نوع سازه های ساختمانی فولادی شامل اسکلت فولادی صلب پورتال، سازه قاب، سازه خرپایی و سازه شبکه ای می باشد. مزایا و معایب سیستم های سازه ای مختلف متفاوت است و اشکال تنش نیز متفاوت است.
ساختار قاب پورتال دارای نیروی ساده، مسیر انتقال نیرو واضح و سرعت ساخت سریع است. به طور گسترده در ساختمان های صنعتی و عمرانی مانند تاسیسات عمومی صنعتی، تجاری، فرهنگی و سرگرمی استفاده می شود.
سازه های اسکلت فلزی ساختمان انعطاف پذیر هستند و می توانند فضای بزرگ تری را تشکیل دهند. این به طور گسترده ای در ساختمان های چند طبقه، بلند، و فوق العاده بلند، ساختمان های اداری تجاری، مراکز کنفرانس و ساختمان های دیگر استفاده می شود.
مزیت سازه خرپا فولادی این است که میله های مقطع کوچک می توانند برای تشکیل اجزای سطح مقطع بزرگتر استفاده شوند که اغلب در ساختمان های صنعتی و عمرانی مانند سقف ها، پل ها، برج های تلویزیون، برج های دکل، سکوهای تولید نفت دریایی استفاده می شوند. راهروهای برج و غیره با دهانه ها یا ارتفاعات بزرگ در ساختمان.
سازه شبکه فولادی یک سازه فضایی استاتیکی نامعین مرتبه بالا است که طبق قوانین خاصی از میله های زیادی تشکیل شده است. این فضا از نظر نیرو کوچک، وزن سبک، صلب و مقاومت لرزه ای خوبی دارد. می توان از آن به عنوان سالن ورزشی، سالن نمایشگاه، پشت بام باران ساختمان هایی مانند سایبان و سوله استفاده کرد.
قاب فولادی پورتال شامل فولاد نورد گرم یا جوش داده شده، فولاد C/Zبا فرم سرد و لوله فولادی به عنوان اجزای اصلی تحمل کننده نیرو است و ساختار سقف و دیوار سبک را اتخاذ می کند. قاب پورتال رایج ترین شکل سازه فولادی سبک است.
قاب پورتال صلب ساختاری است که در آن تیرها و ستون ها به طور صلب به هم متصل شده اند. دارای ویژگی های ساختار ساده، سبک وزن، تنش معقول، ساخت و ساز ساده است. از این رو در ساختمان های صنعتی، تجاری، کشاورزی و سازمانی کاربرد فراوانی دارد.
سازه اسکلت فولادی ساختمان از تیرها و ستون های فولادی تشکیل شده است که می توانند بارهای عمودی و افقی را تحمل کنند. ستون‌ها، تیرها، مهاربندی‌ها و سایر اعضا به‌صورت صلب یا لولایی به هم متصل می‌شوند تا یک طرح انعطاف‌پذیر را تشکیل دهند و فضای بزرگتری ایجاد کنند. این به طور گسترده ای در ساختمان های چند طبقه، بلند، و فوق العاده بلند، ساختمان های اداری تجاری، مراکز کنفرانس و ساختمان های دیگر استفاده می شود.
سازه خرپایی فولادی از چندین میله تشکیل شده است که در دو سر هر میله لولا شده اند. می توان آن را به خرپا هواپیما و خرپا فضایی تقسیم کرد. با توجه به بخش قطعات، می توان آن را به خرپا لوله و خرپا فولادی زاویه تقسیم کرد. خرپا به طور کلی از وتر بالایی، وتر پایینی، میله عمودی، تار مورب و تکیه گاه بین خرپایی تشکیل شده است. مقدار فولاد مورد استفاده در خرپاها کمتر از تیرهای شبکه جامد است، وزن سازه سبکتر و سختی بیشتر است.
مزیت خرپا فولادی این است که از آن برای تشکیل اعضای مهمتر با سطح مقطع کوچکتر استفاده می شود. اغلب در پشت بام ها، پل ها، برج های تلویزیون، برج های دکل، سکوهای نفتی دریایی و راهروهای برج ساختمان های صنعتی و عمرانی استفاده می شود.
ساختار شبکه از میله های زیادی بر اساس یک قاعده خاص، با تنش فضایی کوچک، سبک وزن، استحکام بالا و مقاومت لرزه ای عالی تشکیل شده است. از آن به عنوان سالن ورزشی، سالن نمایشگاه، آشیانه هواپیما استفاده می شود.
