คู่มือส่วนประกอบเหล็กโครงสร้างและการใช้งานในการก่อสร้าง

คุณ เคย มอง สะพาน สูง หรือ สงสัย ว่า สะพาน ที่ สวยงาม ผ่าน แม่น้ํา ใหญ่ ไหม?เหมือน "ไอรอนแมน" ของงานก่อสร้างสแตนเลสเป็นวัสดุที่น่าทึ่ง ที่ช่วยชีวิตในยุคปัจจุบัน ด้วยความแข็งแกร่งและความทนทานที่พิเศษและมันมีบทบาทสําคัญลองไปศึกษาวัสดุก่อสร้างที่สําคัญนี้ อย่างละเอียด

พูดง่ายๆ เหล็กโครงสร้างเป็นโลหะที่ใช้ในโครงการก่อสร้างหมายถึงสินค้าจากเหล็กที่ตรงกับมาตรฐานด้านอุตสาหกรรมที่กําหนดโดย ASTM Internationalเหล็กที่สอดคล้องกับมาตรฐาน ASTM เท่านั้นเท่านั้นที่ได้รับความเหมาะสมเป็นเหล็กโครงสร้าง

ความแตกต่างที่สําคัญระหว่างเหล็กโครงสร้างและเหล็กไม่โครงสร้าง อยู่ที่ประกอบของเหล็ก เพื่อเข้าใจสิ่งนี้ เราต้องพิจารณาพื้นฐานของเหล็กก่อน

เหล็กเป็นสับสนของเหล็กและคาร์บอน สองธาตุที่คุ้นเคยที่หายากที่จะมีอยู่ในรูปแบบบริสุทธิ์ เหล็กต้องการคาร์บอนที่จะกลายเป็นแข็งและใช้ได้โลหะโครงสร้างบรรลุคุณสมบัติเหนือกว่าของมันโดยการควบคุมสารคาร์บอนที่แม่นยําและการเพิ่มธาตุสกัดเหล็กอื่น ๆ.

การผลิตเหล็กเกิดขึ้นผ่านวิธีหลักสองวิธี: การประมวลผลวัสดุแพร่ (แร่เหล็ก) หรือการรีไซเคิลเหล็กสล็อป

1. การสกัดแร่เหล็ก:ขั้นตอน แรก เกี่ยว ข้อง กับ การ เก็บ เหล็ก ออก จาก แร่. ใน สหรัฐอเมริกา, เหมือง ของ มินเนโซต้า มี ทรัพยากร แร่ เหล็ก มาก มาก, โดย ปกติ ใน รูปแบบ แม็กเนทิต ต้องการ กระบวนการ ขัด และ การ แยก แม็กเนต.
2. การละลายเตาอบสูง:แร่ที่ถอนออกยังคงเปราะบางจนกระทั่งรวมกับคาร์บอน ในเตาอบสูง แร่เหล็กผสมกับคอก (ถ่านหินที่อุดมคาร์บอน) ภายใต้ความร้อนสูงส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมี เมื่อคาร์บอนบอนด์กับออกซิเจนจากโอกไซด์เหล็ก, ผลิตคาร์บอนโมโนออกไซด์และเหล็ก
3. การควบคุมสารคารคาร์บอน:วัสดุที่เกิดขึ้นมีคาร์บอนมากเกินไปสําหรับมาตรฐานเหล็กโครงสร้าง กระบวนการทําความร้อนและทําความเย็นที่แม่นยําลดสารคาร์บอนลง 0.05%-0.25% ธ อร์การกําหนดของเหล็กโครงสร้างที่ให้ความแข็งแรงที่ดีที่สุดในขณะที่ยังคงความยืดหยุ่นและการทํางานที่ดี.

นอกเหนือจากการแปรรูปวัสดุแพร่ เหล็กโครงสร้างยังสามารถผลิตได้ด้วยการรีไซเคิลเหล็กเศษ เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและประหยัด

• เครื่องไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าไฟฟ้าโลหะขยะหลอมในเตาไฟฟ้าโดยใช้อุณหภูมิสูงที่เกิดจากอิเล็กทรอด

โลหะโครงสร้างใช้งานหลายประเภท นอกเหนือจากการก่อสร้าง รวมถึงการผลิตรถยนต์และโครงสร้างพื้นฐานพลังงานและบรรจุอาหาร/เครื่องดื่มอย่างไรก็ตาม เราจะเน้นการใช้งานทางสถาปัตยกรรม

โลหะโครงสร้างโดยทั่วไปสร้าง:

• อาคารสูง
• โครงสร้างอาศัย
• อุปกรณ์อุตสาหกรรม/โกดัง
• สะพาน
• โครงสร้างที่จอดรถ

เหล็กโครงสร้างยังคงเป็นตัวเลือกที่นิยมสําหรับวิศวกร,สถาปนิก,และผู้รับเหมา เนื่องจากความแข็งแรงที่ไม่มีอันเทียบเท่า นอกจากนี้มันต้องทนต่อความเครียดแสดงความยืดหยุ่น, และรักษาคุณภาพประหยัดที่ทําให้มันเหมาะสมสําหรับโครงการก่อสร้างที่หลากหลาย

