سازه ی فلزی و انواع آن در ساختمان سازی 

برای تحمل نیروی زیاد  از سازه های فلزی استفاد ه می کنیم  زیرا ؛ سازه های فلزی یکی از انواع سازه در ساختمان سازی می باشد که مصالح اصلی آن از فلز (فولاد) تشکیل شده که بسیار مقاوم می باشند .

این توع سازه ها با نوعی پرچ  و یا پیچ به هم  متصل می گردند .که بسته نوع اتصالات قطعات مربوطه طراحی و اقدامات کنترل های مربوطه روی انها انجام می شود

برای تسریع کار ساخت و ساز و مهیا نمودن شرایط برای ساختن فضاهای بزرگ بدون استفاده از ستونهای میانی در ساختمان از سازه هاس فلزی از پیش ساخته شده استفاده می شود و این توع سازه های از پیش ساخته شده خواهان بسیا زیادی دارند .

از سازه های فلزی در ایجاد سازه هایی با قوس و گنبدی استفاده می شود زیرا این سازه ها  به دلیل عملکرد سه بعدی که دارند امکان شکل  پذیری را نیز فراهم آورده است.

انواع سازه های فلزی :

۱– سازه های قابی

این سازه ها از ستونها (عمودی) و تیرها (افقی) تشکیل می شوند که  با اتصالات ساده یا گیردار (خمشی-صلب) به یکدیگر متصل می شوند.

برای ایجاد ساختمانهای صنعتی و یا ساختمان های چند طبقه  از سازه های قاب بندی شده (قابی)   استفاده می شود که اغلب ساختمان های رایج امروزی اکثرا از انها استفاده می کنند و  امکان تحمل نیروهای قائم و جانبی را دارا است که در ساخت پل نیز از آن استفاده می شود.

۲– سازه های پوسته ای

در ساخت سازه های مهمی مثل سقف های گنبدی شکل – مخزن نگهداری سیالات تحت فشار – سیلو ها و موارد مشابه با این ها استفاده میشود  . سازه های پوسته ای از ورق هایی با اشکال هندسی استوانه ای و کره ای به صورت پیوسته تشکیل شده است که

۳– سازه های معلق

از سازه بیشتر برای ساخت پلهایی با دهانه بلند ، پلهای معلق ، اسکلت سقف و پوشش ها و عرشه ی پل استفاده می شود.

که در اجزای این نوع سازه نیروی کششی حاکم است در سازه های معلق یک اسکلت قابی وجود دارد که با کمک آویز هایی از کابل کششی اصلی معلق شده است.

۴– سازه های خرپایی

   سازه های خرپایی در ساخت پلها مورد استفاده قرار می گیرند زیرا اجزای این سازه نیروهای کششی و فشاری را منتقل و تحمل می کنند

مزایای سازه های فلزی در ساخت و ساز :

سازه های فولادی (فلزی) از نظر به صرفه بودن اقتصادی و سرعت زیاد در ساخت و ساز و نصب و انعطاف پذیر بودن آن با هیچ سیستم ساخت و ساز دیگری قابل مقایسه نمی باشد یکی از مزایا و وجه تمایز سازه های فلزی نسبت به سایر سازه ها تولید فولاد در کارخانه می باشد که در شرایط بهتری می‌توان کیفیت آن را کنترل و تضمین کرد

از دیگر مزایای سازه های فلزی می توان به موارد زیر اشاره کرد :

مقاومت بسیار زیاد سازه های فلزی

مقاومت فولاد و قطعات فلزی بیشتر بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از سازه های بتنی بزرگ تر است که این ویژگی از اهمیت ویژه ای برخوردار استبه همین علت برای سوله ها با دهانه های بزرگ و ساختمان هایی که مرتفع هستند و یا ساختمان‌هایی که روی زمین های سست احداث می‌شوند از سازه های فلزی استفاده می شود .

پیوستگی و مقاومت متعادل مصالح در سازه های فلزی

سازه ها و قطعات فلزی (فولادی) از موادی تشکیل شده اند که همواره پیوسته و همگن می باشد  در نتیجه در زمان رلزله و رانش رمین صدمات کمتری به سازه وارد می شود ولی در قطعات بتنی پس از هر زلزله صدمات وارده به پوشش بتنی که روی میلگرد است وارد می‌شود و ترکهایی روی پوشش پدید می‌آید که قابل جلوگیری و کنترل نمی باشد و باعث ضعف قطعه می شود که با یک زلزله و پس لرزه دیگر احتمال اینکه ساختمان تخریب شود بسیار بالا می رود .

