اسکلت فلزی چیست؛ انواع و کاربردها

وقتی اجزای اسکلت ساختمان از جنس پروفیل‌‌های فولادی باشند، می‌گویند ساختمان با اسکلت فلزی ساخته شده است. در حال‌حاضر مقاطع و پروفیل‌‌های فولادی پرکاربردترین متریال برای ساخت اسکلت فلزی ساختمان هستند، اما در دهه‌های گذشته از چدن و فولاد کم‌کربن نیز برای ساخت این نوع اسکلت استفاده می‌شد. کاربرد فولاد به‌عنوان متریال اصلی در این اسکلت باعث شده است که در صنعت عمران با نام اسکلت فولادی هم شناخته شود. در این مقاله توضیح می‌دهیم اسکلت فلزی چیست، چه تفاوتی با سایر انواع اسکلت‌های ساختمانی دارد و در چه ساختمان‌هایی از این نوع اسکلت استفاده می‌شود.

اسکلت فلزی چیست؟

اسکلت فلزی یا سازه فلزی (Steel Structure)، عنصر اصلی برای تحمل انواع بار وارده بر ساختمان است که تیرها و ستون‌های آن بااستفاده از مقاطع و پروفیل‌های فولادی ساخته می‌شود. تیرها بخش‌های افقی این سازه هستند که بار اصلی را تحمل می‌کنند و بخش‌های عمودی، ستون‌ها هستند که بار را به‌تیرها منتقل می‌کنند. اسکلت فلزی سبک‌تر از اسکلت بتن مسلح است و وزن کلی سازه را تاحد زیادی کاهش می‌دهد.

تیرآهن، نبشی، ناودانی و پروفیل قوطی پرکاربردترین مقاطع فولادی در ساخت اسکلت فلزی هستند. تیرآهن معمولا در بخش‌های افقی (تیر) و عمودی (ستون) سازه مورداستفاده قرار می‌گیرد. نبشی برای ساخت اتصالات و خرپا کاربرد دارد، ناودانی در ساخت تیرهای فرعی، مهاربند یا قاب‌های سبک به‌کار می‌رود و پروفیل قوطی هم برای ساخت ستون و خرپا استفاده می‌شود.

اسکلت فولادی چیست؟

اسکلت فولادی، مجموعه‌ای از تیرها و ستون‌ها به شکل عمودی و افقی است که براساس استانداردهای مشخصی به یکدیگر متصل می‌شوند. برای اتصال آن‌ها می‌توان از پیچ و مهره یا جوشکاری استفاده کرد. همچنین تیرهای فولادی، قسمت افقی اسکلت و ستون‌های فلزی، بخش عمودی آن را تشکیل می‌دهند. این اسکلت همان‌طور که از نامش پیداست، دارای مقاطع فولادی مانند تیرآهن و پروفیل‌های مختلف است. این مقاطع، خاصیت شکل‌پذیری و جوش‌پذیری داشته و در عین حال، مقاومت فوق‌العاده‌ای دارند؛ به صورتی که ضربه‌ها و فشارهای زیاد، باعث تخریب ساختار آن‌ها نمی‌شود. به‌طورکلی، اجرای اسکلت فولادی در سازه‌های مختلف میزان استقامت‌ آن‌ها را بالا می‌برد و از سوی دیگر، وزنشان را کاهش می‌دهد.

انواع اسکلت فلزی

اسکلت فلزی براساس نوع اتصال قطعات به دو دسته جوشکاری و پیچ‌ومهره تقسیم می‌شود. در ادامه توضیحاتی درباره هرکدام از انواع اسکلت‌ها ارائه می‌دهیم.

