سازه فلزی
سازه فلزی به دلیل مقاومت بالا، انعطاف‌پذیری مناسب و سرعت اجرای زیاد، یکی از پرکاربردترین روش‌های ساخت در پروژه‌های صنعتی، تجاری و مسکونی است. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این سازه‌ها، استحکام بالای فولاد در برابر نیروهای کششی و فشاری است. فولاد به دلیل ساختار مولکولی خود، مقاومت بسیار خوبی در برابر تنش‌ها دارد و به همین دلیل در ساختمان‌های مرتفع، پل‌ها و سوله‌های صنعتی از آن استفاده می‌شود.
سازه فلزی چیست ؟
قطعات این نوع سازه‌ها معمولا در کارخانه ساخته شده و در محل پروژه مونتاژ می‌شوند. این روش باعث می‌شود که زمان اجرای پروژه کاهش یابد و کیفیت ساخت نیز افزایش پیدا کند. در مقایسه با ساختمان‌های بتنی که نیاز به زمان بیشتری برای خشک شدن دارند، استفاده از اسکلت فلزی باعث تسریع فرایند ساخت می‌شود. علاوه بر این، وزن سازه‌های فلزی کمتر از ساختمان‌های بتنی است. این ویژگی باعث کاهش بار مرده ساختمان شده و در نتیجه، طراحی پی و فونداسیون را بهینه‌تر می‌کند.
انواع سازه فلزی و کاربردهای آن در صنعت ساختمان‌سازی
سازه‌های فلزی در صنعت ساختمان‌سازی به دسته‌های مختلفی مانند سازه فولادی قابی، سازه فولادی پوسته‌ای، سازه فولادی معلق و سازه فولادی خرپا تقسیم می‌شوند. هرکدام از این سازه‌ها بسته به نوع پروژه، میزان بارگذاری و شرایط محیطی، کاربرد خاصی دارند.
سازه‌های قابی در برج‌های بلند و ساختمان‌های تجاری، سازه‌های پوسته‌ای در سالن‌های نمایشگاهی و استادیوم‌ها، سازه‌های معلق در پل‌ها و سقف‌های وسیع و خرپاهای فلزی در سوله‌های صنعتی و انبارها استفاده می‌شوند. طراحی دقیق و انتخاب نوع مناسب سازه فلزی، تأثیر بسزایی در افزایش دوام و ایمنی ساختمان دارد.
سازه فولادی قابی و کاربردهای آن
سازه فولادی قابی یکی از رایج‌ترین انواع سازه‌های فلزی است که از قاب‌های فولادی متشکل از تیر و ستون ساخته می‌شود. این نوع سازه، به دلیل استحکام بالا و امکان طراحی انعطاف‌پذیر، در ساختمان‌های بلند، برج‌ها، مراکز تجاری و سوله‌های صنعتی استفاده می‌شود. در این نوع سازه، نیروهای وارده از طریق ستون‌ها به پی منتقل شده و استحکام کلی ساختمان حفظ می‌شود. در این ساختمان‌ها، نیاز به فضاهای باز و بدون ستون‌های میانی، ارزش زیادی دارد.
سازه فولادی پوسته‌ای و روش‌های ساخت آن
سازه فولادی پوسته‌ای نوعی از سازه‌های فلزی است که معمولا برای پوشش فضاهای وسیع و بدون ستون‌های میانی استفاده می‌شود. این سازه‌ها با استفاده از ورق‌های فولادی که به‌صورت خمیده و منحنی طراحی شده‌اند، ساخته می‌شوند. نمونه‌هایی از این نوع سازه شامل گنبدها، مخازن ذخیره‌سازی، سیلوها و آشیانه‌های هواپیما است.
روش‌های ساخت این نوع سازه شامل شکل‌دهی سرد، جوشکاری و استفاده از قطعات پیش‌ساخته است. در برخی موارد، اجزا از قبل ساخته شده و در محل پروژه به یکدیگر متصل می‌شوند. این روش، علاوه بر افزایش دقت اجرا، باعث کاهش زمان ساخت و هزینه‌های پروژه می‌شود.
سازه فولادی معلق و ویژگی‌های آن
سازه فولادی معلق به نوعی از سازه‌های فلزی گفته می‌شود که نیروهای وارده را از طریق کابل‌های فولادی منتقل می‌کنند. این نوع سازه‌ها در پل‌های معلق، سقف‌های خاص و بناهایی که نیاز به پوشش دهانه‌های وسیع دارند، استفاده می‌شود.
یکی از ویژگی‌های مهم این سازه‌ها، کاهش وزن کلی ساختمان است. با استفاده از کابل‌های کششی، بارهای سازه‌ای به نحوی توزیع می‌شوند که نیازی به استفاده از تیرها و ستون‌های سنگین وجود ندارد. همچنین، انعطاف‌پذیری این نوع سازه باعث می‌شود که در برابر زلزله و بادهای شدید عملکرد مناسبی داشته باشد.
