فولاد ساختمانی چیست؟ (بررسی جامع و کامل)

برای برپا شدن یک ساختمان، مصالح مختلفی در کنار هم قرار می‌گیرند. در میان همه‌ی این مصالح، فولاد جایگاه ویژه‌ای دارد و به‌عنوان یکی از اجزای جدا نشدنی فرایند ساخت‌وساز شناخته می‌شود. حضور این ماده در بخش‌های مختلف سازه باعث می‌شود اسکلت ساختمان شکل بگیرد و استحکام آن تامین شود. فولادی که در ساخت‌وساز به‌کار می‌رود باید ویژگی‌های مشخصی داشته باشد تا بتواند پایداری سازه را حفظ کند و در برابر نیروهای واردشده عملکرد مناسبی نشان دهد. شناخت این ویژگی‌ها زمینه‌ی درک بهتر نقش فولاد در ساختمان را فراهم می‌کند. در ادامه، جنبه‌های مختلف فولاد ساختمانی را به همراه هم بررسی خواهیم کرد.

فولاد ساختمانی یا فولاد سازه‌ای چیست؟

خواص مکانیکی فولاد ساختمانی طوری تنظیم شده تا برای ساخت اسکلت سازه مناسب باشد. می‌توان گفت این ماده جز آلیاژهای کم‌کربن فولاد محسوب می‌شود. میزان کربن گرید‌های آن معمولا زیر ۰.۳ درصد است. بیشتر از این مقدار کربن دیگر برای فولاد ساختمانی استفاده نمی‌شود، چون جوش‌پذیری و شکل‌پذیری آن به شدت افت می‌کند. از طرفی فولاد ساختمانی طوری تولید می‌شود که تحت فشار، کشش و بارهای وارد شده رفتاری قابل پیش‌بینی داشته باشد و بتواند وزن سازه و تنش‌های محیطی را بدون تغییر شکل‌های خطرناک تحمل کند. به همین دلیل در بخش‌های اصلی و باربر سازه از فولاد ساختمانی استفاده می‌شود.

فولاد ساختمانی به چه نامی معروف است؟

فولاد ساختمانی با نام آهن شناخته می‌شود. هرچند که آهن در واقع عنصر اصلی در آلیاژ فولاد است، اما همچنان در میان مردم وقتی حرف از محصولات آهنی مانند قوطی، پروفیل یا میلگرد آهنی می‌شود، منظور همان فولاد ساختمانی است. البته در بازار آهن آلات، فولاد سیاه یا گرم نام رایج‌تری است. مثلا خرید ورق سیاه به جای ورق آهن عبارت مرسومی در بازار آهن است.

انواع فولاد ساختمانی

فولاد ساختمانی را می‌توان بر اساس توانایی آن در تغییر شکل و رفتار در هنگام وارد شدن نیروهای شدید مانند زلزله به دو گروه اصلی تقسیم کرد:

1. فولاد با شکل‌پذیری بالا
   وقتی فولاد تحت نیروهای کششی و خمشی قابلیت تغییر شکل زیادی داشته باشد و بدون شکست ناگهانی انرژی را جذب ‌کند جز دسته فولاد با شکل پذیری بالا قرار می‌گیرد. اصطلاحا این فولادها استحکام کششی بالایی دارند. این استحکام کششی به دلیل کاهش میزان کربن پدیدار می‌شود.این نوع از فولاد سازه‌ای، در مناطق زلزله‌خیز برای افزایش ایمنی سازه کاربرد دارد.
2. فولاد با شکل‌پذیری محدود
   با افزایش کربن در آلیاژ فولاد سختی آن افزایش می‌یابد . اما توانایی تغییر شکل آن کمتر است و در مواجهه با نیروهای شدید ممکن است دچار شکست ناگهانی شود.

این طبقه‌بندی اهمیت زیادی در طراحی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله دارد و به مهندسان کمک می‌کند تا نوع مناسب فولاد را برای بخش‌های مختلف سازه انتخاب کنند.
نکته: مدول الاستیسیته فولاد ساختمانی در همه گریدها تقریبا ثابت و برابر ۲۰۰ گیگاپاسکال است؛ بنابراین این ویژگی باعث تمایز شکل‌پذیری بالا و محدود نمی‌شود، بلکه این تمایز بیشتر به میزان کربن، ازدیاد طول و چقرمگی ماده بستگی دارد.

