انواع سازه فولادی

فولاد در دنیای مدرن کاربردهای زیادی دارد، اما بیشترین کاربرد آن در ساخت و ساز است. فولاد یکی از حیاتی‌ترین مصالح مورد استفاده در ساختمان است که به دلایل متعددی نظیر تطبیق پذیری، هزینه تولید نسبتاً پایین، استحکام بالا، پایداری و در دسترس بودن، بسیار پرکاربرد است. سازه فولادی به انواع مختلفی دسته‌بندی می‌شود که هر کدام دارای خواصی هستند. این خواص و ویژگی‌ها توسط استانداردهای ملی و جهانی بررسی می‌شوند. سازه فولادی مصالحی با ویژگی‌ها و کاربردهای باورنکردنی است که به طور گسترده در ساخت و ساز استفاده می‌شود. قابل اعتماد و همه کاره است، دلایل زیادی وجود دارد که به طور گسترده در سراسر جهان استفاده می‌شود. در این مقاله از سری مقالات پارسلند قصد داریم شما را با مفهوم سازه فولادی و انواع آن بیشتر آشنا کنیم. همچنین در این مقاله به بررسی موارد مهم دیگر در خصوص سازه فولادی نظیر موارد رایج آن پرداخته شده است. مقاله را با یک سوال آغاز می‌کنیم. سازه فولادی چیست و چه کاربردی دارد؟ برای پاسخ به این سوال همراه ما باشید.

سازه فولادی چیست؟

هنگامی که صحبت از انواع ساختمان می‌شود، بی شک مطمئن‌ترین انتخاب، ساختمان‌هایی با سازه فولادی است. این انتخاب از آن جهت است که ساختمان‌هایی که با اسکلت فلزی ساخته می‌شوند عملکرد بهتری نسبت به انواع دیگر سازه نظیر سازه‌های بتنی و چوبی دارند. همان‌طور که می‌دانید فولاد از آلیاژ کربن و آهن به دست می‌آید. این مصالح با افزودن موادی چون گوگرد، کروم، نیکل، فسفر و منگنز خواص ویژه‌ای پیدا می‌کند. اسکت فلزی سازه‌ای است که از اتصال لوله‌های فولادی و با هدف تحمل بار ساختمان طراحی و ساخته می‌شود.

 سازه فولادی به دلیل استحکام بسیار بالای فولاد درجه استحکام بالایی دارد. به همین دلیل در ساخت سازه‌هایی نظیر ساختمان‌های اداری، مسکونی و تجاری، سیستم پشتیبانی تجهیزات، زیرساخت‌ها، پل‌ها، برج‌ها، ترمینال‌های فرودگاه، کارخانه‌های صنعتی سنگین و قفسه‌های لوله انواع مختلف سازه فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

محبوبیت ساخت و ساز مبتنی بر اسکلت فولادی در سرتاسر جهان بسیار بالا است. به طوری که بسیاری از شگفتی‌های حیرت‌آور معماری با استفاده از این نوع سازه‌ها ساخته شده‌اند. از جمله این ساختمان‌ها می‌توان به ساختمان مشهور امپایر استیت و پل بندرگاه سیدنی اشاره کرد. در این قسمت نگاهی به مهم‌ترین موارد استفاده سازه فولادی در ساخت و ساز می‌اندازیم. تا پایان همراه ما باشید.

انواع سازه‌های فولادی

با توجه به گستردگی کاربرد و تنوع بالای سازه‌های فولادی، آشنایی با انواع سازه‌های فولادی بسیار حائز اهمیت است. این موضوع به شما در انتخاب صحیح و مقرون به صرفه اسکلت مورد نیاز پروژه ساختمانی کمک می‌کند. به طور کلی این نوع اسکلت‌ها به 4 دسته سازه‌های معلق، خرپا، سازه‌های قاب بندی شده و پوسته‌ای تقسیم می‌شوند. چه اندازه با این 4 مورد آشنایی دارید؟ در ادامه با بررسی این 4 مورد همراه ما باشید.

 شرکت ساختمانی پارسلند با در اختیار داشتن نیروی متخصص و خبره در تمامی حوزه‌های ساختمانی حضوری فعال دارد. جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان پارسلند تماس بگیرید.

1 . سازه فولادی معلق

سازه‌های فولادی معلق، شاید اولین چیزی که با شنیدن این سه کلمه در ذهن شما شکل بگیرد، پل‌های بزرگ معلق است. پل‌هایی نظیر پل بروکلین – نیویورک در آمریکا و پل معروف گلدن گیت سانفرانسیسکو که باشکوه خود موجب حیرت همگان شده است. سازه‌های فلزی معلق مبتنی بر نیروی کشش مواردی نظیر طناب‌های فولادی ساخته می‌شوند.

