در تاریخ، انسان با توجه به منابع و مصالح در دسترس و موجود در محیط زیست اطرافش، برای خود سرپناه می‌ساخت. به طور مثال در مناطق کوهستانی از سنگ‌ها و یا کندن دل کوه، در مناطق جنگلی استفاده از چوب درختان در کویر استفاده از خشت و گل و….
امروزه با پیشرفت علم مهندسی، ساختمان‌ها با مقاومت بسیار بالا از بتن، میلگرد، سازه فولادی یا اسکلت فلزی و … ساخته می‌شوند. در ادامه با ساختمان های سازه فلزی یا اسکلت فلزی آشنا می‌شویم.
سازه فولادی یا اسکلت فلزی چیست؟
سازه فولادی یا به زبان عامیانه تر اسکلت فلزی، سازه ای ساخته شده از قطعات فلزی است که به عنوان اسکلت بندی ساختمان جهت تحمل بار های وارده و ایجاد استحکام در بنا، طراحی و ساخته می شود. این سازه یکی از اصلی ترین انواع سازه های ساختمانی بوده و نسبت به سازه های دیگر مثل بتنی و چوبی، به مواد اولیه کمتری احتیاج دارد.
اجزای اسکلت فلزی یا سازه فولادی
در ساخت سازه فولادی اجزای مختلفی مثل ستون، خرپا، تیر و غیره را با جوش، پیچ و یا پرچ به یکدیگر متصل می کنند. نحوه اتصال اجزا و شکل و ترکیب نهایی آن ها، با توجه به مشخصات کاربردی پروژه، طراحی و اجرا می شود. بر اساس نوع کاربرد ساختمان، مقاطع فولادی می توانند اشکال و اندازه های مختلفی داشته باشند.
از ویژگی های برجسته فولاد، می توان به استحکام بالا، وزن کم و مقاومت بالا در برابر تغییر شکل اشاره کرد. به همین علت، استفاده از اسکلت فلزی در ساخت ساختمان های با دهانه بزرگ، مرتفع و سنگین بسیار رایج است. به عنوان مثال، در ساخت ساختمان های صنعتی سنگین، برج ها، زیر ساخت ها، پل ها، ترمینال های فرودگاه ها و چندین نمونه دیگر، از اسکلت فلزی استفاده می شود.
از انواع سازه‌های فولادی (اسکلت فلزی) می توان به سازه های قاب (برای تیر ها و ستون ها)، شبکه ای (سازه مشبک یا گنبدی)، پیش تنیده، خرپایی، قوسی، پل قوسی، پل کابلی، پل معلق، و پل خرپایی اشاره کرد.
انواع اسکلت فلزی یا سازه های فولادی ساختمانی
نمونه های مختلفی از سازه های فولادی وجود دارد و همه آن ها را می توان به چهار نوع سازه اصلی تقسیم کرد. هر یک از این سازه ها رویکرد خاص خود را در ساخت و ساز دارند. به این ترتیب، این چهار نوع طراحی اصلی سازه فولادی عبارتند از:
شبکه فولادی اسکلت فلزی
به طور کلی، شبکه یک ساختار فضایی متشکل از چندین میله است که به شکل خاصی به یکدیگر متصل شده اند. انواع بسیاری از شبکه ها و نیز استانداردهای مختلفی برای آن ها وجود دارد. این نوع از سازه ها بسیار سفت و سخت هستند و مقاومت لرزه ای گسترده ای را ارائه می دهند. همین ویژگی آن ها را به بهترین گزینه برای ساخت آشیانه ها، سالن های نمایشگاه، سالن های ورزشی و غیره تبدیل می کند.
اسکلت ساختمانی فولادی (اسکلت فلزی)
سازه محبوب دیگری که بیشتر برای ساختمان های چند طبقه مورد استفاده قرار می گیرد، اسکلت ساختمانی فولادی است که از ستون ها و تیرهایی تشکیل شده که قادر به تحمل فشار عمودی و افقی هستند. این سازه ها یک انتخاب رایج برای ساختمان های بلند، دفاتر تجاری، ساختمان های کنفرانس و غیره هستند.
