فولاد ساختمانی چیست، آشنایی با انواع و مشخصات آن

فولاد ساختمانی ؛ در دنیای امروز، سازه‌های فولادی را در همه جا می‌بینیم و از آنها استفاده می‌کنیم. راه‌آهنی که هر روزه مسافران زیادی را جابه‌جا می‌کند یا بلندترین برج‌ها و ساختمان‌های شهر، با استفاده از همین محصولات ساخته شده‌اند. به دلیل ویژگی‌ها و کاربردهای فراوان آن، فولاد ساختمانی اساس ساخت و ساز جامعه مدرن را تشکیل می‌دهد.

همچنین درباره انواع استاندارد آهن و فولاد بخوانید.

فولاد ساختمانی چیست؟

به طور کلی، فولاد یکی از ضروری‌ترین مواد دنیای مدرن است که از آلیاژ آهن و کمی کربن تشکیل می‌شود. البته گاهی اوقات عناصر دیگری نیز وجود دارند. به دلیل استحکام کششی بالا و قیمت پایین، فولاد جز مهمی است که در زیرساخت‌ها، ابزارها، کشتی‌ها، اتومبیل‌ها، ماشین‌آلات، لوازم خانگی و ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. فولاد ساختمانی نیز نوعی فولاد است که یکی از مهمترین مصالح ساختمانی محسوب می‌شود. این فولاد به گونه‌ای طراحی شده است که نسبت استحکام – وزن خوبی داشته باشد. قیمت مقرون به‌صرفه این محصولات باعث شده تا بتواند به عنوان یک جز سازه‌ای اصلی در ساختمان‌ها، جاده‌ها و پل‌ها به کار رود.

فولادهای ساختمانی چه ویژگی‌هایی باید داشته باشند؟

نسبت استحکام به وزن بیشتر

به طور کلی، فولاد از نظر نسبت استحکام به وزن بر هر مصالح ساختاری معمولی مانند سنگ، سیمان یا چوب غالب است. این محصولات نسبت به انواع دیگر فولاد، استحکام بیشتری دارد.

شکل پذیری خوب

شکل پذیری، توانایی مواد برای تحمل بارهای بدون شکست است. به دلیل خاصیت ارتجاعی فولاد، پس از خم شدن می‌تواند به شکل اولیه خود بازگردد. مواد سخت و شکننده می‌توانند به طور ناگهانی خراب شوند، بنابراین مناسب نیستند. ولی فولاد ساختمانی شکل‌پذیری خوبی دارد و در برابر بار نمی‌شکند.

چقرمگی بالا

توانایی یک ماده برای جذب انرژی را چقرمگی می‌گویند. فولاد ساختمانی چقرمگی بالایی دارد، بنابراین برای کاربردهای ساختمانی بسیار مناسب محسوب می‌شود. تفاوت اصلی فولاد نرم و فولاد ساختمانی در این است که فولاد سازه‌ای برای حمل بارهای سخت‌تر، کاربردهای بیشتری دارد.

جوش پذیری خوب

یکی از مهمترین مشخصات این محصولات ، جوش پذیری است. برای اتصال قطعات فلزی در اسکلت‌بندی، باید قطعات جوش پذیری بالایی داشته باشند که فولاد این ویژگی را فراهم می‌کند.

مزایا و معایب فولادهای ساختمانی

مزایا

•  نسبت استحکام به وزن بالا
•  تولید آسان و با مقدار بالا
•  دارای شکل و قالب‌گیری شده
•  قیمت مقرون به‌صرفه
•  عمر طولانی

معایب

•  مستعد خوردگی
•  هزینه بالا برای مقاومت کردن آن در برابر خوردگی
•  خستگی
•  کاهش قدرت در دماهای بالا

