فولاد ساختمانی چیست؟ انواع و کاربرد

فولاد ساختمانی چیست؟

مواد فولادی را می‌توان از جنبه‌های مختلف دسته‌بندی کرد که یکی از این دسته‌ها مربوط به کاربرد و موارد مصرف آن‌ها می‌شود. فولاد ساختمانی (Structural Steel) به همین دسته کاربردها تعلق دارد و در بخش‌های مختلف سازه بکار می‌رود. این دسته از فولادها دارای مدل‌ها و سایزهای متنوعی هستند و به صورت ورق فلزی، میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی و... ساخته می‌شوند. هرکدام از این فولادهای ساختمانی، مشخصات و استانداردهای مشخصی دارند و از اعضای اصلی سازه به شمار می‌آیند.

انواع مقاطع فولادی ساختمانی مشخصات و استاندارد

مقاطع فولادی به عنوان مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی شناخته می‌شوند؛ دلیل این موضوع، مقاومت فوق‌العاده و شکل‌پذیری مطلوب آن‌ها است. در کنار این موارد، فراوانی سنگ آهن به عنوان ماده اصلی ساخت مقاطع باعث تولید و عرضه گسترده آن‌ها شده است. بر همین اساس، مقاطع فولادی ساختمانی همیشه در دسترس مصرف‌کنندگان قرار دارند. در قسمت زیر، فهرست انواع مقاطع فولاد ساختمانی به همراه مشخصات و استانداردهای ساخت آن‌ها قید شده است:

نبشی

سطح نبشی متشکل از دو ضلع عمود بر هم است و در مدل‌های بال مساوی (V) و بال نامساوی (L) ساخته می‌شود. از استانداردهای ساخت نبشی می‌توان به استاندارد GOST 8240، GOST 8510، ASTM A36، ASME S1-36 و DIN EN 10056-1 اشاره کرد. همچنین، سایز استاندارد نبشی شامل 3 الی 10 و ابعاد 6 متری می‌شود. قیمت نبشی نیز بر اساس مشخصات فنی آن اعم از جنس، سایز، وزن و کیفیت‌اش تعیین شده است.

ناودانی

ناودانی یکی از مقاطع فولادی باز است که یک جان با دو بال دارد؛ جان مابین بال‌ها قرار می‌گیرد. زاویه بال‌ها نسبت به جان، به استاندارد مورداستفاده در ساخت ناودانی بستگی دارد. تولید ناودانی معمولا طبق استانداردهای UPE و UPN انجام می‌گیرد. ناودانی‌های تولیدشده با استاندارد UPE به حرف U انگلیسی شباهت دارند و ناودانی‌های ساخته‌شده طبق استاندارد UPN مشابه C انگلیسی هستند. همچنین، این محصول در مدل‌های سبک و سنگین موجود است. قیمت ناودانی هم بر مبنای همین مشخصات تعیین می‌شود.

لوله

لوله یکی از رایج‌ترین مقاطع فولادی در ساختمان‌سازی است که ظاهر آن به یک استوانه توخالی شباهت دارد. با استفاده از لوله‌های فولادی می‌توان مواد و مایعات مختلف را نگهداری یا منتقل کرد. اگر ضخامت و کیفیت لوله‌ها بالا باشد می‌توان حجم زیادی از مواد را در زمانی کوتاه انتقال داد. همچنین، لوله‌های فولادی در سایزهای مختلف و به صورت شاخه‌های 6 متری تولید می‌شوند. استانداردهای تولید آن‌ نیز شامل استاندارد JIS ژاپن، DIN آلمان، ASTM آمریکا و... می‌شود. قیمت لوله هم مانند سایر محصولات به خصوصیات و سطح کیفی آن بستگی دارد.

