مقاله در مورد ساختمان فلزی 105 صفحه - اجرای ساختمان های فلزی - روشهای اجرایی ساختمان فلزی | گروه معماری پارساکد

مقدمه
گسترۀ وسيعي از آلياژهاي فلزات آهني و غير آهني در ساختمانها كاربرد دارند, ولي آهن,فولاد,آلومينيوم, مس,سرب و روي غالب تر هستند. رويكرد ئنوين در عرصۀ ساخت و ساز به سمت توليد آلياژهاي بادوام تر و استفاده از روكشهايي براي ايجاد محافظت و گوناگوني ظاهري در انواع محصولات است.به طور كلي از فلزات براي توليد فلزات از مواد خام انرژي زيادي لازم است, به هر حال مصرف انرژي فراوان در برابر عمر طولاني و قابليت بازيافت محصولات فلزي زياد نمي نايد. تقريباً50% توليد كنوني فولاد در دنيا از آهن قراضه مي باشد.

فلزات آهني :
بشر از دير باز با آهن و فولاد و چدن كه امروزه به عنوان پر مصرف ترين فلزات جهان مي باشند, آشنا بوده است. استفاده از آلياژهاي اهن در بنا حتي در ميزان بسيار اندك و محدود در ابنيۀ اعصار گذشته كمتر به چشم مي خورد.اما تنها از اوائل قرن هيجدهم با پيشرفت صنعت, استفاده از اين فلز رو به فزوني گذاشته است. از اين طريق ايده هاي نو و پديده هاي بديع وارد صنعت ساختماني گرديد. در ابتدا از آهن براغي كارهاي جزئي همچون تزئينات و كلاف بندي بناهاي سنگي استفاده مي شد. در همين زمان در بعضي از پوشش هاي كم وزن مثل سقف تئاتر فرانسه كه در بوردو ساخته شد به كار رفت, اما به علت عدم توسعه صنايع تصفيۀ آهن استفاده از اين فلز محدود است. در اواسط قرن هيجدهم در انگلستان قدم هاي شايان توجهي در بهبود و پيشرفت صنعت آهن برداشته شد. در اواخر اين قرن نتايج اين پيشرفتها در اختيار عموم قرار گرفت و اين صنعت با توجه به توسعه روز افزون صنايع اسلحه سازي بهبود حاصل كرد و اولين ابنيه با اعضاي باربر فلزي همچنين پل هاي فولادي بنا شدند و فصل نويني در تاريخ ساختمان سازي آغاز شد و دروازه هاي استفاده از آهن در ساختمان گشوده شد.

برای دانلود به ادامه مطلب بروید…

قديمي ترين مورد مصرف آهن در توليد اسلحه و وسايل ديگر در عرصه آهن در اروپا در قرن سيزدهم ميلادي بوده است , پيشرفتهاي با ارزش در استفاده از آهن در ساختمان , استفاده از يك زنجير از جنس آهن نرم تحت كشش در كنبد كليساي سنت پاول(pale) براي جلوگيري از ريزش ديواره ها به بيرون و استفاده از چدن توسط پاكستون در قسمتهاي پيش ساخته ساختمان كريستال پالاس (قصرۀ بلورين) در سال 1851م. مي باشند. فولاد مادۀ نسبتاً جديدي است و در مقادير صنعتي تنها در اواخر قرن 19, پس از توسعه روش بسمر به دست آمد. اولين ساختمان بلند10 طبقه با اسكلت فلزي در اسل 1858م. در شيكاگو توسط ويليام لوبادن جني ساخته شد.( تصوير شمارۀ 1)

متالوژي آهن و فولاد :
روند متالوژي براي توليد محصول فلزي با شكل و خاصيت مورد نظر به كاربرده مي شود. توليد چدن اولين قدم در تبديل سنگ آهن كه مخلوطي از اكسيدهاي آهني و نمكهاي معدني و مخلوطي از 5سيليس,آلومين,سنگ آهك وساير اجزاي است, مي باشد.
با ارزش ترين سنگ معدني براي توليد چدن, سنگ آهن مغناطيسي يا مگنتيك, هماتيت,ليمونيت,و سنگ آهن اسپانيك مي باشند كه بايد از ناخالصي هاي ومضر مانند سولفورها و فسفرها عاري باشند.بيشترين مقدار آهن در آنها براي مگنتيت و هماتيت تا 70% مي باشد. آهن موجود در سنگ آهن ليمونيت و اسپانيك معمولاً كمتر از 50يا 60% است.
سوخت در روند كوره بلند ذوب آهن كك مي باشد كه محصول تصفيه و خشك كردن زغال در درجه حرارت بين 900تا 1100 درجه مي باشد. از كك فقط براي توليد حرارت استفاده نمي شود, بلكه به منظور احياي سنگ آهن نيز به كار مي رود.
درجۀ حرارت ذوب سنگ معدنب به كمك بارگيري مواد گدازآوري مانند سنگ آهك, كوارتز كاهش مي يابد.
در اين كورۀ استوانه اي شكل كه از جنس فولاد و به كمك آجر نسوز آستر شده است و كورۀ بلند ناميده مي شود, چدن به صورت مذاب به دست مي آيد. مواد اوليه بر اساس مقادير از پيش مشخص شده از بالاي كوره بارگيري و بر اساس نيروي جاذبه به سمت پائين كوره هدايت مي شوند و رفته رفته داغتر مي شوند تا به حالت مذاب در مي آيند.مواد مذاب حاصل شامل آهن خام و سرباره مي باشند كه به سمت بوته كوره كه قسمت تحتاني استوانه است جاري مي شوند. و به علت وزن مخصوص متفاوت آهن و سرباره اين دو از يكديگر جدا مي شوند و آهن توسط شير تخليۀ تحتاني و سرباره توسط شير تخليه فوقاني از انتهاي كوره بلند تخليه مي شوند.( تصوير شمارۀ 2)

