در این مقاله قصد داریم درباره کاربردها و مزیت استفاده از آهن آلات و فولاد در صنعت ساختمان سازی بپردازیم. همانطور که در اسناد و منابع علمی موجود است؛ قطعات فلزی و فولادی حدود بیش از یک قرن است که به دلیل مزایای متعدد مانند مقاومت مکانیکی بالا نسبت به وزن که قبلاً در تیرآهن به عنوان جایگزین چوب دیده شده است.
همچنین مزایایی مثل افزایش مقاومت کششی بتن، کنترل ترکخوردگی و افزایش شکلپذیری سازه که با استفاده از میلگرد برای تقویت بتن ایجاد میشود، در واقع مصرف قابل توجهی برای افزایش ایمنی و بهبود بخشهای مختلف ساختمان دارد. حتی درب و پنجرههای فلزی نیز بهخاطر مقاومت در برابر رطوبت، آتشسوزی و آفات زیستی بهترین جایگزین برای درب و پنجرههای چوبی قدیمی است.
چرا آهنآلات جایگزین چوب و سایر مصالح شد؟
ایا شما با انواع آهن آلات ساختمانی و تاریخچه استفاده از آهن و فولاد در صنعت ساختمان اشنا هستید؟! بیش از ۱۲۰ سال است که استفاده از مقاطع فلزی و فولادی با مصالح قدیمی مانند تیرهای چوبی جایگزین شده است. از نظر فنی و مهندسی با آمار دقیق میتوان گفت که اولاً به علت مقاومت بسیار پایین چوب در برابر آتشسوزی، رطوبت و آفات زیستی و ثانیاً به خاطر اینکه ساختمانهای اسکلت فلزی در حدود ۳۰ تا ۵۰ درصد مقاومتر بودند.
از نظر هزینه نیز نسبت به ساختمانهای چوبی در بلندمدت مقرونبهصرفهتر بود و عمر مفید ساختمان فلزی در صورت طراحی و نگهداری صحیح به بیش از ۵۰ تا ۱۰۰ سال میرسد؛ مهندسان و معماران در سراسر جهان به این ایده رسیدند که استفاده از تیرآهن در سقفها و ستونها ایده بهتری است.
در این میان میتوان از ویلیام لی بارون جنی (William Le Baron Jenney) پدر آسمان خراش جهان نام برد که جزو اولین معماران جهان با ایده جایگزینی تیرآهن به عنوان بهترین جایگزین مصالح چوبی در ساخت آسمانخراشها و ساختمانهای مرتفع شهری بود.
سپس عصر میلگردهای فولادی و بتن مسلح فرا رسید و بتن مسلح نسبت به ساختمانهایی با جنس تیرآهن ستونی و سقفهایی با ردیفهای مختلف تیرآهن، به خاطر عملکرد همزمان مناسب در برابر نیروهای فشاری و کششی و افزایش یکپارچگی سازهای بهعنوان یک دلیل مهندسی برتری یافت.
آیا فلزات و مقاطع فولادی مقرون به صرفه است؟!
امروزه به طور ویژهای میتوان گفت که اجزای جایگزینشده فلزی که قبلاً از چوب و سایر مصالح ساخته میشد، به طور شگفتانگیزی اقتصادیتر است زیرا اولاً در طول زمان دچار افت مقاومت مکانیکی نمیشود، همچنین هزینههای تعمیر و نگهداری آن بهمراتب کمتر از مصالح سنتی است و عمر مفید سازههای فلزی در صورت طراحی و اجرای صحیح میتواند به بیش از ۵۰ سال برسد.
بررسی مزایا و معایب کلی
مقاطع فلزی و فولادی طیف وسیعی دارد اما هر کدام دارای کاربرد، مزیت یا معایبی برای صنایع ساختمانسازی است، اما اینکه از چه نوع محصولی برای کدام قسمت استفاده شود نیز مهم است. مثلاً اگرچه آلومینیوم از نظر آلیاژی دارای مقاومت قابل توجهی در برابر رطوبت و پوسیدگی است، اما برای تولید آن معمولاً آلایندگی زیستمحیطی بالایی به وجود میآید.