خرپا فولادی در ساختمان اسکلت فلزی
ساختار خرپایی از چندین میله ساخته شده که همگی از انتها به یک میله دیگر به وسیله لولا متصل شده اند. نسبت به سازه های فولادی معمولی به فولاد کمتری نیاز دارند، وزن کمتری دارند و می توانند نیروی بیشتری را تحمل کنند. به همین دلیل است که اغلب برای پل ها، سقف ها، راهروهای برج، برج های تلویزیون، سکوهای نفتی و غیره استفاده می شوند.
مزایای اسکلت فلزی برای ساخت انواع ساختمان
شاید این سوال مطرح شود که چرا اسکلت فلزی را به عنوان بهترین انتخاب برای ساخت انواع ساختمان معرفی میکنند. برای پاسخ به این سوال، در ادامه به بررسی چند ویژگی برجسته سازه های فولادی خواهیم پرداخت.
طراحی سازه‌های اسکلت فلزی
یکی از بارزترین مزایای استفاده از اسکلت فلزی در ساخت و ساز، توانایی فولاد در طی مسافت های بیشتر با تیرچه های سقفی فولادی است. این ویژگی به مهندسان اجازه می‌دهد تا با استفاده از محصولات فولادی، فضایی بزرگ تر ایجاد کرده و سهولت بیشتری برای طراحی فضا های داخلی ساختمان داشته باشند که این امکان در ساختمان های ساخته شده با سایر سازه ها وجود ندارد.
استفاده از اسکلت فلزی برای ساخت سازه‌های با دهانه بزرگ و سازه های سنگین که کاربری صنعتی دارند، بسیار توصیه می شود. اتصال بین طبقات را می‌توان به راحتی با استفاده از خرپای پلکانی، دال تیرآهن و تیرهای قلعه‌ای ساخت. ایجاد دهانه های باز بسیار طولانی با استفاده از فولاد امکان پذیر است که اجرای آن در بتن یا با تکیه گاه چوب امکان پذیر نیست.
اقتصادی ترین و کلی ترین شکل برای ساختمان پیش ساخته فولادی، یک مستطیل پایه است. با این حال، از فولاد برای ایجاد طرح های پیچیده تر نیز استفاده می شود. بزرگترین مزیت طراحی با فولاد شاید توانایی آن در طی مسافت های طولانی بدون ایجاد وقفه با قرارگیری بر روی ستون های داخلی باشد. به همین دلیل است که سازندگان آشیانه هواپیما از اسکلت فلزی استفاده می کنند.
فضای داخلی با دهانه باز، انعطاف پذیری بیشتری را در طراحی پلان طبقات ایجاد می کند. همچنین آزادی بیشتری را برای بازسازی و تغییرات بعدی فراهم می کند.
استحکام و دوام در ساختمان‌های اسکلت فلزی
اجزای سازه های فولادی قوی تر و سبک تر از اجزای ساخته شده از بتن یا چوب الوار هستند. میزان تحمل وزن فولاد 30٪ الی 50٪ بیشتر از معادل چوبی آن است. این امر باعث می شود که سازه های فولادی قوی تر و بادوام تر از سازه های چوبی سنتی باشند.
سازه‌های فلزی علاوه بر دوام، می توانند در برابر نیروهای شدید یا شرایط آب و هوایی سخت مانند زلزله، بادهای شدید، طوفان و برف سنگین تا حد زیادی مقاومت کنند. آن ها همچنین ضد زنگ هستند و برخلاف سازه های چوبی تحت تأثیر موریانه، کپک، حشرات، کپک و آلودگی قارچی قرار نمی گیرند. علاوه بر این در مقایسه با سازه های چوبی در برابر آتش مقاوم تر هستند.
وزن سبک در سازه‌های اسکلت فلزی
شاید تعجب آور باشد که بدانید اگر یک قطعه چوب 2×4 متر مربع و یک قطعه فولاد 2×4 متر مربع را وزن کنید، فولاد به دلیل چگالی بیشتر، وزن بیشتری خواهد داشت. با این حال، زمانی که از فولاد در اسکلت ساختمان استفاده می‌شود، نوع طراحی تیر فولادی باعث می‌شود که سبک‌تر از تیر های چوبی و بتنی و از نظر ساختاری هم مستحکم تر از آن ها باشد.
