در جهان امروز، اثرات سازه‌های ساخته‌شده از فولاد را در همه جای اطراف مشاهده می‌کنیم. این تأثیرات از ساختمان‌ها گرفته تا بخش حمل‌ونقل و غیره را شامل می‌شود. یک نوع خاص از فولاد به نام فولاد ساختمانی، به دلیل استفاده گسترده در ساخت و ساز، ویژگی‌های خود را از سایر انواع فولاد متمایز کرده است. اطلاعات به‌روز در مورد قیمت‌های روز آهن آلات ساختمانی برای مهندسان و طراحان حائز اهمیت بسیاری است. میلگرد، تیرآهن، نبشی و ناودانی و دیگر مقاطع فولادی نمونه‌هایی از فولاد ساختمانی هستند که در ساخت و سازها استفاده می‌شوند. این مقاله به بررسی جزئیات فولاد ساختمانی، مزایا و معایب آن، و کاربردهای مختلف آن می‌پردازد.
فولاد ساختمانی یا فولاد سازه‌ای نوعی از فولاد است که در گریدها و شکل‌های مختلف برای استفاده به عنوان مصالح ساختمانی طراحی شده‌اند. این نوع فولاد با نسبت استحکام به وزن مناسب و همچنین قیمت مناسب، به عنوان یک جزء مهم در ساختمان‌ها، جاده‌ها، پل‌ها و غیره به کار می‌رود. تولید این فولادها با استفاده از روش‌های مختلفی از جمله ریخته‌گری، نورد گرم، نورد سرد، خم‌کاری و … امکان‌پذیر است.
در جستجوی فولاد ساختمانی، این مواد را در دو قالب گریدها و اشکال مختلف می‌یابید. اگرچه آهن‌آلات مقاطع فولادی معمولاً بر اساس شکل طبقه‌بندی می‌شوند، اما توجه به گرید آن‌ها بسیار مهم است. هر گرید برای کاربرد خاصی طراحی شده و نمی‌توان مقطع دیگری را به جای آن استفاده کرد، مگر اینکه استاندارد معادل آن تعیین شده باشد. به‌عنوان‌مثال، ورق‌های سیاه فولادی در دو گرید رایج St37 و St52 موجودند که گرید St37 از نوع سازه‌ای و گرید St52 از نوع صنعتی است. این تفاوت در گریدها تأثیر زیادی بر کاربردهای آن‌ها دارد.
گرید یا کلاس فولاد بر اساس ترکیب شیمیایی و خواص خاص برای هر نوع فولاد تعیین می‌شود. انواع گریدهای فولاد ساختمانی عبارت‌اند از:
فولاد کربنی به دسته‌ای از فولادهای ساختمانی اطلاق می‌شود که عناصر آلیاژی در ترکیب شیمیایی آن بسیار کم یا اصلاً وجود ندارند. این نوع فولاد بر اساس مقدار کربن موجود در آن به انواع کم‌کربن (کمتر از 0.3 درصد)، کربن متوسط (بین 0.3 تا 0.6 درصد)، پرکربن (0.6 تا 1 درصد) و فوق پرکربن (بین 1 تا 2 درصد) تقسیم می‌شود.
این دسته از فولادهای ساختمانی نقش مهمی در تولید مقاطع فولادی ایفا می‌کنند، و بنابراین قیمت محصولات مانند میلگرد، تیرآهن، ورق و غیره به قیمت روز این فولادها وابسته است.
فولادهای ساختمانی کوئنچ و تمپر شده نوعی فولاد هستند که تحت فرآیند عملیات حرارتی قرار می‌گیرند. این فرآیند به فولاد استحکام، سختی و چقرمگی بیشتری می‌بخشد. کوئنچ شامل حرارت دادن فولاد تا دمای بالا و سپس سرد کردن سریع آن در یک محیط خنک‌کننده مانند آب، روغن و آب‌نمک است. این امر باعث ایجاد یک ریزساختار مارتنزیتی سخت در فولاد می‌شود. تمپر کردن شامل گرم کردن مجدد فولاد کوئنچ شده تا دمای پایین‌تر و سرد کردن آهسته آن است. این فرآیند ریزساختار مارتنزیتی را نرم می‌کند که درنتیجه آن، فولاد انعطاف‌پذیرتر می‌شود. فولادهای ساختمانی کوئنچ و تمپر شده معمولاً در ساختمان سازی، ساخت شفت‌ها و پیچ‌ها استفاده می‌شوند.
این نوع فولادها به‌گونه‌ای طراحی‌شده‌اند که خواص مکانیکی بهتری داشته باشند و نسبت به فولادهای کربنی در برابر خوردگی مقاوم‌تر باشند. آن‌ها حاوی حدود 2 درصد منگنز به همراه مقدار کمی از سایر عناصر آلیاژی مانند کروم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن، وانادیم، نیوبیم و تیتانیوم هستند. فولادهای هوازدگی یا فولادهای کورتن (Cor-Ten) یکی از مهم‌ترین فولادهای ساختمانی بوده که زیرگروه فولادهای کم آلیاژ با استحکام بالا هستند و با تشکیل لایه‌ی غیرفعال سطحی، مقاومت بالایی در برابر خوردگی جوی از خود نشان می‌دهند.