انواع فولاد ساختمانی

فقط یک نوع فولاد ساختمانی وجود ندارد. بسته به نیاز مصرف کننده، اشکال و درجه‌های مختلفی استفاده می‌شوند. فولادهای ساختمانی بر اساس شکل مقطع طبقه‌بندی می‌شوند، مانند شکل‌های پرکاربرد I، T، C. علاوه بر شکل آنها، عیار فولاد به طور مستقیم بر خواص مکانیکی آن تاثیر می‌گذارد. بنابراین، با توجه به نوع طراحی باید گریدهای مختلف انتخاب شوند. چندین نوع فولاد را می‌توان شکل داد و به عنوان تیر، میله، صفحه یا پروفیل استفاده کرد. در اینجا مواد تشکیل دهنده فولاد ساختمانی را معرفی می‌کنیم:

انواع فولاد ساختمانی بر اساس ویژگی‌های شیمیایی

بعد از آهن، کربن مهمترین عنصر در تولید فولاد است. مقدار کربن نقش بسیار مهمی در ویژگی‌های فولاد از جمله شکنندگی و استحکام آن و یا انعطاف آن دارد. متدهای بسیار پیشرفته‌ای از جمله محاسبات عددی کامپیوتری برای بررسی میزان استحکام و انعطاف این مواد وجود دارد تا از کیفیت آنها اطمینان حاصل شود. این فولادها را می‌توان بر اساس ویژگی‌های شیمیایی دسته بندی کرد.

فولادهای کربن-منگنز

در این دسته از فولادها، مواد اصلی تشکیل دهنده‌ آن‌ها، منگنز، آهن و کربن است. استحکام و انعطاف در این فولاد بالاست و به واسطه قیمت به صرفه‌، بسیار محبوب هستند.

فولاد کربنی

این نوع فولاد نیازی به افزودن هر عنصر آلیاژ دیگری ندارد و محتوای مس آن از ۰.۴ درصد تجاوز نمی‌کند. انواع فولاد کربنی به طور کلی بر اساس محتوای کربن خود به عنوان فولادهای کم کربن (<۰.۳٪) ، کربن متوسط (۰.۳-۰.۶٪) ، کربن بالا (۰.۶-۱٪) و کربن فوق العاده بالا (۱.۲۵-۲٪) طبقه بندی می‌شوند.

فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا

این نوع فولادها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که خواص مکانیکی بهتری داشته باشند و نسبت به فولادهای کربنی در برابر خوردگی جوی مقاوم‌تر باشند. این فولادها تا ۲ درصد منگنز دارند. بخش‌های کوچکی از سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن، وانادیم، نیوبیم و تیتانیوم را می‌توان در ترکیب‌های مختلف برای تغییر خواص استفاده کرد. فولادهای هوازده زیرگروه فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا به حساب می‌آیند و جزو فولادهای ساختمانی پرکاربرد محسوب می‌شوند. این نوع فولاد با تشکیل لایه‌ای غیرفعال بر روی سطح، مقاومت بالایی در برابر خوردگی جوی دارد.

فولاد آهنگری

آهنگری به معنی فرآیند شکل دادن به فلز در حالت جامد است و با اعمال انرژی مکانیکی و حرارتی به شمش یا بیلت فولادی انجام می‌شود. این فرآیند ساختاری یکنواخت را به وجود می‌آورد که با حذف حفره‌ها و حباب‌های گاز، استحکام کلی را افزایش می‌دهد.

فولادهای آلیاژی کوئنچ و تمپر شده

نوعی فولاد ساختمانی که مراحل عملیات حرارتی کوئنچ و تمپرینگ را پشت سر گذاشته است.

انواع فولاد ساختمانی بر اساس شکل

نوع دیگر از دسته بندی فولاد ساختمانی بر اساس شکل آنهاست. در این نوع دسته بندی جنس در نظر گرفته نمی‌شود، بلکه تنها شکل است که نوع این فولاد را مشخص می‌کند. این نوع از دسته بندی در بازار آهن و فولاد ایران بسیار رایج است و معمولاً به این نوع از دسته بندی استناد می‌شود.