هواي داغ نيز از طريق مجراهايي كه در بالاي محل بوته قرار گرفته اند به داخل كوره دميده مي شوند. كك به كمك اكسيژن موجود در هوا مي سوزد.دي اكسيد كربن حاصل به بالاي كوره صعود مي كند و با گذر از كنار زغالهاي كك فوقاني به دست آمده, روش توليد آهن اسفنجي نيز ناميده مي شود.
بخشي از آهن موجود در كورۀ بلند در دماي بين 900تا 1100 درجۀ سانتي گراد با مونوكسيد كربن واكنش شيميايي نشان مي دهد و به صورت كربيد آهن در مي آيد.
توليد آهن از يكسري عمليات متوالي تشكيل شده كه كاملاً به هم وابسته هستند تا حداكثر بازدهي را در اين عمليات انرژي بر تضمين كنند.
سنگ آهن توليد سربارۀ مايعي مي كند كه بر روي آهن مذاب شناور مي شود. ناخالصي هاي آهن جذب سرباره شده و آهن تخليص مي شود. كل اين روند مداوم است و كورۀ ذوب هرگز خاموش نمي شود, چون راه اندازي روبارۀ كوره با آجرهاي نسوز مخصوص گران قيمت و زمانبر است.هرچند وقت يكبار, هنگامي كه وزن سرباره بالا مي آيد, اضافي آن تخليه مي شود و به عنوان« توليد فرعي » به مصرف ديگري مي رسد. وقتي براي روند فولاد سازي « فلز مذاب» نياز باشد آن را درون بوته هاي بزرگي مي ريزند و به طرف مبدل (آهن به فولاد) انتقال مي دهند. در اين مرحله آهن فقط95-90 درصد خالص است و داراي ناخالصي هاي سولفور, فسفر, منگنز و سيليكات و حدود 5-4 درصد كربن است.يك كورۀ بلند معمولاً بدون توقف حدود 410 سال كار مي كند و در اين مدت 40000 تن آهن در هر هفته توليد مي كند.
از سربارۀ كورۀ بلند ذوب آهن به عنوان مواد با ارزشي براي توليد مصالح ساختماني استفاده مي شود. از آن جمله براي تهيۀ سيمان, بلوك,مصالح عايق حرارتي مانند «پشم سنگ» بهره برداري مي شود.از گازهاي كورۀ ذوب آهن نيز به عنوان منبع حرارت در قسمتهاي مختلف كارخانه استفاده مي شود.
ميزان كربن در فلزات آهني :
مقدار كربن كه با آهن آلياژ شده به خاطر اثر مخصوصش بر ساختار بلوري ميكروسكوپي تآثيري مشخص بر خواص فيزيكي فلز مي گذارد.برخي از اشكال كريستالي كربن و آهن كه با نسبت آهن و كربن بستگي دارند,مثل: فريت, پرليت و سمانتيت در دماي معمولي پايدار هستند, اما با افزايش دما , اشكال كريستالي فوق ناپايدار مي شوند و در شكل گيري مجدد,كريستال ارسنيت را پديد مي آورند, اين ساختار را مي توان با آبديده كردن سريع فولاد داغ سرخ در دماي معمولي به تآخير انداخت , در حقيقت با اين روش از بلوريزه شدن دوباره كه روندي طبيعي است جلوگيري مي كنيم. اين اثرات در عمليات مختلف گرمايي كه براي بهبود خواص فيزيكي فولاد بر روي آن لنجام مي شودبه خوبي پديدار مي شوند.( جدول شمارۀ 1)

