فولاد، آلیاژی است از آهن و کربن که میزان کربن آن کمتر از 2 درصد است. فولاد ساختمانی علاوه بر کربن ناخالصی های دیگری مانند فسفر، سولفور، اکسیژن و نیتروژن و چند ماده دیگر نیز دارد.
فرآیند تولید فولاد، شامل اکسیداسیون محصول کوره بلند و جدا نمودن عناصر غیر ضروری موجود در آن و اضافه کردن عناصر مورد نیاز برای تولید فولاد مورد نظر است. فولاد، به چهار روش اصلی تولید می شود. این روش ها عبارتند از : روش کوره باز، روش کوره برقی، روش دمیدن اکسیژن و روش خلاء.
ویژگی های اساسی که فلز فولاد را به عنوان یک مصالح ساختمانی مناسب مطرح می نمایند، عبارتند از : تغییر شکل در اثر بارگذاری و ایجاد تنش یکنواخت، وجود خاصیت الاستیک و پلاستیک، خمش پذیری، فنریت و جهندگی، خاصیت چقرمگی، سختی استاتیکی و دینامیکی، مقاومت نسبی بالا، ضریب ارتجاعی بالا، شکل پذیری خوب، خاصیت تورق و چکش خواری، جوش پذیری، همگن بودن، امکان استفاده از ضایعات و امکان تقویت مقاطع.
طراحی ساختمانهای فولادی
انتخاب نوع پروفیل ها، روش ساخت، نحوه بهره برداری و محل احداث ساختمان، خصوصیات و ویژگی های متنوعی برای ساخت سازه باربر یک ساختمان به وجود می آورد. در صورتی می توان از امکانات و مزیت های بالقوه یک سیستم استفاده بهینه برد که خصوصیات و ویژگیهای مصالح و سیستم های تشکیل دهنده آن، در مرحله طراحی به درستی مد نظر قرار گیرد و طراح در مورد هر یک از مصالح و خواص آنها اطلاعات کافی داشته باشد. این موضوع به ویژه در ساختمان هایی که اسکلت فولادی دارند از اهمیت ویژه ای برخوردار است. معیارهای سازه ای که در طراحی کلی و ستون گذاری ساختمان ها اهمیت زیادی دارند عبارتند از :
- نوع مقاطع استفاده شده
- نحوه آرایش و روش استقرار مقاطع
- فواصل تکیه گاهها
- ابعاد دهانه های سقف
- نوع مهاربندی و سیستم صلب کننده
- محل استقرار سیستم صلب کننده
طراحی سیستم فضاسازی داخلی
برای بهره گیری هر چه بهتر از خواص مطلوب سازه های فولادی، در انتخاب سیستم فضاسازی داخلی باید موارد زیر رعایت شود :
- قطعات سبک به کار رود تا وزن کلی ساختمان به حداقل ممکن برسد.
- سیستم انتخاب شده برای تفکیک فضاهای داخلی، با سیستم سازه ای انتخاب شده سازگار باشد.
- در برابر آتش سوزی مقاوم باشد.
طراحی روش مهاربندی
تمام ساختمان ها را باید برای مقاوم شدن در برابر نیروی زلزله و باد و یا دیگر نیروهای افقی صلب نمود. سیستم صلب کننده باید به گونه ای باشد که نیروهای جانبی را به فونداسیون منتقل کند و تغییر مکان های افقی را محدود نماید.
در ساختمان های بلند باید ملاحظات ویژه ای برای جلوگیری از ایجاد نوسانات ناشی از باد در نظر گرفته شود. عوامل موثر بر نیروهای افقی اعمال شده در اثر باد عبارتند از : سرعت باد، شکل ساختمان، وضعیت سطح نما و روشهای صلب کردن.
قاب های سازه ای فولادی را می توان به یکی از روشهای زیر مهاربندی کرد :
- سیستمهای قاب صلب
- سیستمهای قاب بادبندی
- دیوارهای بتنی بصورت دیوارهای برشی یا هسته های بتنی
انتخاب روش صحیح مهاربندی، اهمیت عمده ای در طراحی سازه ها دارد. مهاربندی به وسیله بادبندی یا دیوارهای برشی به صورت دیافراگم صلب، طرح معماری ساختمان را با محدودیت مواجه می کند.
طراحی اجزای تشکیل دهنده فضاهای داخلی ساختمان
انتخاب سیستم مناسب برای اجزای داخلی ساختمان به عوامل مختلفی بستگی دارد. به طور معمول روش های زیر در ساخت سقف ساختمان های اسکلت فلزی به کار می روند :
- دال بتنی درجا بر روی قالب
- دال بتنی پیش ساخته
- عرشه فولادی با بتن درجا
استفاده ترکیبی از دال بتنی و تیر فولادی در سه روش فوق امکان پذیر بوده و باعث اقتصادی شدن هزینه ساخت می شود. مسئله حفاظت بخش های فولادی سقف در برابر آتش سوزی باید در اجرای سقف در نظر گرفته شود. یکی از راهکارها برای انجام این محافظت، استفاده از سقف کاذب است.
در ساختمان های اسکلت فلزی، معمولا" دیوارهای خارجی باربر نیستند. در ساخت این دیوارها، بنابر شرایط موجود، از مصالح متفاوتی استفاده می شود.