คุณลักษณะสําคัญอีกอย่างคือความสามารถในการทํางาน ธ อร์โครงสร้างเหล็กสามารถถูกตัดและออกรูปร่างได้อย่างง่ายดายในรูปแบบต่างๆ

ขณะที่รูปร่างสามารถปรับแต่งได้ แต่รูปร่างแบบดั้งเดิมแบ่งออกเป็น 4 ประเภท คือ ราง, มุม, ช่องทาง, หรือแผ่น

• ราง:
  • I-beam:การใช้งานที่หลากหลายประกอบด้วยการแทรกคอนกรีต, การใช้งานเป็นตัวเดียว, หรือการเชื่อมต่อในรั้วต่อเนื่อง
  • รางยู:รางทรง U สามารถรองรับภาระแนวตั้งและภาระแนวราบบางส่วน แม้จะมีความจุน้อยกว่าราง I
  • รางกลม/สี่เหลี่ยม:รางแบบแข็งกระจายมากในอุปกรณ์อุตสาหกรรม กว่ากรอบอาคาร
• มุม:
  • รางมุม:รางทรง L กับการเชื่อมต่อ 90 ° ติดตั้งระบบพื้นกับรากฐานและสร้างข้อมุม
  • ช่องโครงสร้างรู (HSS):ไม้ขั้วทรงกลมโดดเด่นในกรอบผสมผสานที่รับอภาระหลายทิศทางและให้ความทนทานต่อการบิดด้านข้างอย่างพิเศษ
• พล็อต:
  • แบรนแบน:แผ่นทรงสี่เหลี่ยมที่ใช้เป็นส่วนประกอบในการเชื่อมต่อในโครงสร้างที่อยู่อาศัย/การค้า
• ช่องทาง:
  • ช่อง C:หน่วยทรง C ที่ม้วนร้อนรองรับรั้วบรรทุกภาระหลักที่มีการเชื่อมต่อเครือข่าย flange ที่กว้างกว่ารั้ว I

การใช้งานที่จําเป็นอีกอย่างคือสตาร์เสริมเหล็กในคอนกรีตเพื่อเพิ่มความแข็งแรง โดยไม่มีสตาร์คอนกรีตจะแตกจากการเครียดทางความร้อนความแข็งแรงในการดึงของเหล็กโครงสร้างสมบูรณ์แบบสมบูรณ์แบบความแข็งแรงในการบีเมนต์.

รีบาร์ปรากฏใน:

• สะพาน
• อาคาร
• อาคารสูงฟ้า
• บ้าน
• คลังสินค้า
• มูลนิธิ

แร่เหล็กเป็นพื้นฐานของเหล็กโครงสร้าง ส่วนใหญ่ของแร่สหรัฐอเมริกามาจากรัฐมินเนโซต้า และภูมิภาคทะเลสาบซูเปเรียร์ของมิชิแกน, โดยมีแหล่งที่เพิ่มเติมในรัฐยูต้าเหมืองเหล็กอเมริกันผลิตมากกว่า 9 ล้านตันต่อปี มากกว่าการบริโภคภายในประเทศในปี 2017.5 ล้านตัน

ทั้งนี้ การนําเข้าของเหล็กโครงสร้างช่างช่างได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ตั้งแต่ปี 2010 และเกิน 1 ล้านตันในปี 2018 เท่านั้น จากจีน, เม็กซิโก,และแคนาดา.

เช่นเดียวกับวัสดุอื่น ๆ เหล็กโครงสร้างมีทั้งข้อดีและข้อจํากัด

• ความทนทาน:ความแข็งแรงและความแข็งแรงในการยืด (ความทนทานต่อแรงยืด)
• ความสามารถในการสร้าง:การผลิตง่ายเป็นรูปร่างต่างๆ ทําให้การออกแบบมีความยืดหยุ่น การบอลท์ / แปรงในสถานที่เร่งการก่อสร้างเมื่อเทียบกับวัสดุเช่นคอนกรีตที่ต้องการระยะเวลาการรักษา
• ประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่ายกรอบเหล็กมักจะพิสูจน์ว่ามีประหยัดมากขึ้น
  • ลดต้นทุนการก่อสร้าง (โครงสร้างที่เบากว่า)
  • การก่อสร้างที่เร็วขึ้น ลดค่าแรงงาน
  • การใช้งานในอดีตที่สร้างรายได้
  • การปรับปรุงที่ง่าย/ถูกกว่า
• ความปลอดภัย:กรมกํากับการผลิตหลายหน่วยงานดูแลการผลิต. การเคลือบป้องกันป้องกันความเสียหายจากการกัดกร่อน / ไฟ. เหล็กทนต่อผง (ไม่เหมือนกับไม้) และสามารถนําไปใช้ใหม่ได้