نصب آسان و سرعت بالا در ساخت اسکلت فلزی
قطعات فولادی در سازه های فولادی پیش ساخته با طرحی خاص در داخل کارخانه تولید شده و در حالت آماده نصب به محل پروژه ارسال می شوند. از این رو زمان ساخت را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. بنابراین می توان پروژه های بزرگ را در مدت زمان کمتری نسبت به معمول به پایان رساند.
سازه های فولادی معمولی از تیرها و ستون های نورد گرم، تیرچه های با شبکه باز و عرشه فلزی ساخته می شوند. از آنجایی که ساختن سازه های فولادی در محل پروژه دشوار است، معمولاً طبق مشخصات از قبل طراحی شده، برش داده شده و شکل می گیرد و در یک کارگاه مخصوص سوراخ می شود. این روش می تواند منجر به ساخت نسبتاً سریع و دقیق سازه شود.
به دلیل طراحی و ساخت دقیق قطعات اسکلت فلزی، نصب و مونتاژ آنها در محل بدون دردسر بوده و همچنین نیازی به اندازه گیری و برش قطعات در محل نیست.
استفاده چند منظوره از فولاد در سازه‌های اسکلت فلزی
فولاد فوق العاده کاربردی است، زیرا می توان آن را به هر شکلی درآورد .این خاصیت فولاد، آن را به گزینه ای جذاب برای استفاده در ساخت ساختمان های مسکونی و تجاری تبدیل می کند. با استفاده از فولاد معماران این امکان را پیدا می کنند که در کنار استفاده از تخیل هنری شان، توانایی طراحی و ساختن ساختمانی قوی و ایمن را داشته باشند.
همپنین با توجه به ویژگی های بی نظیر فولاد، در ساخت ساختمان‌های بزرگ و با دهانه باز مانند فرودگاه، ساختمان‌های ترمینال، سالن‌ها، ساختمان‌های کشاورزی، انبارها و محوطه‌های داخلی، هیچ جایگزینی برای سازه‌های فولادی در این موارد وجود ندارد.
انعطاف پذیری در طراحی اسکلت فلزی
انعطاف پذیری یکی از مزیت های بزرگ سازه های فولادی است، به این معنی که می توان آن را بر اساس نیاز تغییر داد. مثلا برای افزایش مقاومت پل ها یا برج های بلند در برابر وزش باد، می توان در ساختار سازه تغییرات لازم را بدون هیچ مانعی اعمال کرد.
شکل پذیری اسکلت فلزی
کیفیت بالای شکل پذیری، بر روی پایداری سازه های فولادی هنگام قرار گرفتن در معرض نیروی زیاد تاثیر می گذارد. فولاد مانند مواد نسبتا شکننده مثل بتن ترک نمی خورد. این خاصیت فولاد به ساختمان‌های فولادی اجازه می‌دهد تا در صورت وجود خطر شکستگی، قبل از فروریختن تغییر شکل دهند. بنابراین به ساکنان هشدار می‌دهد که قبل از فرو ریختن کامل ساختمان آن را تخلیه کنند.
خرابی سازه های فولادی یک شبه اتفاق نمی افتد و یک سازه فولادی به ندرت ممکن است فرو بریزد. به همین دلیل است که ساختمان های اسکلت فلزی کمتر تحت تاثیر زلزله دچار خرابی و آسیب می شوند. به طور خلاصه، یک سازه فولادی به شما زمان می دهد تا در صورت وجود خطر سقوط ناگهانی، قبل از رخ دادن هرگونه اتفاق ناگواری از آن خارج شوید.
اهمیت ویلا و خانه پیش ساخته در سال 2022
ساخت آسان اسکلت فلزی در اندازه های مختلف
میخ ها و قطعات فولادی در اندازه های مختلف موجودند و حتی می توانند بنا به سفارش و نیاز، طراحی و تولید شوند. این بدان معنی است که آنها می توانند برای تحمل بارهای خاص در ساختمان ها با اندازه ها و انواع مختلف تهیه و استفاده شوند. در حالی که، تیرهای چوبی یا بتنی در مشخصات سفارشی به آسانی در دسترس نیستند.
