آهن‌های پرمصرف در صنعت ساختمان

مقاومت بالای این مصالح ساختمانی باعث شده تا از آن در ساخت انواع سازه ها استفاده شود؛ بنابراین ساخت یک بنا بدون استفاده از فلز امکان پذیر نیست زیرا بنا از مقاومت لازم برخوردار نخواهد بود. همچنین قابلیت شکل پذیری، آن ها را به متریالی مناسبی جهت کاربردهای مختلف در ساختمان سازی تبدیل کرده است. حال در این نوشتار از پرشین سازه شما را به مطالعه درباره ی فلزات پرمصرف در صنعت ساخت وساز دعوت می کنیم که امیدواریم مفید واقع گردد. پس با ما همراه باشید.

تاریخچه مختصر آهن

به طورکلی آهن نقش بسیار مهم و تعیین کننده ای در شکل گیری، رشد و گسترش تمدن پیشرفته امروزی داشته و دارد، به گونه ای که هیچ فلز و یا ماده دیگری را نمی توان جایگزین آن ساخت.
اگرچه شواهد باستان شناسی استفاده از آهن را در سرزمین ایران به بیش از ۵۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح و در مصر در حدود ۳۰۰۰ سال پیش از میلاد مسیح نشان می دهند، به طور رسمی دوره زمانی که به عصر آهن مشهور است ۱۲۰۰ تا ۶۰۰ سال پیش از میلاد مسیح را در بر می گیرد. در این دوره مردمان نواحی سرزمین های مدیترانه، آسیایی، آفریقایی و اروپا برای ساخت ابزار و خصوصاً تسلیحات جنگی از آهن بهره می گرفتند. این گونه کاربردهای سنتی با نرخ رشد و پیشرفت بسیار کمی ادامه یافتند تا انقلاب صنعتی در اروپا به وقوع پیوست. اثری که انقلاب صنعتی بر مفهوم آهن بر جای نهاد بسیار چشمگیر است.
به دلیل نیاز به گسترش حمل ونقل و درنتیجه تقاضا برای ریل آهن در قرن ۱۹ میلادی جهش شگفتی در تولید آهن و به اصطلاح جدیدتر فولاد شکل گرفت؛ اما در آن زمان هنوز کاربردهای ساختمانی آهن آلات منطقی به نظر نمی رسید. دلیل این امر نیز به این خاطر بود که قیمت آهن تولیدشده با روش های مرسوم بسیار بالا بود؛ اما پس از ابداع فرآیند بسمر در تولید فولاد و کاهش هزینه تولید آهن آلات، قیمت آهن کاهش پیداکرده و استفاده های ساختمانی آهن آلات گسترش روزافزونی پیدا نمود.

انواع فلزات پرکاربرد در صنعت ساختمان

فلز یکی از مهم ترین سازه هایی می باشد که در بسیاری از صنایع ازجمله صنعت ساخت وساز مورداستفاده واقع شده است. به طورکلی فلزات به دو دسته فلز آهنی و غیر آهنی تقسیم بندی می شوند که امروزه با ساخت آلیاژهای بسیار مختلف از فلزهای مختلف مقاوم ترین و بهترین سازه ها را تولید می کنند تا در صنعت ساختمان سازی مورداستفاده واقع شود. با توجه به این توضیحات از مهم ترین فلزات پرکاربرد در صنعت ساختمان سازی را می توان ازجمله موارد زیر در نظر گرفت که شامل:

• فلز مس
• فلز آهن
• فلز آلومینیوم
• فلز فولاد
• فلز چدن

به طورکلی فلزات با داشتن ویژگی های بسیار منحصربه فرد خود نه تنها در صنعت ساخت وساز بلکه در هر صنعتی استفاده می شود. توجه داشته باشید که فلز از زمان های بسیار دور موردتوجه انسان واقع شده است و بدون استفاده از فلز امکان ساخت هیچ سازه و ساختمانی تصور هم نمی شود. شما می توانید ساختمان های بسیار مختلف را مشاهده کنید که با استفاده از فلزهای متفاوتی طراحی و ساخته شده اند و دارای زیبایی منحصربه فردی می باشند. در ادامه مقاله سعی بر آن داریم در مورد فلزات پرکاربرد در صنعت ساختمان سازی بیشتر صحبت کنیم.

