فولاد ساختمانی چیست؟

فولاد ساختمانی یکی از مهمترین مصالحی است که در اندازه ­ها و اشکال مختلف در ساختمانها، وسایل حمل و نقل و ساخت آسمان خراشها به ­کار می‌رود. این گونه مصالح فولادی، در اشکال مختلف همچون میلگرد، نبشی، ناودانی، ورق و … ساخته می ­شوند که هر کدام مشخصات مقطعی مخصوص به خود را دارند. با توجه به اشکال مختلف فولاهای ساختمانی قیمت آنها نیز در بازار متفاوت خواهد بود. میلگرد یکی از عمده ترین محصولات فولادی است که قیمت آن با در نظر گرفتن کارخانه تولید کننده متفاوت است. شما همراهان گرامی می توانید جهت اطلاع از قیمت میلگرد با کارشناسان فروش ما تماس گرفته یا به سایت آسن مراجعه کنید.

فولاد پس از نفت مهمترین ماده ای ست که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرد. طبق آخرین آمار مربوط به سال ۲۰۲۲، در این سال نزدیک به ۱۴۷.۳ میلیون تن فولاد در جهان تولید شده است که در مقایسه در سال ۲۰۲۱ معادل با ۰ درصد بوده  و هیچ رشدی نداشته است. با مطالعه مقاله تاریخچه فولاد می توان به روند تولید فولاد از پیدایش تا کنون پی برد.

معرفی فولاد ساختمانی

برای نامگذاری فولادهای ساختمانی از حروف St (structure) و به معنای ساختار و ساختمان و پس از آن یک عدد که بیانگر حداقل استحکام کششی برحسب کیلوگرم بر میلیمتر مربع می باشد استفاده می شود. به عنوان مثال St37 و St52  نشان دهنده میزان استحکام کششی نهایی آن ها به ترتیب ۳۷ و ۵۲ کیلوگرم بر میلیمتر مربع می باشد.

معمولا در کشور ما فولاد­های ساختمانی از نوع فولاد St37 هستند. ویژگی این نوع فولاد قابلیت جوش کاری بالا و همچنین مقاومت مکانیکی و تنش پذیری آن است. در بعضی مواقع مقاطع ساختمانی از جنس ورق St52 نیز تولید می شوند که در دسته فولادهایی با مقاومت بالا و کم آلیاژ قرار می گیرد، این فولاد نیز از نظر خواص مکانیکی و جوش پذیری خواص قابل قبولی دارد.

فولادهای ساختمانی به دلیل داشتن میزان کربن متوسط از مقاومت زیاد و شکل پذیری خوبی برخوردار می باشد. همچنین مقاومتشان دربرابر نیروی کششی و فشاری یکسان است. این گونه از فولادها نسبت به وزنی که دارند، در مقایسه با بتن دارای استحکام بیشتری هستند. از نظرخواص، فولادهای ساختمانی دارای خواص یکسان و یکنواختی می باشند. همچنین خاصیت ارتجاعی خوب فولادهای ساختمانی و پیروی کردن آن ها از قانون هوک تا تنش های بالا یکی دیگر از مزایای این نوع فولاد بوده و دلیل پرکاربرد بودن آن ها می باشد. یکی دیگر از مزایای منحصر بفرد فولادهای ساختمانی خاصیت شکل پذیری آن ها می باشد.

 

 

مشخصات فولاد ساختمانی 

مقدار کربن در فولاد ساختمانی متوسط است و به همین دلیل فولاد نرمه نیز نامیده می شوند. سازه های فولادی شامل ستون های عمودی و تیرهای افقی هستند که در یک شبکه خطی، پرچ، پیچ و مهره یا جوش داده می شوند. در ادامه ویژگیها و مشخصات این نوع از فولادها را بررسی می کنیم.

1.  مقاومت بیشتر نسبت به وزن: فولاد سازه به دلیل ترکیب شیمیایی مناسب خود دارای مقاومت بالا به بارهای استاتیکی و دینامیکی است. این مقاومت باعث می‌شود تا سازه‌ها و ساختمان‌ها به خوبی بارهای اعمالی و وزنه‌ها را تحمل کنند و در برابر نیروهای خارجی ایمن باشند.

