
انواع سازه های فلزی
انواع سازه های فلزی و مزایای ان
ساختار فلزی، که به عنوان یکی از مصالح بیشتر مورد استفاده در دنیای ساختمانسازی مدرن شناخته میشود، عنوان کلی برای انواع ساختارهایی با اسکلت فولادی است. امروزه فولاد، که در واقع آلیاژی از آهن و کربن است، با تواناییهای متنوع خود به یکی از مصالح ساختمانی کارآمد تبدیل شده است.
در ساخت و ساز، از ترکیبهای متفاوتی از فولاد استفاده میشود که قیمت میلگرد آلیاژی بر اساس این ترکیبات تعیین میشود. ساختارهای فولادی جایگاه خاصی در ساخت و ساز دارند که در برخی از پروژههای ساخت و ساز با هیچ یک از مصالح جایگزین نمیشوند.
انواع سازه های فلزی
- سازه فولادی قابی
- سازه فولادی پوستهای
- سازه فولادی معلق
- سازه فولادی خرپا
از مهمترین انواع ساختارهای فلزی به شمار میروند. در این مقاله، با کاربردها، فواید و انواع ساختارهای فلزی به طور جامع آشنا خواهید شد. پس با ما همراه شوید تا با نقش این ساختارها آشنا شوید.
کاربرد سازه های فلزی
کاربرد ساختارهای فلزی فولاد به عنوان یکی از مهمترین فلزات در صنعت ساخت و ساز شناخته میشود. هنگامی که اجزای فولادی با شکل و قاعده خاصی کنار هم قرار میگیرند، بر اساس تواناییهای خود، کاربردهای متنوعی پیدا میکنند. به طور کلی، میتوان گفت که انواع ساختارهای فلزی در ساخت انواع پلها، اسکلت ساختمان، به خصوص ساختمانهای بلند، مخازن نگهداری مایعات و سایر ساختارهای ثابت و… استفاده میشوند.
مزایای انواع سازه های فلزی
فواید ساختارهای فلزی دلیل افزایش محبوبیت ساختارهای فلزی به ویژگیها و برتریهای آنها نسبت به بتن مربوط میشود. خصوصیات فولاد مانند استحکام، قابلیت شکلدهی آسان، چکشخواری، جوشپذیری، خاصیت فنری و الاستیکیت آن به همراه ویژگیهای جذاب هر یک از ساختارهای فلزی، از دلایل افزایش تمایل به استفاده از این نوع ساختارها است. از خصوصیات ساختارهای فلزی میتوان به:
- استحکام فوقالعاده در برابر کشش و فشار طول عمر مدید
- قابلیت تقویت بیشتر
- تعویض آسانتر
- انتقال فشار لرزه کمتر به ساختمان در زمان زلزله
- نصب ساده قابلیت ساخت از پیش
- خاصیت الاستیک و کیفیت یکنواخت ساختارهای فلزی
انواع فولاد شکل داده شده
انواع فولادی که شکل داده شدهاند شکلدهی به قطعات فولادی میتواند بسته به کاربرد متفاوت باشد. قطعات فولادی با اشکال و ابعاد بسیار متنوعی وجود دارند که با استفاده از حرارت یا سرما رول شده و برخی دیگر با جوش دادن پلیتهای صاف یا خم شده به یکدیگر ساخته میشوند. از معروف ترین قطعات فولادی میتوان به HSS، مدل کانالی، زاویهدار و تیرهای I شکل اشاره کرد.

