازه های فشار بالا مانند پل ها و برج ها، ارائه قدرت بیشتر از A36 با عملکرد قابل مقایسه.
• A992:انتخاب ترجیحی برای تخته های فلج گسترده در ساختمان های بلند و ساختمان های بزرگ به دلیل قدرت، جوش و مقاومت در برابر شکستگی.
• ASTM A500:به طور معمول برای بخش های ساختاری توخالی (HSS) ، به ویژه در ستون ها و سازه های تحمل بار استفاده می شود.

انواع فولاد ساختاری شامل:

• فولاد کربن:انتخاب استاندارد که قدرت متعادل، اقتصاد و توان جوشکاری را ارائه می دهد.
• فولاد فلزی با قدرت بالا:قدرت و دوام بیشتر برای کاربردهای با عملکرد بالا.
• فولاد ضد آب و هوابه طور خاص برای شرایط محیطی سخت ساخته شده است.

5. شکل های چوب فولادی ساختاری

بخش های فولادی استاندارد شده ستون فقرات معماری را از طریق فرآیندهای رولینگ داغ تشکیل می دهند که نیازهای دقیق ابعاد و قدرت را برآورده می کنند:

• چراغ های فلنج گسترده (W):این بخش های متداول که دارای فلنج های گسترده و شبکه های ضخیم هستند، به عنوان ستون ها و چوب ها در ساختمان ها و پل ها استفاده می شوند.
• پرتو های I:این تخته های سبک و قوی مانند حرف "I" در ساختمان های مسکونی و تجاری پشتیبانی افقی و عمودی را فراهم می کنند.
• هيدروژن:بخش های سنگین H شکل که به عمق خاک کشیده شده اند تا بار ساختمان را به لایه های پایدار منتقل کنند، قادر به نفوذ در شرایط چالش برانگیز از جمله سنگ.
• کانال ها و زاویه ها:کانال های شکل C و زاویه های شکل L، چارچوب و تقویت ثانویه را فراهم می کنند، که برای ثبات جانبی و اتصالات قطعات بسیار مهم است.
• بخش های ساختاری توخالی (HSS):اعضای لوله ای (مستطیل، مربع، دایره ای) که نسبت مقاومت به وزن و جذابیت زیبایی برای ستون ها، تخته ها و نمایها را ارائه می دهند.
• داربست های صفحه:بُر های سفارشی ساخته شده با جوشاندن صفحه های فولادی به بخش های I شکل برای امتداد های طولانی و بارهای سنگین فراتر از ظرفیت های استاندارد بُر.

6سیستم های ساختاری فولاد

فرآیند چارچوب سازی با اجزای متصل به هم که اسکلت ساختمان را تشکیل می دهند شروع می شود:

• براق ها:اعضای افقی که بار ساختاری را حمل می کنند.
• ستون ها:عناصر عمودی که وزن ساختمان را به پایه ها منتقل می کنند.
• سیستم های بریکینگ:اعضای قطبی یا کابل هایی که ثبات جانبی را در برابر نیروی بادی و لرزه ای فراهم می کنند.
• سیستم های کف و سقف:سقف فولادی و تخته های چوبی که سطوح صافی ایجاد می کنند.

7روش های اتصال

ستون ها و تخته ها از طریق بولت یا جوش متصل می شوند، که برای ثبات ساختاری حیاتی است، در حالی که سیستم های تقویت کننده از تخته های متقاطع یا تکیه کننده استفاده می کنند.توزیع بارها و حمایت از سلاخ های بتنی.

دنباله ي ارتجاع:

1. آماده سازی سایت و کار پایه
2. نصب ستون (پیشرفت اول گوشه)
3. نصب چوب و محکم کننده
4. قاب های کف و سقف با چوب های فولادی
5. بررسی و تنظیمات انطباق

8. فرآیند ساخت

1. طراحی و مهندسی:توسعه همکاری طرح های ساختاری که انواع اعضای، مکان ها، بارهای، کدهای ایمنی و ملاحظات زیست محیطی را مشخص می کند.
2. تولید:تولید اجزای فولادی از طریق برش، شکل دادن و جوشکاری
3. ارتجاع:مونتاژ اجزای از پیش ساخته شده از طریق جوش و جوش یا بولتی با قدرت بالا.
4. کنترل کیفیت:بازرسی دقیق از جوش ها، مواد و ترازها همراه با پروتکل های ایمنی سختگیرانه.

9درخواست ها

• ساختمان های تجاری/ اداری:نقشه های طبقه باز با ستون های داخلی حداقل را امکان پذیر می کند.
• تاسیسات صنعتی:ایده آل برای فضاهای بزرگ و بدون مانع که تجهیزات سنگین را پشتیبانی می کنند.
• ساختمان های مسکونی:مقاومت در برابر نیروهای طبیعی با حداقل نگهداری.
• زیرساخت ها:پل ها، فرودگاه ها و استادیوم ها از قدرت و دوام آن بهره می برند.

10مزایا و محدودیت ها

مزایا:

• نسبت وزن به قدرت برتر
• پهنای داخلی بدون ستون
• دوام استثنایی
• انعطاف پذیری طراحی
• ساخت و ساز سریع
• مقاومت در برابر آتش (در صورت درمان)
• 100 درصد قابل بازیافت

محدودیت ها:

• هزینه های اولیه بالاتر از جایگزین های بولت شده
• نیاز به جوشنده های ماهر دارد
• احتمال تحریف در جوش های پیچیده
• محدودیت های محل برای عملیات جوش

11نوآوری ها و روند آینده

تحولات جدید شامل:

• آلیاژ های پیشرفته:فولادی با عملکرد بالاتر با قدرت بهتر و مقاومت در برابر خوردگی.
• تولید خودکار:رباتیک که دقت و سرعت تولید را افزایش می دهد
• تولید پایدار:تولید فولاد سبز با کربن پایین
• ساختارهای هوشمند:حسگرهای یکپارچه برای نظارت بر سلامت ساختاری در زمان واقعی.

12. ساخت و ساز جوشکاری در مقابل ساخت و ساز بولتی

تفاوت های کلیدی بین ساختمان های فولادی ساختاری جوشیده و ساختمان های فلزی پیش ساخته شده (PEMB):

• طراحی:ساختمان های جوش داده شده در مقایسه با گزینه های استاندارد PEMB، قابلیت سفارشی سازی کامل را ارائه می دهند.
• ساخت و ساز:ساختارهای جوش داده شده در محل جمع آوری می شوند، در حالی که اجزای PEMB در کارخانه ساخته شده و به هم متصل می شوند.
• هزینه:ساختمان های جوش داده شده (۲۰-۴۵ دلار در فوت مربع) معمولاً بیشتر از PEMB (۱۰-۲۵ دلار در فوت مربع) هزینه می کنند.
• کاربردها:PEMB برای ساختارهای کوچکتر (گودال ها، گاراژ ها) مناسب است، در حالی که ساخت و ساز جوش در پروژه های پیچیده (سقف های بلند، استادیوم ها) برجسته است.

13نتیجه گیری

قدرت، دوام، سازگاری و پایداری فولاد ساختاری آن را برای ساخت معاصر ضروری می کند.فولاد ساختاری همچنان در حال تکامل است در حالی که برای موفقیت های معماری اساسی است.