آهن‌های پرمصرف در صنعت ساختمان

مقاومت بالای این مصالح ساختمانی باعث شده تا از آن در ساخت انواع سازه‌ها استفاده شود؛ بنابراین ساخت یک بنا بدون استفاده از فلز امکان‌پذیر نیست زیرا بنا از مقاومت لازم برخوردار نخواهد بود. همچنین قابلیت شکل‌پذیری، آن‌ها را به متریالی مناسبی جهت کاربردهای مختلف در ساختمان‌سازی تبدیل کرده است. حال در این نوشتار از پرشین سازه شما را به مطالعه درباره‌ی فلزات پرمصرف در صنعت ساخت‌وساز دعوت می‌کنیم که امیدواریم مفید واقع گردد. پس با ما همراه باشید.

تاریخچه مختصر آهن

به‌طورکلی آهن نقش بسیار مهم و تعیین‌کننده‌ای در شکل‌گیری، رشد و گسترش تمدن پیشرفته امروزی داشته و دارد، به‌گونه‌ای که هیچ فلز و یا ماده دیگری را نمی‌توان جایگزین آن ساخت.

اگرچه شواهد باستان‌شناسی استفاده از آهن را در سرزمین ایران به بیش از 5000 سال پیش از میلاد مسیح و در مصر در حدود 3000 سال پیش از میلاد مسیح نشان می‌دهند، به‌طور رسمی دوره زمانی که به عصر آهن مشهور است 1200 تا 600 سال پیش از میلاد مسیح را در بر می‌گیرد. در این دوره مردمان نواحی سرزمین‌های مدیترانه، آسیایی، آفریقایی و اروپا برای ساخت ابزار و خصوصاً تسلیحات جنگی از آهن بهره می‌گرفتند. این‌گونه 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 حمل‌ونقل و درنتیجه تقاضا برای ریل آهن در قرن 19 میلادی جهش شگفتی در تولید آهن و به‌اصطلاح جدیدتر فولاد شکل گرفت؛ اما در آن زمان هنوز کاربردهای ساختمانی آهن‌آلات منطقی به نظر نمی‌رسید. دلیل این امر نیز به این خاطر بود که قیمت آهن تولیدشده با روش‌های مرسوم بسیار بالا بود؛ اما پس از ابداع فرآیند بسمر در تولید فولاد و کاهش هزینه تولید آهن‌آلات، قیمت آهن کاهش پیداکرده و استفاده‌های ساختمانی آهن‌آلات گسترش روزافزونی پیدا نمود.

انواع فلزات پرکاربرد در صنعت ساختمان

فلز یکی از مهم‌ترین سازه‌هایی می‌باشد که در بسیاری از صنایع ازجمله صنعت ساخت‌وساز مورداستفاده واقع‌شده است. به‌طورکلی فلزات به دو دسته فلز آهنی و غیر آهنی تقسیم‌بندی می‌شوند که امروزه با ساخت آلیاژهای بسیار مختلف از فلزهای مختلف مقاوم‌ترین و بهترین سازه‌ها را تولید می‌کنند تا در صنعت ساختمان‌سازی مورداستفاده واقع شود. با توجه به این توضیحات از مهم‌ترین فلزات پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی را می‌توان ازجمله موارد زیر در نظر گرفت که شامل:

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

به‌طورکلی فلزات با داشتن ویژگی‌های بسیار منحصربه‌فرد خود نه‌تنها در صنعت ساخت‌وساز بلکه در هر صنعتی استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که فلز از زمان‌های بسیار دور موردتوجه انسان واقع‌شده است و بدون استفاده از فلز امکان ساخت هیچ سازه و ساختمانی تصور هم نمی‌شود. شما می‌توانید ساختمان‌های بسیار مختلف را مشاهده کنید که با استفاده از فلزهای متفاوتی طراحی و ساخته‌شده‌اند و دارای زیبایی منحصربه‌فردی می‌باشند. در ادامه مقاله سعی بر آن داریم در مورد فلزات پرکاربرد در صنعت ساختمان‌سازی بیشتر صحبت کنیم.