پس باید تمام منافع مالی و زیستمحیطی در نظر گرفته شود. به طور کلی این موارد طبق استانداردهای بینالمللی مانند ISO 14040 و ISO 14044 برای ارزیابی چرخه عمر (LCA) مصالح ساختمانی و EN 15978 برای ارزیابی عملکرد زیستمحیطی ساختمانها در طول عمر بهرهبرداری مورد ارزیابی و اجرا قرار میگیرد.
دلایل و مزایای استفاده از انواع میلگردها
انواع میلگردها برای مسلح کردن بتن استفاده میشود تا رفتار مکانیکی بتن بهبود یابد و مقاومت آن در برابر لغزش داخلی و گسیختگی پیشرونده ( ترک هایی که منجر به فروپاشی میلگرد ) افزایش یابد. میلگردها شامل دو نوع میلگرد ساده و آجدار است. اما میدانید چرا از میلگرد آجدار برای اجزای اصلی باربر بتن مسلح استفاده میکنند؟!
مزیت استفاده از میلگردهای آجدار نسبت به میلگرد ساده این است که چسبندگی مکانیکی مؤثرتری با بتن ایجاد میشود و در واقع یعنی آجهای میلگرد باعث میشود که انتقال تنش یا همان بار واردشده به سازه (وزن، زلزله، نشست، تغییر دما) بین فولاد و بتن بدون تمرکز تنش و لغزش ناگهانی انجام شود.
همچنین مسلح نمودن بخشهایی مانند خاموتها، کلافهای افقی و اجزای نگهدارنده ثانویه به وسیله انواع میلگرد ساده در بتن باعث میشود شکلگیری یکنواخت تنش، سهولت اجرا و کنترل دقیقتر رفتار موضعی بتن امکانپذیر شود.
مزایای ورق فولادی برای درب و پنجرهها
به طور مثال میتوان از ورقهای آلومینیومی نام برد که با وجود ساختار غیرآهنی و لایه اکسید محافظ طبیعی، در برابر آب، نم و رطوبت دارای مقاومت قابل توجهی است و بدون شک به عنوان بهترین متریال برای ساخت بخشهایی مانند درب سرویس بهداشتی و حتی پنجرهسازی در آپارتمان است.
چرا هنوز از تیرآهن استفاده میشود؟
تیرآهن در واقع اولین جایگزین فلزی برای سقفها و تیرهای چوبی بود. انواع تیرآهن H به خاطر ظرفیت باربری بالا و یکنواختی خواص مکانیکی دلیل مهم جایگزین اسکلت چوبی شد که شامل مقاومت بیشتر در برابر خم، ایمنی بالاتر در برابر آتشسوزی و دوام طولانیتر در شرایط محیطی مختلف بود.
برای برخی از ساختمانها مانند سولههای صنعتی و سالنهای ورزشی با دهانههای بزرگ هنوز هم از تیرآهن استفاده میکنند. همچنین در ساختمانهای بتن آرمه نیز برای بخشهایی مانند تیرهای فرعی، کنسولها و مهاربندهای موقت ممکن است از تیرآهن استفاده شود زیرا مزیت استفاده از تیرآهن در این بخش افزایش سرعت اجرا و تحمل بارهای موضعی بالا است.
مزیت استفاده از نبشی و ناودانی
نبشی و ناودانی دو قطعه پرکاربرد در تمام ساختمانها است. مهمترین دلیل استفاده از نبشی این است که اتصال و تقویت گوشهها و انتقال یکنواخت نیرو بین اجزای سازه را فراهم میکند. همچنین بهخاطر مزایایی مانند سهولت نصب و افزایش پایداری اتصالات به عنوان جایگزین اتصالات چوبی سنتی در ساختمانهای قدیمی استفاده شد.
مزیت استفاده از ناودانی فلزی در بخشهایی مانند ساخت قاب در و پنجرههای فلزی و اجرای سازههای سبک صنعتی این است که در صورت استفاده نشدن از ناودانی، سازه دچار کاهش مقاومت خمشی و ناپایداری موضعی میشود.