تاریخچه طراحی سازه فولادی
درگذشته ی نه چندان دور برای ساخت ساختمان ها از مصالحی که در طبعیت در دسترس بودند ما سنگ و چوب استفاده می شد. چوب در برابر حمله حشرات موذی آسیب پذیر بود. می توانست دچار حریق شود و از استحکام بالایی نیز برخوردار نبود. سنگ با آنکه دوام و استحکام بالایی داشت اما سنگین بود و در حوادث طبیعی مانند زلزله و ... می توانست خسارات زیادی به همراه داشته باشد. از طرفی جابجایی و تامین آن نیز دشوار بود.
بشر سالیان طولانی با این مشکلات دست و پنجه نرم کرد تا اینکه متریالی به نام فولاد به عرصه ی ساخت سازه ها وارد شد.
تصویر شماره ۱ - سازه فولادی
فولاد به دلیل خواص فیزیکی منحصر به فرد مانند استحکام بالا، دوام، فرم پذیری و ... مهمترین متریالی ست که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله کاربردهای هم فولاد می توان به استفاده از آن در ساخت سازه های مختلف مانند سازه های ساختمانی اشاره کرد.
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
- سیستم های سازه ای و مهندسی سازه
- انوع سیستم های سازه ای
- سازه فولادی چیست؟
- تاریخچه ی فولاد
- فولاد ساختمانی
- انواع پروفیل های فولادی
- اجزای سازه فولادی
- انواع سازه های فولادی
- مزایایی سازه فولادی
- معایب سازه فولادی
سیستم های سازه ای و مهندسی سازه
پیش از ادامه ی بحث در خصوص سازه های فولادی یک مفهوم کلی تر به نام سیستم سازه ای که سازه های فولادی زیر مجموعه ای از آن هستند را معرفی خواهیم کرد.
سیستم سازه ای به مجموعه ای از المان ها گفته می شود که به یکدیگر متصل شده و وظیفه ی تحمل و انتقال بارهای وارد شده را بر عهده دارند. یک سیستم سازه ای از کل سازه نگهداری میکند و در واقع مانند اسکلت و استخوان بندی بنا به شمار می آید. هر ساختمانی اعم از ساختمان، پل، سد و ... نیاز به یک سیستم سازه دارد. حال به کسی که وظیفه ی طراحی سیستم های سازه ای را برعهده دارد مهندس سازه می گویند. مهندس سازه، سیستم سازه ای را به گونه ای طراحی می کند که در برابر نیروهای گوناگون وارد بر سازه مقاومت کند و همچنین باربری زا نیز تامین نماید. لازم به ذکر است که مهندسی سازه یکی از گرایش های بسیار پر طرفدار مهندسی عمران است.
انوع سیستم های سازه ای
امروزه انواع مختلفی از سیستم های سازه ای بر حسب نوع بارهایی که بر المان های باربر وارد می شود تعریف شده اند. برخی از مهمترین سیستم های سازه ای عبارتند از:
- سیستم سازه ای با دیوار باربر
- سیستم تیر و ستون
- سازه ی پوسته ای
- سیستم کششی یا کابلی
- سیستم غشایی
- سازه خرپایی
- سیستم قوسی
- سیستم طاقی
- سیستم طره ای
- سیستم گنبدی
- سیستم قاب پرتال
هر چند سیستم های سازه ای بسیار متنوع هستند اما فولاد به عنوان یکی از مهمترین متریال هاییست که قابلیت استفاده در اکثر این سیستم ها را دارد.
تصویر شماره ۲ - نمونه ای از یک سیستم سازه ای پوسته ای
سازه فولادی چیست؟
سازه ی فولادی، یک سازه ی فلزی است که اجزای مختلف آن از فولادهای به هم متصل ساخته شده است. معمولا سازه های فولادی تحمل بارهای بسیار زیادی را دارند و از استحکام و دوام بالایی نیز برخوردارند. سازه های فولاد انواع مختلف دارند. البته استفاده از فولاد برای ساخت سازه ها در کنار مزایایی که دارد با معایبی نیز همراه است. امروزه طراحی سازه های فولادی می بایست مطابق با اصول و استانداردهای تعریف شده انجام پذیرد. در این مقاله ما به معرفی انواع سازه فولادی، انواع مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی، مزایا و معایب سازه های فولادی و همچنین اصول کلی طراحی سازه های فولادی خواهیم پرداخت.
بیشتر مطالعه کنید: مقایسه سازه فولادی و بتنی
تاریخچه ی فولاد
برای آشنایی با صفر تا صد تاریخچه ی آهن و فولاد اینجا کلیک کنید.
فولاد ساختمانی
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص فولادهای ساختمانی و انواع آن می توانید به مقاله زیر مراجعه نمایید.