آهن خالص (نرم): اين آهن فقط (02/0) درصد كربن دارد و در روش سنتي با ذوب و اكسيده كردن چدن در يك كورۀ پاتيلي چرخان بدست مي آمد. اين كار از نظر تئوريك تا سوختن تمام كربن آهن خام ادامه مي يابد تا آهن نرم خميري شكل بدست مي آيد كه از كوره خارج مي شود و چكش كاري مي گردد.آهن نرم به خاطر مخلوط شدن تصادفي مواد سرباره با آن حالتي فيبري دارد (در آن ناخالصي به صورت فيبر وجود دارد) و ناخالصي هايي مثل سولفيد منيزيم به همراه دارد. اين فيبرها در چكش كاري به رگه هاي درازي تغيير شكل مي يابند.
آهن نرم دماي ذوب بالايي در حدود 1540 درجۀ سانتي گراد دارد. در قديم براي وسايل و قسمتهايي كه بايد كشش را تحمل مي كرند, به كار مي رفت. چون مقاومت كششي آن 350نيوتون بر ميلي متر مربع است, اين نوع آنها انعطاف پذير است و قابليت كاربردي بالايي دارد و به راحتي در دماي سرخ پرسكاريو به همين خاطر مقاومت بالاتر از انتظار در برابر خوردگي نشان مي دهد و براي توليد كارهاي آهني تزئيني به كار مي رود و به علت دماي ذوب بالايش جوش كاري يا ريخته گري با آن امكان پذير نيست.
آهن معمولي: اين آهن حدود 2درصد كربن دارد و با كربنيزاسيون آهن خام و آهن قراضه در يك كوره توسط كك به دست مي آيد, دماي ذوب پائين (حدود1130درجۀ سانتي گراد) و رواني بالاي آن پس از ذوب آن رام براي ريخته گري مناسب مي سازد ولي, برخلاف آهن نرم, نمي توان روي آن در حالت مذاب كار كرد و عموماً يك مادۀ شكننده مي باشد.مقاومت آن در برابر خوردگي به خوبي ديگهاي بخار, وسايل داخل خيابان و كالاهاي سنتي و هدايت آب باران (ناودان ها) است. انواع مختلف آهن ريخته گري به ساختارهاي كريستالي مختلف آن بستگي دارند, چدن خاكستري كه بيشتر مورد استفاده است بلورهاي ريز گرافيت دارد كه لاعث خصوصيت شكنندگي مي شود و رنگ خاكستري را در مقاطع پديد مي آورند. كربن چدن سفيد به صورت بلور سمانتيت (كربيد آهن) مي باشد كه از سرد كردن سريع مذاب حاصل مي شود. اين ماده را مي توان نرم كرد تا درجۀ شكنندگي آن كاهش يابد. نوعي ديگر از آهن خام كه انعطاف پذير تر است (چدن چكش خوار ) با اضافه كردن منيزيم و سيليكات آهن خام كه باعث بلوري شدن كربن و تبديل آن به گره هاي گرافيت مي شود پديد مي آيد.اين ماده مقاومت كششي بيشتري دارد و مقاومت آن در برابر ضربه خيلي بيشتر است. همۀ انواع چدن در برابر فشار مقاوم هستند.
محصولات آهني مورد وصرف در خيابان (خياباني) , مثل دريچۀ فاضلاب, كه از مقادير عظيم چدن خاكستري بازيافتي توليد مي شوند سنگين ولي شكننده هستند. در جاهايي كه مقاومت بيشتري در برابر ضربه نياز است , مثل جاده هاي عمومي, قطعات سبكتر و انعطاف پذير تر آهني استفاده مي شوند. كالاهاي مربوط به هدايت آب باران(ناودانهاو…) كه با روشهاي سنتي (قالب ماسه) ريخته گري مي شوند معمولاً از چدن خاكستري ساخته شده اند, در حالي كه سيستم هاي فاضلاب از چدن خاكستري و همچنين چكش خوار ساخته مي شوند. چدن در آتش خيلي زود نرم نمي شوند ولي اگر سريع با آب (آبفشاني) سرد شود ترك مي خورد.
فولادها: گسترۀ وسيع انواع فولاد موجود در بازار نشان دهنده خصوصيات مختلفي است كه به درصد كربن, عمليات مختلف گرمايي و اضافه كردن مواد آلياژيث بستگي دارند. مقايسۀ كربن فولاد معمولاً بين(07/0تا7/1 درصد) نوسان مي كند و همين به تنهايي طيفي وسيع از ويژگيهاي فيزيكي پديد مي آورد.فولادهاي كم كربن (15/0تا07/0درصد) و فولاد چكش خوار (25/0تا 15/0 درصد) معمولاً نرم هستند و مي توان در سرما بر آنها كارهاي زيادي انجام داد. فولادهاي كربن متوسط _5/0تا25/0 درصد) كه معمولاً بر روي آنها عمليات گرمايي انجام مي شود, سخت هستند و فولادهاي كربن بالا _9/0تا5/0 درصد) و فولاد ابزار سازي _7/1تا9/0 درصد) مقاومت بيشتري در برابر صدمه (ضربه, خراش,…) از خود نشان مي دهند كه با افزايش كربن بيشتر مي شود.
فولاد :
به كمك كاهش ناخالصي كربن و ساير مواغد زائد, فولاد را از چدن سفيد تهيه مي كنند.
روشهاي امروزي براي ساخت فولاد شامل روش اكسيژن,اپن هارت (زيمنس0مارتن) و روش فولاد سازي با كورۀ الكتريكي مي باشند.
صرف نظر از روش توليد, روند فولاد سازي اكسيداسيون ناخالصي هاي نامطلوب مي باشد كه تبديل به سرباره مي شوند و يا مي سوزند.
در روش بسمر و اكسيژن, هوا يا گاز اكسيژن به داخل پاتيل متحرك كه با چدن مذاب بارگيري شده است با فشار دميده شده و باعث اكسيد شدن ناخالصي ها مي شود.( تصوير شمارۀ3)

در روش اپن هارت اين عمل به كمك سوخت تسريع مي شود و در كوره هاي الكتريكي كه با چدن سرد و آهن قراضه بارگيري مي شود حرارت ناشي از ايجاد قوس الكتريكي بين الكترودها و آهن آلات درون كوره موجب ذوب و اكسيد شدن ناخالصي هاي مطلوب مي شود.( تصوير شمارۀ 4)

