سازه فولادی چیست؟

سازه فولادی چیست؟ سازه فولادی یکی از دسته‌های سازه‌هایی است که نقش مهمی در صنعت ساخت و ساز ایفا می‌کند. هنگامی که از فولاد صحبت می‌شود، بسیاری از افراد به استحکام و دوام بالای آن فکر می‌کنند. اما اغلب افراد این نکته را نادیده می‌گیرند که علاوه بر استحکام و مقاومت بالا، فولاد قیمت نسبتاً پایینی نیز دارد. به همین دلیل، به عنوان یکی از موردعلاقه‌ترین انتخاب‌ها در ساختمان‌سازی شناخته می‌شود. سازه فولادی، علاوه بر پایداری و استحکام، هزینه‌های ساخت و ساز را نیز کاهش می‌دهد که این امر می‌تواند برای مهندسان و معماران جذاب باشد. اما سازه فولادی چیست و چه فرقی با سازه بتنی دارد؟ چرا امروزه از سازه فلزی بیشتر در صنعت ساخت و ساز استفاده می شود؟ آیا دلیل جایگزین شدن سازه فولادی به جای سازه بتنی، به دلیل استحکام و مقاومت نسبتا پایین سازه بتنی است؟ 

در این مقاله، شما را با مفهوم سازه‌ فولادی چیست؟ آشنا می‌سازیم و تفاوت‌ها و برتری‌های آن نسبت به سازه‌های بتنی را بررسی می‌کنیم. سپس با معرفی انواع مختلف سازه‌های فولادی، به شما در انتخاب بهترین نوع سازه برای پروژه ساختمانی‌تان کمک خواهیم کرد.

---

 سازه فولادی چیست؟

سازه‌ فولادی نوعی از سازه‌ها هستند که از فولاد به عنوان مصالح اصلی برای تحمل بار و انتقال آن به زمین استفاده می‌شود. اتصالات این سازه‌ها می‌تواند از طریق جوشکاری، پیچ و مهره انجام شود. اسکلت ساختمان در واقع تمام وزن ساختمان را بر دوش دارد، بنابراین اسکلت ساختمان باید از سازه‌ای ساخته شود که مقاومت و استحکام بالایی از خود نشان دهد. به همین دلیل، امروزه سازه‌های فولادی جایگزین سازه‌های بتنی شده‌اند، زیرا استحکام و مقاومت بالایی که دارند، باعث می‌شود تا بیشتر مورد توجه قرار گیرند. فولاد خود از استحکام بالایی برخوردار است، بنابراین فرض کنید که سازه ساختمانی از جنس فولاد باشد، در آن صورت ساختمان با استحکام، مقاومت و دوام بالایی ساخته می‌شود که بتواند در برابر تمامی شرایط، چه از نظر محیطی و چه از نظر طبیعی و بارهای زنده، مقاومت کند.

با توجه به اهمیت اسکلت ساختمان که به عنوان مهم‌ترین بخش آن شناخته می‌شود، در انتخاب سازه برای آن باید نهایت توجه را به خرج داد. باید از سازه‌ای استفاده شود که به اندازه‌ی کافی قوی باشد و در برابر عوامل مخرب مانند زلزله و باد، مقاومت کند. در ادامه، قصد داریم شما را با بخشی از تاریخچه‌ی سازه‌های فولادی و دلایل محبوبیت آن‌ها آشنا کنیم و در نهایت، با معرفی چندین آثار و ساختمان که به شهرت این نوع سازه‌ها کمک کرده‌اند، شما را با آن‌ها آشنا کنیم.