کارگاه های سازه های فولادی به دو دسته کارگاه های فولاد سبک و کارگاه های فولاد سنگین تقسیم می شوند. سیستم سازه‌ای کارگاه عمدتاً از ستون‌های فولادی، ستون‌های باد، ستون‌های جان پناه، تیرهای فولادی سقف، تیرهای جرثقیل، مهاربندهای بین ستونی، مهاربندی سقف افقی، کمربند دیوار، پره‌های سقف، میله کراوات و سایر اجزا تشکیل شده است. سازه اولیه اسکلت فولادی پورتال است که می تواند تک دهانه، چند دهانه یا چند طبقه با دهانه اقتصادی حدود 24 تا 30 متر باشد.
گره های خاص قاب فولادی پورتال شامل گره پای ستون، تیر، گره ستون به تیر، گره تیر سقف، مهاربند ستون و سقف، گره اتصال تیر اتصال، و براکت ناودانی است.
برای سازه اسکلت فولادی، با افزایش تعداد لایه ها و ارتفاع و تحمل بار عمودی زیاد، نیازهای مقاومت جانبی (بار باد، زلزله و غیره) به ویژگی باربری اولیه قاب تبدیل می شود.
سیستم ساختار قاب فولادی به طور کلی به ساختار قاب، سازه مهاربندی قاب، ساختار دیوار برشی قاب و ساختار لوله قاب تقسیم می شود.
· ساختار قاب: قاب از ستون ها و تیرهایی تشکیل شده است که نیروهای عمودی و جانبی را تحمل می کنند. ستون های فولادی به طور کلی از فولاد H شکل، ستون های فولادی جعبه ای شکل، یا ستون های بتنی لوله فولادی استفاده کنید.
· ساختار مهاربندی قاب: قاب از ستون ها و تیرها تشکیل شده است و مهاربندی هایی بین ستون ها برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی در نظر گرفته شده است.
· ساختار دیوار برشی قاب: شبیه سازه مهاربندی قاب است، با این تفاوت که مهاربندی با دیوار برشی برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی جایگزین می‌شود. دیوار برشی عموماً یک دال بتنی یا ورق فولادی یا یک سازه مرکب فولادی-بتنی با سختی جانبی بهتر نسبت به مهاربندی است و از نظر چیدمان انعطاف پذیرتر است و برای سازه های ساختمانی بالاتر مناسب است.
· ساختار لوله قاب: سازه به طور کلی از یک لوله هسته بتنی مسلح و یک قاب فولادی حلقه بیرونی تشکیل شده است. فرم سیستم از قاب های فولادی خالص در جهت افقی استفاده می کند و تعداد مناسب مهاربندی عمودی بین ستونی را در جهت طولی ترتیب می دهد تا استحکام طولی را تقویت کند، میزان فولاد مصرفی در قاب را کاهش دهد و فضای بزرگتری را تشکیل دهد.
گره های رایج سازه اسکلت فولادی شامل گره پای ستون، گره تیر به ستون، گره تیر به تیر، گره اتصال ستون، گره مهاربندی، گره تیر روی ستون و غیره می باشد.
خرپا سازه‌ای است که از تعداد زیادی میله تشکیل شده است که در انتهای هر میله به هم متصل شده و به یک خرپا صفحه و یک خرپا فضایی تقسیم می‌شوند. فرم مقطعی قطعات شامل خرپا لوله ای، خرپا فولادی H شکل، خرپا جعبه ای شکل، خرپا فولادی زاویه دار و غیره است. خرپا به طور کلی از آکوردهای بالایی، آکوردهای پایینی، میله های عمودی، راب وب و مهاربندی بین خرپا تشکیل شده است. مقدار فولاد استفاده شده برای خرپا کمتر از تیر H است، سازه وزن سبک تری دارد و سختی آن بیشتر است. به طور گسترده ای در ساختمان های بلند، سازه های با دهانه بزرگ و پل ها استفاده می شود.