2. انعطاف‌پذیری: فولادهای ساختمانی به دلیل انعطاف‌پذیری خود می‌توانند تغییر شکل دهند و به شکل‌های مختلف منحنی و برخوردهای مختلف تنظیم شوند. این ویژگی به طراحان امکان می‌دهد تا سازه‌های پیچیده‌تر و منحصر به فردی را ایجاد کنند.

3. قابلیت بازیافت: یکی از مزیت‌های مهم فولاد ساختمانی، قابلیت بازیافت آن است. به این معنا که پس از عمر مفید سازه، می‌توان فولاد را بازیافت و به سایر صنایع دیگر منتقل کرد. این امر باعث کاهش تولید زباله‌های ساختمانی و حمایت از محیط زیست می‌شود.

4. طول عمر بلند: فولاد ساختمانی به دلیل مقاومت و ایمنی بالا، دارای طول عمر بلندی است. این ویژگی موجب صرفه‌جویی در هزینه‌های نگهداری و تعمیرات طولانی مدت سازه‌ها می‌شود.

5. قابلیت جوشکاری: یکی از مزایای فولاد سازه‌ای، قابلیت جوشکاری آن است که این امکان را می‌دهد تا اجزای مختلف سازه را به یکدیگر متصل کرده و اجزاء سازه را با هم ترکیب کند.

6. چقرمگی: در علم متالوژی چقرمگی یعنی توانایی یک ماده برای جذب انرژی. میزان چقرمگی در فولاد ساختمانی بالاست و به دلیل همین ویژگی در صنعت ساختمان سازی مورد استفاده قرار می گیرد.

به طور کلی، فولادهای سازه ایی به عنوان یکی از اجزای مهم صنعت عمران و ساخت و سازها با خصوصیات برتر خود، یکی از مواد برگزیده در ساخت سازه‌های مدرن و پیچیده است که باعث ارتقاء کیفیت و ایمنی سازه‌ها می‌شود.

 

 

انواع فولاد ساختمانی بر اساس ترکیب شمیایی

بر اساس استاندارد فولاد و آهن آمریکا ،(AISI) فولاد می‌تواند بر اساس ترکیبات شیمیایی به دو قسمت دسته‌بندی شود:

فولاد ساختمانی کربنی

فولاد سازه‌ای کربنی نوعی از فولاد است که در آن کربن به عنوان عنصر اصلی ترکیب شیمیایی حضور دارد. این نوع فولاد حداقل ۰٫۲۱ درصد کربن دارد و به حداکثر ۲٫۱۰ درصد کربن در ترکیب خود اجازه می‌دهد. فولاد سازه‌ای کربنی به دلیل ترکیبات خود، خصوصیات مکانیکی و فیزیکی مناسبی دارد. این نوع فولاد به دلیل قیمت اقتصادی و راحتی در فرآوری، بسیار مورد استفاده در صنعت ساخت و ساز قرار می‌گیرد. همچنین، دارای استحکام مناسب، انعطاف‌پذیری و قابلیت جوشکاری مطلوبی است که به‌عنوان یکی از ویژگی‌های مثبت این نوع فولاد محسوب می‌شود.

از ویژگی‌های منحصر به فرد فولاد سازه‌ای کربنی می‌توان به قدرت جذب و انتقال نیروها، مقاومت در برابر خمش، نفوذپذیری کم نسبت به آب و مواد شیمیایی و پایداری بالا در برابر زلزله اشاره کرد. به همین دلیل، این نوع فولاد به عنوان یکی از مهم‌ترین مواد ساختمانی در صنعت ساختمان شناخته می‌شود و در بسیاری از پروژه‌های ساختمانی استفاده می‌شود. فولادهای کربنی خود به سه دسته تقسیم بندی می شوند:

1.             فولاد کم کربن (فولاد نرم)