• در اسکلت‌های پیچ و مهره‌ای، قطعات در اندازه‌های موردنیاز و مطابق با نقشه ساختمان در کارخانه ساخته می‌شوند، در محل برش می‌خورند و در محل اتصال آن‌ها نیز سوراخ‌های موردنیاز برای اتصال پیچ و مهره ایجاد می‌شود. قطعات آماده با ماشین‌های باربر به‌محل پروژه منتقل می‌شوند و تنها وظیفه کارگران ساختمان این است که قطعات را مطابق بانقشه با پیچ و مهره به‌یکدیگر متصل کنند. این نوع اسکلت فلزی برای سازه‌های سنگین و نقشه‌های پیچیده مورداستفاده قرار می‌گیرد، زیرا سرعت اجرای آن بیشتر است. برش دادن قطعات در کارخانه ساده‌تر انجام می‌شود و عوامل محیطی روی کار تأثیر نمی‌گذارد؛ البته اگر اشتباهی در محاسبات وجود داشته باشد، جایگزین کردن قطعات در اسکلت فلزی با پیچ و مهره چالش‌های بسیاری دارد و باید با کارخانه ارتباط برقرار کرد.
• در اسکلت فلزی جوشکاری، پروفیل‌های فولادی در همان اندازه‌های استاندارد (شاخه‌های 6 یا 12 متری) از کارخانه خریداری می‌شوند و تمام تغییرات موردنیاز در محل ساختمان روی آن‌ها انجام می‌شود. قطعات در محل برش می‌خورند و به‌اندازه‌های موردنیاز در می‌آیند و سپس با جوشکاری به‌یکدیگر متصل می‌شوند. جوشکاری نیز به‌روش‌هایی مثل جوشکاری با گاز یا قوس الکتریکی انجام می‌‌شود.

در یک مقایسه کلی می‌توان گفت سرعت اجرا و عملکرد اسکلت فلزی با پیچ و مهره بهتر است، اما از آنجایی‌که این روش پیچیده است و هزینه بالایی هم دارد، معمولا از متد جوشکاری برای اسکلت‌های فلزی در ساختمان‌های معمول استفاده می‌کنند.

کاربردهای اسکلت فلزی

اسکلت فلزی قابلیت استفاده برای انواع سازه‌های عمرانی را دارد و مهندس‌های عمران باید باتوجه‌به شرایط پروژه تصمیم بگیرند که از این نوع اسکلت استفاده می‌کنند یا نه.

در ادامه لیست پروژه‌هایی که این نوع اسکلت بیشترین کاربرد را برای آن‌ها دارد، ارائه می‌دهیم:

• سازه‌های سنگین مثل برج‌ها
• سوله‌های صنعتی و کارگاه‌ها
• انبار
• سالن ورزشی
• پل‌ و سازه‌های زیرساختی
• سازه‌های ضد زلزله
• ایستگاه‌های قطار، مترو و پایانه‌های حمل‌ونقل
• سازه‌های عمرانی موقت

مزایا و معایب استفاده از اسکلت فلزی

اسکلت فلزی مانند هر سازه دیگری، مزایا و معایبی دارد که مهندسان باید با ارزیابی آن‌ها تصمیم بگیرند این سازه برای پروژه‌شان مناسب است یا خیر. البته این مزایا و معایب نسبی است و ممکن است برای هر پروژه متفاوت باشد. ما در این بخش مزایا و معایب استفاده از اسکلت فلزی را به‌صورت‌کلی و بدون در نظر گرفتن شرایط خاص پروژه‌های مختلف توضیح می‌دهیم.

مزایای استفاده از اسکلت فلزی در ساختمان عبارتند از:

• مقاومت بالا در برابر انواع بارهای واردشده به‌سازه و ضریب تغییر شکل پایین در بلند مدت
• سرعت بالا در اجرا و امکان اجرا در مدت کوتاه
• قابلیت ساخت قطعات در کارخانه‌ به‌صورت پیش‌ساخته (در محل پروژه قطعات فقط مونتاژ می‌شوند)
• سهولت در تخریب و انتقال قطعات اسکلت
• امکان توسعه سازه
• امکان استفاده مجدد از منابع و بازیافت مقاطع فولادی درصورت تخریب سازه
• مناسب برای پروژه‌های بزرگ بخاطر وزن پایین و مقاومت بالا
• دقت بالا در اجرا و امکان ساخت به‌صورت دقیق مطابق با نقشه‌های سازه

مهم‌ترین نقطه ضعف‌های اسکلت‌های فلزی عبارتند از:

• مقاومت پایین دربرابر خوردگی و زنگ‌زدگی
• مقاومت پایین دربرابر رطوبت
• مقاومت پایین دربرابر حرارت و احتمال ذوب شدن و تخریب سازه در حوادثی مثل آتش‌سوزی
• نیاز به‌تخصص برای جوشکاری اجزای اسکلت فلزی
• قیمت بالا و نوسان‌های قیمت زیاد بخاطر تغییرات قیمت آهن‌

نکته مهمی که باید به آن دقت داشته باشید این است که کیفیت اجزای اسکلت فلزی به‌صورت مستقیم روی کیفیت این قطعات تأثیر دارند. بنابراین باید اجزای اسکلت را از فروشنده‌های شناخته‌شده خریداری کنید تا مطمئن شوید تولیدات اصلی کارخانه‌های معتبر را به‌شما تحویل می‌دهند.