مقاومت اسکلت فلزی در برابر آتش
سازه های فولادی در مقایسه با چوب در برابر آتش بسیار مقاوم هستند و خطر آتش سوزی ساختمان را کاهش می دهند. در صورت وجود اسکلت فلزی در ساختمان، به نسبت اسکلت های چوبی، امکان گسترش آتش کاهش می یابد. برای افزایش خاصیت ضد حریق فولاد، از پوشش های ضد شعله ویژه استفاده می شود.
مقاومت اسکلت فلزی در برابر آفات و حشرات
اجزای سازه ای فولادی و بتنی ضد موریانه هستند و علاوه بر این، جزو مواد مصرفی پستانداران یا حشرات نیستند. سازه های فولادی در مقایسه با سازه های چوبی نیاز به نگهداری کمتری داشته و نیازی به درمان پایدار در برابر حشرات ندارند.
مقاومت در برابر رطوبت و آب و هوا
سازه های فولادی به طرز شگفت انگیزی در برابر رطوبت مقاوم هستند، اگر چه این مزیت ممکن است با توجه به میزان کربن در فولاد مورد استفاده برای سازه کمی تغییر کند. ایجاد پوشش روی فولاد با استفاده از فلز روی داغ و پودر اضافی، باعث افزایش مقاومت در برابر زنگ‌زدگی در اثر رطوبت و آب می شود. توجه به این نکته برای اجزایی که در معرض نوسانات آب و هوا و اثرات ساینده آب و هوای بیرون هستند بسیار حیاتی می باشد.
سازگاری اسکلت فلزی
سازه های فولادی را می توان با توجه به نیاز مالک تغییر داده و یا تنظیم کرد. به عنوان مثال، دیوار ساخته شده از فولاد را می توان به راحتی تغییر موقعیت داد تا فضا را گسترده تر کرده و یا یک چیدمان داخلی جدید ایجاد کرد. این قابلیت انطباق با تغییرات، میزان تمایل سازندگان و طراحان به استفاده از سازه های فولادی در ساختمان ها را افزایش داده و در عین حال به افزایش طول عمر سازه هم کمک می کند.
مقرون به صرفه بودن سازه‌های اسکلت فلزی
فولاد در مقایسه با الوار یا بتن وزن سبکی دارد که حمل و نقل آن را آسان‌تر می‌کند. در نتیجه هزینه‌های سوخت و حمل و نقل کاهش یافته و زمان‌بندی اجرای پروژه را تسریع می‌بخشد. گذشته از این، قابل بازیافت است و حداقل ضایعات مواد خام را ایجاد می کند. از آنجایی که قطعات فولادی در کارخانه تولید می شوند، هیچ ضایعاتی در محل پروژه وجود نخواهد داشت.
اجرای اسکلت بتنی در کشورهای توسعه نیافته که نیروی کار ارزان در دسترس است، مقرون به صرفه تر است. هزینه اسکلت بتنی در کشورهای توسعه یافته به دلیل گران بودن نیروی کار بیشتر است.
چوب به دلیل گرانی و آسیب رساندن به محیط زیست جهت تهیه آن، به مصالح غیر مجاز در صنعت ساختمان سازی تبدیل می شود. همچنین اگر در هر متر مربع ساخت و ساز از چوب استفاده شود، نسبت به سازه های فولادی به چوب بیشتری نیاز خواهید داشت.
با این حال، یک سازه فولادی در همه شرایط مقرون به صرفه نیست. هزینه سازه نیز تا حد زیادی به نوع و عملکرد آن بستگی دارد. اگر می خواهید ساختمان با دهانه بزرگ بسازید، بهتر است از فولاد استفاده کنید. در حالی که هزینه سازه های کوچک با فولاد در مقایسه با چوب یا بتن بیشتر خواهد بود.
اسکلت فلزی دوستدار محیط زیست
فولاد یکی از قابل بازیافت ترین مواد در جهان است. استفاده از فولاد بازیافتی تا حد زیادی موجب صرفه جویی در منابع طبیعی و انرژی می شود که به نوبه خود هزینه تولید محصولات جدید فولادی را کاهش می دهد. در مقابل، بتن تقریبا غیر قابل بازیافت است و در مقایسه با فولاد، چوب را می توان تا حدی بازیافت کرد.