2.             فولاد کربن متوسط 

3.             فولاد کربن بالا

فولاد ساختمانی آلیاژی

این نوع فولادها از ترکیب عناصر آلیاژی اضافی به جز کربن بدست می آیند. این عناصر آلیاژی شامل کروم، مولیبدن، نیکل، وانادیوم و سایر عناصر می باشند. به‌ علت افزودن این عناصر آلیاژی، ویژگی‌های مکانیکی، مقاومت و سایر خواص فولاد بهبود یافته و فولاد سازه‌ای آلیاژی معمولاً مقاومت بالاتری نسبت به فولاد سازه‌ای کربنی دارد. افزایش یا کاهش این عناصر در فولاد باعث تغییرات مکانیکی در آن می شود.

فولاد سازه‌ای آلیاژی برای کاربردهای خاص و نیازهای مهندسی ارزشمند استفاده می‌شود. از این نوع فولاد برای ساخت قطعات سازه‌های پیشرفته، مواد خودروسازی، ابزارهای صنعتی، دستگاه‌های نیروگاهی و صنایع هوافضا استفاده می‌شود. از جمله کاربردهای دیگر فولاد سازه‌ای آلیاژی می‌توان به اتصالات پیچ و مهره‌های فولادی، تیغه‌های برش و اجزاء سخت و مقاوم در برابر خوردگی اشاره کرد.

ویژگی‌های برجسته فولاد سازه‌ای آلیاژی شامل مقاومت بالا، استحکام مکانیکی عالی، انعطاف‌پذیری مناسب، پایداری در برابر خمش و فشار، مقاومت در برابر خوردگی و زنگ زدگی، و قابلیت بازیافت و استفاده مجدد می‌باشد.

 

 

فولادها به دلیل مقاومت زیاد، شکل پذیری و .... جز پرکاربردترین مصالح ساختمانی می باشند. فولادهای ساختمانی مقاومت بالایی دارند و نسبت مقاومت به وزن آن ها بسیار بیشتر از بتن که نوع دیگری از مصالح ساختمانی است می باشد. از نظر یکنواخت بودن خواص، فولادهای ساختمانی دارای خواص یکسان و یکنواختی می باشند. همچنین خاصیت ارتجاعی خوب فولادهای ساختمانی و پیروی کردن آن ها از قانون هوک تا تنش های بالا یکی دیگر از مزایای این نوع فولاد بوده و دلیل پرکاربرد بودن آن ها می باشد. یکی دیگر از مزایای منحصر بفرد فولادهای ساختمانی خاصیت شکل پذیری آن ها می باشد

. 

نحوه تولید فولاد ساختمانی

ایجاد فولاد ساختاری شامل حرارت دادن آهن و افزودن ماده خاصی برای دستیابی به خواص خاص است.

آهن خام عنصر اصلی است، اما به ندرت در طبیعت خالص یافت می شود. اغلب حاوی کربن است، اما معمولاً در غلظت بسیار بالا. به همین دلیل مقداری کربن از آن باید حذف شود.

ابتدا سنگ آهن خام خرد و دسته بندی می شود. تعدادی از فرآیندهای مختلف تصفیه وجود دارد که همگی برای دسته بندی بهترین گریدهای آهن، معمولاً حدود 60 درصد طراحی شده اند.

سنگ معدن از بالا وارد کوره ای بلند شده و شروع به گرم شدن می کند، در حالی که هوای گرم از پایین به داخل کوره دمیده می شود. پس از اینکه آهن خالص به کف کوره رفت، واکنشی شیمیایی رخ می دهد که شروع به حذف ناخالصی ها می کند.

آهن مذاب خارج می شود و بیشتر گرم می شود تا مواد دیگری مانند منگنز در آن گنجانده شود که خواص متفاوتی را به محصول نهایی فولادی می دهد.

هنگامی که فولاد تولید می شود، بسته به نحوه استفاده و  آن، به تعدادی پیکربندی مختلف تبدیل می شود تیرآهن، کانال، زاویه، صفحه و لوله فولادی توخالی از رایج ترین فولادها به شمار می آیند.