در واقع سازه‌های فولادی ساختمانی که در آن‌ها عنصر اصلی تحمل کننده بار، سیم‌ها، کابل‌ها، زنجیرها، شبکه‌ها، دیافراگم‌های ورقه‌ای و مانند آن است، سازه‌‌های معلق نامیده می‌شوند. این سازه‌ها تنها در معرض نیروهای گسترش و کشش هستند. در این سازه‌ها به طور کامل از خواص مکانیکی موادی مانند سیم فولادی که استحکام بالایی دارند، استفاده می‌شود. از طرفی وزن سبک، این سازه‌ها را برای پوشش سازه‌هایی که دهانه‌های بسیار بزرگی دارند به انتخابی مناسب تبدیل می‌کند. همچنین با وجود استحکام بالای آن‌ها نصب سازه‌های معلق نسبتاً ساده است. لازم به ذکر است که این نوع سازه اغلب برای ساخت پل‌ها، اسکلت سقف و سایبان‌های فلزی، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بزرگ‌ترین عیب این نوع سازه فولادی امکان رانش و تغییر شکل هنگام مواجهه با تنش‌های موقت است. اما حساسیت چنین سازه‌هایی به تغییر شکل ممکن است با وارد کردن عناصر تثبیت‌کننده‌ای مانند سیم‌های گای، پایه‌های متقاطع، تیرهای سفت‌کننده یا بوم‌های اضافی و شکل دادن به سازه کاهش یابد. این کاهش تاثیر پذیری به واسطه امکان پیش تنیدگی است که از این طریق به اسکلت اضافه شده است.

سقف‌های معلق به عنوان یکی از برجسته‌ترین کاربردهای سازه‌های فلزی معلق اولین بار توسط روسیه‌ای‌ها در سال 1896 در هنگام ساخت غرفه‌های نمایشگاه نیژنی نووگورود پیشنهاد و ساخته شد. جالب است بدانید یکی از این سقف‌ها برای ساختمان مرکزی غرفه مهندسی و بر روی یک پایه دایره‌ای به قطر 68 متر نصب شد. بعدها و به تقلید از روس‌ها، استفاده از سازه‌های معلق مدرن برای سقف‌ها در دهه 1930 آغاز و پس از جنگ جهانی دوم با رشد چشمگیری در سرتاسر جهان مواجه شد.

به طور کلی سازه‌های معلق در 3 ساختار متفاوت طراحی می‌شوند. این 3 ساختار عبارت‌اند از تک بوم، دو بوم و زین که در ادامه توضیح مختصری در خصوص هر یک ارائه خواهد شد.

سقف‌های معلق Single-boom سیستم‌هایی از سیم‌های موازی، شبکه یا دیافراگم‌هایی هستند که سطوح استوانه‌ای یا سهمی شکل را تشکیل می‌دهند. در این سقف‌ها بار معمولاً توسط سطح به عناصر نگهدارنده بار منتقل می‌شود. در نوع  Single-boom استحکام سازه با افزایش وزن عرشه یا با یک تکه کردن آن، بیشتر می‌شود.

 پوشش‌های Double-boom سیستم‌های پیش تنیده‌ای هستند که از بوم‌های مستطیلی تشکیل شده‌اند که اضلاع محدب آنها در جهت مخالف یکدیگر قرار دارند.

سقف‌های تعلیق زینی saddle معمولاً از سیستم‌هایی از سیم‌های مقعر و محدب متقاطع تشکیل شده‌اند که یا یک شبکه یا یک پوشش به شکل یک سهمی هذلولی تشکیل می‌دهند. اکثر این سازه‌ها پیش تنیده هستند. سازه‌های معلق که معمولاً بدون داربست ساخته می‌شوند، کاهش هزینه‌ها و زمان ساخت را ممکن می‌سازند. این ویژگی آن‌ها را به شکلی امیدوارکننده به انتخاب مناسب برای ساختمان‌ها و سازه‌هایی با دهانه‌های بزرگ تبدیل می‌کند.