ورق

ورق‌ها با آلیاژهای مختلفی ساخته می‌شوند و خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی دارند. هرکدام از ورق‌ها بسته به خواص و ترکیب خود گریدهای مختلفی داشته و طبقه‌بندی مخصوصی دارند. از این ورق‌ها می‌توان به ورق فولادی، ورق استیل، ورق گالوانیزه، ورق سیاه، ورق آلومینیوم و... اشاره کرد. قیمت ورق نیز به صورت روزانه در اختیار ساختمان‌سازان و سایر مصرف‌کنندگان قرار می‌گیرد.

میلگرد

میلگرد یکی دیگر از مقاطع فولاد ساختمانی است که با هدف تقویت مقاومت سازه مورداستفاده قرار می‌گیرد. این محصول فولادی ازنظر شکل ظاهری و استاندارد تولید به دو دسته میلگرد ساده و میلگرد آجدار تقسیم می‌شود. میلگردهای ساده، آج یا برآمدگی ندارند؛ اما مدل‌های آجدار دارای آج‌های مارپیچی، جناغی و مرکب بر روی بدنه خود هستند. در صنعت ساختمان‌سازی معمولا از میلگردهای آجدار استفاده می‌شود؛ زیرا مقاومت بالاتری دارند. قیمت میلگرد آجدار نیز بالاتر از میلگرد ساده است.

تیرآهن

تیرآهن یک محصول با سطح مقطعی شبیه به H و I است. این محصول فولادی جهت تحمل تنش‌های ناشی از نیروهای وارده در سازه استفاده می‌شود. از پرمصرف‌ترین تیرآهن‌های موجود می‌توان به تیرآهن IPE، تیرآهن هاش و تیرآهن لانه زنبوری اشاره کرد. این 3 مدل تیرآهن دارای مقاومت بالایی هستند و جهت تقویت استحکام اسکلت‌بندی سازه نصب می‌شوند. قیمت تیرآهن نیز بر حسب مدل و درجه کیفی آن محاسبه می‌شود.

پروفیل

پروفیل یکی از مقاطع فولادی پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی است که بیشترین استفاده را در درب و پنجره‌سازی دارد. این محصول فولادی در اشکال و سایزهای مختلفی تولید و روانه بازار می‌شود. طول آن‌ها نیز معمولا 6 و 12 متری است. پروفیل‌ها ازنظر وزن هم به دو گروه سبک و سنگین تقسیم می‌شوند. برای ساخت آن‌ها نیز معمولا از استانداردهای DIN2394 و EN10219-2 استفاده می‌کنند. مشخصات ذکرشده بر روی قیمت پروفیل اثرگذار هستند.

انواع فولاد ساختمانی

فولاد یا آهن آلات ساختمانی با توجه به ترکیب شیمیایی و عناصر موجود در آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند. این فولادها ازنظر میزان کربن با یکدیگر تفاوت دارند؛ کربن بعد از آهن مهم‌ترین عنصر موجود در فولاد است. میزان انعطاف‌پذیری و شکنندگی فولادهای ساختمانی نیز به همین مقدار کربن آن‌ها بستگی دارد. هرچقدر میزان کربن فولاد سازه‌ای بیشتر باشد، مقاومت و پایداری آن بالاتر است و بالعکس. در قسمت زیر، با انواع فولاد ساختمانی ازنظر ویژگی شیمیایی آشنا خواهید شد:

فولادهای کربنی

کربن، عنصر اصلی ترکیب شیمیایی فولادهای کربنی است. این فولاد با توجه به درصد کربن موجود در خود شامل فولاد کم کربن، فولاد با کربن متوسط و فولاد پر کربن می‌شود. فولاد کم کربن حداکثر 0.25 درصد کربن دارد و در پروژه‌های مهندسی مورداستفاده قرار می‌گیرد. فولاد با کربن متوسط حدود 0.25 الی 0.7 درصد کربن دارد و معمولا در اجزای قطعات متحرک استفاده می‌شود. فولاد پر کربن نیز 0.7 الی 1 درصد دارای کربن است و اغلب در ساخت سکه و وسایل مهندسی به کار می‌رود.