نقل قول: "سازه فولادی به دلیل استحکام بسیار بالای فولاد درجه استحکام بالایی دارد. به همین دلیل در ساخت سازه‌هایی نظیر ساختمان‌های اداری، مسکونی و تجاری، سیستم پشتیبانی تجهیزات، زیرساخت‌ها، پل‌ها، برج‌ها، ترمینال‌های فرودگاه، کارخانه‌های صنعتی سنگین و قفسه‌های لوله انواع مختلف سازه فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرد." برداشته شده از سایت پارسلند

خلاصه ای از تاریخچه سازه فولادی و آشنایی با چند بنای تاریخی 

استفاده از فولاد در صنعت ساخت و ساز به دوران باستان بازمی‌گردد، که شواهدی از کاربرد آهن و فولاد در تمدن‌های مصر، بین‌النهرین و چین باستان به دست آمده است. اما نقطه عطف در تاریخچه سازه‌ فولادی، اختراع روش بسمر در سال ۱۸۵۵ بود. این روش نوآورانه، تولید فولاد را به روشی مقرون به صرفه تبدیل کرد و دریچه‌های نوینی را به روی مهندسان و معماران گشود. از آن زمان به بعد، شاهد رشد روزافزون استفاده از فولاد در صنعت ساخت و ساز بوده‌ایم و سازه‌های فولادی به جایگاه بسیار مهمی در این صنعت دست یافته‌اند.

آشنایی با چند آثار و بنای تاریخی ساخته شده با سازه فولادی

- در سال ۱۸۸۳، پل بروکلین در نیویورک به عنوان اولین پل معلق بزرگ جهان با استفاده گسترده از فولاد ساخته شد. این پل، نمادی از نوآوری و پیشرفت در مهندسی سازه‌های فولادی بود.

- در سال ۱۸۸۹، برج ایفل در پاریس با ارتفاع ۳۲۴ متر به عنوان بلندترین سازه جهان در آن زمان به روی عموم رونمایی شد. این برج، نمادی از شکوه و عظمت دوران مدرن است و از اسکلت فلزی فولادی بهره می‌برد.

- در سال ۱۹۰۲، ساختمان امپایر استیت در نیویورک با ارتفاع ۴۴۸ متر به عنوان بلندترین ساختمان جهان در آن زمان افتتاح شد. این بنا، نمادی از شکوه و عظمت دوران مدرن است و از اسکلت فلزی فولادی بهره می‌برد.

- در سال ۲۰۰۱، برج‌های دوقلو مرکز تجارت جهانی در نیویورک که از سازه‌های فولادی نمادین بودند، در حملات ۱۱ سپتامبر تخریب شدند. بازسازی این مجموعه با برج آزادی به عنوان نمادی از مقاومت و پویایی آغاز شد.

تفاوت های مهم سازه فولادی و سازه بتنی

انتخاب بین سازه‌ فولادی و سازه بتنی یکی از مهم‌ترین تصمیمات در هر پروژه ساخت و سازی است هر کدام از این سازه ها مزایا و معایب خاص خود را دارند و شما باید آنها را با دقت مورد بررسی قرار دهید تا بتوانید با توجه به نیازها و الزامات پروژه، بهترین گزینه را انتخاب کنید. در ادامه به بررسی برخی از مهم‌ترین تفاوت‌های این دو نوع سازه در زمینه مقاومت، انعطاف پذیری، وزن، سرعت ساخت و هزینه می پردازیم.

- تفاوت سازه فولادی و سازه بتنی از لحاظ مقاومت

در زمینه مقاومت، سازه فولادی از مقاومت فشاری و کششی بالایی برخوردار است که به آنها امکان تحمل بارهای سنگین‌تری را می‌دهد. از طرفی، سازه‌های بتنی معمولاً در برابر فشار قوی مقاومت دارند، اما معمولاً مقاومت کششی آنها پایین‌تر است. 

- تفاوت سازه فولادی و سازه بتنی از لحاظ انعطاف پذیری

در زمینه انعطاف پذیری، سازه‌های فولادی انعطاف‌پذیرتر هستند و در برابر لرزش و ضربه مقاومت بیشتری دارند، در حالی که سازه‌های بتنی شکننده‌تر هستند و در برابر لرزش و ضربه آسیب‌پذیرترند. 

- تفاوت سازه فولادی و سازه بتنی از لحاظ وزن

در زمینه وزن، سازه‌های فولادی سبک‌تر از سازه‌های بتنی با ابعاد مشابه هستند که می‌تواند مزایایی مانند کاهش بار مرده سازه و نیاز به فونداسیون کمتر را فراهم کند. 