2 . سازه فولادی خرپا

آیا می‌دانستید یک مثلث در مقایسه با اشکال چهار ضلعی (یا بیشتر) از نظر هندسی پایدارتر است؟ سازه خرپایی فولادی از چندین میله تشکیل شده است که در دو سر هر میله لولا شده اند و ساختاری به صورت مثلث‌های به هم پیوسته دارد. این ساختار باعث می‌شود کل مجموعه اسکلت به صورت یک جسم وارد عمل کرده و توزیع وزن و کنترل تنش و تغییر فشار به صورت یکسان در تمامی این اسکلت فلزی انجام شود. به همین دلیل خرپا مقاومت بیشتری در مقابل خمش و بریدن دارد.

خرپا به طور کلی از وتر بالایی، وتر پایینی، میله عمودی، تار مورب و تکیه‌گاه بین خرپایی تشکیل شده است. نکته مهم در خصوص این نوع اسکلت این است که مقدار فولاد مورد استفاده در خرپاها کمتر از تیرهای شبکه جامد است، وزن سازه سبک‌تر و سختی بیشتر است.

مزیت سازه فولادی خرپا این است که از آن برای تشکیل اعضای مهم‌تر با سطح مقطع کوچک‌تر استفاده می‌شود. اغلب در پشت‌بام‌ها، پل‌ها، برج‌های تلویزیون، برج‌های دکل، سکوهای نفتی دریایی و راهروهای ساختمان‌های صنعتی و عمرانی استفاده می‌شود. برای انجام انواع پروژه‌های ساختمانی با شرکت ساختمانی پارسلند تماس بگیرید.

به طور کلی از خرپاها برای موارد زیر استفاده می‌شود:

1 . دستیابی به بازه‌های پوشش طولانی

2 . کاهش وزن سازه

3 . کاهش انحراف سازه

4 . پشتیبانی سازه از بارهای سنگین

5 . طراحی همه کاره و سازگار

به طور کلی خرپاها معمولاً از سه عنصر اساسی تشکیل می‌شوند:

1 . آکورد بالایی که معمولاً در حالت فشرده است.

2 . آکورد پایینی که معمولاً در تنش است.

3 . مهاربندی بین آکوردهای بالا و پایین.

اما کاربرد هر یک از این قسمت‌ها چیست؟ در پاسخ باید گفت، آکوردهای بالا و پایین خرپا مقاومت در برابر فشار و کشش و بنابراین مقاومت در برابر خمش کلی را افزایش می‌دهند و مهاربندی موجب مقاومت سازه در مواجه با نیروهای برشی می‌شود. همچنین مهم‌ترین انواع خرپاها را می‌توان به صورت زیر نام برد:

1 . Pratt

2 . Warren

3 . خرپا K

4 . Howe

5 . Fink

6 . Gambrel

7 . Scissor roof

8 . Hip

9 . Bowstring

10 . Fan

3 . سازه فلزی قابی یا قاب‌بندی شده

قاب‌بندی به معنای شکل دادن و پشتیبانی به یک سازه با ترکیب اجزا در ساختمان است. از این رو، سازه فولادی قاب بندی شده سازه‌ای است که ترکیبی از تیر، ستون و دال برای مقاومت در برابر گرانش و سایر بارهای جانبی دارد. این سازه‌ها به طور کلی برای غلبه بر نیروهای بزرگ، گشتاورهای در حال توسعه به دلیل بارگذاری اعمال می‌شود.

سازه فلزی قابی معمولاً از تیرهای ستون عمودی و افقی تشکیل شده است که به صورت پرچ، پیچ و مهره یا در یک شبکه مستطیل به هم جوش داده می‌شوند. در این نوع اسکلت تیرهای فولادی اعضای ساز‌ه‌های افقی هستند که در برابر بارهای وارد شده به صورت جانبی به محور خود مقاومت می‌کنند و ستون‌ها اعضای سازه‌ای عمودی هستند که بارهای فشاری را انتقال می‌دهند.

4 . سازه فلزی پوسته‌ای

امروزه با گرمایش زمین، شرایط ناپایدار جوی و گسترش بلایای طبیعی نظیر زلزله، نیاز به ساخت ساختمان‌هایی با فضای بیشتر احساس می‌شود. هدف اصلی از ساخت سازه فلزی پوسته‌ای این است که مساحت بیشتری از ساختمان را پوشش دهد. در مهندسی عمران، پوسته سازه یک غشای خارجی منحنی (مثل پوست تخم مرغ) نازک است که به عنوان پوشش برای افزایش استحکام سقف در ساختمان‌ها استفاده می‌شود. در این مقاله به بررسی مفهوم ساختار پوسته و انواع، مزایا و معایب آن می‌پردازیم.