محبوب ترین ساختمان های فلزی جهان
پرطرفدارترین ساختمانهای فلزی جهان با وجود اینکه ساختمانهای فلزی فراوانی در سراسر جهان وجود دارند، برخی از آنها به دلیل ظاهر یا طراحی خاص خود، محبوبیت خاصی در جهان کسب کردهاند. برخی از پرطرفدارترین این ساختمانها عبارتند از:
- ساختمان Investcorp واقع در دانشکده آنتونی در شهر آکسفورد
- موزه هنرهای معاصر در کلیولند
- برج خلیفه در دبی
- برج مربعی شکل شان هینگ در چین
- برج فولادی واقع در ایالت پنسیلوانیا در آمریکا
- برج تایپه ۱۰۱ Taipei واقع در تایوان
- برج امپراطوری در نیویورک آمریکا
- خانه فولادی واقع در ایالت تگزاس آمریکا
- برج ایفل در پاریس
انواع سازه های فلزی
گونههای مختلف ساختارهای فلزی ساختارهای فولادی، با تنوع گستردهای روبرو هستند و از گونههای مختلف ساختارهای فلزی میتوان به ساختار قابی که با استفاده از تیرها و ستونها ساخته میشود، ساختار شبکهای که شامل ساختار فولادی مشبک و گنبدی است، ساختار از پیش تقویت شده، ساختار خرپا که با استفاده از میلگرد و اجزاء مثلثی شکل ساخته میشود، ساختار طاقی شکل، پل کمانی شکل، پل تیری، پل کابلی، پل معلق و پل خرپایی اشاره کرد. در ادامه ۴ نوع اصلی از گونههای ساختارهای فلزی مورد بررسی قرار میگیرند.
سازه فولادی قابی چیست؟
یکی از گونههای ساختارهای فلزی، ساختار قابی است. قاب فولادی یک روش ساختمانسازی است که در آن از یک اسکلت فلزی استفاده میشود. این اسکلت از ستونهای فولادی عمودی و تیرهای افقی I شکل که به صورت شبکههای مستطیلی ساخته شدهاند، تشکیل شده است.
وظیفه این شبکههای مستطیلی پشتیبانی از طبقات، سقف و دیوارها که همگی به این اسکلت متصل هستند، است. در حقیقت، این روش قاب فولادی بود که به انسان اجازه ساخت آسمانخراش را داد، زیرا بدون این نوع ساختار، ساخت ساختمانی با این ارتفاع بسیار دشوار است.
پروفیل فولادی رول شده یا بخشهای متقاطع ستونهای فولادی، شکل حرف I را ایجاد میکنند. دو لبه پهن در یک ستون، ضخیمتر و پهن تر از لبههای یک تیر هستند. دلیل این موضوع افزایش تحمل بار فشاری در ساختار است. بخشهای فولادی مربعی و لولهای نیز میتوانند در ساختار فولادی قابی استفاده شوند.
در این حالت، این بخشها با بتن پر میشوند. تیرهای فولادی با استفاده از پیچ و مهره به ستونها متصل میشوند. به دلیل افزایش تحمل در برابر خمش لحظهای، جان تیر در تیرهای I شکل معمولاً پهنتر از جان ستونها است. ورقههای پهن عرشههای فولادی نیز میتوانند برای پوشش سطح بالایی ساختار فولادی قابی استفاده شوند.
استفادههای ساختار فولادی قابی
ساختار فولادی قابی، به دلیل استحکام و پایداری بالایی که دارد، در ساختمانسازی بسیار مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع ساختار میتواند در ساختمانهای با ارتفاع بالا مانند ساختمانهای چند طبقه و آسمان خراشها استفاده شود. این ساختمانها معمولاً نیاز به ساختاری قوی و مقاوم دارند تا بتوانند وزن ساختمان و فشار ناشی از باد و زلزله را تحمل کنند.
علاوه بر این، ساختار فلزی قابی میتواند در ساختمانهای صنعتی مانند کارخانهها، انبارها و سایر ساختمانهای تجاری استفاده شود. این ساختمانها معمولاً نیاز به فضای بزرگ دارند و ساختار فلزی قابی میتواند فضای بزرگ و بازی را فراهم کند که برای این نوع ساختمانها ضروری است.
همچنین، ساختار فلزی قابی میتواند در ساختمانهای مسکونی استفاده شود. این ساختمانها میتوانند از خانههای یک طبقه گرفته تا برجهای مسکونی چند طبقه باشند. ساختار فلزی قابی به دلیل قابلیت شکلدهی و تنظیم آسان، یک گزینه مناسب برای ساختمانهای مسکونی است.
در نهایت، ساختار فلزی قابی میتواند برای ساخت ساختارهای موقت مانند ساختمانهای موقت یا ساختمانهای قابل حمل استفاده شود. این ساختمانها میتوانند برای موارد مختلفی مانند اردوگاهها، پروژههای ساخت و ساز موقت و یا حتی برای رویدادهای موقتی مانند نمایشگاهها و کنسرتها استفاده شوند. ساختار فلزی قابی به دلیل سبکی و قابلیت حمل و نقل آسان، یک گزینه مناسب برای این نوع ساختمانها است.