از آنجایی که مقاومت فولاد و سازه های فلزی از نظر کشش و فشار و در برش، مقاومتی نزدیک به کشش و فشار دارد با تغییر در وضع بارها نیرویی که وارد می‌شود تخریب اتفاق نمی افتد و فشار و کشش قابل تعویض بوده و مقاطع به خوبی عکس‌العمل نشان می‌دهند .

ولی در سازه های بتنی مقاومت نسبت به فشار، زیاد است ولی در کشش و برش بسیار کم است که این امر  در زمان لرزه های و رانش زمین سبب می‌شود مناطقی که تحت نیروی کششی قرار می‌گیرند و مسلح نیستند ترک خورده و خراب شوند.

خواص یکنواخت فولاد

فلزفولاد  در کارخانه های بزرگ با نظارت بسیار دقیق  مهندسین کنترل کیفیت تولید می‌شود. بنابراین می‌توان به یکنواخت بودن مصالح آن اطمینان کرد. زیرا تحت تاثیر عوامل خارجی قرار نمی گیرد که این اطمینان در انتخاب ضریب اطمینان کوچک بسیار موثر است و باعث صرفه جویی در استفاده از مصالح می گردد.

دوام بسیارزیاد سازه های فلزی

دوام  سازه های فلز نسبت به سایر سازه های ساختمانی بسیار بالاتر و خوب بوده که چنانچه در نگهداری از ساختمانها با سازه های فلزی دقت زیاد و لازم به عمل آید عمر آن طولانی شده و برای مدت زمان زیادی قابل بهره برداری خواهند بود.

خواص ارتجاعی فولاد

به دلیل همگن بودن فلز فولاد خواص ارتجاعی محاسباتی آن با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد.

برای مثال ممان اینرسی یک مقطع فولاد را می توان با اطمینان در محاسبات وارد نمود ولی در مورد بتن این ارقام معین و قابل اطمینان نیستند .

ضریب نیروی لرزه ای

هنگام زلزله حرکت و ارتعاش زلزله باعث انتقال نیروی درونی به اجزای ساختمان می شود

ساختمان باید این ارزش و ارتعاش را تحمل کند تا خراب نشود قابهای بتن که وزن بیشتری دارند ضریب نیروی لرزه‌ای بیشتری نسبت به قابهای فلزی دارند .

بر حسب در زمان لرزش و زلزله ساختمان و بناها در دسته ها و گروه های ذیل قرارا می گیرند.

 تجربه  نشان  می دهد ساختمان های کوتاه و سخت و محکم که در زمین های محکم ساخته شده اند خسارت بیشتری می بینند .

 ساختمان‌های بلند و منعطف نیز که دربروی  زمین های نرم ساخته شده‌اند صدمات و خسارات زیادی در اثر ارتعاشات زلزله می بینند در نتیجه عکس العمل ساختمان در زمان زلزله و ارتعاشات به مشخصات ساختمان از نظر محکم بودن و سختی و انعطاف‌پذیری بستگی دارد یعنی به پریود طبیعی ارتعاش ساختمان وابسته است.

 بنابراین ساخت ساختمان کوتاه در زمینی که نرم و انعطاف پذیر است و پریود ارتعاش زمین بزرگ است، بهتر است و بلعکس ساخت ساختمانهای بلند در زمین های سفت و محکم که پریود ارتعاش زمین کم است ، نتیجه بهتری خواهد داشت و خرابی کمتر خواهد بود .

امکان تقویت و مقاوم سازی سازه های فلزی

   گاهی ممکن است به دلیل محاسبات اشتباه و نقصان کاری و یا تغییر مقررات و ضوابط و یا اجرای ضعیف، ساختمانی که با سازه های فلزی ساخته شده است دچار نقص و ضعف باشد که می توان قطعات آن را تقویت نمود و قطعات جدید تعبیه کرد که این عمل در مورد اسکلت های بتنی امکان پذیر نمی باشد.

شرایط آسان ساخت و نصب سازه های فولادی

از آنجایی که قطعات یک سازه فلزی در کارخانه جات تهیه می شود امکان نصب آنها با در نظر گرفتن موقعیت های متفاوت جوی با تمهیدات لازم وجود دارد که در مورد ساختمانهای بتنی در زمان اجرا و ساخت رابطه محدودیت های بیشتری وجود دارد.

سرعت نصب و اجرا

در مورد ساخت ساختمان ب یکی ار مطالبی که بسار خائز اهمیت می باشد این است که در زمان کم بتوان بهره‌برداری کرد و به سود رسید ساختمان هایی که با سازه های فلزی ساخته می شوند به سرعت اجرا و نصب می شوند و کار با سرعت بیشتری نسبت به قطعات بتنی به پایان می‌رسد و مهمترین مطلب حائز اهمیت هزینه‌های انجام شده پایین‌تر است و سریعتر برمی‌گردد.