فلز آهن

آهن ازجمله مصالح ساختمانی پرمصرف می‌باشد که به علت مقاومت بسیار بالای خود، در ساخت بناهای بسیار مقاوم مورداستفاده قرار می‌گیرد. جالب است بدانید که آهن از فونداسیون و ابتدای کار ساختمان‌سازی تا نازک‌کاری در آن کاربرد دارد. آهن در ساخت انواع میلگرد، تیرآهن، ورق، لوله، نبشی، ناودانی، درب و غیره به کار می‌رود و علاوه بر مقاوم‌سازی ساختمان، طول عمر آن را بالا می‌برد. همچنین آهن را می‌توان به‌موجب قابلیت چکش‌کاری و ریخته‌گری به اشکال مختلف درآورد. در کنار تمامی محاسن آهن، عدم مقاومت آهن در برابر هوازدگی و درواقع زنگ زدی را می‌توان یکی از معایب آن به شمار آورد. بااین‌حال در صورت استفاده از آهن می‌توان به‌وسیله آلیاژها و روکش‌های مقاوم، در برابر این‌گونه عوامل محیطی از آهن محافظت نمود.

فلز مس

مس نیز ازجمله فلزات غیر آهنی است که به دلیل جلای منحصربه‌فرد رنگ قرمز خود به فلزی کاربردی در نمای ساختمان و نیز در دکوراسیون داخلی ساختمان تبدیل‌شده و محبوبیت خاصی دارد. ازجمله ویژگی‌های این فلز مقاومت بالا در برابر پوسیدگی است، به‌طوری‌که سطح آن در مواجه با هوا اکسیدشده و لایه‌ای ایجاد می‌کند که مس را در برابر عوامل مختلف محافظت می‌نماید. مقاومت بام‌های مسی علاوه بر جذابیت ظاهری‌شان، در برابر شرایط آب و هوایی مختلف و سخت معروف است. به‌طوری‌که از این فلز غیر آهنی در انواع ساختمان‌ها و در بام سازی برای مقاومت در برابر باران و عوامل دیگر استفاده می‌شود.

همچنین از مس در لوله‌کشی ساختمان، شیرهای آب و بسیاری از وسایل منزل استفاده می‌کنند. لازم به ذکر است که این فلز برخلاف لوله‌های پلاستیکی نمی‌سوزد، ذوب نمی‌شود یا در صورت بروز آتش گازهای سمی یا زیان‌آور تولید نمی‌کند.

آلومینیوم

به‌طورکلی آلومینیوم از انواع فلزات نرم و سبک به‌حساب می‌آید که به‌صورت خام استفاده نمی‌شود و آلیاژهای آن مانند منیزیم، سیلیسیم و منگنز مورداستفاده قرار می‌گیرند. آلومینیوم چه ازنظر کیفیت و چه ازنظر ارزش، کاربردی‌ترین فلز بعد از آهن است که در انواع صنایع از آن استفاده می‌شود و وزن آن تقریباً یک‌سوم فولاد یا مس است. ازجمله خواص این فلز می‌توان به قابیلت چکش‌خواری، انعطاف‌پذیری و مقاومت در برابر زنگ‌زدگی اشاره کرد. آلومینیوم قابلیت شکل‌پذیری بالایی دارد و از آن برای ساخت انواع اسکلت‌های سبک، قاب درب و پنجره و غیره استفاده می‌شود.

اگرچه آلومینیوم یکی از جدیدترین انواع معمول و متداول بشمار می‌آید اما یکی از پرمصرف‌ترین انواع فلزات غیر آهنی می‌باشد. جالب است بدانید بزرگ‌ترین تولیدکننده و مصرف‌کننده آلومینیوم در جهان، کشور چین می‌باشد.