فلز آهن

آهن ازجمله مصالح ساختمانی پرمصرف می باشد که به علت مقاومت بسیار بالای خود، در ساخت بناهای بسیار مقاوم مورداستفاده قرار می گیرد. جالب است بدانید که آهن از فونداسیون و ابتدای کار ساختمان سازی تا نازک کاری در آن کاربرد دارد. آهن در ساخت انواع میلگرد، تیرآهن، ورق، لوله، نبشی، ناودانی، درب و غیره به کار می رود و علاوه بر مقاوم سازی ساختمان، طول عمر آن را بالا می برد. همچنین آهن را می توان به موجب قابلیت چکش کاری و ریخته گری به اشکال مختلف درآورد. در کنار تمامی محاسن آهن، عدم مقاومت آهن در برابر هوازدگی و درواقع زنگ زدی را می توان یکی از معایب آن به شمار آورد. بااین حال در صورت استفاده از آهن می توان به وسیله آلیاژها و روکش های مقاوم، در برابر این گونه عوامل محیطی از آهن محافظت نمود.

فلز مس

مس نیز ازجمله فلزات غیر آهنی است که به دلیل جلای منحصربه فرد رنگ قرمز خود به فلزی کاربردی در نمای ساختمان و نیز در دکوراسیون داخلی ساختمان تبدیل شده و محبوبیت خاصی دارد. ازجمله ویژگی های این فلز مقاومت بالا در برابر پوسیدگی است، به طوری که سطح آن در مواجه با هوا اکسیدشده و لایه ای ایجاد می کند که مس را در برابر عوامل مختلف محافظت می نماید. مقاومت بام های مسی علاوه بر جذابیت ظاهری شان، در برابر شرایط آب و هوایی مختلف و سخت معروف است. به طوری که از این فلز غیر آهنی در انواع ساختمان ها و در بام سازی برای مقاومت در برابر باران و عوامل دیگر استفاده می شود.

همچنین از مس در لوله کشی ساختمان، شیرهای آب و بسیاری از وسایل منزل استفاده می کنند. لازم به ذکر است که این فلز برخلاف لوله های پلاستیکی نمی سوزد، ذوب نمی شود یا در صورت بروز آتش گازهای سمی یا زیان آور تولید نمی کند.

آلومینیوم

به طورکلی آلومینیوم از انواع فلزات نرم و سبک به حساب می آید که به صورت خام استفاده نمی شود و آلیاژهای آن مانند منیزیم، سیلیسیم و منگنز مورداستفاده قرار می گیرند. آلومینیوم چه ازنظر کیفیت و چه ازنظر ارزش، کاربردی ترین فلز بعد از آهن است که در انواع صنایع از آن استفاده می شود و وزن آن تقریباً یک سوم فولاد یا مس است. ازجمله خواص این فلز می توان به قابیلت چکش خواری، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر زنگ زدگی اشاره کرد. آلومینیوم قابلیت شکل پذیری بالایی دارد و از آن برای ساخت انواع اسکلت های سبک، قاب درب و پنجره و غیره استفاده می شود.
اگرچه آلومینیوم یکی از جدیدترین انواع معمول و متداول بشمار می آید اما یکی از پرمصرف ترین انواع فلزات غیر آهنی می باشد. جالب است بدانید بزرگ ترین تولیدکننده و مصرف کننده آلومینیوم در جهان، کشور چین می باشد.

فولاد

فولادها دارای انواع مختلفی می باشند و از ترکیب آهن با انواع فلزات مختلف به دست می آید. یکی از عناصر اصلی فولاد کربن می باشد که تأثیر زیادی بر ویژگی آن می گذارد. اگر میزان کربن در فولاد کم باشد به آن فولاد کم کربن و در صورت زیاد بودن فولاد به آن فولاد پرکربن گویند. جالب است بدانید که به فولادی که بیش از ۲ درصد کربن داشته باشد چدن می گویند. از فولاد برای مصارف مختلف در انواع صنایع استفاده می شود. فولاد استحکام بسیار بالایی دارد و به دلیل شکل پذیری بالا در مصارف مختلف ساختمان سازی مورداستفاده قرار می گیرد. برخی از فولادها نرم و شکل پذیر هستند و برخی دیگر از قابلیت سختی بالایی برخوردار می باشند.

چدن

به طورکلی چدن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲.۱ الی ۶.۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می شود. فرق اساسی بین فولاد و چدن، در میزان کربن موجود در آن است چراکه کربن موجود در فولاد بین صفر تا دو درصد و کربن موجود در چدن بیش از دو درصد است. به طورکلی روش تولید چدن ها به این صورت است که مخلوط متناسبی از ماده هایی مانند شمش های آهن خام، براده ها و قطعات برگشتی ریخته گری و سایر افزودنی ها همچون فرو منگنز، آهک و… را در داخل کوره های الکتریکی یا کوره کوپل می ریزند تا ذوب شوند، بنابراین پس از طی این مراحل ماده ذوب شده را در قالب ریخته و آماده استفاده در ساخت وساز می کنند.

