گستره وسیع انواع فولاد و مقاطع فولادی موجود در بازار نشان دهنده خصوصیات مختلفی است که به درصد کربن، عملیات مختلف گرمایی و اضافه کردن مواد آلیاژی بستگی دارد. مقایسه کربن فولاد معمولا بین 0.07 تا 1.7 درصد نوسان می کند و همین به تنهایی طیفی وسیع از ویژگی های فیزیکی پدید می آورد. فولادهای کم کربن ( 0.15 تا 0.07 درصد) و فولاد چکش خوار (0.25 تا 0.15 درصد) معمولا نرم هستند و می توان در سرما بر آن ها کارهای زیادی انجام داد. فولادهای کربن متوسط (0.5 تا 0.25 درصد) که معمولا بر روی آن ها عملیات گرمایی انجام می شود، سخت هستند و فولادهای کربن بالا (0.9 تا 0.5 درصد) و فولاد ابزارسازی (1.7 تا 0.9 درصد) مقاومت بیشتری در برابر صدمه (ضربه، خراش و ...) از خود نشان می دهند که با افزایش کربن بیشتر می شود.
به کمک کاهش ناخالصی کربن و سایر مواد زائد، فولاد را از چدن سفید تهیه می کنند. روش های امروزی برای ساخت فولاد شامل روش اکسیژن، روش اپن هارت (زیمنس – مارتن) و روش فولادسازی با کوره الکتریکی می باشند.
صرف نظر از روش تولید، روند فولادسازی شامل اکسیداسیون ناخالصی های نامطلوب می باشد که تبدیل به سرباره می شوند و یا می سوزند. در روش و اکسیژن ، هوا یا گاز اکسیژن به داخل پاتیل متحرک که با چدن مذاب بارگیری شده است با فشار دمیده شده و باعث اکسید شدن ناخالصی ها می شود. در روش اپن هارت این عمل به کمک سوخت تسریع می شود و در کوره های الکتریکی که با چدن سرد و آهن قراضه بارگیری می شود حرارت ناشی از ایجاد قوس الکتریکی بین الکترودها و آهن آلات درون کوره موجب ذوب و اکسید شدن ناخالصی های نامطلوب می شود.
روش پاتیل اکسیژن ، فولادی مشابه کوره اپن هارت تولید می کند. ولی بسیار ارزان تر می باشد. در عوض در روش اپن هارت امکان تولید فولادهای آلیاژی (فرو وانادیم – فرو کرم) را فراهم می کند و در روش الکتریکی که گران ترین روش می باشد تولید فولادهای ویژه (ضد زنگ، ضد اسید و ضد حرارت) امکان پذیر می شود. یکی از روش های جدید تولید فولاد روش پاشیدن است که با تبدیل چدن مذاب به ذرات بسیار ریز به کمک فشار اکسیژن، فولاد تولید می شود. این عملیات در مخزن ویژه ای انجام می گیرد.
در ایران دو روش استاندارد برای تولید فولاد وجود دارد. روش اکسیژن برای تولید مقادیر زیاد فولاد معمولی و روش کوره قوس الکتریکی برای تولید فولاد با کیفیت بالا و به خصوص فولادهای آلیاژی به کار می رود.
وزن مخصوص : فولاد 7.85 تن در متر مکعب است. مقاطع فولادی مختلف بر حسب متر و یا متر مربع جدول بندی شده اند و در محاسبات از این گونه جداول که سایر خصوصیات مکانیکی قطعه در آن ها جای گرفته استفاده می شود.
تاب کششی: و یا مقاومت ارتجاعی فولادها متفاوت است. براساس نوع مصرف، فولادهای گوناگونی تهیه می شوند که آن ها را نامگذاری متفاوتی نیز کرده اند. اکنون ساخت فولادهای 33، 37، 45، 50 و 52 برابر استاندارد آلمان در کارخانه های ذوب آهن متداول است. که به ترتیب مشخص کننده تاب کششی 330، 370، 450، 500 و 520 نیوتن در هر میلی متر مربع می باشد.
تاب فشاری، برشی، خمشی، ضربه ای، سختی و شکنندگی فولادها بر حسب آلیاژ آن ها متغیر است.