بیشتر مطالعه کنید: آشنایی با انواع پرکاربرد فولاد در صنعت
انواع پروفیل های فولادی
برای ساخت یک سازه فولادی لازم است تا مقاطع فولادی استفاده شود. به مقاطع فولادی که سطح مقطع مشخص و ثابت دارند در اصطلاح پروفیل گفته می شود. پروفیل های فولادی انواع مختلفی دارند و متناسب با نوع سازه و مشخصات فیزیکی و مکانیکی که دارند در سازت سازه های فولادی به کار می روند. تعدادی از مهمترین پروفیل های فولادی که از آن ها در ساخت سازه های فولادی استفاده می شود عبارتند از:
- نبشی
برای اشنایی با هر کدام از پروفیل های ساختمانی می توانید بر روی نام آن کلیک کنید تا به مقاله ی مربوط به آن هدایت شوید.
اجزای سازه فولادی
اجزای سازه فولادی را بر حسب نوع نیرویی که به آن ها وارد می شود می توان تقسیم بندی کرد. برخی از اجزای سازه تحت فشار قرار دارند که به آن ها اجزای فشاری گفته می شود. اجزای کششی، خمشی، ترکیبی و اتصالات از دیگر اجزای یک سازه فولادی به شمار می آیند.
اجزای کششی
المان های کششی در سازه فولادی تحت بارهای کششی قرار دارند. از نمونه اجزای کششی می توان به کابل و سیم ها در دکل، بالابر، جرثقیل و ... اشاره کرد.
تصویر شماره ۳ - نمونه ای اجزای کششی دریک پل معلق
اجزای فشاری سازه
متداول ترین عنصر فشاری در سازه های فولادی ستون است.
اجزای خمشی سازه
المان های خمشی اجزایی هستند که نیرو به صورت عمودی بر محور طولی آن ها وارد می شود. تیرها، تیرچه ها و ... جز المان های خمشی به شمار می آیند.
اجزای ترکیبی
در مورد بیشتر اجزای یک سازه ی فولادی به طور هم‌زمان نیروهای متعددی به آن وارد می شود در واقع در معرض ترکیبی از بارهای محوری، خمشی و ... قرار دارند.
انواع سازه های فولادی
گفته شد که سیستم های سازه ای انواع مختلفی دارند بر همین اساس می توان سازه های فولادی را نیز تقسیم بندی کرد. سیستم قابی، قوسی، مشبک، معلق، خرپایی و گنبدی از انواع مختلف سیستم های سازه ی فولادی به شمار می آیند.
سیستم قاب فولادی
این سیستم متداولترین سازه ی فولادی ست که در آن از مجموعه ای تیرها و ستون های فولادی برای ساخت اسکلت سازه استفاده می شود. برای ساخت قاب فولادی بیشتر از تیرآهن های اروپایی یا IPE استفاده می شود.
سیستم قاب خمشی
قاب خمشی سیستمی ست که از ستون، تیر و اتصالات تشکیل شده است. در قاب خمشی اتصالات صلب و تکیه گاه ها گیردار می باشند. سیستم های قاب خمشی آزادی عمل بالایی را در اختیار معمار برای طراحی قرار می دهند. انعطاف بالایی دارند و برای سازه های با طبقات زیاد مناسب می باشند.
سیستم های LSF
برای آشنایی با سیستم سازه ای LSF یا سازه قاب فولادی سبک به مقاله مربوطه در وب سایت مدیران آهن مراجعه نمایید.
سازه های پیش ساخته فولادی
این نوع سیستم سازه ای در کارخانه ساخته می شوند و در محل اجرا نصب می شوند. از سازه های پیش ساخته معمولا در ساختمان های با تعداد طبقات کم استفاده می شود. از مزیت سیستم های پیش ساخته می توان به سرعت اجرای بالا به همراه وزن کم آن اشاره کرد.
مزایایی سازه فولادی
از مزیت های سازه فولادی می توان به مقاومت و استحکام بالا، قابلیت اطمینان، در دسترس بودن مواد اولیه، سبکتر شدن سازه در مقایسه با سازه های بتنی، انعطاف در طراحی و معماری، سازگاری بالا، نصب سریع وساده تر، مقاومت در برابر حشرات، سازگاری با محیط زیست و ... اشاره کرد.
معایب سازه فولادی
البته که هر سیستمی معایب خاص خود را نیز دارد. از جمله معایب سیستم های سازه ی فولادی می توان موارد زیر را نام برد:
- هزینه بیشتر
- نیاز به نگهداری بیشتر
- آسیب پذیری در برابر آتش سوزی
- احتمال خوردگی در اجزای سازه