اهمیت آهن در صنعت ساخت وساز

کاربرد آهن تنها جهت ابتدا کار و ساخت اسکلت بنا نیست بلکه از این فلز هم در ابتدا و هم در انتهای کار استفاده می شود. درواقع آهن در ابتدای صنعت ساختمان سازی که برای کار فونداسیون ساختمان پایه ریزی می شود تا این که به قسمت های نهایی و ریزه کاری های خود برسد استفاده می شود؛ بنابراین می توان گفت که صفر تا صد کار ساختمان سازی با فلز آهن پیش خواهد رفت.
در صنعت ساختمان سازی می توان از آهن به صورت محصولاتی مانند میلگرد، تیرآهن، ورق، لوله و نبشی و بسیاری از موارد دیگر استفاده کرد تمامی این مواردی که نام برده شد تنها با فلز آهن به وجود می آیند. این مصالح برای صنعت ساختمان سازی جز حیاتی ترین وسایل و تجهیزاتی هستند که برای ساختن یک بنا باید از آن ها استفاده کرد وگرنه مکان و بنا مقاوم و خوبی را نمی توان در ساختن این ساختمان ها انتظار داشت. مناسب بودن قیمت میلگرد و سایر محصولات فولادی نظیر تیرآهن، ورق، لوله و نبشی و بسیاری از موارد دیگر به همراه مزایای فوق العاده ای که ارائه می دهند، آن ها را به کاربردی ترین مصالح در صنعت ساخت وساز تبدیل کرده است.
بنابراین با استفاده از این محصولات که همگی از فرآیند آهن هستند می توان ساختمان های استاندارد با بهترین مقاومت و استحکام را ایجاد کرد؛ اما باوجود تمام این مزایا که برای فلز آهن در این صنعت وجود دارد می توان گفت معایبی نیز در این کار رخ نشان می دهد. درواقع تنها عیبی که برای فلز آهن وجود دارد منعطف بودن فلز آهن در برابر اکسیژن و آب است بااین حال برای اینکه از فلز آهن و تمامی محصولات آن که در صنعت ساختمان سازی از آن ها استفاده می شود به نوعی زنگ زده نشوند باید چاره ای را اندیشید. راه حل این مسئله در این راه نهفته است که برای اینکه این محصولات دچار زنگ زدگی نشوند، بایستی از روکش های مقاوم و آلیاژ ها برای محافظت از فلز آهن استفاده کرد.

میلگرد یکی از مهم ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی

به طورکلی میلگرد از مصالح ساختمانی به شمار می رود که در ساخت سازه های بتنی و به منظور استحکام بتن مورداستفاده قرار می گیرد. میلگردها در تمامی قسمت های سازه نقش مؤثری را در استحکام بتن ایفا می کنند که می توان به کف، ستون ها و سقف اشاره نمود. میلگردهای موجود در بازار ایران بر اساس شکل ظاهری به سه دسته تقسیم بندی می شوند که می توان به میلگرد آجدار، ساده و آجدار پیچیده اشاره کرد.
همچنین میلگرد ازلحاظ موادی که در ساخت خود بهره برده است به انواع مختلفی تقسیم بندی می شوند که گران قیمت ترین آن فولاد ضدزنگ می باشد. لازم به ذکر است که فولاد ضدزنگ بیشترین مقاومت را برای بتن ایجاد می کند. توجه داشته باشید که قیمت میلگرد تحت تأثیر قیمت ارز متغیر است و در بازه های زمانی که قیمت ارز افزایش می یابد قیمت میلگرد نیز بالا می رود.