فولاد

فولادها دارای انواع مختلفی می‌باشند و از ترکیب آهن با انواع فلزات مختلف به دست می‌آید. یکی از عناصر اصلی فولاد کربن می‌باشد که تأثیر زیادی بر ویژگی آن می‌گذارد. اگر میزان کربن در فولاد کم باشد به آن فولاد کم‌کربن 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 می‌گویند. از فولاد برای مصارف مختلف در انواع صنایع استفاده می‌شود. فولاد استحکام بسیار بالایی دارد و به دلیل شکل‌پذیری بالا در مصارف مختلف ساختمان‌سازی مورداستفاده قرار می‌گیرد. برخی از فولادها نرم و شکل‌پذیر هستند و برخی دیگر از قابلیت سختی بالایی برخوردار می‌باشند.

چدن

به‌طورکلی چدن به آلیاژهایی از آهن و کربن که بین ۲.۱ الی ۶.۲ درصد کربن داشته باشند، گفته می‌شود. 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. به‌طورکلی روش تولید چدن‌ها به این صورت است که مخلوط متناسبی از ماده‌هایی مانند شمش‌های آهن خام، براده‌ها و قطعات برگشتی ریخته‌گری و سایر افزودنی‌ها همچون فرو منگنز، آهک و… را در داخل کوره‌های الکتریکی یا کوره کوپل می‌ریزند تا ذوب شوند، بنابراین پس از طی این مراحل ماده ذوب‌شده را در قالب ریخته و آماده استفاده در ساخت‌وساز می‌کنند.

اهمیت آهن در صنعت ساخت‌وساز

کاربرد آهن تنها جهت ابتدا کار و ساخت اسکلت بنا نیست بلکه از این فلز هم در ابتدا و هم در انتهای کار استفاده می‌شود. درواقع آهن در ابتدای صنعت ساختمان‌سازی که برای کار فونداسیون ساختمان پایه‌ریزی می‌شود تا این‌که به قسمت‌های نهایی و ریزه‌کاری‌های خود برسد استفاده می‌شود؛ بنابراین می‌توان گفت که صفر تا صد کار ساختمان‌سازی با فلز آهن پیش خواهد رفت.

در صنعت ساختمان‌سازی می‌توان از آهن به‌صورت 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 می‌آیند. این مصالح برای صنعت ساختمان‌سازی جز حیاتی‌ترین وسایل و تجهیزاتی هستند که برای ساختن یک بنا باید از آن‌ها استفاده کرد وگرنه مکان و بنا مقاوم و خوبی را نمی‌توان در ساختن این ساختمان‌ها انتظار داشت. مناسب بودن قیمت میلگرد و سایر محصولات فولادی نظیر تیرآهن، ورق، لوله و نبشی و بسیاری از موارد دیگر به همراه مزایای فوق‌العاده‌ای که ارائه می‌دهند، آن‌ها را به کاربردی‌ترین مصالح در صنعت ساخت‌وساز تبدیل کرده است.

بنابراین با استفاده از این محصولات که همگی از فرآیند آهن هستند می‌توان ساختمان‌های استاندارد با بهترین مقاومت و استحکام را ایجاد کرد؛ اما باوجود تمام این مزایا که برای فلز آهن در این صنعت وجود دارد می‌توان گفت معایبی نیز در این کار رخ نشان می‌دهد. درواقع تنها عیبی که برای فلز آهن وجود دارد منعطف بودن فلز آهن در برابر اکسیژن و آب است بااین‌حال برای اینکه از فلز آهن و تمامی‌ محصولات آن‌که در صنعت ساختمان‌سازی از آن‌ها استفاده می‌شود به‌نوعی زنگ‌زده نشوند باید چاره‌ای را‌ اندیشید. راه‌حل این مسئله در این راه نهفته است که برای اینکه این محصولات دچار زنگ‌زدگی نشوند، بایستی از روکش‌های مقاوم و آلیاژ‌ها برای محافظت از فلز آهن استفاده کرد.

میلگرد یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مصالح ساختمانی

به‌طورکلی میلگرد از مصالح ساختمانی به شمار می‌رود که در ساخت سازه‌های بتنی و به‌منظور استحکام بتن مورداستفاده قرار می‌گیرد. میلگردها در تمامی قسمت‌های سازه نقش مؤثری را در استحکام بتن ایفا می‌کنند که می‌توان به کف، ستون‌ها و سقف اشاره نمود. میلگردهای موجود در بازار ایران بر اساس شکل ظاهری به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند که می‌توان به میلگرد آجدار، ساده و آجدار پیچیده اشاره کرد.