ویژگی‌های فولاد ساختمانی

فولاد ساختمانی زمانی برای استفاده در اسکلت یک بنا مناسب است که هم در برابر بارهای واردشده عملکرد مطمئن داشته باشد و هم امکان اجرای عملیات مختلف ساخت و اتصال روی آن فراهم باشد. به‌کارگیری فولاد در ساخت‌وساز تنها زمانی نتیجه مطلوب می‌دهد که مجموعه‌ای از ویژگی‌های مکانیکی و فیزیکی در آن وجود داشته باشد. این ویژگی‌ها عبارتند از:

• طول عمر بالا
• وزن مناسب برای کاهش بار مرده سازه
• استحکام کششی مناسب
• چقرمگی کافی
• مقاومت قابل قبول در برابر حرارت در شرایط دمایی بالا
• پایداری نسبی در برابر رطوبت و خوردگی
• چکش‌خواری و فرم پذیری
• قابلیت جوشکاری
• سهولت در برشکاری و خمکاری

گریدهای رایج فولاد ساختمانی

به‌طور کلی، استاندارد فولاد ساختمانی با توجه به نياز پروژه انتخاب می‌شوند تا ضمن تامین ايمنی، وزن سازه کاهش يابد و دوام آن افزايش پيدا کند. معروف‌ترین گریدهای ورق فولادی که برای پروژه‌های ساختمانی استفاده می‌شوند ST37، ST44 و ST52 هستند. البته این نامگذاری در استاندارد DIN آلمان تعریف شده و برای استاندارد اروپا به ترتیب با نام S235 ، 2275 و  S355 شناخته می‌شوند. هر کدام از این گریدها ترکیب شیمیایی متفاوتی دارند و به همین دلیل رفتار متفاوتی نیز از خود نشان می‌دهند.

جدول استاندارد ورق های فلزی

در بازار فولاد ايران، برخی گريدها به دليل مصرف گسترده در ساختمان‌سازی و توليد مقاطع مختلف شناخته‌شده‌تر هستند. درصد کربن فولاد ساختمانی باعث ایجاد ويژگی‌های مکانيکی خاصی شده که برای پروژه‌های عمرانی مناسب باشند. مثلا فولاد ساختمانی st37 کربن کمی دارد و برای مقاطع خمکاری شده مثل پروفیل و نبشی مناسب است.جدول زير، گريدهای ساختمانی رایج در بازار را معرفی می‌کند.

گريد فولاد	استاندارد رایج در ایران	درصد کربن	ويژگی‌های مکانيکی	مقاطع رایج
ST37	DIN / EN S235	حدود ۰.۱۷٪	شکل‌پذيری خوب، جوش‌پذيری بالا، استحکام پایه	تیرآهن، پروفیل، ورق سیاه، نبشی، ناودانی
ST52	DIN / EN S355	حدود ۰.۲۲٪	استحکام بالا، تحمل بارهای سنگین، چقرمگی مناسب	تیرآهن سنگین، هاش، ورق ضخیم، پروفیل صنعتی
A36	ASTM	حدود ۰.۲۶٪	استحکام متوسط، کاربرد گسترده مشابه ST37	ورق، نبشی، ناودانی، قطعات سازه‌ای
ST44	DIN / EN S275	حدود ۰.۲۰٪	استحکام متوسط، رفتار بهتر نسبت به ST37	تیرآهن، پروفیل سنگین
S420	EN 10025	حدود ۰.۲۰–۰.۲۲٪	استحکام زیاد، مناسب سازه‌های مرتفع	ورق ضخیم، تیر و ستون سنگین
S460	EN 10025	حدود ۰.۲۲–۰.۲۴٪	مقاومت بالا، رفتار مناسب تحت بار جانبی	تیر ورق – مقاطع خاص

کاربرد فولاد ساختمانی

فولاد در ساختمان‌سازی به‌دليل استحکام مناسب و قابليت اجرا در انواع اتصالات، يکی از اصلی‌ترين مصالح در ساخت اسکلت و تقويت بخش‌های باربر ساختمان است. اين ماده در بخش‌های مختلف سازه به شکل‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گيرد و بسته به کاربرد و نوع محصول تولید شده قیمت‌های مختلفی از آن در بازار به چشم می‌خورد. به عنوان مثال قیمت روز پروفیل ساختمانی با والپست متفاوت است.

فولاد ساختمانی در ساخت اجزای مختلف ساختمان نقشی اساسی ایفا می‌کند از جمله:

• ستون فلزی
• تیر
• تیر فرعی  تیرچه
• خرپا (نبشی، ناودانی، پروفیل باز)
• سازه سبک (LSF)
• پرلین ZوC
• آرماتور میلگرد و خاموت
• والپست
• بادبند
• پلیت، بولت و نبشی
• سازه‌های ویژه
• نما و جزییات معماری