تیر استاندارد آمریکایی (S شکل)

به این نوع از تیر، تیر اِس می‌گویند. برای تولید این نوع از تیر دو مرحله از رول لازم است. لبه‌های این فولاد نسبتاً نازک هستند. بر روی آن ویژگی‌های ساختاری و محل تولید آن هک می‌شود. مثلاً عبارت S۱۲x۵۰ به معنای آن است که عمق تیر ۱۲ اینچ و وزن آن ۵۰ پوند به ازای هر فوت (۳۰ سانتی متر) است.

نبشی (L شکل)

نبشی دارای ظاهری اِل شکل است. دو لبه با زاویه‌ی ۹۰ درجه به هم می‌رسند. ممکن است در انواع مختلف نبشی، لبه‌ها باهم مساوی یا نامساوی باشند و این بستگی به کاربرد آنها دارد. معمولاً از این نوع از فولاد ساختمانی در کف استفاده می‌شود تا عمق ساختاری کاهش پیدا کند.

تیر ستونی (H شکل)

وقتی که سازندگان نمی‌توانند سازه را بر روی کف فونداسیون کم فضا بنا کنند، به سراغ این نوع از فولاد می‌روند. این تیر به شکل اِچ است تا به خوبی به خوبی وزن را انتقال دهد. این تیرها بهترین عملکرد را در خاک‌های محکم دارند. تنها یک تیر می‌تواند وزنی در حدود ۱۰۰۰ تن را تحمل کند.

ناودانی (C شکل)

این نوع از فولاد ساختمانی دارای شکلی سی مانند است. البته در انواع اروپایی آن می‌توان انواع یو شکل آن را هم پیدا کرد که لبه‌های بلندتر دارند. استفاده از این نوع فولاد در اغلب موارد بسیار کاربردی و به لحاظ اقتصادی به صرفه است. در ابتدا این تیرها برای استفاده در پل سازی اختراع شدند اما به مرور زمان راه خود را به همه‌ی انواع ساخت و ساز باز کردند.

تیرآهن (I شکل)

یکی از پرکاربردترین انواع تیر است. در اصطلاح عامیانه به آنتیرآهن هم می‌گویند. شکل آن مثل تیر اچ است اما لبه‌های کوچکتری دارد. به آن تیر همه‌کاره هم گفته می‌شود. لبه‌های آن برای خنثی کردن فشار نیروها بسیار کاربردی هستند و از خم شدن بدنه‌ی اصلی تیرهم جلوگیری می‌کنند. این تیر در افزایش مقاومت ساختمان نقش بسیار مهم و اساسی دارد و ساختمان سازی بدون آن غیر ممکن است

لوله

لوله‌های ساختمانی فولادی به منظور استفاده‌های بسیار زیادی تولید می‌شوند. دو کاربرد بسیار اساسی آن‌ها افزایش ثبات و استحکام ساختمان است. لوله‌ها در انواع و اقسام مختلف و با ابعاد بسیار متنوع تولید می‌شوند. مهندسین اغلب از این فولادها برای انتقال آب، نفت و گاز در ساختمان صنایع پتروشیمی استفاده می‌کنند.

میلگرد

یکی از مهمترین انواع فولاد ساختمانی، میلگرد است که در جنس‌ها و ابعاد بسیار گوناگونی مورد استفاده قرار می‌گیرد. کار اصلی میلگرد انعطاف بخشیدن به بتن ساختمان است. میلگرد قابلیت انعطاف بسیار بالایی دارد و می‌تواند کاملاً خم شود.

تی (T شکل)

تیرهای تی شکل، به عنوان خرپا مورد استفاده قرار می‌گیرند. دو لبه در انتهای خط برش این فولاد واقع شده‌ است که به بدنه عمود هستند. اندازه‌ی لبه‌ها می‌تواند متفاوت و یا یکسان بوده و ضخامت آنها هم متفاوت و یا یکسان است. شکل ویژه‌ی آن قابلیت‌های ویژه‌ای هم به آن می‌دهد.

منبع

فولاد ساختمانی ؛ انواع ، ویژگی ها و کاربردها