- تفاوت سازه فولادی و سازه بتنی از لحاظ سرعت ساخت

در زمینه سرعت ساخت، سازه‌های فولادی معمولاً به دلیل استفاده از قطعات پیش‌ساخته و روش‌های اتصال سریع سریع‌تر ساخته می‌شوند، در حالی که ساخت سازه‌های بتنی به زمان بیشتری نیاز دارد. 

- تفاوت سازه فولادی و سازه بتنی از لحاظ هزینه

در مورد هزینه، هزینه اولیه سازه‌های فولادی ممکن است بیشتر از سازه‌های بتنی باشد. در نهایت، سازه‌های فولادی از قابل بازیافت‌ترین مصالح ساختمانی هستند، در حالی که بازیافت بتن چالش‌برانگیزتر است.

معرفی و آشنایی با انواع سازه های فولادی

پیش از این سازه فولادی چیست؟ را به شما معرفی کردیم، سپس در ادامه قصد داریم شما را با انواع سازه فولادی آشنا کنیم. انواع سازه فولادی بسیار متنوع است و بسته به نوع کاربری، طراحی و شرایط محیطی می‌توانند انتخاب شوند. برخی از انواع معمول سازه‌های فولادی عبارتند از:

- سازه فولادی معلق

سازه فولادی معلق، یک نوع سازه فولادی است که بارهای بزرگ را از طریق کابل‌ها یا طناب‌های فولادی به تکیه‌گاه‌های ثابت مثل دکل‌ها یا ستون‌ها منتقل می‌کند. این سازه‌ها معمولاً برای ساخت پل‌ها و سقف‌های بلند استفاده می‌شوند، زیرا به دلیل عدم نیاز به ستون‌های میانی، می‌توانند دهانه‌های بزرگی را پوشش دهند. 

سازه‌های فولادی معلق اصولاً برای تحمل بارهای کششی طراحی می‌شوند و به دلیل تنش‌های موقتی که تحت آن‌ها قرار می‌گیرند، ممکن است در برابر تغییر شکل و رانش حساس باشند. با اضافه کردن عناصری مثل سیم‌های گای، پایه‌های متقاطع و تیرهای سفت‌کننده، این حساسیت قابل کاهش است. به طور کلی، سازه‌های فولادی معلق مناسب برای پل‌ها، اسکلت‌های سقف و سایبان‌های فلزی هستند، زیرا وزن سبک و استحکام بالای آن‌ها امکان پوشش دهی به دهانه‌های بزرگ را فراهم می‌کند و نصب آن‌ها نسبتاً ساده است.

به طور کلی مزایا و کاربردهای سازه فولادی معلق به شرح زیر می باشد:

مزایای سازه فولادی معلق: 

• ایجاد دهانه‌های بسیار بلند بدون نیاز به ستون‌های میانی 

• سرعت ساخت بالا 

• قابلیت حمل و نقل آسان 

کاربردهای سازه فولادی معلق: 

• پل‌های معلق 

• سقف‌های بلند 

• آشیانه‌های هواپیما

- سازه فولادی خرپا

سازه فولادی خرپا از مثلث‌ها و اعضای باریک و کشیده تشکیل شده است که به صورت شبکه‌ای به یکدیگر متصل می‌شوند و به دلیل شکل هندسی خود، استحکام و مقاومت بالایی در برابر بارهای کششی و فشاری دارد. خرپا از وتر بالایی، وتر پایینی، میله عمودی، تار مورب و تکیه‌گاه بین خرپایی تشکیل شده است. مقدار فولاد مورد استفاده در خرپاها کمتر از تیرهای شبکه جامد است، که این باعث می‌شود وزن سازه سبک‌تر و سختی بیشتری داشته باشد. 

سازه فولادی خرپا به طور عمده برای تشکیل اعضای مهم‌تر با سطح مقطع کوچک‌تر استفاده می‌شود و اغلب در پشت‌بام‌ها، پل‌ها، برج‌های تلویزیون، برج‌های دکل، سکوهای نفتی دریایی و راهروهای ساختمان‌های صنعتی و عمرانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

به طور کلی مزایا و کاربردهای سازه فولادی خرپا به شرح زیر می باشد:

مزایای سازه فولادی خرپا: 

• استحکام و مقاومت بالا 

• وزن کم 

• مناسب برای دهانه‌های بسیار بلند 

• قابلیت حمل و نقل آسان 

کاربردهای سازه فولادی خرپا: 