روش پاتيل اكسيژن ,فولادي مشابه كورۀ اپن هارت توليد مي كند. ولي بسيار ارزانتر مي باشد. در عوض در روش اپن هارت امكان توليد فولادهاي آلياژي(فرو واناديم- فرو كرم) را فراهم مي كند و در روش الكتريكي كه گران ترين روش مي باشد توليد فولادهاي ويژه (ضد زنگ,ضد اسيد و ضد حرارت9 امكان پذير مي شود. يكي از روشهاي جديد توليد فولاد روش پاشيدن است كه ا تبديل چدن مذاب به ذرات بسيار ريز به كمك فشار اكسيژن, فولاد توليد مي شود. اين عمليات در مخزن ويژه اي انجام ميگيرد.
در ايران دو روش استاندارد براي توليد فولاد وجود دارد. روش اكسيژن براي توليد مقادير زياد فولاد معمولي و روش كورۀ قوس الكتريكي براي توليد فولاد با كيفيت بالا به خصوص فولادهاي آلياژي به كار مي رود.
خواص فولاد:
– وزن مخصوص فولاد85/7 تن در متر مكعب است. مقاطع مختلف فولاد بر حسب متر و يا متر مربع جدول بندي شده اند و در محاسبات از اين گونه جداول كه ساير خصوصيات مكانيكي قطعه در آنها جاي گرفته, استفاده مي شود.
– تاب كششي و يا مقاومت ارتجاعي فولادها متفاوت است. بر اساس نوع مصرف, فولادهاي گوناگوني تهيه مي شود كه آنها را نام گذاري متفاوتي نيز كرده اند. اكنون ساخت فولادهاي 33,37,45,50,52 برابر استاندارد آلمان در كارخانه هاي ذوب آهن متداول است. كه به ترتيب مشخص كنندۀ تاب كششي 330,370,450,500,520نيوتن در هر ميليمتر مربع مي باشد.
– تاب فشاري, برشي,خمشي,ضربه اي, سختي و شكنندگي فولادها بر حسب آلياژ آنها متغير است.
– ضريب انبساط فولاد با ازدياد حرارت از صفر تا 100دجۀ سانتي گراد برابر 2درصد محاسبه مي شود.
– تآثير رطوبت و نمكها بر فولاد بسيار زياد است و به سرعت اكسيده مي شود يا مي پوسد. براي مقابله با اين مسآله از آلياژهاي كرم , نيكل, واناديوم و موليب دنوم استفاده مي شود. مي توان سطح آن را قلع اندود (حلبي) يا آن را روي اندود نمود(آهن سفيد) يا به وسيلۀ رنگ و سرنج آن را در برابر رطوبت حفظ كرد.
– شكل پذيري فولاد باعث مي شود كه براي مصارف گوناگون بتوان از آن مقاطع متنوعي پديد آورد. از جمله مقاطع فولادي مي توان انواع زير را نام برد:
ورق-تسمه-آرماتور(با مقطع دايره ساده, دايرۀ آجدار, نيم دايره,مربع و شش گوشه) مقطع يا پرفيل معمولي- نبشي –سپري-ناوداني-زد-كلاهي-ريلي-لوله و همين طور مقاطع مختلف براي چهار چوب در و پنجرۀ فولادي.
( تصوير شمارۀ 5)

قابليت اتصال : با استفاده از اتصال تر يا خشك مي توان قطعات مختلف آهني را به يكديگر متصل نمود. و قطعه يا قطعات يكپارچه اي به دست آورد. در قسمت اتصالات فولاد توضيحات بيشتري ارائه شده است.
تآثير ناخالصي ها در كيفيت فولاد:
– كربن بيش از حد, فولاد را ترد مي كنهد و بر سختي آن مي افزايد. كمبود آن باعث افزايش خاصيت چكش خواري فولاد مي شود. كرين عامل پائين آمدن درجۀ ذوب فولاد است.
– منگنز و سيليسيوم, تاب كششي و سختي فولاد را افزايش مي دهند و مانع از چكش خواري و شكل پذيري آن مي شوند.
– فسفر, فولاد را ترد و شكننده مي كند.
– گوگرد, عامل پائين آمدن تاب ضربه اي در فولاد است و همين طور باعث مي شود كه فولاد مذاب به حالت خميري و سفت باشد.
– كرم, تاب كششي فولاد را افزايش مي دهد و مانع از زنگ زدن آن مي شود. فولاد ضد زنگ قريب به 12% كرم همراه دارد و به اين منظور مي توان از آلياژ نيكل و موليب دنوم نيز استفاده كرد.
– مس ,آلياژ فولاد و مس زنگ نمي زند و دير مي پوسد.
عمليات گرمايي بر روي فولاد :
ويژگي هاي مكانيكي فولاد را مي توان با عمليات مختلف گرمايي كه شامل گرمايش تا يك دماي ويژه و سپس سرد كردن تحت شرايط مشخص و كنترل شده مي باشند, تغيير داد.