مزایای سازه های فلزی

• اولین مزیت فلز که بسیار مهم می باشد، نرم شکن بودن آن است. اگرچه در طراحی سازه های فلزی، تلاش می شود که وارد محدوده ی پلاستیک نشویم؛ اما شکل پذیری فولاد، قبل از گسیختگی یک ویژگی بسیار مثبت است. سقفی را تصور کنید که از مصالح ترد شکن ساخته شده است و هنگام خرابی مطلقاً هیچ نشانه ای ندارد و به یک باره فرو بریزد. مسلماً اگر نشانه هایی از تغییر شکل و خرابی نشان می داد، استفاده کنندگان فرصت فرار کردن را داشتند؛ اما فولاد قبل از خرابی ساختمان، سیگنال های هشداردهنده ای را فراهم می کند، بنابراین باعث می شود خرابی کمتر فاجعه بار شود و افراد فرصت فرار کردن از زیر سقفی که تغییر شکل اساسی داده را پیدا می کنند.
• ساختمان های اسکلت فلزی نسبت به ساختمان هایی که با سایر مصالح ساختمانی ساخته می شوند، از وزن کمتری در مترمربع زیربنا برخوردارند. این امر به دلیل مقاومت بالای فولاد نسبت به وزن آن است؛ بنابراین معمولاً المان های سازه ای فولادی به دلیل مقاومت بالای این فلز، ظریف تر هستند که درنهایت موجب سبک تر شدن ساختمان می شود.
• فلزاتی مانند فولاد از مصالحی است که می توان آن را به تولید انبوه رساند. قطعات فلزی را می توان خارج از کارگاه ساختمانی در کارخانه تولید و سپس در محل مونتاژ کرد. این امر باعث صرفه جویی در زمان و افزایش بهره وری در روند کلی ساخت وساز می شود.
• فولاد سازه ای بسیار انعطاف پذیر است. این یعنی شما می توانید آن را بدون هیچ تغییری در خصوصیاتش به هر شکلی قالب بندی کنید. برای مثال می توانید طبق طرح، آن را به ورق تبدیل کرده یا آن را به شکل پروفیل H شکل و یا حتی سیم در بیاورید.
• دوام سازه های اسکلت فلزی ازجمله مواردی است که موجب رضایت بهره برداران می شود. سازه های فلزی می توانند در مقابل نیرو های خارجی مانند زلزله، باد و طوفان مقاومت کنند. یک سازه ی فولادی اگر به خوبی نگهداری شود می تواند تا سال های سال بهره برداری شود.
• در برخی مناطق شهر های بزرگ که زمین ارزش بالایی دارد، استفاده از فولاد به عنوان مصالح ساخت را می توان یک مزیت دانست. به این صورت که ستون های فلزی فضای کمتری را اشغال می کنند که ازلحاظ مسائل معماری و کمتر شدن فضای مرده مناسب تر خواهند بود.

معایب سازه های فلزی

• فولاد آلیاژ آهن است. این امر باعث حساسیت بالا نسبت به خوردگی می شود. این مشکل با استفاده از رنگ های ضدزنگ و سایر اقدامات می تواند تا حدی حل شود.
• به طورکلی ارتعاش در سازه های فلزی نسبت به سازه ی همتای بتنی بیشتر است. این اتفاق به دلیل وزن کمتر سازه می افتد.
• مقاومت در آتش سوزی در این نوع سازه کمتر است. وقتی دمای فولاد از حدی بالاتر برود، مقاومت آن به طور چشمگیری کاهش می یابد؛ بنابراین لازم است اقداماتی برای افزایش زمان مقاومت آن در برابر آتش انجام شود.
• یکی دیگر از معایب سازه های فلزی، هزینه ی بالا و نگهداری رنگ های ضدزنگ و پوشش ضد حریق است.
• کمانش مسئله ای است که در مورد سازه های فلزی ایجاد نگرانی می کند. با افزایش طول ستون فولادی، احتمال کمانش نیز افزایش می یابد.

کاربردهای آهن در ساخت وساز

ازآنجایی که آهن و محصولات آهنی ازجمله پرمصرف ترین متریال در ساخت وساز به حساب می آید، این متریال به شکل های مختلفی نیز مورداستفاده قرار می گیرد که شامل:

• پروفیل های ساختمانی

به طور جامع پروفیل های ساختمانی دسته ای از آهن آلات ساختمانی به حساب می آیند که شکل سطح مقطع آن ها در طول آن ها ثابت می باشد. این نوع از آهن آلات ساختمانی به نوبه ی خود به دو دسته عمده تقسیم بندی می شوند که شامل:
پروفیل های ساختمانی باز
اگر سطح مقطع پروفیل تشکیل دهنده یک شکل هندسی باز باشد، این نوع پروفیل ساختمانی را پروفیل باز می نامند که نمونه ی این پروفیل ها نبشی، ناودانی، تیرآهن، پروفیل زد، سی پرلین و … می باشد.
پروفیل های ساختمانی بسته
اگر سطح مقطع پروفیل تشکیل دهنده یک شکل هندسی بسته نظیر مربع، دایره یا مستطیل باشد به آن پروفیل ساختمانی بسته گفته می شود. قوطی پروفیل ساختمانی، لوله داربستی، ستونی ساختمانی و لوله مبلی در زمره ی این نوع پروفیل ها به حساب می آیند.