• پل‌ها 

• برج‌ها و دکل‌ها 

• سقف‌های بلند عرشه‌های موقت

- سازه فولادی قاب دار

سازه فولادی قاب دار از تیرها، ستون‌ها و اتصالات تشکیل شده است که به صورت یک اسکلت یا قاب فضایی عمل می‌کند. در این سازه‌ها، ترکیبی از تیرها، ستون‌ها و دال‌ها برای مقاومت در برابر گرانش و بارهای جانبی استفاده می‌شود. تیرها به عنوان اعضای افقی عمل می‌کنند و بارهای جانبی را به محور خود انتقال می‌دهند، در حالی که ستون‌ها اعضای عمودی هستند که بارهای فشاری را انتقال می‌دهند. این سازه‌ها اغلب برای مقابله با نیروهای بزرگ و گشتاورهای در حال توسعه به کار می‌روند.

به طور کلی مزایا و کاربردهای سازه فولادی قاب دار به شرح زیر می باشد:

مزایای سازه فولادی قاب دار: 

• ساخت سریع و آسان 

• مناسب برای دهانه‌های بلند 

• قابلیت ایجاد فضاهای باز و بدون ستون داخلی 

• تنوع بالا در طراحی و اجرا 

کاربردهای سازه فولادی قاب دار: 

• ساختمان‌های مسکونی، تجاری و اداری 

• استادیوم‌ها و سالن‌های ورزشی 

• سوله‌ها و انبارها 

• پل‌ها

- سازه فولادی پوسته ای

سازه فولادی پوسته‌ای از صفحات نازک فولادی با شکل خمیده یا منحنی تشکیل شده است که به تنهایی یا با کمک تیرها و ستون‌ها بار را تحمل می‌کنند. این سازه‌ها به دلیل شکل هندسی خود، بسیار سبک و مقاوم هستند و می‌توانند دهانه‌های بسیار بزرگی را بدون نیاز به ستون‌های میانی پوشش دهند. در مقابل تغییرات آب و هوایی نظیر گرمایش زمین و شرایط ناپایدار، این سازه‌ها توانایی حفظ استحکام و پویایی خود را دارند. به طور کلی، سازه فولادی پوسته‌ای به عنوان یک ساختار صفحه‌ای، بدون نیاز به قاب یا مواد توده جامد، قادر به تحمل بارها و حفظ شکل خود است.

به طور کلی مزایا و کاربردهای سازه فولادی پوسته ای به شرح زیر می باشد:

مزایای سازه فولادی پوسته ای:

• سبکی و ظرافت 

• مقاومت بالا در برابر بارهای پیچیده 

• ایجاد اشکال و فرم‌های متنوع 

کاربردهای سازه فولادی پوسته ای: 

• استادیوم‌ها و سالن‌های ورزشی 

• موزه‌ها و نمایشگاه‌ها 

• آشیانه‌های هواپیما

• فرودگاه‌ها 

نتیجه گیری

در نتیجه، سازه فولادی به عنوان پرطرفدارترین و باکیفیت ترین نوع سازه شناخته شده است که میتواند در کنار مقاومت، استحکام و دوام بالا، هزینه نسبتا پایینی را به شما ارائه دهد. این نوع سازه در چهار نوع مختلف شامل سازه فولادی معلق، سازه فولادی خرپا، سازه فولادی قاب دار و سازه فولادی پوسته ای وجود دارد که شما باید با توجه به نوع استفاده و مکان استفاده، هر کدام از آنها را مورد استفاده قرار دهید. 

در این مقاله، سعی کردیم شما را با مفهوم و اهمیت سازه فولادی چیست؟ آشنا کنیم. در ادامه، یک خلاصه از تاریخچه و آثار مهمی که با استفاده از سازه‌های فولادی ساخته شده‌اند، ارائه دادیم. در پایان، با معرفی تفاوت‌های میان سازه‌های فولادی و بتنی، و همچنین معرفی انواع سازه‌های فولادی، سعی کردیم تا این نوع سازه را برای شما توضیح دهیم. امیدواریم که این مطالب برای شما مفید واقع شده باشند.