فولاد فورج شده نوعی فولاد ساختمانی است که با چکش زدن یا اعمال فشار به آن به شکل دلخواه درمی‌آید. فولاد فورج شده معمولاً قوی‌تر و بادوام‌تر از سایر انواع فولاد مانند فولاد ریخته‌گری شده یا فولاد نوردی است. آهنگری با حرارت دادن فولاد تا دمای بالا و اعمال فشار انجام می‌شود. در این فرآیند، انرژی مکانیکی و حرارتی را به شمش یا بیلت فولادی اعمال می‌کند. فشار باعث تغییر شکل فولاد و جاری شدن آن به شکل موردنظر می‌شود. فولاد فورج شده اغلب برای تولید چرخ‌دنده‌ها، یاتاقان‌ها، شفت‌ها، لولاها، سوپاپ‌ها و سایر اجزاء استفاده می‌شود.
شکل‌های فولاد سازه‌ای، به عنوان اجزای اصلی در ساختمان‌ها و سازه‌های فلزی، انواع مختلفی دارند که هرکدام برای نیازهای خاصی در طراحی و ساخت سازه‌ها به‌کار می‌روند.
شکل: استوانه‌ای با سطح صاف
کاربرد: تقویت و اتصالات فلزی
شکل: مستطیل یا مربع
کاربرد: عضو اصلی در ستون‌ها و تیرها
شکل: صفحه‌های مستطیلی با ضخامت متغیر
کاربرد: پوشش سطوح و قطعات ساختمانی
شکل: ناودانی با قسمت‌های عریض (پره) و ضخامت متغیر
کاربرد: اعضای باربر در ترازوها و سازه‌های بلند
شکل: استوانه‌ای با قطر و ضخامت متغیر
کاربرد: سیستم‌های لوله‌کشی و ستون‌های ساختمانی
تنوع در شکل‌ها به مهندسان و طراحان این امکان را می‌دهد که بر اساس نیازهای هر پروژه، از انواع مختلف فولاد سازه‌ای استفاده کنند و سازه‌هایی با عملکرد بهینه و استحکام مطلوب را ایجاد کنند.
هنگامی که اکثر مقاطع فولادی برای استفاده در ساخت و ساز از فولاد ساختمانی تولید می‌شوند، آشکار است که مزایای استفاده از این نوع فولاد بسیار بیشتر از معایب آن می‌باشد.
یکی از مهم‌ترین مزایا، دسترسی آسان، فراوانی و امکان تولید آسان این فولادهاست. علاوه بر این، مزایای دیگر فولادهای ساختمانی شامل:
فولادهای ساختمانی به دلیل فرآیند تولید جاری و مواد اولیه فراوان، از لحاظ قیمت بسیار مقرون به صرفه هستند.
این نوع فولادها با استحکام بالا به وزن سبک، انتخاب بسیار مناسبی برای ساخت‌وسازهای مختلف محسوب می‌شوند.
این فولادها دارای خواص چقرمگی و انعطاف‌پذیری مناسبی هستند که توانایی تحمل تغییرات حرارتی و انجام عملیات شکل‌دهی را فراهم می‌کنند.
فولادهای ساختمانی به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و فرسایش، دوام بالایی دارند و عمر طولانی در سازه‌ها را تضمین می‌کنند.
این فولادها دارای قابلیت جوشکاری بالا هستند که امکان اتصالات محکم و مقاوم را فراهم می‌کند.
با وجود مزایای فراوانی که فولادهای ساختمانی ارائه می‌دهند، مهم‌ترین نقطه ضعف آن‌ها، مقاومت نسبت به خوردگی ضعیف است. بنابراین، اگر نیاز به استفاده از این فولادها در شرایطی با خطر زنگ‌زدگی مطرح باشد، لازم است تا سطح آن‌ها به‌خوبی با پوشش‌های محافظتی پوشانده یا رنگ‌آمیزی شوند. همچنین، این فولادها در مواجهه با دماهای بالا، از یکپارچگی ساختاری و استحکام خود محروم می‌شوند و به سرعت از موعد خرابی و آسیب‌پذیری نسبت به عوامل محیطی می‌گردند.
فولاد ساختمانی در کاربردهای متعددی جای می‌گیرد، از جمله:
در ساختمان‌های مدرن از فولاد سازه‌ای به عنوان ستون‌ها و قوچ‌های اصلی استفاده می‌شود. از مقاطع فولادی ساخته‌شده برای ایجاد قاب‌هایی که وزن دیوارها، کف و سقف را تحمل می‌کنند، بهره گرفته می‌شود.
فولاد سازه‌ای در ساخت پل‌ها با طول زیاد نیز به کار می‌رود. این نوع فولاد، قدرت کافی دارد تا وزن وسایل نقلیه و عابران پیاده را تحمل کرده و در مقابل نیروهای محیطی ناشی از شرایط جوی مقاومت نماید.
فولاد سازه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد برای ایجاد برج‌هایی همچون برج‌های مخابراتی و توربین‌های بادی. این برج‌ها باید توانایی مقاومت در برابر بادهای شدید و شرایط جوی دشوار را داشته باشند.
فولاد سازه‌ای نقش مهمی در ساخت انواع سازه‌ها مانند انبارها، استادیوم‌ها و کارخانه‌های صنعتی دارد. استفاده از این نوع فولاد در این سازه‌ها به دلیل مقاومت و انعطاف‌پذیری آن برای شرایط مختلف صنعتی و ساختمانی انتخاب شده است.