ضریب انبساط مقاطع فولادی با ازدیاد حرارت از صفر تا 100 درجه سانتی گراد برابر 2 درصد محاسبه می شود.
تاثیر رطوبت و نمک ها بر مقاطع فولادی بسیار زیاد است و به سرعت اکسیده می شود یا می پوسد. برای مقابله با این مساله از آلیاژهای کرم، نیکل، وانادیوم و مولیبدن استفاده می شود. می توان سطح آن را قلع اندود یا آن را روی اندود نمود یا به وسیله رنگ آن را در برابر رطوبت حفظ کرد.
شکل پذیری فولاد باعث می شود که برای مصارف گوناگون بتوان از آن مقاطع متنوعی پدید آورد از جمله مقاطع فولادی می توان انواع زیر را نام برد:
قابلیت اتصال: با استفاده از اتصال تر یا خشک می توان قطعات مختلف آهنی را به یکدیگر متصل نمود و قطعه یا قطعات یکپارچه ای به دست آورد.
میزان کربن فولادهای سازه ای جوش پذیر در حدود 0.25 تا 0.16 درصد است. فولاد سازه ای معمولا بلورگیری شده است. میزان قابل توجه ازدیاد طولی که موجب می گردد تا مقاطع فولادی ضخیم تر آهسته تر از مقاطع فولادی نازک سرد شوند موجب افزایش تفاوت های مشخصی در ویژگی های فیزیکی می شود. به طوری که مقاومت ویژه یک مقطع 90 میلی متر می تواند از یک مقطع 16 میلی متر حدود 10 درصد کمتر باشد.
مقاط تو خالی لوله ای ، مربعی یا مستطیلی معمولا از ورق ساخته می شوند که به تناوب خم می شوند تا کاملا بسته شوند آن گاه آنها را از یک مدار الکتریکی با فرکانس بالا، عبور می دهند تا لبه های آن را تا نقطه ذوب گرم کنند سپس لبه ها را هم تحت فشار قرار می دهند تا مقطع لوله ای کامل شود. برآمدگی اضافی را از سطح پاک می کنند و مقطع توخالی را تا دمای 950-850 درجه سانتی گراد گرم می کنند و با نورد گرم به مقاطع فولادی مورد نظر تبدیل می کنند. لوله با ابعاد کوچک تر را تا دمای 1050-950 درجه سانتی گراد گرم می کنند و می کشند تا مشخصات آن برابر با استاندارد مورد نظر شود.
تیرآهن لانه زنبوری ، نورد شده، توخالی و قسمت های دیگر را می توان توسط کارگاه های متخصص به شکل های خمیده در آورد. کوچک ترین شعاع ممکن به خصوصیات متالورژی، ضخامت و مقطع قطعه بستگی دارد، عموما قطعاتی را که مقطع کوچک تری دارند با شعاع های کوچک تری می توان خم کرد، هرچند برای یک اندازه مشخص سطح مقطع، آنکه سطح مقطعش لبه های ضخیم تر دارد به شعاع های کوچک تری در می آید ، معمولا قطعات توپر را می توان با شعاع های کوچک تری خم کرد. سازه های زیبا را می توان از مقاطع فولادی خمیده استاندارد یا تیرچه های خمیده نازک ساخت. روش قدیمی خم کردن فولاد را سخت می کند ولی خواص الاستیکی آن را تغییر زیادی نمی دهد و آن را برای سازه نامناسب نمی سازد.
برای محافظت از مقاطع فولادی در برابر آتش می توان از روش های سنتی یعنی استفاده از مواد عایق در برابر حرارت، که هر یک مدت زمان خاصی در برابر آتش مقاومت می کنند بهره برد یا با استفاده از یک دسته محاسبات مهندسی سرعت احتمالی بالا رفتن دمای قسمت های فولادی را در هر حالت براساس قدرت آتش و میزان برهنگی قطعه فولادی محاسبه کرد.
پوشش های اسفنجی: پوشش های نازکی از ماده اسفنجی می توانند تا 120 دقیقه در برابر آتش مقاومت کنند و تاثیر زیادی بر خواص زیباشناسی فولاد برهنه نمی گذارند. رنگ های مختلف این نوع پوشش برای استفاده با اسپری، برس یا غلتک رنگ وجود دارد.
