سازه فلزی Steel Structure به عنوان یکی از پرکاربردترین مصالح در دنیای ساختمان‌سازی امروزی، عنوانی کلی برای انواع سازه‌هایی با اسکلت فولادی است. امروزه فولاد که همان آلیاژ ساخته شده از آهن و کربن است با قابلیت‌های متعدد خود به یکی از کارآمد‌ترین مصالح ساختمانی بدل شده است.
در ساخت و ساز از ترکیب‌های مختلف فولاد استفاده میشود که قیمت میلگرد آلیاژی با توجه به این میزان ترکیبات تعریف میشود. سازههای فولادی چنان جایگاه ویژه‌ای در ساخت و ساز دارند که در برخی پروژه‌های ساخت و ساز با هیچ یک از مصالح جایگزین نمی‌شوند.
از اصلی‌ترین انواع سازههای فلزی به حساب می‌آیند. در این نوشتار با کاربردها، مزیت‌ها و انواع سازههای فلزی به تفصیل آشنا خواهید شد. پس با ما همراه باشید تا با نقش این سازه‌ها آشنا شوید.
فولاد یکی از اصلی‌ترین فلزها در صنعت ساخت و ساز به حساب می‌آید. زمانیکه اجزای فولادی با شکل و قاعده خاصی کنار یکدیگر قرار میگیرند، برحسب قابلیت‌های خود کاربردهای مختلفی پیدا می‌کنند. به طور کلی میتوان گفت که انواع سازههای فلزی در ساخت انواع پل‌ها، اسکلت ساختمان خصوصاً ساختمان‌های بلند، مخزن نگهداری سیالات و سایر سازههای ثابت و... بکار می‌روند.
علت محبوبیت روزافزون انواع سازههای فلزی به ویژگی‌ها و برتری‌های آنها نسبت به بتن مربوط میشود. ویژگیهای فولاد مانند استحکام و در عین حال قابلیت شکل‌دهی آسان، چکش‌خواری، جوش‌پذیری، خاصیت فنری و الاستیکی آن به همراه ویژگیهای جذاب هر یک از انواع سازههای فولادی از دلایل گرایش زیاد به این نوع سازه‌ها است. از ویژگیهای انواع سازههای فولادی میتوان به:
شکل‌دهی به قطعات فولادی بسته به کاربرد می‌تواند متفاوت باشد. قطعات فولادی دارای اشکال و مقیاس‌‌های کاملاً متنوع بوده که به وسیله حرارت یا سرما رول شده و برخی دیگر با جوش دادن پلیت‌‌های صاف یا خم شده به یکدیگر ساخته میشوند. از رایج‌ترین قطعات فولادی میتوان به HSS، مدل کانالی، زاویه‌‌دار و تیرهای I شکل اشاره کرد.
اگر چه ساختمان‌های فلزی زیادی در جهان وجود دارند اما برخی به خاطر ظاهر و یا نوع خاص طراحی، محبوبیت ویژه‌ای در جهان دارند. برخی از محبوب‌ترین این ساختمان‌ها عبارتند از:
سازههای فولادی، دارای انواع متنوعی بوده و از انواع سازههای فلزی میتوان به سازه قابی که با استفاده از تیرها و ستونها ایجاد میشود، سازه شبکه‌‌ای که شامل سازه فولادی مشبک و گنبدی است، سازه از پیش تقویت شده، سازه خرپا که با استفاده از میلگرد و اجزاء مثلثی شکل ایجاد میشود، سازه طاقی شکل، پل کمانی شکل، پل تیری، پل کابلی، پل معلق و پل خرپایی اشاره کرد. در ادامه 4 نوع اصلی از انواع سازههای فلزی مورد بررسی قرار میگیرند.
یکی از انواع سازههای فولادی، سازه قابی شکل است. قاب فولادی یک تکنیک ساختمان سازی است که در آن از یک اسکلت فلزی استفاده میشود. این اسکلت از ستونهای فولادی عمودی و تیرهای افقی I شکل که به صورت شبکه‌‌های مستطیلی ساخته شدهاند تشکیل میشود.
کار این شبکه‌‌های مستطیلی پشتیبانی از طبقات، سقف و دیوارها که همگی متصل به آن اسکلت هستند، خواهد بود. در واقع این تکنیک قاب فولادی بود که به بشر اجازه ساخت آسمان‌خراش را داد چرا که بدون این نوع سازه، ساخت ساختمانی به این حد از ارتفاع بسیار مشکل است.
پروفیل فولادی رول شده یا بخش‌های متقاطع ستونهای فولادی، شکل حرف I را تشکیل می‌دهند. دو لبه پهن در یک ستون، ضخیم‌تر و پهن‌تر از لبه‌های یک تیر هستند. علت این مساله افزایش تحمل بار فشاری در سازه است. بخش‌های فولادی مربعی و لوله‌ای شکل نیز می‌توانند در سازه فولادی قابی استفاده شوند.