بهره وری انرژی در ساخت سازه‌های اسکلت فلزی
خانه ای که با فولاد ساخته شده است، می تواند مصرف انرژی کمتری نسبت به یک ساختمان چوبی داشته باشد. فلز دمای سرد و گرم را 400 برابر سریعتر از چوب منتقل می کند، اما باید از عایق اضافی برای جلوگیری از این انتقال فوق العاده سریع گرما استفاده کرد، به ویژه باید اسکلت فولادی را با عایق سفت پیچید و از عایق معمولی بین اتصالات استفاده کرد.
گزینه های زیادی برای استفاده در عایق کاری وجود دارد، پس بسیار مهم است که عایق مناسب سازه فلزی را پیدا کنید که برای همه نیازهای شما مناسب باشد.
بهبود کیفیت ساخت و ساز با اسکلت فلزی
سازه های فولادی تحیلیل نمی روند، بنابراین به‌عنوان یک صاحب خانه لازم نیست همواره به فکر تعمیر و تقویت ساختمان باشید. فولاد از نظر ابعادی ثابت است، هیچ نگرانی در مورد اعوجاج آن ها با تغییرات آب و هوایی وجود ندارد. این سازه ها تا مدت زمان طولانی بدون نیاز به نگهداری دوام می آورند.
استفاده از اسکلت فلزی در سازه های موقت
سازه های فولادی را می توان به راحتی با استفاده از روش های مختلف مانند جوش، پیچ و مهره یا پرچ ساخت و همچنین بدون دردسر از هم جدا کرد.
این امر زمان صرف شده برای ساخت یک سازه موقت را کاهش می دهد و از این رو سازندگان حرفه ای ساختمان، از فولاد برای سازه های موقت استفاده می کنند. این اتفاق نیز زمانی مطلوب است که بخواهید یک اسکلت قوی در یک بازه زمانی کوتاه داشته باشید.
ایمنی و مقاومت اسکلت فلزی
سازه های فولادی به طور آشکاری نسبت به سازه های چوبی در برابر آتش مقاوم هستند. همچنین فولاد یا بتن تحت تأثیر موریانه ها، حشرات یا جوندگان و همچنین کپک یا قارچ قرار نمی گیرد و نیازی به درمان ها شیمیایی برای از بین بردن حشرات ندارند.
مهم تر از همه این که در یک سازه فولادی اتصال به زمین انجام شده است و احتمال بسیار کمی وجود دارد که توسط صاعقه مورد اصابت قرار بگیرد یا آسیب ببیند.
معایب ساختمان‌های اسکلت فلزی
در ادامه به مرور معایب سازهای اسکلت فلزی یا همان اسکلت فولادی می‌پردازیم.
هزینه نگهداری بالا
هنگامی که سازه های فولادی در معرض شرایط آب و هوایی تهاجمی قرار می گیرند، ممکن است به دلیل عملکرد فولاد با اکسیژن اتمسفر یا محیط تهاجمی دچار خوردگی شوند. برای جلوگیری از چنین مشکلی، استفاده مکرر از رنگ های گران قیمت مورد نیاز است.
از این رو، هزینه نگهداری فولاد ممکن است بالا برود، که یک نگرانی برای دارندگان سازه های فولادی است. همچنین هزینه اولیه سازه فولادی در مقایسه با سازه بتنی چوبی بالاتر است، چرا که برای ساخت اسکلت فلزی در مقایسه با سازه بتنی چوبی به نیروی کار ماهر بیشتری نیاز است.
حساسیت به کمانش
به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، محصولات فولادی به طور کلی باریکتر و در نتیجه نسبت به اعضای بتن آرمه مستعد کمانش هستند. در نتیجه، ممکن است برای بهبود مقاومت کمانشی اقلام فولادی باریک، از مواد گران قیمتی استفاده شود.
خستگی و شکستگی
سازه های فولادی کاملاً مستعد خستگی هستند. تغییرات زیاد در استحکام کششی، عناصر فولادی را در معرض کشش بیش از حد قرار می دهد که باعث کاهش استحکام کلی آن می شود.