– سخت كردن: فولادي كه به سرعت سرد شده (آبديده) و در دمايي بالا در آب يا روغن فرو برده شده, حالت بلوري خود را در دماي بالاي حفظ مي كند و سخت مي گردد ولي شكننده است. اين اثر در فولادهاي پر كربن بيشتر مشخص است كه در اين حالت براي كارهاي مهندسي مناسب نيستند.
– نرم كردن و بي بلور كردن: اين دو روند عبارتند از : نرم كردن فولاد سخت, با شكل دادن دوباره بلورها كه تنشهاي داخلي ماده را آزاد مي كند و ساختار دانه اي يكنواخت تري ايجاد مي كند. براي نرم كردن, فولاد گرم مي شود و در دمايي بالا تر از 700درجۀ سانتي گراد قرار داده مي شود و آنگاه به آرامي به سرعتي كنترل شده در يك كوره يا ظرف خنك كننده سرد مي شود و اين كار نرم ترين فولاد را براي هر تركيبي به ما مي دهد. در بلورگيري ,فولاد تا دمايي مشابه با نرم كردن براي مدتي كوتاه تر گرم مي شود و آنگاه كمي سريع تر در هوا سرد مي شود, اين عمل باعث مي شود تا عمليات بعدي نظير ماشين كاري را بتوان بر فولاد سرد راحت تر انجام داد.
– ملايم كردن: در اين روند فولاد را تا دماي 600-400 درجۀ سانتي گراد گرم مي كنند و آنگاه در هوا سرد مي كنند. در اين عمل سختي مواد كم مي شود چون كمي از بلوها تغيير مي كنند. مقدار اين اثر بستگي مسقيم با دماي نهايي دارد.هرچه دما بالاتر رود انعطاف پذيري بيشتر و مقومت كششي كم مي شود.
– كربوريزه كردن: مي توان بدنه قطعات را سخت كرد, به اين صورت كه در لايۀ سطحي آنها درصد بيشتري كربن «تزريق» كرد بدون اينكه درصد كربن لايه هاي ديگر تغيير كنند, به اين ترتيب سطحي سخت خواهيم داشت كه شكننده نخواهد بود و در برابر ضربه مقاومت خواهد كرد.معمولاً اين روند شامل گرم كردن قطعه در داخل زغال سنگ يا يك مادۀ كربني ديگر در دماي حدود 900درجۀ سانتي گراد به مدت چند ساعت مي باشد. آنگاه بر روي قطعات عمليات گرمايي ديگري انجام مي گيرد تا سختي سطح كاملاً تنظيم شود.
توليد قطعات فلزي :
– ريخته گري: اجزاي لزي ممكن است به وسيلۀ ريختن فولاد و يا آهن مذاب در قالب مخصوص كه به ريخته گري موسوم است توليد گردند. اين روش براي اجسام جسيم كه ممكن است تا ده ها تن وزن داشته باشند نيز به كار مي رود. قطعه بدست آمده پس از ريخته گري ماشين كاري و براي مصرف مورد نظر آماده مي شود.( تصوير شمارۀ 6)

– نورد:يك روش ارزان و فراگير براي توليد قطعات فلزي است. نورد قطعات از شكل دادن به شمش فلزي كه از ميان غلتكهاي دوار به صورت مرحله اي عبور مي كند تشكيل مي شود. قطعۀ اوليه به مرور از لحاظ شكل مقطع به قطعه نهايي نزديكتر مي شود و در نهايت ه شكل حاصل از غلتكهاي نهايي در مي آيد. اين روش ممكن است به صورت نورد سرد يا گرم انجام پذيرد.
روش نورد سرد براي فلزات با درج. خميري بالا مانند قلع يا سرب و يا ورقه هاي فولادي با مقطع نازك(به علت آنكه به سرعت حرارت خود را از دست مي دهند) به كار مي روند.
بخش اعظم از فراورده هاي فولادي عموماً به روش نورد گرم كه در آن حرارت قطعه بين 900تا 1250 درجۀ سانتي گراد است توليد مي شوند. شكل گيري شمش فولادي با عبور از تعداد زيادي از غلتكها انجام مي شود كه قدم به قدم قطعه را به شكل نهايي نزديكتر مي كنند.( تصوير شمارۀ 7)

بيشتر قطعات فولادي ساختمان شامل تيرها, ريل ها ,ورقها, ميلگردها و حتي ولوله ها به اين روش توليد مي شوند.

