مقاوم سازی ساختمان با استفاده از فولاد پر مقاومت (HSS)

4 هفته پیش2330بازدید0دیدگاه5امتیاز (2 رای)
مقاوم سازی ساختمان با استفاده از فولاد پر مقاومت (HSS)

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.

معرفی 4 گروه فولاد پرکاربرد

طبق طبقه ‌بندی موسسه آهن و فولاد آمریکا یا به ‌اختصار AISI فولاد را می ‌توان به چهار گروه کلی زیر دسته ‌بندی کرد:

  1. فولاد کربن: این نوع از فولاد خود به سه‌ دسته، فولاد کم‌ کربن، فولاد کربن متوسط و فولاد پرکربن تقسیم می ‌شود.
  2. فولاد آلیاژی: در این نوع از فولاد علاوه بر کربن از مقدار خیلی کمی از عناصر مس، کروم، سیلیکون، منگنز، آلومینیوم، تیتانیوم و یا نیکل وجود دارد.
  3. فولاد ضدزنگ : این نوع از فولاد چیزی بین 10 تا 20 درصد کروم دارد و مقاومتش در برابر خوردگی حدود 200 برابر فولاد سبک است. فولاد ضد زنگ خود به 5 دسته فریتی، آستنیتی، داپلکس، مارنزیتی و فولاد رسوب سخت شونده تقسیم‌ بندی می‌ شود.
  4. فولاد ابزار: این نوع از فولاد مقادیر مختلفی از عناصر وانادیوم، کبالت، مولیبدن و تنگستن دارد.

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.

مقاوم سازی ساختمان

عوامل مؤثر در انتخاب روش افزایش مقاومت ساختمان

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:

  1. استفاده از پوشش و غلاف فولادی
  2. استفاده از لایه ‌های پوششی بتنی با ملات مسلح
  3. استفاده از بادبندهای هم ‌محور یا برون ‌محور فولادی
  4. استفاده از ورق ‌های پوششی یا غلاف FRP
  5. استفاده از پس کشیدگی
  6. استفاده از میراگرهای اصطکاکی، هیسترزیس و ویسکوالاستیک
  7. استفاده از دیوار برشی
  8. استفاده از جدایش گرهای پایه
  9. استفاده از میان قاب با مصالح بنایی

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:

  1. مدت ‌زمانی که برای مقاوم سازی ساختمان موردنیاز است.
  2. هزینه‌ هایی که برای این پروسه باید در نظر گرفته شود.
  3. شدت نیروهای جانبی که بر ساختمان وارد می ‌شود.
  4. اینکه کارفرما اجرای کدام روش را منطقی ‌تر و اصولی ‌تر می ‌داند.
  5. مدت ‌زمان و میزان ایجاد اختلال در بهره‌ برداری ساختمان در حین انجام عمل افزایش مقاومت ساختمان.
  6. برآورد اینکه آیا در حین انجام این عملیات، ساختمان باز هم قابل سکونت برای اعضای آن است یا نه.
  7. برآورد تعیین نوع، میزان و قیمت موادی که مورد مصرف قرار خواهند گرفت.

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:

  1. افزایش ایمنی ساختمان ‌های مسکونی و حفظ اموال و جان انسان ‌ها
  2. افزایش ایمنی و طول عمر ساختمان ‌هایی که جزء میراث فرهنگی و میراث ملی هستند و از گذشته به یادگار مانده ‌اند.
  3. افزایش ایمنی ساختمان ‌هایی نظیر مراکز آتش ‌نشانی، بیمارستان و غیره تا در حین وقوع زلزله بتوانند جای ایمنی برای افراد باشند.
  4. ایجاد استانداردهای لازم برای تخلیه ایمن ساختمان.

معرفی فولاد پر مقاومت (HSS)

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.

مقاوم سازی ساختمان با استفاده از فولاد پر مقاومت (HSS)

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.

مزایای استفاده از فولاد پر مقاومت در ساخت ‌و ساز

استفاده از فولادهای HSS مزایایی دارد که عبارت ‌اند از:

  1. صرفه‌ جویی در تولید
  2. نصب آسان در محل موردنظر
  3. سهولت حمل ‌و نقل و انتقال آن به محل موردنظر
  4. کاهش وزن نهایی ساختمان
  5. مناسب برای زیبایی سازه‌ ها به دلیل سبک و نازک بودن
  6. صرفه‌ جویی در مصرف فولاد در ساختمان‌ سازی
  7. مناسب برای حفظ محیط ‌زیست
  8. کوچک ‌تر شدن مقاطع طراحی و صرفه اقتصادی به دلیل مقاومت نهایی بالاتر
  9. کاهش زمان ساخت ‌و ساز
  10. افزایش کیفیت ساخت ‌و ساز

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.

سوالات و نظرات کاربرانشما کاربران عزیز میتوانید نظرات و سوالات خود را در این بخش ثبت کنید