همان‌طور که گفته شد ساختار پوسته یک غشای منحنی نازک یا یک دال است که معمولاً از بتن مسلح سیمانی ساخته می‌شود. ساختار پوسته هم به‌عنوان اسکلت و هم به عنوان غشای پوششی استفاده می‌شود. همچنین سازه‌های پوسته‌ای به عنوان سازه‌های صفحه‌ای نیز شناخته می‌شوند. این سازه‌ها بدون کمک قاب یا مواد توده جامد قادر به حفظ شکل و بارهای نگهدارنده خود هستند.

بهترین ویژگی سازه‌های پوسته، پیوستگی و انحنای آنهاست. به دلیل تداوم ساختاری، پوسته‌ها می‌توانند بارها را در جهات مختلف منتقل کنند.

11 نوع از مهم‌ترین سازه‌های فلزی پوسته‌ای

در این قسمت برجسته‌ترین انواع سازه‌های Shell Structure را به شما معرفی می‌کنیم:

1 . سازه فلزی پوسته‌ای خمره‌ای Barrel Vaults      

2 . سازه به صورت صفحات تاشده  Barrel Vaults      

3 . سازه به صورت صفحات تاشده رو به رو Faced Folded Plate

4 . سازه گنبدی با صفحات تاشو Folded Plate Dome

5 . سازه کوتاه Short

6 . سازه گنبدی Dome

7 . سازه قوسی Shell Arche

8 . سازه استوانه‌ای Cylindrical Barrel Vault

9 . سازه انتقالی Translation

10. سازه با سطوح پیچیده شده Wrapped Surfaces

11. سازه با ترکیب پوسته Combinations

یکی از خدمات پارسلند طراحی و پیاده سازی اسکلت و سازه‌های فولادی است. کلیه طراحی‌های شرکت ساختمانی پارسلند بر مبنای به‌روزترین و ایمن‌ترین متدهای جهان است. برای اطلاع از دیگر خدمات پارسلند با کارشناسان ما تماس بگیرید.

مهم‌ترین کاربردهای Shell Structure 

کاربردهای مختلفی از سازه‌های پوسته‌ای در بخش ساخت و ساز وجود دارد. مهم‌ترین این کاربردها موارد زیر است:

1 . سازه پوسته معمولاً در مناطق لرزه خیز که سازه‌ها تحت بارهای لرزه‌ای قرار می‌گیرند استفاده می‌شود. دلیل استفاده از سازه های پوسته ای در مناطق زلزله خیز این است که از استحکام بالایی نسبت به وزن خود برخوردار است.

2. سازه‌های پوسته‌ای معمولاً برای پوشاندن فضای بیشتری از ساختمان و قسمت داخلی ساختمان که فاقد ستون و دیوار برای حمایت از دال‌های مسطح است، استفاده می‌شود.

3 . Shell Structure ظاهر بسیار جالب و جذابی دارد که برای زیباسازی ساختمان‌ها استفاده می‌شود.

9 مزیت Shell Structure 

این نوع سازه مزایای بسیاری دارد که 9 مورد از مهم‌ترین آن‌ها در زیر آمده است:

1 . سازه‌های پوسته‌ای سختی بسیار بالایی دارند.

2 . سازه‌های پوسته‌ای از استحکام بالاتری نسبت به وزن خود برخوردار هستند.

4 . سازه‌های پوسته‌ای برای پوشش یک منطقه بزرگ استفاده می‌شوند.

5 . از نظر طراحی بسیار ساده است و در مقایسه با انواع دیگر سازه‌ها از استحکام بیشتری برخوردار است.

6 . سازه‌های فولادی از نظر ساختاری پیوسته هستند و می‌توانند بارها را در جهات مختلف منتقل کنند.

7 . سازه‌های صدفی از نظر ظاهری جذاب هستند و بیشتر برای مصارف تزئینی استفاده می‌شوند.

8 . بارهایی که بر روی سازه‌های پوسته اعمال می‌شوند توسط نیروهای کششی، برشی و فشاری به زمین منتقل می‌شوند.

9 . بار مرده در سازه پوسته‌ای را می‌توان با صرفه‌جویی در فونداسیون و سیستم پشتیبانی کلی کاهش داد.

مزایای سازه‌های اسکلت فلزی

حال که با انواع سازه‌های فولادی آشنا شدید. بهتر است در خصوص مزایای این اسکلت‌های فلزی نیز اطلاعات داشته باشید. موارد زیر بیانگر مزایای منحصربه‌فرد این سازه‌ها در مقایسه با نمونه چوبی و فولادی آن هستند.