مقایسه اسکلت سازه فلزی و بتنی

در ادامه تفاوت های اسکلت فلزی و بتنی که دو نوع متداول از اسکلت‌های ساختمانی هستند و هرکدام مزایا و معایب منحصربفردی دارند را مورد بررسی قرار می‌دهیم:

• اجرای اسکلت فلزی بسیار ساده‌تر و سریع‌تر از اسکلت بتنی انجام می‌شود. زیرا در نوع فلزی، فقط باید قطعات را برش داد و به‌یکدیگر متصل کرد. اما در اسکلت بتنی باید زمانی برای عمل‌آوری و خشک شدن بتن سپری شود. البته اجرای اسکلت فلزی به نیروی کار متخصص به‌خصوص در زمینه جوشکاری نیاز دارد، اما اسکلت بتنی را می‌توان به‌کمک کارگرهای معمولی و با نظارت بر عملکرد آن‌ها نیز اجرا کرد.
• اسکلت فلزی سبک‌تر از اسکلت بتنی است و فضای کم‌تری را هم اشغال می‌کند. به‌همین‌دلیل فضای مفید قسمت‌های داخلی بیشتر است. اما در اسکلت بتنی ستون‌ها و تیرها حجیم ساخته می‌شوند و بخشی از فضای داخلی ساختمان را اشغال می‌کنند.
• اسکلت فلزی در برابر زلزله مقاوم‌تر از بتن است، اما در برابر دمای بالا یا رطوبت مقاومت کم‌تری نسبت‌به بتن دارد. هر دو نوع این اسکلت‌ها عمر مفید طولانی دارند و اگر در معرض عوامل مخرب قرار نگیرند، می‌توانند تا سال‌های طولانی بدون آسیب و کاربردی باقی بمانند.
• هزینه اجرای اسکلت فلزی بسیار بیشتر از اسکلت بتنی است. اولین دلیل بالا بودن این هزینه، قیمت بیشتر آهن‌آلات نسبت به بتن است. ازطرف‌دیگر، هزینه اجرای اسکلت فولادی به‌دلیل تخصصی بودن فرایند نصب قطعات بالاتر است. البته باید دقت داشته باشید که اگر سازه در آینده نیاز به‌تغییر و توسعه داشته باشد، هزینه این کار با اسکلت فلزی بسیار پایین‌تر خواهد بود. زیرا نیازی به‌تخریب نیست و اسکلت کنونی را می‌توان توسعه داد. اما برای توسعه سازه‌ای که با اسکلت بتنی ساخته شده است، باید حداقل چندبخش از سازه‌ به‌صورت کامل تخریب شوند.

عوامل تاثیرگذار بر قیمت اسکلت فلزی

قیمت اسکلت فلزی به‌قیمت قطعات آن بستگی دارد. همانطورکه اشاره کردیم، در این نوع سازه از انواع مقاطع فولادی استفاده می‌کنند؛ پس نوسان‌های نرخ همه اجزای سازه و نوسان‌های قیمت در بازار آهن، به‌صورت مستقیم روی نرخ اسکلت فلزی تأثیر دارد. قیمت اسکلت فلزی و اجزای آن تحت تأثیر عواملی چون میزان عرضه و تقاضا، قیمت‌گذاری کارخانه‌ها، نرخ ارز، میزان تورم، قیمت‌های جهانی آهن‌آلات و مقاطع فولادی و شرایط اقتصادی جامعه وابسته است. در حالت‌کلی اسکلت فلزی قیمت بالاتری نسبت‌به سایر انواع اسکلت‌های ساختمانی دارد. دقت داشته باشید که اگر برای ساخت این نوع اسکلت به مقاطع سفارشی نیاز داشته باشید، هزینه‌ها باز هم بیشتر می‌شود. کارخانه‌ها مقاطع سفارشی را با قیمتی بالاتر از مقاطع معمولی موجود در بازار عرضه می‌کنند.