امروزه با افزایش روزافزون روند شهرسازی و ساخت و سازهای گسترده، مسئله ایمنی ساختمان ها و سازه ها مسئله ای است که نمی شود آن را نادیده گرفت. ساختمان ها و سازه های مختلف همیشه می توانند تحت تأثیر بارهایی به غیر از بار خود سازه باشند. نمونه ای از این بارها که نیرو و فشاری مضاعف به ساختمان وارد می کنند را می توان بار و فشار جانبی زلزله بر روی ساختمان عنوان کرد که با ویرانی ساختمان ها و خسارات سنگین مالی و جانی همراه است.
راه های مختلفی برای افزایش مقاومت و مقاوم سازی ساختمان وجود دارد که یکی از این راه ها استفاده از فولاد پر مقاومت (HSS) است که در این مقاله به آن پرداخته می شود. اما قبل از این که به مبحث فولاد HSS بپردازیم، اطلاعات اجمالی راجع به انواع فولاد ، بررسی مفهوم مقاوم سازی ساختمان و عوامل مؤثر در انتخاب روش افزایش مقاومت را ارائه می دهیم و سپس به بررسی فولاد پر مقاومت (HSS) و افزایش مقاومت ساختمان با استفاده از آن و مزایای استفاده از فولاد پر مقاومت در ساخت و ساز می پردازیم.
فولاد در واقع نوعی آلیاژ است که ترکیبات آن عبارت اند از 95 درصد آهن، 2 درصد کربن و گاهی مابقی عناصر فولاد را سایر عناصر مانند منگنز، کروم و غیره تشکیل می دهند. به این علت کربن را به آهن اضافه می کنند؛ زیرا آهن خام به تنهایی کاربردی ندارد و قابل استفاده نیست. هرچه میزان کربن موجود در فولاد بیشتر باشد، به همان میزان مقاومت فولاد بیشتر می شود. اما متأسفانه با اضافه تر شدن درصد کربن، فولاد شکننده تر شده و قابلیت جوش پذیری و شکل پذیری آن کاهش می یابد.
در کل به دلیل اینکه معادن سنگ آهن فراوانی وجود دارد و همین طور به خاطر ویژگی های فولاد مانند مقاومت بالا، یکسان بودن این مقاومت در تنش- کرنش، شکل پذیری خوب آن و غیره استفاده از این ماده در صنعت ساخت و ساز رایج است و جزء مهم ترین و اصلی ترین مصالح ساختمانی به حساب می آید.
طبق طبقه بندی موسسه آهن و فولاد آمریکا یا به اختصار AISI فولاد را می توان به چهار گروه کلی زیر دسته بندی کرد:
ساختمان هایی که بر اساس آیین نامه های قدیمی ساخته شده اند معمولاً در برابر نیروهای جانبی مخصوصاً زلزله مقاومت خیلی بالایی ندارند و اگر مقاومتشان افزایش پیدا نکند، می تواند خسارات جبران ناپذیر مالی و مخصوصاً جانی به بار آورد. حال باید به این نکته اشاره شود که مقاوم سازی ساختمان و رفع نقاط ضعف آن بسیار به صرفه تر و اقتصادی تر از بازسازی مجدد آن است.
روش های افزایش مقاومت ساختمان، مختلف و گوناگون هستند که هرکدام خصوصیات خودشان را دارند. با توجه به اینکه آیا ساختمان از جنس اسکلت فولادی یا از اسکلت بتنی ساخته شده است، نوع روش افزایش مقاومت انتخاب می شود. مثلاً اگر ساختمان دارای اسکلت بتنی باشد نمی توان برای آن از مهاربند استفاده کرد و استفاده از دیوار برشی روشی معقولانه تر است ولی برای ساختمان هایی که اسکلت فلزی دارند برای افزایش مقاومت از مهاربند استفاده می کنند.