1 . فوق‌العاده همه کاره

2 . سازگار با محیط زیست

3 . پایدار

4 . مقرون به صرفه

5 . بادوام

6 . به سرعت و به راحتی نصب کنید

7 . استحکام بالا

8 . وزن نسبتا کم

9 . قابلیت طی کردن مسافت‌های زیاد

10. سازگاری با هر نوع شکل

11 . شکل پذیری؛ هنگامی که تحت فشار زیاد قرار می‌گیرد، ناگهان مانند شیشه ترک نمی‌خورد، بلکه به آرامی از حالت خارج می‌شود.

شرکت ساختمانی پارسلند انواع ساختمان‌های مبتنی بر سازه‌های فلزی را طراحی و پیاده‌سازی می‌کند. برای کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان پارسلند تماس بگیرید.

مهم‌‎ترین کاربردهای اسکلت فلزی که باید بدانید

سازه اسکلت فلزی به دلیل استحکام، وزن کم، سرعت ساخت و قابلیت ساخت دهانه‌های بزرگ، گزینه بسیار مناسبی برای ساخت ساختمان‌ها و آسمان‌خراش‌های مختلف است. از اسکلت فلزی می‌توان در ساخت سازه‌های زیر استفاده کرد:

1 . ساختمان‌های مرتفع و آسمان‌خراش‌ها

2 . ساختمان‌های صنعتی نظیر کارگاه‌ها

3 . ساختمان‌های انبار مانند سوله‌ها

4 . انواع مجتمع‌های مسکونی، اداری و تجاری

5 . ساخت انواع سازه‌های موقت

انواع روش ساخت سازه‌های فولادی

به طور کلی در حال حاضر 3 روش ساخت و نصب سازه‌های فولادی وجود دارد. در این قسمت به معرفی این سه روش می‌پردازیم:

1. ساخت فولاد معمولی

این ساختار فولادی متعارف شامل برش اعضای فولادی به طول صحیح و جوش دادن آنها برای ساخت ساختار نهایی است. این فرآیند ساخت و ساز ممکن است به طور کامل در محل اجرا شود که به نیروی انسانی کافی نیاز دارد. از طرف دیگر، برای بهترین نتایج، می‌توان آن را تا حدی در یک کارگاه انجام داد تا شرایط کاری بهتر و کاهش زمان کار فراهم شود.

2. ساخت و ساز فولادی پیچ و مهره‌ای

در این تکنیک تمامی اعضای فولادی سازه که معمولا 6 یا 12 متری هستند که در خارج از محل ساخته و رنگ‌آمیزی می‌شوند، سپس به محل ساخت و ساز تحویل داده می‌شوند و در نهایت در جای خود پیچ می‌شوند. در این نوع ساخت اسکلت کافی است اعضای فولادی در جای خود بلند شده و به هم پیچ و مهره شوند، به همین دلیل ساخت و ساز فولادی پیچ و مهره‌ای بسیار سریع است.

امروزه این روش رایج‌ترین روش ساخت و ساز اسکلت فلزی در نظر گرفته می‌شود زیرا بیشترین ساخت را می‌توان در کارگاه‌ها، با ماشین‌آلات، روشنایی و شرایط کاری مناسب انجام داد.

3. ساخت و ساز فولادی گیج سبک

فولاد گیج سبک یک ورق نازک (معمولاً بین 1 تا 3 میلی‌متر) از فولاد است که به شکلی خمیده شده و مقاطع C یا مقاطع Z را تشکیل می‌دهد. به طور گسترده‌ای رایج است و برای ساخت‌وسازهای مسکونی و ساختمان‌های کوچک استفاده می‌شود. مزایایی که ساخت و ساز فولادی گیج سبک ارائه می‌کند عبارت‌اند از: انعطاف طراحی، سرعت ساخت بالا، قوی، سبک وزن، آسان برای بازسازی، قابل بازیافت، کیفیت خوب (بادوام و کم نگهداری).

شرکت ساختمانی پارسلند

شرکت ساختمانی پارسلند یک شرکت ساختمانی موفق در حوزة صنعت ساخت و ساز به شمار می‌رود. شرکت ساختمانی پارسلند ابتدا به عنوان یک شرکت ساختمانی در اصفهان کار خود را آغاز و سپس با تاسیس دفاتر رسمی در دیگر استان‌های کشور به یکی از شرکت‌های ساختمانی موفق در ایران تبدیل شد. برای کسب اطلاعات بیشتر از خدمات قابل ارائه، با کارشناسان پارسلند تماس بگیرید.

نویسنده: سید مهدی عدنانی ساداتی