این نوع پوشش ها را که ماده اصلی آن ها سیمان و ورمیکولیت با فیبرهای معدنی می باشند می توان مستقیما بر روی فولاد به کار برد و تا حدود 4 ساعت در برابر آتش مقاومت می کنند این روش کار به ویژه برای فولاد ساختمانی در حفره های درون سقف و یا داخل سقف کاذب مناسب است و پاشیده شدن آن بر قسمت های دیگر نسیت. سطح پایانی بسیار زبر است و این تولیدات ارزان هستند و ضخامت سطح پایانی را می توان به دلخواه تنظیم کرد.
پوشش های ساخته شده از تخته های سبک به دور فولاد، بسته به ضخامتشان از 30 دقیقه تا 4 ساعت در برابر آتش مقاومت می کنند. این محصولات معمولا از سیمان و ورمیکولیت با فیبرهای معدنی در داخل سیمان، سیلیکات کلسیم یا چسبنده گچی ساخته شده اند. سیستم های تخته ای را مستقیما به فولاد ساختمانی یا به اسکلت ظریف دیگری پیچ می کنند و یا با یک یا چند نگهدارنده به صورت جعبه در اطراف فولاد ساختمانی به همدیگر متصل می کنند. محصولاتی که سطح نهایی متنوعی دارند در بازار موجود هستند. البته نوع ساده را نیز می توان در کارگاه پرداخت کرد.
پوشش های پیش ساخته (ورق فولادی با پوشش) پوشش فولاد ورق که ملات ورمیکولیت ، روی آن ها کشیده شده ظاهری عالی دارند و تا 4 ساعت در برابر آتش مقاومت می کنند. در محاسبه مقاومت آن ها در برابر آتش فقط پوشش مهم است و خود ورق را در نظر نمی گیرند.
فولاد ساختمانی را می توان کاملا با آجر یا بتن سبکی که به اندازه کافی تقویت شده پوشاند. در بتن سبک نباید از ماده پر کننده خرد شونده استفاده کرد و باید آن را به اندازه کافی تقویت کرد. ستون های توخالی فولادی را می توان با بتن ساده یا مسلح شده میلگرد با فیبر پر کرد که حداکثر 120 دقیقه در مقابل آتش دوام آورد. برای بتن ساده یا مسلح با فیبر، سطح مقطع باید حداقل 140 * 140 یا 200 * 100 باشد و برای بتن مسلح با میله 200 * 200 یا 250 * 150 باشد. ابعاد به میلی متر می باشد.
سیستم های آبی:
قطعات توخالی فولادی متصل به هم را می توان با یک سیستم پمپی با تغذیه با جاذبه با آب پر کرد. آب از دست رفته دوباره تامین می شود و مواد ضد خوردگی و ضد یخ نیز به آن اضافه می شوند.
مهندسی آتش:
سرعت گرم شدن یک قطعه فولادی در داخل آتش به شدت آتش و میزان برهنگی فولاد و تماس آن با آتش بستگی دارد. در جایی که نسبت سطح به سطح مقطع قطعه فولادی کم باشد دمای آن با سرعت کمتری بالا می روند و بالعکس. در راه حل هایی که با مهندسی آتش به دست می آیند ابتدا شدت آتش احتمالی براساس سوختنی های موجود، سرعت گردش هوا و خواص گرمایی محاسبه می شود و آنگاه براساس برهنگی فولاد ساختمانی سرعت بالا رفتن دمای آن پیش بینی می شود. در این صورت با در نظر گرفتن نوع و مقاومت بارگذاری و عوامل دیگر سازه ای، میزان پایداری آن به دست می آید.
با این محاسبات می توان فهمید که آیا نیازی به محافظت می باشد و یا به چه میزانی مورد نیاز می باشد. بسته به وضعیت موجود، یک ستون بدون محافظ مقطع کمتر از 50 که کاملا بارگذاری شده باشد تا 30 دقیقه در برابر آتش مقاومت می کند، همچنین ستون های سبک تر با پوشش بتن سبک تا حدود 30 دقیقه مقاومت می کنند. کف تراس ها با مقطع مناسب که در آن ها آهن با مقدار زیادی بتن پوشیده شده است تا 60 دقیقه مقاومت می کنند.