سازه فولادی خرپا و اجزای اصلی آن
سازه فولادی خرپا از ترکیب اعضای فولادی به‌صورت مثلثی تشکیل شده است و برای تحمل بارهای سنگین و دهانه‌های وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این نوع سازه در استادیوم‌ها، سالن‌های نمایشگاهی، پل‌ها و سوله‌های صنعتی استفاده می‌شود.
اجزای اصلی این سازه شامل تیرهای افقی که وظیفه انتقال بارهای خمشی را دارند، اعضای قطری که نیروهای کششی و فشاری را تحمل می‌کنند و گره‌ها که نقاط اتصال اعضای خرپا هستند، می‌شود. این ترکیب باعث ایجاد سازه‌ای با مقاومت بالا و وزن کم می‌شود که می‌تواند بارهای دینامیکی و استاتیکی را به خوبی مدیریت کند.
مزایای استفاده از سازه فلزی در ساختمان‌سازی
این نوع سازه، به دلیل ترکیب استحکام بالا، وزن سبک‌تر نسبت به بتن و انعطاف‌پذیری در طراحی، در ساخت ساختمان‌های تجاری، مسکونی، صنعتی و حتی سوله‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه، مهم‌ترین مزایای استفاده از سازه فلزی را بررسی می‌کنیم.
- استحکام و دوام بالا
فولاد دارای مقاومت کششی و فشاری بالایی است و در مقایسه با بتن، توانایی بیشتری در تحمل بارهای سنگین دارد. این ویژگی موجب افزایش ایمنی ساختمان در برابر حوادث طبیعی مانند زلزله می‌شود.
- سرعت بالای اجرا و کاهش هزینه‌های ساخت
قطعات فولادی معمولا در کارخانه تولید و در محل پروژه مونتاژ می‌شوند. این فرآیند، علاوه بر افزایش دقت در اجرا، موجب کاهش زمان ساخت و در نتیجه کاهش هزینه‌های کلی پروژه می‌شود.
- کاهش وزن کلی ساختمان و بهینه‌سازی فونداسیون
استفاده از فولاد در اسکلت ساختمانی وزن کلی سازه را کاهش می‌دهد. این موضوع نه‌تنها اجرای فونداسیون را تسهیل می‌کند، بلکه هزینه‌های مربوط به پی‌ریزی را نیز کاهش می‌دهد.
- مقاومت در برابر شرایط محیطی و عمر مفید طولانی
در صورت استفاده از پوشش‌های ضدزنگ و رنگ‌های محافظ، فولاد مقاومت بالایی در برابر خوردگی و شرایط جوی نامساعد دارد. این موضوع موجب افزایش عمر مفید سازه و کاهش هزینه‌های نگهداری آن می‌شود.
مقایسه اسکلت فلزی پیچ و مهره‌ای با اسکلت جوشی
برای اجرای اسکلت ساختمانی با سازه‌های فلزی، دو روش اصلی مورد استفاده قرار می‌گیرد: سیستم پیچ و مهره‌ای و سیستم جوشی. هرکدام از این روش‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند و بسته به شرایط پروژه، یکی از آن‌ها انتخاب می‌شود. در ادامه، این دو روش را از جنبه‌های مختلف بررسی می‌کنیم.
- سرعت اجرا
اسکلت پیچ و مهره‌ای با توجه به اینکه قطعات آن در کارخانه ساخته شده و تنها نیاز به مونتاژ در محل پروژه دارد، سرعت اجرای بالایی دارد. در مقابل، اسکلت جوشی به دلیل نیاز به جوشکاری در محل پروژه، زمان اجرای بیشتری را می‌طلبد.
- کیفیت اتصالات
در روش پیچ و مهره‌ای، تمامی اتصالات تحت نظارت دقیق در محیط کارخانه انجام شده و کیفیت آن‌ها استاندارد است. اما در روش جوشی، کیفیت جوش به مهارت نیروی انسانی و شرایط محیطی بستگی دارد و ممکن است یکنواختی کیفیت در تمامی نقاط اتصال رعایت نشود.
- مقاومت در برابر زلزله
سیستم پیچ و مهره‌ای به دلیل انعطاف‌پذیری بیشتر، عملکرد بهتری در برابر نیروهای زلزله دارد. در حالی که اتصالات جوشی، تحت تنش‌های لرزه‌ای، ممکن است ترک‌خورده یا ضعیف شوند.
- هزینه‌ها
هزینه اجرای اسکلت جوشی معمولا کمتر از اسکلت پیچ و مهره‌ای است، اما در بلندمدت، هزینه‌های نگهداری و تعمیرات در روش جوشی بیشتر خواهد بود.