فولادهای کم آلیاژ با مقاومت بالا

فولادهای کم آلیاژ در مقایسه با فولادهای کربنی دارای مقاومت بیشتری هستند. این فولادها طبق استاندارد ASTM آمریکا ساخته می‌شوند و کل عناصر آلیاژی آن‌ها کمتر از 5 درصد است که 2 درصدش به منگنز تعلق دارد. همچنین، عناصر آلیاژی مختلفی مانند مولیبدن، کروم، نیکل، تیتانیوم، نیوبیم، نیتروژن و وانادیم را می‌توان به ترکیب آن اضافه کرد. ازآنجایی‌که عناصر آلیاژی این گروه از فولادها، کم است با قیمت ارزان‌تری به فروش می‌رسند.

فولاد آلیاژی

فولادهای آلیاژی مقداری کربن دارند و ویژگی‌های آن‌ها را عناصر شیمیایی افزوده شده به فولاد مشخص می‌کند. از عناصری که در ترکیب فولاد آلیاژی بکار می‌برند می‌توان به مولیبدن، منگنز، کروم، نیکل، وانادیم و سیلسیوم اشاره کرد. با افزودن آلیاژهای نام‌برده می‌توان مقاومت فولاد را تا حد قابل‌توجهی افزایش داد. به‌طورکلی، فولاد آلیاژی به دسته‌های فولاد آلیاژی کروم‌دار، فولاد آلیاژی منگنزدار، فولاد آلیاژی کروم-مولیبدن و فولاد آلیاژی نیکل- کروم-مولیبدن طبقه‌بندی می‌شود.

فولاد آهنگری

فولاد آهنگری متشکل از کربن و آهن است و با اعمال نیرو به شمش فولادی حاصل می‌شود. این گروه از فولادها بسیار سخت، محکم و یکنواخت هستند. فولادهای آهنگری هزاران سال است که جهت تولید مواد مختلف مورداستفاده قرار می‌گیرند. در گذشته، این فولادها توسط آهنگران به شکل سنتی ساخته می‌شدند؛ اما امروزه توسط تجهیزات تخصصی یا چکش‌های هیدرولیکی ایجاد می‌شوند.

ویژگی های فولاد ساختمانی

ویژگی‌های فولاد ساختمانی شامل موارد زیر می‌شود:

• عمر طولانی
• وزن مناسب
• چقرمگی بالا
• مقاومت در برابر حرارت
• مقاومت در برابر زنگ‌زدگی
• نسبت استحکام به وزن بالا
• مقاومت در برابر فشار و کشش
• قابلیت انعطاف‌پذیری و جوش‌پذیری مناسب
• قابلیت جوشکاری مطلوب جهت اتصال به یکدیگر
• قابلیت برشکاری، خم‌کاری و سوراخ‌کاری جهت اتصال سریع‌تر

فرایند تولید انواع فولاد ساختمانی

در ابتدایی‌ترین مرحله جهت تولید انواع فولاد ساختمانی، فولاد با ترکیب آهن و کربن در دمای بسیار زیاد (فراتر از 2600 درجه فارنهایت) به دست می‌آید. به منظور تولید فولاد خالص، موادی مانند آهک، سنگ آهن و کک را که وارد چرخه تولید می‌شوند به آهن تبدیل می‌کنند. این فرآیند تبدیل مواد به فولاد خالص یک پروسه طولانی است. در کل، مواد اولیه همچون سنگ آهن در کوره بلند ذوب می‌شوند تا آهن مذاب حاصل شود. این آهن دارای ناخالصی‌های زیادی است که باید در اسرع وقت از بین برود. برای نابودی ناخالصی‌ها، فلز مذاب به ضایعات فولادی تزریق شده و اکسیژن نیز از راه کوره عبور می‌کند که نتیجه آن، خارج شدن ناخالصی‌ها است.