ورق های فولادی نیمرخ دار: اغلب ورق های پروفیل موجود از شکل دادن ورق های پوشش دار تولید می شوند به این صورت که تسمه از تعدادی غلتک عبور می کند و به تدریج به شکل نهایی نزدیک می شود (نورد سرد) آن گاه ورق پیوسته را در قطعات مناسب می برند و به بازار عرضه می کنند. مقاطع فولادی استاندارد دارای مقطع ذوزنقه موج دار می باشند که ارتفاع ذوزنقه وابسته به مشخصات مکانیکی و بار وارده می باشد. در شرایطی که موجب نامتناسب شدن مقطع شود از تیرهای سازه ای در زیر ورق ها استفاده می شود. صفحات موجدار سینوسی و ذوزنقه ای را به کمک چین دادن خم می کنند.
کابل های فولادی: برای تولید کابل های فولادی، میله های باریک فولاد نرم شده را از دیسک های روغن کاری شده کربید تنگستن عبور می دهند و طول آن را تا 10 برابر افزایش می دهند. عملیات کشش و مقاومت را افزایش می دهد و انعطاف پذیری فولاد را کاهش می دهد به همین خاطر فولادهایی که کربن بالاتری دارند و برای کابل های محکم تر به کار می روند باید قبل از عملیات کشش با عملیات گرمایی کمی نرم و انعطاف پذیر شوند. برای تولید کابل های فولادی مخصوص سازه های معلق با بتن پیش فشرده یک دسته از کابل های جدا از هم به هم پیچانده می شوند تا یک کلاف درست کنند، آن گاه یک دسته کلاف را حول یک هسته آهنی یا فیبری می بافند تا یک طناب درست کنند آن گاه یک دسته طناب را می بافند تا کابل مناسب را ایجاد کنند. برای بتن پیش فشرده باید از کابل های تمام فولادی استفاده کرد.
استفاده از فلزات در ساختمان از اهمیت فراوانی برخوردار است. از فلزات به عنوان سازه ساختمان، پوشش ها و تزئینات و یراق آلات استفاده می شود و چون نقش کلیدی و اساسی دارند نحوه ساخت و نصب آن ها و همچنین محافظت از آن ها از جمله مهمترین عملیات ساختمانی به شمار می آید. به علت تفاوت اساسی بین کارهای فلزی سنگین که معمولا اسکلت ساختمان و یا اجرای سازه آن را تشکیل می دهد با کارهای فلزی سبک مانند ساخت و نصب در و پنجره این قسمت به دو بخش متفاوت تقسیم می شود.
فولادهای مورد بحث در این قسمت عبارتند از نیمرخ های نورد شده، ورق و لوازم اتصال مانند پیچ و مهره و پرچ هایی که در کارهای فلزی و اسکلت سازی مصرف می شوند. قطعات فولادی باید از زنگ زدگی و نواقصی که به مقاومت یا شکل ظاهری آن ها لطمه می زند عاری باشند. استفاده از قطعات زنگ زده و پوسته پوسته شده مجاز نیست مگر اینکه به وسیله ماشه پاشی یا برس زنی کاملا تمیز گردند. در این حالت نیز چنانچه سطح مقطع نیمرخ ها ضعیف شده باشد، باید سطح واقعی و ضعیف شده در محاسبات منظور گردد.
در نقشه های کارگاهی کلیه اطلاعات و جزئیات برای ساخت قطعات سازه شامل مشخصات و ابعاد عناصر و محل آن ها همچون نوع و اندازه جوش ها، پیچ ها یا پرچ ها درج شده است، لذا قطعات فولادی براساس این مشخصات انتخاب و دقیقا اندازه گیری و بریده می شوند. لبه های بریده شده باید تا حد امکان عاری از ناهمواری و بریدگی باشند.