در این صورت این بخش‌ها با بتن پر میشوند. تیرهای فولادی با استفاده از پیچ و چفت پیچ‌دار به ستونها متصل شدهاند. به دلیل افزایش تحمل در برابر خمش لحظه‌ای، جان تیر در تیرهای I شکل اغلب پهن‌تر از جان ستونها است. ورقه‌های پهن عرشه‌های فولادی نیز می‌توانند برای پوشاندن سطح فوقانی سازه فولادی قابی استفاده شوند.
از این نوع از انواع سازههای فولادی میتوان جهت ساختمان‌های با ارتفاع زیاد مانند ساختمان‌های چند طبقه و آسمان‌خراش‌ها، ساختمان‌های صنعتی، انبار، ساختمان مسکونی و سازههای موقت استفاده کرد.
فولاد در برابر حرارت زیاد، نرم میشود، تغییر شکل می‌دهد و در نتیجه تا حدودی ریزش پیدا می‌کند؛ به همین خاطر قاب فولادی احتیاج به مقاوم‌‌سازی دارد. جهت مقاوم‌‌سازی ستونها آنها را با استفاده از سازه مقاوم در برابر آتش روکش می‌کنند. تیرها نیز با استفاده از بتن یا لایه گچی روکش میشوند.
شما میتوانید اساساً یک ساختمان داشته باشید که همه آن از فولاد ساخته شده باشد. در این حالت فولاد هم به عنوان تکیه‌گاه داخلی و هم به عنوان پوشش خارجی به کار رفته است. اما در سازه فلزی قابی برای ساخت طبقات، دیوارها و مانند آن از سایر متریال‌ها استفاده میشود. ساختمان‌های فلزی برای مقاصد مختلفی ساخته میشوند مانند انبار، کارگاه و حتی منزل مسکونی.
یکی از انواع سازههای فلزی اصلی سازه فولادی پوسته‌ای است. به بیان ساده، سازه فولادی پوسته‌ای سازهای با حجم فضایی مانند کره یا استوانه است که برای ساخت سیلوها، مخازن نگه داری سیالات در کارخانه ها و غیره مورد استفاده قرار می‌‌گیرد.
سازه فولادی پوسته‌ای نوعی از انواع سازههای فلزی است که با شکل هندسی ویژه‌اش شناخته میشود. سازه فولادی پوسته‌ای جسم صلب سه بعدی است که ضخامت آن در مقایسه با سایر ابعاد کم است. ضرورتاً یک سازه فولادی پوسته‌ای با استفاده از دو روش ایجاد میشود:
سازه فولادی معلق، یکی دیگر از انواع سازههای فلزی است. سازه فولادی معلق به سازه‌هایی با سطح افقی گفته میشود؛ در آنها طبقات با استفاده از کابل‌های آویزان شده سهمی شکل با قدرت زیاد پشتیبانی میشوند. قدرت یک سازه فولادی معلق از شکل کابل‌های قوی تاب‌دار سهمی شکل حاصل میشود.
جهت کارآمدی بیشتر این نوع از انواع سازههای فلزی، فرم سهمی گونه آن طوری طراحی میشود که شکل آن کاملاً نزدیک به فرم دقیق نمودار لحظه‌ای باشد. کابل تاب‌دار، تحت شرایط فشار متقارن دارای ثبات بیشتری است زیرا کابل، قابلیت تغییر شکل جهت تنظیم کردن خود با فشار خارج از مرکز را دارد.
این قابلیت در کابل باعث فشار ثانویه در سطح افقی و تغییر شکل بیشتر میشود. علت وجود انحنای سهمی گونه در سازه فولادی معلق، مقاوم سازی این سازه در برابر فشارهای خارج از مرکز یا جانبی مانند فشار ناشی از باد یا ارتعاش و مانند آن است.
کاربرد سازه فولادی معلق را در ساخت عرشه پل، پل معلق و نیز در ساخت اسکلت سقف استفاده میشود.
از دیگر انواع سازههای فلزی، خرپاها هستند. برای شناخت سازه فولادی خرپا، ابتدا باید خود خرپا را بشناسیم! خرپا یک سازه تشکیل شده از تیرها و سایر المان‌هاست به نحوی که یک ساختار مشبک را تشکیل دهند. در علوم مهندسی، یک خرپای سازهای دربردارنده اجزایی است که دو نیرو ایجاد می‌کنند (یک جزء دو نیرویی عبارت است از سازهای که در آن نیرو فقط به دو نقطه وارد میشود) در این نوع سازه اجزا به گونه‌ای کنار هم قرار گرفته‌اند که ترکیب کلی به مثابه یک شی واحد عمل کند.
خرپاها عموماً شامل 5 واحد مثلثی شکل یا بیشتر هستند. این مثلث‌ها دارای اجزاء مستقیم و صاف بوده که انتهای آنها در مفصل‌ها به یکدیگر متصل شدهاند. به این مفاصل گره Node گفته میشود. در این نوع ساختار نیروهای خارجی و واکنش به این نیروها، فقط در ناحیه مفصل‌ها اعمال شده و منجر به ایجاد نیرو در اجزای کششی یا فشاری میشوند.