تقویت ساختار فولادی قابی در مقابل آتش
فولاد، مادهای است که در مقابل حرارت بالا، خاصیت نرم شدن را دارد، تغییر شکل میدهد و در نتیجه به حدی از استحکام خود را از دست میدهد. این خاصیت میتواند در برخی موارد به چالش کشیده شود، به خصوص در مواجهه با آتش یا حرارت بالا. بنابراین، ساختارهای فلزی مانند قاب فولادی نیاز به تقویت یا مقاومسازی دارند.
برای تقویت ستونها، آنها را با استفاده از مواد یا سازههای مقاوم در برابر آتش پوشش میدهند. این میتواند شامل استفاده از مواد مقاوم در برابر حرارت مانند بتن، گچ یا حتی پوششهای خاص مقاوم در برابر حرارت باشد که طراحی شدهاند تا فولاد را در برابر تاثیرات منفی حرارت محافظت کنند.
تیرها نیز با استفاده از مواد مشابهی پوشش داده میشوند. بتن یا لایه گچی میتواند برای این منظور استفاده شود. این مواد میتوانند به کاهش اثرات منفی حرارت بر فولاد کمک کنند و به حفظ استحکام و پایداری ساختار کمک کنند.
در کل، تقویت یا مقاومسازی ساختارهای فلادی در برابر حرارت یکی از مهمترین بخشهای طراحی و ساخت ساختمانهای فلزی است. این میتواند به افزایش عمر مفید ساختمان و کاهش خطر خسارتهای جدی در صورت آتشسوزی یا دیگر حوادث مرتبط با حرارت کمک کند.
تمایز بین ساختمان فلزی و ساختار فلزی قابی
شما میتوانید در اصل یک ساختمان داشته باشید که کل آن از فولاد ساخته شده است. در این حالت، فولاد هم به عنوان پشتیبان داخلی و هم به عنوان پوشش خارجی استفاده میشود. اما در ساختار فلزی قابی، برای ساخت طبقات، دیوارها و موارد مشابه، از مواد دیگر استفاده میشود. ساختمانهای فلزی برای اهداف متنوعی ساخته میشوند، از جمله انبار، کارگاه و حتی خانه مسکونی.
سازه فولادی پوستهای چیست؟
ساختار فلزی پوستهای، یکی از گونههای متمایز ساختارهای فلزی است که به دلیل خصوصیات منحصر به فرد خود در صنعت ساختمانسازی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. به طور ساده، ساختار فلزی پوستهای یک ساختار با حجم فضایی است که شکل آن مانند یک کره یا استوانه است.
این نوع ساختار برای ساخت سیلوها استفاده میشود. سیلوها عموماً برای نگهداری مواد خام یا محصولات کشاورزی مانند غلات استفاده میشوند. ساختار فلزی پوستهای به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر شرایط محیطی مختلف، یک گزینه مناسب برای ساخت سیلوها است.
همچنین، این نوع ساختار برای ساخت مخازن نگهداری مایعات در کارخانهها استفاده میشود. مخازن فلزی پوستهای میتوانند برای نگهداری مایعات مختلف مانند نفت، گاز، شیمیاییها و حتی آب استفاده شوند. این مخازن به دلیل قابلیت مقاومت در برابر فشار بالا و شرایط محیطی مختلف، یک گزینه مناسب برای نگهداری مایعات هستند.
علاوه بر این، ساختارهای فلزی پوستهای نیز میتوانند برای ساخت ساختمانهایی با شکلهای هندسی خاص و یا برای پوشش ساختمانهای با شکلهای غیرمعمول استفاده شوند. به عنوان مثال، میتوان از این نوع ساختار برای ساخت گنبدهای بزرگ یا ساختمانهای با شکلهای منحنی استفاده کرد. این امکان به مهندسین اجازه میدهد تا با خلاقیت بیشتری در طراحی ساختمانها به کار برند.