همان طور که اشاره شد برای افزایش مقاومت سازه ها و ساختمان ها روش های متعددی وجود دارد که به برخی از آن ها اشاره می کنیم:
معمولاً ساختمان هایی با اسکلت فولادی اگر طبق آیین نامه های جدید، طراحی و با دقت ساخته شود، در حین ساخت مقاومت و شکل پذیری لازم در برابر نیروهای جانبی را به دست می آورند. ولی مسئله جایی شروع می شود که در حین ساخت سازه و ساختمان دقت لازم به عمل نیاید و یا نیروهای کار مهارت لازم را نداشته باشند. در این صورت ساختمان از نظر میزان مقاومت در برابر بارهای مختلف مخصوصاً بار زلزله دچار نقصان می شود و نیاز به مقاوم سازی پیدا می کند. عوامل دیگری که باعث می شود ساختمان های فولادی نیاز به افزایش مقاومت داشته باشند عبارت اند از خوردگی، آسیب دیدگی و یا کمانش فولادها تحت تحمل فشارهای جانبی مانند زلزله.
عواملی که باید در هنگام انتخاب روش برای افزایش مقاومت ساختمان در نظر گرفت، عبارت اند از:
از آنجا که این روش ها عمدتاً به خاطر کاهش و یا از بین بردن آثار تخریبی نیروهای جانبی مخصوصاً زلزله بر روی ساختمان هاست، بیشتر در موارد زیر مورد استفاده قرار می گیرد:
فولاد پر مقاومت به نام فولاد HSS نیز شناخته می شود که در اصل مخفف کلمات high speed steel است. برای تهیه این نوع از فولاد، عناصری مانند کروم, مس، منگنز، مولیبدن، نیکل و فسفر را به فولاد می افزایند و مقدار کربن را افزایش می دهند؛ سپس تحت عملیات گرمایی مناسب و عملیات استحکام رسوبی این نوع از فولاد را تولید می کنند.
عملیات استحکام رسوبی از یک طرف باعث افزایش مقاومت در فولاد می شود ولی از طرف دیگر تردی و شکنندگی فولاد را بیشتر می کند. وجود عناصر آلیاژی در ساختار این نوع از فولاد باعث افزایش قیمت آن به نسبت فولادهای معمولی شده است.
از حدود 50 سال قبل، تولید فولاد پر مقاومت گسترش یافته است. این فولاد، مقاومت بسیار بالا و شکل پذیری خوبی دارد و از مکانیسم های تشكیل محلول جامد، ریز كردن دانه ها و ایجاد رسوبات با عناصر میكرو آلیاژی به طور توأمان برای تولید آن استفاده می شود. با بررسی مشخصات این نوع فولاد و تائید قابلیت استفاده از آن به راحتی می توان باعث اقتصادی تر شدن پروژه های ساخت و ساز شد.
اما اخیراً نسل جدیدی از این فولادها توسط افراد متخصص پدید آمده اند که از نظر عکس العملشان در مقابل بارهای جانبی و مشخصات تنش- کرنش تفاوت بسیاری با فولادهای سنتی دارد. این نوع از فولاد نسبت به فولاد نرمه در برابر پوسیدگی مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد؛ سختی و مقاومت بالایی دارد و قابلیت خوبی در نورد سرد دارد. فولاد پر مقاومت در برابر کشش مقاوم است و همچنین خاصیت جوش پذیری خوبی دارد که تمام این خصوصیات موجب شده است که استفاده از این نوع از فولاد در صنعت ساخت و ساز گزینه مناسبی باشد.
استفاده از فولادهای HSS مزایایی دارد که عبارت اند از:
جمع بندی
با افزایش روزافزون ساخت و ساز و پیشرفت تکنولوژی، همواره گرایش انسان ها به تولید محصولات و ابزارهایی با کیفیت بالاتر و مشخصات بهتر بوده است. از این رو با تولید فولاد پر مقاومت که خصوصیات و ویژگی های بهتری نسبت به فولاد نرمه دارد تقاضا برای تولید و عرضه این نوع از فولاد رو به افزایش است.