پرت مصالح 

یکی دیگر از مزایای ساخت قطعات در کارخانه جات این است که پرت مصالح نسبت به استفاده از بتن و تهیه و بکارگیری آن کمتر است و مصالح زمان استفاده از سازه های فلزی هدر نمی رود .اما در سازه های بتنی با سهلنگاری های مجریان و سازندگان بنا بسیار پرت مصالح و تولیدی ضایعات بالاست

وزن کم ساختمان های فلزی

ساختمان های ساخته شده توسط سازه های فلزی میانگین وزنی بین ۲۴۵ تا ۳۹۰ کیلوگرم بر متر مربع و یا وزنی بین ۸۰ تا ۱۲۸ کیلوگرم بر متر مکعب را دارند در حالیکه این تخمین وزن در ساختمان های ساخته شده با اسکلت بتنی چیزی حدود ۴۸۰ تا ۷۸۰ کیلوگرم بر متر مربع یا ۱۶۰ تا ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مکعب می باشد .

اشغال فضا

در مقایسه دو ساختمان مشابه از نظر ابعاد ستون و ارتفاع ، تیر های ساختمان فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از تیرهای ساختمان بتنی است در نتیجه در ساختمانهای فولادی فضای مرده و سطح اشغال کمتر است و از این فضا حداکثر استفاده می شود .

انفجار

سازه های فلزی در مقابله با انفجارها و مواد منفجره مقاومت و رفتار بهتری به نسبت سازه های بتنی از خود نشان می دهند .

شکل پذیری

یکی از مزایای مهم سازه های فلزی شکل پذیری آنها می باشد که قادرند از تمرکز تنش و ارتعاش که علت شروع خرابی هستند جلوگیری کنند و نیروی دینامیکی و تغییر شکل را تحمل می‌کنند که این عامل سبب می‌شود تا به صورت ناگهانی تخریب نشوند و فرصت تخلیه ساختمان و یا تعمیرات را فراهم سازد ولی مصالح بتنی ترد و شکننده هستند و در مقابل نیروی دینامیکی بسیار ضعیف هستند و سریع تخریب می‌شوند.و صدمات ناشی از این سازه هابسیار سنگین می باشد .

برگشت پذیر بودن مصالح سازه های فولادی

یکی از ویژگی‌های خوب سازه‌های فلزی برگشت پذیر بودن مصالح آن است یعنی امکان استفاده مجدد از مصالح مخصوصاً در اسکلت های پیچ و مهره ای وجود دارد .اما سازه ای بتنی به صورت نخاله از سیستم جدا می شود و اکثرا بصورت غیز قابل برگشت می باشند اما سازه های فلزی بعلت پیچ  مهره شدن بهم قابل بازیابی می باشند .

معایب سازه های فلزی در ساخت و ساز :

ضعف در مقابل دما و حرارت زیاد

مقاومت فلز با زیاد شدن حرارت کاهش پیدا می‌کند و ساختمان فلزی دچار نقصان می شود که اگر این دما در ساختمان فلزی به ۶۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد تعادل ساختمان به خطر می‌افتد .

خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی

قطعات استفاده شده در ساختمان های فلزی مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته می‌شود بنابراین مخارج و نگهداری و محافظت از ساختمان های فلزی نسبتاً زیاد می باشد .و در فلزها  با مواد مختلف شیمیایی  پوشانده می شوند

تمایل قطعات فشاری به کمانش و شکست

با توجه به این که تعداد قطعات در سازه های فلزی زیاد است و ابعاد آن کوچک است تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف محسوب می شود و با توجه به تعداد بالای آنها تعویض کاری بسیار زمان بر و سخت می باشد .

جوش نامناسب

اتصال قطعات در ساختمانهای فلزی با جوش ، پرچ ، پیچ صورت می‌گیرد که استفاده از این ها و تهیه و ساخت آنها نیاز به کارخانه جات ، فنی تر و اقتصادی تر داشته  ، که در کشور ما چنین امکاناتی برای ساختمان های متداول مهیا نمی باشد .

همچنین اتصال قطعات با جوش به دلیل عدم مهارت جوشکاران و استفاده از ماشین آلات قدیمی و عدم کنترل توسط مهندس ناظر و گران بودن هزینه آزمایش جوش ، یکی از ضعف‌های بزرگ استفاده از سازه های فلزی می باشد .

اما نکته جالب توجه اینجاست که در صورت رعایت نمودن مشخصات فنی و استاندارد ، در ساخت سازه های فلزی این عیب را نداشته و دارای مقاومت بیشتری هستند