شبکه یک ساختار فضایی است که از اتصال میله های متعدد با گره ها به شکل شبکه ای خاص تشکیل شده است. توری ها انواع مختلفی دارند که بر اساس استانداردهای مختلف طبقه بندی می شوند. روش‌های مختلف ترکیب به شبکه‌های سیستم متقاطع خرپایی، شبکه‌های سیستم مخروطی مثلثی، شبکه‌های سیستم مخروطی چهار گوش و شبکه‌های سیستم مخروط شش ضلعی تقسیم می‌شوند. شبکه مسطح عمدتاً از آکوردها، شبکه های مورب، گره های میانی، گره های پشتیبانی و غیره تشکیل شده است.
ساختمان سازه های فولادی از فناوری طراحی و پردازش پیشرفته و روش های تولید در مقیاس بزرگ استفاده می کند تا هزینه آن تا حد زیادی کاهش یابد. به طور همزمان، به دلیل نصب ساده و سریع، در بسیاری از هزینه های ساخت و ساز صرفه جویی می شود و شرکت ها یا توسعه دهندگان را قادر می سازد تا با سرعت بیشتری وارد تولید شوند.
ساختمان های بتن آرمه سنتی هزینه ساخت و ساز عمرانی بالایی دارند و دوره ساخت طولانی دارند. هزینه به عوامل غیر قابل پیش بینی، مانند بلایای طبیعی، ساخت و ساز در زمستان و فصول بارانی، و افزایش قیمت مواد حساس است.
ساختمان سازه فولادی را می توان به سرعت تحویل و نصب کرد. پیش بینی می شود نصب ظرف چهار یا پنج ماه پس از امضای قرارداد انجام شود و اساساً تحت تأثیر ساخت و ساز زمستانی قرار نمی گیرد.
سرعت ساخت سازه های بتن مسلح سنتی کند است و دوره ساخت می تواند به 8-10 ماه یا بیشتر برسد.
وزن ساختمان سازه فولادی معمولاً تنها معادل 1/6 ظرفیت باربری طراحی آن است. وزن قطعات بسیار سبک تر از اجزای بتن مسلح است.
در ساختمان‌های بتن آرمه سنتی، وزن سازه اغلب برابر با ظرفیت باربری طراحی‌شده آن است و قطعات پیش‌ساخته سنگین هستند که به تجهیزات بالایی برای بلند کردن نیاز دارند.
با توجه به سبک وزن ساختمان سازه فولادی، نیروی واکنش در پایین ستون کم است و باعث صرفه جویی در بسیاری از هزینه های درمان فونداسیون می شود.
ساختمان‌های بتن آرمه سنتی به دلیل وزن پیچیده خود، درمان پی پیچیده‌ای دارند. بیش از نیمی از کل هزینه سازه برای فونداسیون با کیفیت پایین خاک استفاده می شود.
ساختمان های اسکلت فلزی قبل از تخریب دارای تغییر شکل های بزرگی هستند که به راحتی قابل تشخیص و اجتناب است. به طور همزمان، به دلیل سبک بودن و خواص مکانیکی اتصالات، سازه فولادی عملکرد لرزه ای بسیار خوبی دارد.
ساختمان های بتن آرمه سنتی بر اساس خواص مصالح بتن ساخته شده اند. در مقایسه با سازه‌های فولادی سبک، ساختمان‌های بتن آرمه بیشتر مستعد شکست شکننده هستند و عملکرد لرزه‌ای آن‌ها به‌طور قابل‌توجهی کمتر از ساختمان‌های سازه‌های فولادی است.
فضای داخلی ساختمان اسکلت فلزی جادار است و دهانه آن تا 60 متر است. می توان آن را نسبتاً آسان گسترش داد و بازسازی کرد و خطوط لوله صنعتی مختلف را می توان ب e انعطاف پذیر گذاشته شده است.
دهانه ساختمان های بتن آرمه سنتی محدود است و برای دستیابی به دهانه بیش از 15 متر باید از فناوری پیش تنیدگی استفاده شود. چیدمان فضای داخلی محدود است و ستون های زیادی و زباله های فضای زیادی وجود دارد. پس از اتمام آن، متقاعد کردن ساختار آن دشوارتر است. طراحی سازه برای همکاری با سایر حرفه ها پیچیده تر است.
پیچ و مهره ها می توانند ساختمان اسکلت فلزی را به هم متصل کنند و به راحتی و بدون هزینه زیاد به راحتی جدا، انتقال و مونتاژ می شود و تحرک قوی دارد. اساساً در ساختمان های بتن آرمه سنتی امکان جابجایی وجود ندارد.