– چكش كاري ,روشي است كه در آن قطعۀ فلزي به كمك ضربات مستمر چكش يا پرس به شكل مورد نظر نزديك مي شود. براي ساختن پرچ و گل ميخ از روش چكش كاري استفاده مي شود.
در عمل اكثر قطعات فولادي مورد مصرف در ساختمان به كمك نورد ,چكش كاري ,پرس كردن و كوبيدن شكل مي گيرند.
– كشيدن : به كمك عمل كشش بر روي يك قطعه فلزي صوراخ دار(شابلون) كه قطعه فلزي اوليه از داخل آن عبور مي كند به نحوي كه شمش به شكل الگوي مورد نظر در آيد صورت مي پذيرد. اين روش معمولاً به صورت سرد صورت مي گيرد و قطعه بدست آمده, كاملاً‌مشابه قالب مورد نظر است.
قطعات با جدارۀ نازك و ميله هاي چهار گوش , شش ضلعي كه قطر مقطعي بيش از 10 ميليمتر ندارند به روش كشيدن ساخته مي شوند.
– شكل دهي سرد , شامل شكل دهي ورقها به كمك ماشين شكل دهي مي باشد. شكل دادن ورق فولادي به اين روش به راحتي و به اشكال مورد نياز صورت مي پذيرد و بسيار ارزانتر از روش نورد گرم خواهد بود. زيرا ضخامت آنها كمتر از 2 ميليمتر مي باشد. براي ساخت پروفيل هاي در و پنجره از اين روش استفاده مي شد.
– لوله سازي, برش كاري , تراش كاري از ديگر روشهاي ساخت قطعات فولادي مي باشند.
فولادهاي سازه اي:
ميزان كربن فولادهاي سازه اي جوش پذير در حدود(25/0 تا 16/0 درصد) است. فولاد سازه اي معمولاً بلورگيري شده است.
ميزان قابل توجه ازدياد طولي كه موجب مي گردد تا مقاطع ضخيم تر آهسته تر از مقاطع نازك سرد شوند موجب افزايش تفاوت هاي مشخصي در ويژگي هاي فيزيكي مي شود. به طوري كه مقاومت ويژۀ يك مقطع 90 ميليمتر مي تواند از يك مقطع 16 ميليمتر حدود 10 درصد كمتر باشد.
مقاطع توخالي:
مقاطع تو خالي لوله اي, مربعي يتا مستطيلي معمولاً از ورق ساخته مي شوند كه به تناوب خم مي شود تا كاملاً بسته شوند, آنگاه آنها را از يك مدار الكتريكي با فركانس بالا , عبور مي دهند تا لبه هاي آن را تا نقطه ذوب گرم كنند, سپس لبه ها را هم تحت فشار قرار مي دهند تا مقطع لوله اي كامل شود, برآمدگي اضافي را از سطح قطعه پاك مي كنند و مقطع تو خالي را تا دماي 950-850 درجۀ سانتي گراد گرم مي كنند و با نورد گرم به مقاطع مورد نظر تبديل مي كنند. لوله با ابعاد كوچكتر را تا دماي 1050-950 درجۀ سانتي گراد گرم مي كنند و مي كشند تا مشخصات آن برابر با استاندارد مورد نظر شود.
خم كردن مقاطع سازه اي:
تيرهاي زنبوري, نورد شده, توخالي و قسمتهاي ديگر را مي توان توسط كارگاه هاي متخصص به شكل هاي خميده در آرود. كوچكترين شعاع ممكن به خصوصيات متالوژي , ضخامت و مقطع قطعه بستگي دارد, عموماً قطعاتي را كه مقطع كوچكتري مي توان خم كرد, هرچند براي يك اندازه مشخص مقطع, آنكه سطح مقطعش لبه هاي ضخيم تر دارد به شعاعهاي كوچكتري در مي آيد, معمولاً قطعات توپر را مي توان تا شعاعهاي كوچكتر يخم كرد. سازه هاي زيبا( تصوير شمارۀ 8) را مي توان از قطعات خميدۀ استاندارد يا تيرچه هاي خميدۀ نازك ساخت. روش قديمي خم كردن فولاد را سخت مي كند ولي خواص الاستيكي آن را تغيير زيادي نمي دهد و آن را براي سازه نامناسب نمي سازد.

محافظت فولاد سازه در برابر آتش:
براي محافظت از فولاد ساختماني در برابر آتش مي توان از روشهاي سنتي يعني استفاده از مواد عايق در برابر حرارت, كه هر يك مدت زمان خاصي در برابر آتش مقاومت مي كنند بهره برد ( تصوير شمارۀ 9) يا با استفاده از يك دسته محاسبات مهندسي سرعت احتمالي بالا رفتن دماي قسمتهاي فولادي را در هر حالت بر اساس قدرت آتش و ميزان برهنگي قطعۀ فولادي, محاسبه كرد.

محافظت هاي كاربردي براي فولاد:
– پوشش هاي اسفنجي: پوشش هاي نازكي از مادۀ اسفنجي مي توانند تا 120 دقيقه در برابر آتش مقاومت كنند و تآثير زيادي بر خواص زيبا شناسي فولاد برهنه نمي گذارند. رنگ هاي مختلف اين نوع پوشش براي استفاده با اسپري, برس يا غلتك رنگ وجود دارد.

– پوشش هاي پاشيدني: اين نوع پوشش ها را كه مادۀ اصلي آنها سيمان و ورميكوليت يا فيبرهاي معدني مي باشند مي توان مستقيماً بر روي فولاد به كار برد و تا حدود 4 ساعت در برابر آتش مقاومت كنند. اين روش كار به ويژه براي فولاد سازه اي در حفره هاي درون سقف و يا داخل سقف كاذب مناسب است و پاشيده شدن آن بر قسمتهاي ديگر مهم نيست. سطح پاياني بسيار زبر است و اين توليدات ارزان هستند و ضخامت سطح پاياني را مي توان به دلخواه تنظيم كرد.

– سيستم هاي تخته اي: پوششهاي ساخته شده از تخته هاي سبك به دور فولاد, بسته به ضخامتشان از 30 دقيقه تا 4 ساعت در برابر آتش مقاومت مي كنند. اين محصولات معمولاً از سيمان و ورميكوليت يا فيبرهاي معدني در داخل سيمان, سيليكات كلسيم يا چسبندۀ گچي ساخته شده اند. سيستم هاي تخته اي را مستقيماً به فولاد سازه اي يا به اسكلت ظريف ديگري پيچ مي كنند و يا با يك يا چند نگهدارنده به صورت جعبه در اطراف فولاد سازه اي به همديگر متصل مي كنند. محصولاتي كه سطح نهايي متنوعي دارند در بازار موجود هستند البته نوع ساده را نيز مي توان در كارگاه پرداخت كرد.

– پوشش هاي پيش ساخته (ورق فولادي با پوشش): پوشش فولاد- ورق كه ملات ورميكوليت, روي آنها كشيده شده ظاهري عالي دارند و تا 4 ساعت در برابر آتش مقاومت مي كنند. در محاسبۀ مقاومت آنها در برابر آتش فقط پوشش مهم است و خود ورق را در نظر نمي گيرند.