سازه فولادی پوستهای چگونه ساخته میشود؟
سازه فولادی پوستهای یکی از گونههای ساختارهای فلزی است که با شکل هندسی خاص خود شناخته میشود. سازه فولادی پوستهای یک جسم صلب سه بعدی است که ضخامت آن نسبت به سایر ابعاد کم است. عموماً یک سازه فولادی پوستهای با استفاده از دو روش مختلف ساخته میشود:
- شکل دادن به سطح میانی پلیت بهعنوان یک سطح یک بار یا دو بار خم شده
- استفاده از اعمال بار و فشاری که با پلیت تولیدکننده فشار زیاد، هم صفحه است.
سازه فولادی معلق چیست؟
سازه فولادی معلق، یکی از گونههای متمایز ساختارهای فلزی است. سازه فولادی معلق به ساختارهایی با سطح افقی اشاره دارد؛ در این ساختارها، طبقات با استفاده از کابلهای آویزان شده سهمی شکل با قدرت بالا حمایت میشوند. قدرت یک سازه فولادی معلق از شکل کابلهای قوی تابدار سهمی شکل ناشی میشود. برای کارایی بیشتر این نوع از گونههای ساختارهای فلزی، فرم سهمی گونه آن به گونهای طراحی میشود که شکل آن کاملاً نزدیک به فرم دقیق نمودار لحظهای باشد. کابل تابدار، تحت شرایط فشار متقارن، ثبات بیشتری دارد زیرا کابل، قابلیت تغییر شکل برای تنظیم خود با فشار خارج از مرکز را دارد. این قابلیت در کابل باعث فشار ثانویه در سطح افقی و تغییر شکل بیشتر میشود. دلیل وجود انحنای سهمی گونه در سازه فولادی معلق، تقویت این سازه در برابر فشارهای خارج از مرکز یا جانبی مانند فشار ناشی از باد یا ارتعاش و مانند آن است.
استفاده از سازه فولادی معلق
سازه فولادی معلق، یکی از گونههای متمایز ساختارهای فلزی است که در طراحی و ساخت برخی از ساختمانهای مدرن بسیار کاربرد دارد. این نوع ساختار به خاطر قابلیتهای منحصر به فرد خود، در ساخت عرشه پل، پلهای معلق و همچنین در ساخت اسکلت سقف استفاده میشود.
در ساخت عرشه پل، سازه فولادی معلق به عنوان یک راه حل موثر برای پشتیبانی از وزن پل و ترافیکی که بر روی آن عبور میکند، استفاده میشود. این سازهها به دلیل قدرت و استحکام بالایی که دارند، میتوانند به مدت طولانی مقاومت کنند و عمر طولانی داشته باشند.
پلهای معلق نیز از سازههای فولادی معلق برای ایجاد یک ساختار قوی و مستحکم استفاده میکنند. این پلها معمولاً برای عبور از رودخانهها، درهها یا مناطق دیگری که نیاز به یک پل طولانی دارند، ساخته میشوند.
سازه فولادی خرپا چیست؟
خرپاها یکی از گونههای ساختارهای فلزی هستند. برای درک ساختار فولادی خرپا، ابتدا باید با مفهوم خرپا آشنا شویم! خرپا ساختاری است که از تیرها و سایر المانها تشکیل شده و یک ساختار مشبک را ایجاد میکند. در مهندسی، یک خرپای ساختاری عبارت است از المانی که دو نیرو را ایجاد میکند (یک المان دو نیرویی عبارت است از ساختاری که در آن نیرو فقط به دو نقطه وارد میشود) در این نوع ساختار، المانها به گونهای کنار هم قرار داده شدهاند که ترکیب کلی به عنوان یک واحد عمل کند.
اجزای کلیدی خرپا
خرپاها معمولاً شامل ۵ واحد مثلثی شکل یا بیشتر میشوند. این مثلثها از اجزای مستقیم و صاف تشکیل شدهاند که انتهای آنها در مفصلها به یکدیگر متصل میشوند. این مفاصل به عنوان گره Node شناخته میشوند. در این نوع ساختار، نیروهای خارجی و واکنشها به این نیروها، فقط در ناحیه مفصلها اعمال میشوند و منجر به ایجاد نیرو در اجزای کششی یا فشاری میشوند.