فولاد همچنین زمانی که انعطاف پذیری خود را از دست می دهد، به شکستگی پاسخ می دهد. این دو اتفاق شانس کمانش آن را افزایش می‌دهند، که معمولاً با اضافه کردن ستون‌های فولادی گران قیمت که می‌توانند با موفقیت ساختار اولیه را سفت کنند، متعادل می‌شوند.
حریق
اگرچه عناصر فولادی تا یک دمای معین غیر قابل احتراق هستند، استحکام فولاد در مواجهه با دماهای بالاتر به دلیل آتش سوزی یا هنگامی که سایر مواد داخل ساختمان می سوزند، بسیار به خطر می افتد و آنها را مستعد کمانش می کند.
علاوه بر این، فولاد رسانای خوبی برای گرما است، مواد در تماس را مشتعل می‌کند و اغلب باعث افزایش سرعت سرایت آتش به سایر قسمت های ساختمان می شود. از این رو، سازه های فولادی ممکن است به عملیات ضد حریق اضافی نیاز داشته باشند.
سازه های فولادی با پوشش های نسوز یعنی پوشش های معدنی منبسط شده ارائه می شوند. گاهی سازه های فولادی در محفظه های بلوک بنایی، بلوک گچی، تخته گچی و کاشی های سفالی محصور می شوند که از گرما محافظت می کنند. با این حال، ساخت این محفظه ها بسیار گران است و به طور مداوم نیاز به تعمیر و نگهداری اضافی دارند.
کفپوش های ترند 2022؛بررسی مزایا،معایب،قیمت
خسارت آتش سوزی
در واقع فولاد نسبت به سایر مصالح ساختمانی مانند چوب و غیره کمتر قابل اشتعال است و اگر برای مدت طولانی در معرض آتش قرار گیرد، قابل اشتعال تر از بتن است. اما در صورت قرار گرفتن در برابر دماهای بالا، قدرت و استقامت آن کاهش می یابد.
در دماهای بالا، تغییر شکل الاستیک تحت بار رخ می دهد و باعث ایجاد انحرافات بزرگ در اعضای فولادی می شود. هر گونه تنش بر روی اعضای اصلی، باعث فروپاشی و تخریب سایر قسمت ها می شود.
خطای ساخت
اگرچه فولاد یک ماده همه کاره است، اما اگر یک یا چند جزء به درستی نصب نشوند، اصلاح آن آسان نیست. اکثر سازندگان ساختمان های فلزی از فرآیندهای تضمین کیفیت دقیق پیروی می کنند تا اطمینان حاصل شود که همه قسمت های ساختمان به درستی اجرا می شوند. اما در واقع انجام کامل این کار امکان پذیر نیست.
تفاوت در هزینه، عملکرد و نگهداری بین سازه قاب فولادی و بتن (چند طبقه) قابل چشم پوشی است و هیچ یک از این گزینه ها مزیت مشخصی نسبت به دیگری ندارد. هر ساختمان نیاز به بررسی جداگانه دارد. تجزیه و تحلیل مهندسی، تصمیم نهایی و راهنمایی در مورد انتخاب مواد را تعیین می کند.
گابیون یا همان تور سنگ چیست و چه کاربردی دارد
دامنه و کاربرد استفاده از محصولات فولادی بسیار گسترده است. سازه فولادی، مزایای زیادی نسبت به سازه چوبی دارد. سازه‌های فولادی از دوام و استحکام گرفته تا مزایای زیست‌محیطی آن، به طور مداوم انتخابی برتر نسبت به سایر مصالح ساختمانی هستند.
در کل فولاد، یک مصالح ساختمانی همه کاره است که تقریباً در هر مرحله از فرآیند ساخت و ساز از قاب بندی، تیرچه های کف، چیدمان یا ایجاد مصالح سقف و غیره استفاده می شود. اگرچه فولاد برای استفاده در خانه های کوچک توصیه نمی شود، اما شاید تنها راه حل مقرون به صرفه برای سازه های بزرگ و سنگین باشد.
دیدگاه خود را بنویسید