– آجر و بتن: فولاد سازه اي را مي توان كاملاً با آجر يا بتن سبكي كه به اندازه كافي تقويت شده پوشاند, در بتن سبك نبايد نبايد از مادۀ پر كنندۀ خرد شونده استفاده كرد و بايد آن را به اندازه كافي تقويت كرد. ستونهاي توخالي فولادي را مي توان با بتن ساده يا مسلح شده ميلگرد يا فيبر پر كرد كه حداكثر 120 دقيقه در مقابل آتش دوام دارد. براي بتن ساده يا مسلح با فيبر, سطح مقطع بايد حداقل (140×140) يا(200×100) باشد و براي بتن مسلح با ميله(200×200) يا(250×150) باشد.(ابعاد به ميليمتر مي باشد.)

– سيستم هاي آبي : قطعات فولادي توخالي متصل به هم را مي توان با يك سيستم پمپي يا تغذيه با جاذبه با آب پر كرد. آب از دست رفته دوباره تآمين مي شود و مواد ضد خوردگي و ضد يخ نيز به آن اضافه مي شوند.

– مهندسي آتش :سرعت گرم شدن يك قطعه فولادي در داخل آتش به شدت آتش و ميزان برهنگي فولاد و تماس آن با آتش بستگي دارد. در جايي كه نسبت سطح به سطح مقطع قطعۀ فولايد كم باشد كه (HP/A) ( تصوير شمارۀ9) دماي آن با سرعت كمتري بالا مي رود و بالعكس. در راه حلهايي كه با مهندسي آتش به دست مي آيند آبتدا شدت آتش احتمالي بر اساس سوختني هاي موجود,سرعت گردش هوا و خواص گرمايي محاسبه مي شود و آنگاه بر اساس برهنگي فولاد ساختماني سرعت بالا رفتن دماي آن پيش بيني مي شود, در اين صورت با در نظر گرفتن نوع و مقاومت بار گذاري و عوامل ديگر سازه اي, ميزان پايداري آن بدست مي آيد. با اين محاسبات مي توان فهميد كه آيا نيازي به محافطت مي باشد و يا به چه ميزاني مورد نياز مي باشد. بسته به وضعيت موجود, يك ستون بدون محافظ مقطع(HP/A) كمتر از 50 كه كاملاً بارگذاري شده باشد تا 30 دقيقه در برابر آتش مقومت مي كند, همچنين, ستونهاي سبكتر با پوشش بتن سبك تا حدود 30 دقيقه مقومتئ مي كنند. كف تراسها با مقطع مناسب, كه در آنها آهن با مقدار زيادي بتن پوشيده شده است تا 60 دقيقه مقومت مي كنند.( تصوير شمارۀ 10)

ورقهاي فولادي نيم رخ دار و كابل هاي فولادي :
– ورقهاي فولادي نيم رخ دار: اغلب ورقهاي پروفيل موجود از شكل دادن ورقهاي پوشش دار توليد مي شوند به اين صورت كه تسمه از تعدادي غلتك عبور مي كند و به تدريج به شكل نهايي نزديك مي شوند(نورد سرد) , آنگاه ورق پوسته را در قطعات مناسب مي برند و به بازار عرضه مي كنند. مقاطع استاندارد داراي مقطع ذوزنقۀ موج دار مي باشند كه ارتفاع ذوزنقه وابسته به مشخصات مكانيكي و بار وارده مي باشد.( تصوير شمارۀ 11)

در شرايطي كه كه موجب نامتناسب شدن مقطع شود از تيرهاي سازه اي در زير ورق ها استفاده مي شود. صفحات موجدار سينوسي و ذوزنقه اي را به كمك چين دادن خم مي كنند.

– كابل هاي فولادي : براي توليد كابل هاي فولادي,ميله هاي باريك فولاد نرم شده را از ديسك هاي روغن كاري شدۀ كربيد تنگستن عبور مي دهند و طول آن را تا 10 برابر افزايش مي دهند. عمليات كشش و مقاومت را افزايش مي دهد و انعطاف پذيري فولاد را كاهش مي دهد به همين خاطر فولادهايي كه كربن بالاتري دارند و براي كابلهاي محكم تر به كار مي روند بايد قبل از عمليات كشش با عمليات گرمايي كمي نرم و انعطاف پذير شوند.

براي توليد كابل هاي فولادي مخصوص سازه هاي معلق يا بتن پيش فشرده, يك دسته از كابل هاي جدا از هم به هم پيچانده مي شوند تا يك كلاف درست كنند, آنگاه يك دسته طناب را مي بافند تا كابل مناسب را ايجاد كنند. براي بتن پيش فشرده بايد از كالهاي تمام فولادي استفاده كرد.
انواع اتصالات فولادي:
اتصالات خشك: در اين روشها با اضافه نمودن قطعۀ جديدي اقدام به به بستن دو قطعه در جوار يكديگر مي نمايند. در اتصالات خشك چند طريقه زير وجود دارد كه در هيچ كدام احتياج به ذوب كردن خود قطعۀ فولادي نيست.

– پرچ: دو قطعۀ فولادي را سوراخ و پرچ را از بين آنها رد مي كنند. آن طرف قطعۀ پرچ را توسط دستگاه مخصوصي داغ مي كنند و شكل مي دهند. در گذشته, پرچ را ابتدا داغ و داخل سوراخ مي كرند. و سپس طرف ديگر را شكل مي دادند. پرچها در ابعاد مختلف و كيفيتهاي متفاوت محاسبه و تعيين قطر مي گردند. طرز نشاندن و تعداد آنها نيز محاسبات بدست مي آيد.