• การกัดกรอง:สะสมเหล็กทั้งหมดลดลงจากการเผชิญหน้ากับอากาศ / ความชื้น แม้ว่าเคลือบจะลดลดเรื่องนี้
• ความต้านทานไฟ:ขณะที่เหล็กละลายประมาณ 2500 ° F (เทียบกับไฟอาคารทั่วไปที่ถึง 2000 ° F), มันสูญเสียความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างในอุณหภูมิสูง, จําเป็นต้องกันไฟ.
• ประสิทธิภาพพลังงาน:สะพานความร้อน (การถ่ายทอดความร้อนผ่านโครงเหล็ก) ลดความหนาวเทียบกับโครงไม้

เหล็กโครงสร้างแตกต่างกันตามองค์ประกอบทางเคมีและคุณสมบัติทางกล (ผลผลิต / ความแข็งแรงต่อการดึง) ASTM กํากับมาตรฐานสหรัฐอเมริกา โดยมีเกรดทั่วไปรวมถึง:

• A36:เป็นที่นิยมสําหรับคอลัมน์, ราง, และ decking ด้วยความแข็งแรงผลผลิตที่ดีที่สุดและมีราคาถูก
• A572:อัตราความแข็งแกร่งต่อน้ําหนักที่สูงขึ้น เหมาะสําหรับสะพาน หอรับส่งไฟฟ้า และรถยนต์ roller coaster
• A588:ความทนทานต่อการกัดกร่อนในอากาศที่ดีที่สุด เหมาะสําหรับโครงการภายนอก
• A514:ความสามารถในการบรรทุกสูง (100,000 psi ความแข็งแรงในการออกแรง) สําหรับเครนและเครื่องจักรหนัก

สแตนเลสโครงสร้างที่ดูแลได้อย่างถูกต้อง ใช้งานได้ 50-100+ ปี ทนต่อผง, ความชื้น, เบื้องผึ้ง, ลม, และแรงแผ่นดินไหว. อย่างไรก็ตาม, ประมาณ 85% เป็นสแตนเลสคาร์บอนที่มีความชุ่มชื่นต่อการเกิดสนิม.วิศวกร ป้องกันการกัดกร่อน ด้วยการกระจายเหล็ก, การปรับปรุง, การเคลือบผิวเป็นผง, หรือสีฟ้า, พิจารณาปัจจัยสิ่งแวดล้อม เช่น:

• ระดับ pH
• การเผชิญหน้ากับออกซิเจน
• ปริมาณความชื้น
• ติดต่อกับน้ําเกลือ
• อุณหภูมิ/ความชื้น
• น้ําฝน
• ปนเปื้อนในอากาศ

วิศวกร โครงสร้าง ออกแบบ อาคาร เพื่อ ทน กับ ภาระ ที่ มี ชีวิต/ตาย, หนาวหิมะ, ลม, และแผ่นดินไหว.พวกเขาวิเคราะห์องค์ประกอบของดิน เพื่อป้องกันปัญหาพื้นฐาน และใช้สัดส่วนความแข็งแรงกับน้ําหนักของเหล็กเพื่อประสิทธิภาพของวัสดุ.

การรายละเอียดโครงสร้างเกี่ยวกับการสร้างรายละเอียด (ภาพวาดหรือแผนเขียน) เพื่อให้มั่นคงในระยะยาวการวิเคราะห์แผนที่ เพื่อตรวจสอบเส้นทางการแบกของแรงที่เหมาะสมการพิจารณาประกอบด้วย

• ขั้นต่ําการสั่นสะเทือน
• ความเหนื่อยล้า (การแตกที่เกิดจากความเครียด)
• ทอร์ชั่น

การทาสีเหล็กโครงสร้างมีวัตถุประสงค์ด้านความสวยงามและการป้องกัน การเตรียมความพร้อมอย่างถูกต้องรวมถึง:

1. การล้างความดันเพื่อกําจัดเศษขยะ/ขีดขีดขีดขีดขีดขีดขีดขีดขีดขีดขีดขีด
2. การกวาดและการจัดสรรสําหรับการติดต่อสี
3. การ ใช้ สี ด้านนอก ที่ มี คุณภาพ ดี (บาง ครั้ง ก็ ใช้ สี อัคริลิค เพื่อ ให้ ทนทาน)

ขณะที่เหล็กจะไม่ละลายในไฟทั่วไป (จุดละลาย 2000 องศาฟาเรนไตร์ VS 2500 องศาฟาเรนไตร์) กฎหมายการก่อสร้างกําหนดการระดับความทนไฟอย่างน้อย 2 ชั่วโมง เนื่องจากอุณหภูมิสูงทําให้ความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างเสี่ยง

ค่าทองเหลืองโครงสร้างดิบเปลี่ยนแปลงตามสภาพตลาด ราคาประเมินประกอบด้วย

• $0.90-$1.55 ต่อปอนด์สําหรับรั้ว
• ~ 90 ดอลลาร์ต่อตันสําหรับการซื้อของจํานวนมาก
• $1,100-$4,300 (หรือ $90-$400 ต่อตารางฟุต) สําหรับการติดตั้งขั้วโดยเฉลี่ยรวมทั้งวิศวกรรม, ใบอนุญาต, วัสดุและแรงงาน