فولاد ساختمانی چیست و انواع شکل و گریدهای آن کدام اند؟
دسترسی سریع به محتوای مقاله
در دنیای امروز، ردپای سازه‌های فولادی را در همه‌جا می‌توان مشاهده کرد. از ساختمان‌ها گرفته تا بخش حمل‌ونقل و غیره، همگی به طریقی از آهن و فولاد ساخته‌شده‌اند. در این میان، یک نوع خاصی از فولاد وجود دارد که به دلیل استفاده فراوان در ساختمان‌سازی، به آن فولاد ساختمانی گفته می‌شود. به همین دلیل است که قیمت آهن آلات ساختمانی برای مهندسان و طراحان بسیار مهم است و همواره سعی می‌شود از قیمت روز این مقاطع مطلع باشند. تمامی مقاطع فولادی مانند میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی و... نوعی مقطع فولادی سازه‌ای هستند که از جنس فولاد ساختمانی تولیدشده‌اند. در این مقاله به‌طور مفصل به اینکه فولاد ساختمانی چیست می‌پردازیم و از جنبه‌های مختلف، مزایا و معایب و نیز کاربردهای آن را بررسی می‌کنیم.
فولاد ساختمانی یا فولاد سازه ای چیست؟
فولاد ساختمانی یا فولاد سازه‌ای نوعی فولاد است که به‌عنوان مصالح ساختمانی در گریدها و شکل‌های مختلف استفاده می‌شود. این فولادها طوری طراحی‌شده‌اند تا از نسبت استحکام به وزن مناسبی برخوردار بوده و ازنظر قیمتی نیز مقرون‌به‌صرفه باشند تا به‌عنوان یک مؤلفه ساختاری در ساختمان‌ها، جاده‌ها، پل‌ها و غیره استفاده شوند. این نوع فولادها به روش‌های متنوعی همچون ریخته‌گری، نورد گرم، نورد سرد، خم‌کاری و... قابل‌تولیدند.
انواع فولاد ساختمانی
اگر به دنبال خرید فولاد ساختمانی باشید، این مواد را در دو قالب می‌توانید بیابید که شامل گریدها و شکل‌های مختلف می‌شوند. با اینکه در خریدوفروش آهن‌آلات مقاطع فولادی را بر اساس شکل طبقه‌بندی می‌کنند، اما توجه به گرید آن‌ها امری بسیار ضروری است. چراکه هر گرید برای کاربرد خاصی مورداستفاده قرار می‌گیرد و نمی‌توان مقطع دیگری را جایگزین آن کرد؛ مگر اینکه استاندارد معادل برای آن قید شده باشد. به‌عنوان‌مثال، ورق‌های سیاه فولادی در دو گرید رایج St37 و St52 موجودند که گرید St37 از نوع سازه‌ای و گرید St52 از نوع صنعتی است. در واقع با اینکه جنس ورق مشابه است، اما تفاوت در گرید موجب تفاوت در کاربرد می‌شود. با تفاوت ورق st37 و st52 در این صفحه بیشتر آشنا شوید.
گریدهای فولاد سازه ای
گرید یا کلاس فولاد، بر اساس ترکیب شیمیایی و خواص منحصربه‌فرد برای هر فولاد تعیین می‌شود. انواع گریدهای فولاد ساختمانی عبارت‌اند از:
- فولادهای کربنی
- فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا
- فولادهای فورج‌شده
- فولادهای کوئنچ و تمپر
فولادهای کربنی
فولاد کربنی به دسته‌ای از فولادهای ساختمانی گفته می‌شود که عناصر آلیاژی در ترکیب شیمیایی آن بسیار کم بوده یا اصلاً وجود ندارند. فولادهای کربنی بر اساس مقدار کربن موجود در آن‌ها به انواع فولادهای کم‌کربن (کمتر از 0.3 درصد)، کربن متوسط (بین 0.3 تا 0.6 درصد)، پرکربن (0.6 تا 1 درصد) و فوق پرکربن (بین 1 تا 2 درصد) تقسیم می‌شوند. این دسته از فولادهای ساختمانی بیشترین نقش را در تولید مقاطع فولادی داشته و درنتیجه قیمت این مقاطع ازجمله قیمت میلگرد ، تیرآهن، ورق و... به قیمت روز این فولادها بستگی دارد.
فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا
این نوع فولادها به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که خواص مکانیکی بهتری داشته باشند و نسبت به فولادهای کربنی در برابر خوردگی مقاوم‌تر باشند. آن‌ها حاوی حدود 2 درصد منگنز به همراه مقدار کمی از سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن، وانادیم، نیوبیم و تیتانیوم هستند. فولادهای هوازدگی یا فولادهای کورتن (Cor-Ten) یکی از مهم‌ترین فولادهای ساختمانی بوده که زیرگروه فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا هستند و با تشکیل لایه‌ی غیرفعال سطحی، مقاومت بالایی در برابر خوردگی جوی از خود نشان می‌دهند.
فولادهای فورج شده
فولاد فورج شده نوعی فولاد ساختمانی است که با چکش زدن یا اعمال فشار به آن به شکل دلخواه درمی‌آید. فولاد فورج شده معمولاً قوی‌تر و بادوام‌تر از سایر انواع فولاد مانند فولاد ریخته‌گری شده یا فولاد نوردی است. آهنگری با حرارت دادن فولاد تا دمای بالا و اعمال فشار انجام می‌شود. در این فرآیند، انرژی مکانیکی و حرارتی را به شمش یا بیلت فولادی اعمال می‌کند. فشار باعث تغییر شکل فولاد و جاری شدن آن به شکل موردنظر می‌شود. فولاد فورج شده اغلب برای تولید چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها، شفت‌ها، لولاها، سوپاپ‌ها و سایر اجزاء استفاده می‌شود.