امروزه براي متصل نمودن دو ورق نازك نيز از روش ميخ پرچ استفاده مي شود كه سرعت كار را تا حد زيادي بالا مي برد.
– پيچ: دو قطعۀ فولادي را سوراخ مي كنند و پيچ را از داخل آن مي گذرانند. سپس واشر مي اندازند و مهره مي كنند. مشخصات و تعداد پيچ و مهره و نوع واشر با محاسبات به دست مي آيد. براي به وجود آمدن اصطحكاك در ميان قطعات قبلاً سطح آنها را به خوبي توسط شن پاش تميز و زبر مي نمايند.

روشهاي خشك قابل كنترل مي باشند و بسيار دقيق اجرا مي شوند. معايبي نيز به همراه دارند كه از آن جمله, پوسيدن قطعۀ اضافي و بريدن آنها مي باشد و همين طور عدم كارآيي در نقاطي كه دسترسي چنداني به آن نيست.معذلك هنوز هم براي اجراي كارهاي دقيق و يا قطعات فولادي پيش ساخته استفاده از اين گونه روشها ترجيح داده مي شود.
در اتصالات با پيچ كار بايد به نحوي انجام پذيرد كه كوچكترين صدمه اي به محل سوراخها وارد نشود, همچنين سوراخ كردن بايد به نحوي انجام شود كه كاملاً در روبروي يكديگر متصل مي شوند بايد كاملاً به هم جفت شده باشند و هيچ قطعه اي بين آنها قرار نگيرد.( تصويز شمارۀ 12)

فهرست مطالب

مقدمه 7
فلزات آهني : 7
متالوژي آهن و فولاد : 8
ميزان كربن در فلزات آهني : 10
فولاد : 12
خواص فولاد: 14
تآثير ناخالصي ها در كيفيت فولاد: 15
عمليات گرمايي بر روي فولاد : 15
توليد قطعات فلزي : 16
فولادهاي سازه اي: 19
مقاطع توخالي: 19
خم كردن مقاطع سازه اي: 20
محافظت هاي كاربردي براي فولاد: 21
ورقهاي فولادي نيم رخ دار و كابل هاي فولادي : 24
انواع اتصالات فولادي: 25
اجراي اتصالات به كمك جوش كاري: 27
آلياژهاي آهني: 30
فولادهاي پوشش دار: 32
فولاد 55
کاربرد انواع مختلف فولاد 55
ناخالصی‌های آهن و تولید فولاد 55
کوره تولید فولاد و جدا کردن ناخالصی‌ها 55
روش دیگر جدا کردن ناخالصی‌ها از آهن 56
تبدیل آهن به فولاد آلیاژی 56
تعریف فولاد: 57
تاریخچه مصرف فولاد در بتن: 57
علل مصرف فولاد در بتن: 57
انواع فولادهای مصرفی در بتن: 57
فرمهای رایج کاربرد میلگرد در بتن: 58
قطر ومشخصات میلگرد: 58
تعريف ساختمانهای اسکلت فلزی: 59
مزایا و معایب ساختمانهای فلزی 59
مزایای ساختمان فلزی: 60
معایب ساختمانهای فلزی: 61
مزایای سازه های فلزی: 62
کنترل جوش 64
قسمتهاي مختلف ساختمان اسكلت فلزي 75
انواع فنداسيون براي ساختمان اسكلت فلزی 76
نصب بيس پليتها 76
فنداسيون نواري 77
فنداسيون منفرد 77
فنداسيون راديه ( گسترده ) 77
نصب ستونها 77
انواع بادبند و نحوه اتصال آن 78
اجراي سقف ساختمان اسكلت فلزي 79
معرفي نيم‌رخها: 79
نيم‌رخ IPE : 79
نيم‌رخ نبشي : 80
نيم‌رخهاي مركب : 80
اتصالات : 80
اتصال به وسيلة جوشكاري: 80
جوشكاري : 81
انواع حالتهاي جوشكاري: 83
انواع جوشها: 83
تعريف الكترود: 85
وظايف روكش: 85
اثر روكش در نفوذ و شكل ظاهر گرده جوش: 85
برپاسازي اسكلت: 86
شاقول كردن ستونها: 86
صفحه زیر ستون Base plate یا میلگردهای ریشه Bolt : 87
روشهای نصب Bolt وBase plat : 87
روش اول : 87
روش دوم : 88
روش سوم : 88
ساخت ستون فلزی : 88
در موقع ستون سازی به دو علت ممکن است در ستونها انحنا ایجاد شود : 89
برای جلوگیری از پیچیدگی و انحناء در ستونها بهتر است به شرح زیر عمل کنیم : 89
جوشکاری قطعات سازه فلزی : 90
اتصال ستون به صفحة زیر ستون : 90
اجرای دیوار برشی در قابهای سازه 95
اتصالات: 99
انواع اتصال : 99
انواع اتصالات جوشی : 99
اتصالات به کار رفته در پروژه: 99
1)اتصال ستون به کف ستون: 99
2)اتصال انتقال دهنده ی لنگر (اتصال لنگر گیر): 100
3)اتصال تیر به ستون: 100
چگونه ی اتصال کنسول با دستک: 101
اتصال دو تیر به وسیله ی نبشی: 102
وصله ی اعضای فشاری: 103
اجرای شمع زیر دیوار برشی: 103
پی کنی و گود برداری : 104
شمع کوبی (pier ) : 105
آرماتوربندی پی : 105
قالب بندی پی: 106
منابع: 106