• میلگرد و انواع آن

یکی از سازه های فولادی که در صنعت ساخت وساز به وفور استفاده می شود، میلگرد می باشد. به طورکلی میلگرد به دلیل مقاومت کششی بالا در ساختمان بتنی که بتن دارای مقاومت کششی پایین است، استفاده می شود. همان طور که می دانید هر میلگرد بنا به استانداردی که دارد از شکل ظاهری منحصر به خود برخوردار است. میلگردهای A۱ نرم و بدون آج، میلگرد A2  نیمه سخت و با آج ساده و میلگردهای A۳ و A۴ سخت همراه با آجی پیچیده می باشند. لازم به ذکر است که بر روی میلگرد نیز شکل عاج ها به صورت بدون عاج، مارپیچ، یکنواخت، جناقی و مرکب می باشد.

• فولادهای ساختمانی

دیگر محصولات فولادی که در ساختمان سازی کاربرد زیادی دارند اما همانند پروفیل ها دارای شکل سطح مقطع مشخصی نمی باشند، فولادهای ساختمانی نام دارند. این نوع فولادها می توانند به صورت ورق باشند مانند ورق های سیاه، ورق گالوانیزه یا ورق روغنی و همچنین ورق های رنگی. می توانند مانند محصولات مفتولی به صورت توری یا سیم مورداستفاده قرار گیرند.

لازم به ذکر است انواع میلگرد به خصوص میلگرد آجدار نیز عملاً از مهم ترین آهن آلات ساختمانی به حساب می آیند. میلگردها نیز به دلیل داشتن شکل سطح مقطع مشخص در یک طول عملاً پروفیل به حساب می آیند. این نوع آهن آلات ساختمانی بیشتر به مقاطع فولادی یا مقاطع فولادی مشهور می باشند.

• تیرآهن و انواع آن

یکی از مهم ترین پروفیل های ساختمانی تیرآهن می باشد که داری ظاهری به شکل حروف I و H انگلیسی است. درواقع می توان مطرح کرد که بدون تیرآهن ساخت ساختمان های اسکلت فلزی معنا ندارد. تحمل فشار وارد بر ساختمان از وظایف تیرآهن می باشد و در کنار آن در ساخت و طراحی خرپا و تیرها نیز آن استفاده می شود. همان طور که می دانید استفاده از تیرآهن در ساخت اسکلت ساختمان از مزایای زیادی برخوردار است.

در درجه اول تیرآهن ها در کارخانه ساخته شده و در محل احداث ساختمان تنها کار مونتاژ آن ها انجام می شوند. از طرف دیگر استفاده از تیرآهن در اسکلت ساختمان باعث امکان توسعه ساختمان در آینده بدون تخریب قسمت های قبلی می شود. این ویژگی منجر می شود که سرعت اجرا در اسکلت فلزی بسیار بالا باشد که این ویژگی خود مزیتی است که عملیات در ساختمان های با ارتفاع زیاد را ساده تر می کند.

• ناودانی

به طورکلی یکی از پروفیل های باز پرکاربرد ساختمانی ناودانی نام دارد. ناودانی علاوه بر همکاری با تیرآهن جهت تکمیل اسکلت ساختمان، در تولید قاب های موردنیاز در صنعت ساختمان سازی نیز کاربرد دارد، درواقع ناودانی ها بیشتر در مواردی که تقویت یا ساپورت سازه ای مورداحتیاج باشد از مورداستفاده قرار می گیرند.

• نبشی

نبشی آهن یا نبشی فولادی از دیگر پروفیل های باز ساختمانی است که مانند ناودانی به نوعی در ساختمان سازی کاربردهای ثانویه دارد. به طورکلی استفاده در قاب سازی، تقویت اسکلت، نبشی کشی و یا وال پست ازجمله کاربردهای نبشی به حساب می آید.

 سخن پایانی

آهن آلات یکی از اجزا جدانشدنی در ساخت وساز و همچنین تولید محصولات فلزی در صنایع هستند. درواقع اهمیت آهن آلات به حدی است که ازاین رو مقاله ای را تحت عنوان انواع آهن آلات و کاربرد آن ها برای شما آماده کردیم. درواقع هدف ما در این مقاله جامع آشنایی کامل شما با فلز آهن، تاریخچه آن و انواع کاربردهای آن بود که امیدواریم این مطلب از پرشین سازه نیز مانند سایر مقالات وبلاگ ما برای شما عزیزان مفید واقع شده باشد.