فولادهای کوئنچ و تمپر
فولادهای ساختمانی کوئنچ و تمپر شده نوعی فولاد هستند که تحت فرآیند عملیات حرارتی قرار می‌گیرند. این فرآیند به فولاد استحکام، سختی و چقرمگی بیشتری می‌بخشد. کوئنچ شامل حرارت دادن فولاد تا دمای بالا و سپس سرد کردن سریع آن در یک محیط خنک‌کننده مانند آب، روغن و آب‌نمک است. این امر باعث ایجاد یک ریزساختار مارتنزیتی سخت در فولاد می‌شود. تمپر کردن شامل گرم کردن مجدد فولاد کوئنچ شده تا دمای پایین‌تر و سرد کردن آهسته آن است. این فرآیند ریزساختار مارتنزیتی را نرم می‌کند که درنتیجه آن، فولاد انعطاف‌پذیرتر می‌شود. فولادهای ساختمانی کوئنچ و تمپر شده معمولاً در ساختمان‌سازی، ساخت شفت و پیچ استفاده می‌شوند.
شکل های فولاد سازه ای
فولادهای ساختمانی به شکل‌های متنوعی در بازار موجودند که بر اساس نوع سازه انتخاب و خریداری می‌شوند. درواقع، هر نوع مقطع فولادی‌ای که می‌شناسید به‌نوعی در این دسته‌بندی جای می‌گیرد. مهم‌ترین شکل‌های فولاد ساختمانی عبارت‌اند از:
- میلگردهای فولادی ساده و آجدار
- تیرآهن فولادی، هاش و تیرآهن لانه‌زنبوری
- انواع ورق شامل ورق سیاه، روغنی، اسید شویی، گالوانیزه و رنگی
- نبشی، ناودانی و سپری فولادی
- انواع قوطی و پروفیل فولادی
- لوله و تیوب‌های فولادی ساختمانی
مزایا و معایب فولادهای سازه ای
وقتی اکثر مقاطع فولادی مورداستفاده در ساخت‌وساز از فولاد ساختمانی تولید می‌شوند، می‌توان به این مسئله پی برد که مزیت استفاده از فولادهای سازه‌ای بسیار بیشتر از معایب آن است. اصلی‌ترین مزیت این دسته از فولادها، در دسترس بودن، فراوانی و امکان تولید آسان آن‌هاست. از دیگر مزایای فولادهای ساختمانی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- قیمت ارزان و مقرون‌به‌صرفه
- نسبت استحکام به وزن بالا
- چقرمگی مناسب و انعطاف‌پذیری خوب
- پایداری و دوام مناسب
- قابلیت جوشکاری بسیار خوب
در مقابل مزایای متعدد یادشده، مهم‌ترین عیب فولادهای ساختمانی، مقاومت به خوردگی ضعیف آن‌هاست. درنتیجه اگر برای مصارف مقاوم به زنگ‌زدگی می‌خواهید از این فولادها استفاده کنید، لازم است سطح آن‌ها را به‌خوبی پوشش دهی کرده یا رنگ‌آمیزی کنید. همچنین، این مواد در مواجهه با دمای بالا یکپارچگی ساختاری و استحکام خود را از دست داده و زودتر از موعد دچار خرابی می‌شوند.
کاربردهای فولاد ساختمانی
فولاد ساختمانی در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شود، ازجمله:
- ساختمان‌سازی: فولاد سازه‌ای ستون فقرات بسیاری از ساختمان‌های مدرن، از آسمان‌خراش‌ها تا خانه‌ها است. از مقاطع ساخته‌شده از فولاد ساختمانی برای ساخت قاب‌هایی استفاده می‌شود که وزن دیوارها، کف و سقف را تحمل می‌کنند.
- ساخت پل: از فولاد سازه‌ای برای ساخت پل‌هایی با طول زیاد نیز استفاده می‌سود. این فولادها به‌اندازه کافی قوی هستند که بتواند وزن وسایل نقلیه و عابران پیاده را تحمل کند و همچنین می‌تواند در برابر نیروهای ناشی از عوامل محیطی مقاومت کنند.
- ساخت برج‌ها: از فولاد سازه‌ای برای ساخت برج‌هایی مانند برج‌های مخابراتی و توربین‌های بادی استفاده می‌شود. این برج‌ها باید بتوانند در برابر بادهای شدید و سایر شرایط آب و هوایی مقاومت کنند.
- سازه‌های دیگر: فولاد سازه‌ای در انواع سازه‌های دیگر مانند ساخت انبار، استادیوم و کارخانه‌های صنعتی نیز استفاده می‌شود.
سؤالات متداول
1- فولاد ساختمانی چیست؟
فولادهایی که معمولاً برای تولید مقاطع فولادی ساختمانی مصرف می‌شوند به فولاد ساختمانی یا سازه‌ای معروف‌اند.
2- مهم‌ترین گریدها و شکل‌های فولاد سازه‌ای کدام‌اند؟
این فولادها در گریدهای مختلفی مانند St37، St52، St12، St13، St14 و St44 و نیز در شکل‌های میلگرد، تیرآهن، نبشی، ناودانی، ورق و انواع پروفیل در بازار موجودند.