- امکان جابجایی و تغییرات سازه‌ای
در روش پیچ و مهره‌ای، امکان باز کردن و جابجایی قطعات وجود دارد که در پروژه‌هایی که نیاز به تغییرات ساختاری دارند، یک مزیت مهم محسوب می‌شود. اما در اسکلت جوشی، هرگونه تغییرات بعد از اجرا، پیچیده و پرهزینه خواهد بود.
کدام اسکلت فلزی برای ساختمان‌های بلند مناسب‌تر است؟
از نظر مقاومت در برابر زلزله، اسکلت پیچ و مهره‌ای عملکرد بهتری دارد. انعطاف‌پذیری بالای این نوع اتصالات، باعث می‌شود که نیروهای جانبی به‌صورت متوازن در کل سازه پخش شوند. این ویژگی، احتمال آسیب‌های سازه‌ای را کاهش داده و ایمنی بیشتری برای ساختمان‌های مرتفع فراهم می‌کند.
همچنین، کیفیت کنترل شده در ساخت اسکلت پیچ و مهره‌ای، یکی دیگر از مزایای این سیستم در ساختمان‌های بلند است. در روش جوشی، کیفیت اتصالات به عوامل متعددی مانند مهارت نیروی انسانی و شرایط محیطی بستگی دارد. در حالی که در روش پیچ و مهره‌ای، تمامی قطعات تحت استانداردهای کارخانه‌ای تولید شده و دقت و یکنواختی در اتصالات رعایت می‌شود.
نگهداری و مقاوم‌سازی سازه فلزی برای افزایش عمر مفید
سازه‌های فلزی با وجود دوام بالا، نیاز به نگهداری و مقاوم‌سازی دارند تا در طول زمان، عملکرد مطلوب خود را حفظ کنند. فرایند نگهداری شامل بررسی دوره‌ای قطعات، کنترل میزان خوردگی، محافظت در برابر حرارت و اصلاح آسیب‌های احتمالی است. در پروژه‌های مختلف، توجه به این اقدامات باعث افزایش عمر مفید اسکلت ساختمانی فلزی و کاهش هزینه‌های تعمیر و بازسازی می‌شود.
یکی از نکات مهم در مقاوم‌سازی این نوع سازه‌ها، استفاده از پوشش‌های محافظ در برابر عوامل محیطی است. روش‌های مختلفی برای جلوگیری از زنگ‌زدگی، کاهش تأثیر حرارت و افزایش استحکام سازه در برابر بارهای ناگهانی وجود دارد که در ادامه به برخی از مهم‌ترین آن‌ها پرداخته می‌شود.
روش‌های مقاوم‌سازی سازه فلزی در برابر آتش‌سوزی و خوردگی
برای افزایش ایمنی و ماندگاری سازه‌های فلزی، می‌توان از روش‌های زیر استفاده کرد:
- استفاده از پوشش‌های ضدحریق
رنگ‌های مقاوم در برابر حرارت و مواد عایق حرارتی می‌توانند فولاد را در برابر دمای بالا محافظت کنند و از کاهش استحکام آن جلوگیری کنند.
- گالوانیزه کردن فولاد
پوشش‌دهی فولاد با روی (گالوانیزاسیون) باعث ایجاد یک لایه مقاوم در برابر خوردگی شده و طول عمر قطعات فلزی را افزایش می‌دهد.
- بهره‌گیری از رنگ‌های ضدزنگ
رنگ‌های اپوکسی و پوشش‌های پلی‌یورتان از تماس مستقیم فولاد با هوا و رطوبت جلوگیری کرده و خطر زنگ‌زدگی را کاهش می‌دهند.
- استفاده از مواد ترکیبی برای جلوگیری از خوردگی
برخی از سازه‌های فلزی در مناطق با شرایط جوی سخت، با استفاده از آلیاژهای مقاوم در برابر خوردگی ساخته می‌شوند که دوام بیشتری دارند.
تکنیک‌های افزایش طول عمر و دوام سازه فلزی
یکی از تکنیک‌های موثر در این زمینه، استفاده از سیستم‌های هوشمند پایش وضعیت سازه است. با استفاده از حسگرهای پیشرفته، امکان کنترل میزان رطوبت، دما و تنش‌های وارده بر سازه فراهم شده و در صورت مشاهده تغییرات غیرعادی، اقدامات اصلاحی به‌موقع انجام می‌شود.
تعمیرات و تقویت اتصالات نیز نقش مهمی در افزایش دوام سازه‌های فلزی دارد. در صورت مشاهده ترک‌های کوچک یا کاهش استحکام در بخش‌های مختلف اسکلت، باید از روش‌های جوشکاری ترمیمی یا تعویض قطعات آسیب‌دیده استفاده کرد تا از گسترش آسیب‌ها جلوگیری شود.