 در مراحل بعد نیز می‌توان آلیاژهای فولاد را بنا بر اهداف خود کم یا زیاد کرد. بعد از اتمام این فرآیند، مرحله بعدی یعنی ریخته‌گری مداوم آغاز می‌شود. در این مرحله، فولاد به شکل مذاب داخل قالب‌های خنک‌کننده منتقل می‌شود تا به سختی لازم برسد. درنهایت، فولاد را در وضعیتی که همچنان داغ است از قالب خارج می‌کنند و آن را در طول‌های موردنظر برش می‌زنند؛ این فولاد در اشکالی نظیر شمش و دال برش زده می‌شود. بعد از اینکه قطعات به صورت کامل خنک شدند، آن‌ها را می‌توان به عنوان ماده اولیه ساخت مقاطع فولادی ساختمانی مورداستفاده قرار داد.

نورد گرم و سرد

فرآیند نورد ازنظر دمای انجام کار شامل نورد گرم و نورد سرد می‌شود. در نورد گرم، مراحل شکل‌دهی مقاطع فولادی و کاهش ضخامت آن‌ها در دمای بالا انجام می‌گیرد؛ این دما بیش از 1700 درجه فارنهایت است. به‌طورکلی، دمای ایده‌آل در نورد گرم، دمایی فراتر از دمای تبلور مجدد اعلام شده است. درضمن، عملیات نورد گرم برای قطعات بزرگ کارایی دارد و به علت تغییر سایز محصولات بعد از سرد شدن، دقت ابعادی آن کم است. در مقابل، فرآیند نورد سرد بدون افزایش دما و با اعمال فشار صورت می‌گیرد. فشار غلتک‌ها موجب کاهش ضخامت قطعات می‌شود. در کل، نورد سرد به دنبال نورد گرم با هدف تقویت خواص و کاهش بیشتر ضخامت فولاد در دستور کار تولیدکنندگان قرار می‌گیرد.

ترکیبات فولاد با بتن مسلح

ترکیب فولاد با بتن مسلح یکی از اقدامات رایج در صنعت ساختمان‌سازی است. بتن معمولی، مقاومت کششی کمی دارد که این موضوع در صورت اصلاح نشدن ممکن است به ساختار سازه آسیب وارد کند. برای حل این مشکل، فولاد را به ترکیب بتن اضافه می‌کنند. بتن مسلح نیز متشکل از بتن با مقاطع فولادی مانند میلگرد است. به این ترتیب، با بهره‌گیری از ترکیب فولاد با بتن مسلح می‌توان مقاومت سازه را در برابر فشار و کشش افزایش داد. از این ترکیب معمولا جهت ایجاد دیوارها و ستون‌های بتنی و فونداسیون استفاده می‌کنند. بنابراین، وجود فولاد در بتن به منزله افزایش ایمنی سازه و طولانی‌تر شدن عمر مفید آن است.

راهنمای انتخاب و خرید مصالح ساختمانی

شما در زمان انتخاب و خرید مصالح ساختمانی باید به متناسب بودن آن‌ها با پروژه خود توجه داشته باشید. مقاطع فولاد ساختمانی در وهله اول باید کیفیت بالایی داشته باشند تا بتوانند وظایف خود را به خوبی انجام دهند. در این راستا، آن‌ها را از برندهای معتبر خریداری کنید. جنس، مدل، سایز، وزن و سایر مشخصات فنی مصالح نیز باید در سطح استانداردهای ملی و بین‌المللی قرار داشته باشد. برای اطمینان از این موضوع می‌توانید با کارشناسان فنی و خبره این حوزه صحبت کنید. مشاوران و کارشناسان مجموعه آهن آنلاین، بهترین راهنمایی ممکن را با توجه به پروژه مشتریان در اختیارشان قرار می‌دهند.