عموما فولاد ساختمانی که در نقشه ها بدون مشخصات درج می شود، فولادی می باشد که دارای مقاومت ارتجاعی برابر 2400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است و ازدیاد طولی نسبی آن در حد گسیختگی در حدود 20 درصد می باشد. در کارگاه ساختمانی بایستی مشخصات زیر را در نظر داشت.
قطعات فولادی باید از معایبی که به مقاومت و یا شکل ظاهری آن ها لطمه می زند عاری باشد.
به کار بردن آهن های مصرف شده به طور کلی ممنوع است مگر آنکه در محاسبات به آن توجه شده باشد.
تیر و ستون ها باید حتی الامکان یک پارچه باشند و از وصله کردن قطعات کوتاه خودداری شود.
آهن آلات که مدتی در فضای باز رها شده اند قبل از استفاده باید مورد آزمایش قرار گیرند.
اسکلت فلزی را باید توسط اندود ضد زنگ مورد محافظت قرار داد. قبل از زدن ضد رنگ ضد زنگ سطح آهن باید تمیز و فاقد زنگ و گرد و غبار و غیره باشد. چنانچه رنگ زدن قبل از جوشکاری انجام شود باید رنگ کاری به فاصله 5 سانتی متر قبل از جوش متوقف گردد و پس از جوشکاری این کار را تکمیل کنند.
مقاطع فولادی که داخل بتن قرار می گیرد به هیچ وجه نباید رنگ و یا روغن زده شوند.
باید از مجاورت موادی مانند گچ و آهک که باعث پوسیدن فولاد می شود جلوگیری کرد.
برای مشاهده قیمت مقاطع فولادی از جمله قیمت پروفیل آهن به سایت مرکزآهن مراجعه کنید.
قطعات مورد بحث در این قسمت شامل پروفیل های در و پنجره ، قاب ها، ورق های محافظتی و قطعات تزئینی می شوند. این قطعات معمولا به صورت جدول درها، پنجره ها، قاب ها و چهارچوب های در و پنجره ها، یراق آلات و تمامی اتصالات درها و پنجره ها و همچنین ورق های آب بندی و غیره در نقشه های اجرایی منعکس شده اند.
در و پنجره ها با تنوع زیادی طراحی و به اجرا در می آیند که از آن جمله می توان از بازشوی لولایی، محوری، کشویی و همچنین پنجره ثابت نام برد و در هنگام ساخت باید دقت زیادی در اجرای دقیق و صحیح آن ها به عمل آورد. در هنگام ساخت و نصب آن ها رعایت دقت در قائم بودن و افقی بودن قطعات و همچنین مستوی و بدون تاب بودن صفحات حائز اهمیت است و اتصال محکم و بدون لرزش آن ها به دیوار و اجزای ثابت باید در نظر گرفته شود.
جوشکاری در روکار قطعات فلزی باید مخفی و یا صاف شده باشند، همچنین در صورت نیاز به منظور ضد زنگ نمودن باید قطعه رنگ شود. ساخت چهارچوب ها و لنگه های در و پنجره باید به نحوی انجام شود که به خوبی هوابندی شوند و آبچکان ها به خوبی آب را از سطح پنجره و نقاط قابل نفوذ دور نمایند.
ورق های نازک فولادی به کمک پیچ، پرچ، جوش نقطه ای و تا کردن ورق ها روی یکدیگر به هم متصل می شوند.
مقاطع فولادی باید در مکانی تمیز، عاری از رطوبت و مواد مضر، دور از گرد و خاک انبار شوند تا از آلودگی سطح و خوردگی و زنگ زدگی آن ها جلوگیری شود.
انواع فلزات را باید بر حسب نوع فلز، نوع نیمرخ و یا قطر هر نیمرخ از یکدیگر تفکیک و در کارگاه انبار نمود. در صورت وجود میلگردهای هم قطر یا سایر نیمرخ های هم اندازه با مقاومت گوناگون، آن ها را باید در محل های مختلف نگهداری و با رنگ کردن نوک نیمرخ ها آن ها را از یکدیگر متمایز نمود.
در هنگام حمل و تخلیه قطعات سنگین قطعا باید از جرثقیل استفاده شود و به نحوی حمل و نقل و تخلیه صورت پذیرد که کوچک ترین آسیبی به مقاطع فولادی وارد نشود.