همچنین میلگرد ازلحاظ موادی که در ساخت خود بهره برده است به انواع مختلفی تقسیم‌بندی می‌شوند که گران‌قیمت‌ترین آن فولاد ضدزنگ می‌باشد. لازم به ذکر است که فولاد ضدزنگ بیشترین مقاومت را برای بتن ایجاد می‌کند. توجه داشته باشید که قیمت میلگرد تحت تأثیر قیمت ارز متغیر است و در بازه‌های زمانی که قیمت ارز افزایش می‌یابد قیمت میلگرد نیز بالا می‌رود.

مزایای سازه‌های فلزی

• اولین مزیت فلز که بسیار مهم می‌باشد، نرم شکن بودن آن است. اگرچه در طراحی سازه‌های فلزی، تلاش می‌شود که وارد محدوده‌ی پلاستیک نشویم؛ اما شکل‌پذیری فولاد، قبل از گسیختگی یک ویژگی بسیار مثبت است. سقفی را تصور کنید که از مصالح ترد‌شکن ساخته‌شده است و هنگام خرابی مطلقاً هیچ نشانه‌ای ندارد و به‌یک‌باره فرو بریزد. مسلماً اگر نشانه‌هایی از تغییر شکل و خرابی نشان می‌داد، استفاده‌کنندگان فرصت فرار کردن را داشتند؛ اما فولاد قبل از خرابی ساختمان، سیگنال‌های هشداردهنده‌ای را فراهم می‌کند، بنابراین باعث می‌شود خرابی کمتر فاجعه‌بار شود و افراد فرصت فرار کردن از زیر سقفی که تغییر شکل اساسی داده را پیدا می‌کنند.
• ساختمان‌های اسکلت فلزی نسبت به ساختمان‌هایی که با سایر مصالح ساختمانی ساخته می‌شوند، از وزن کمتری در مترمربع زیربنا برخوردارند. این امر به دلیل مقاومت بالای فولاد نسبت به وزن آن است؛ بنابراین معمولاً المان‌های سازه‌ای فولادی به دلیل مقاومت بالای این فلز، ظریف‌تر هستند که درنهایت موجب سبک‌تر شدن ساختمان می‌شود.
• فلزاتی مانند فولاد از مصالحی است که می‌توان آن را به تولید انبوه رساند. قطعات فلزی را می‌توان خارج از کارگاه ساختمانی در کارخانه تولید و سپس در محل مونتاژ کرد. این امر باعث صرفه‌جویی در زمان و افزایش بهره‌وری در روند کلی ساخت‌وساز می‌شود.
• فولاد سازه‌ای بسیار انعطاف‌پذیر است. این یعنی شما می‌توانید آن را بدون هیچ تغییری در خصوصیاتش به هر شکلی قالب‌بندی کنید. برای مثال می‌توانید طبق طرح، آن را به ورق تبدیل کرده یا آن را به شکل پروفیل H شکل و یا حتی سیم در بیاورید.
• دوام سازه‌های اسکلت فلزی ازجمله مواردی است که موجب رضایت بهره‌برداران می‌شود. سازه‌های فلزی می‌توانند در مقابل نیرو‌های خارجی مانند زلزله، باد و طوفان مقاومت کنند. یک سازه‌ی فولادی اگر به‌خوبی نگهداری شود می‌تواند تا سال‌های سال بهره‌برداری شود.
• در برخی مناطق شهر‌های بزرگ که زمین ارزش بالایی دارد، استفاده از فولاد به‌عنوان مصالح ساخت را می‌توان یک مزیت دانست. به این صورت که ستون‌های فلزی فضای کمتری را اشغال می‌کنند که ازلحاظ مسائل معماری و کمتر شدن فضای مرده مناسب‌تر خواهند بود.

معایب سازه‌های فلزی

• فولاد آلیاژ آهن است. این امر باعث حساسیت بالا نسبت به خوردگی می‌شود. این مشکل با استفاده از رنگ‌های ضدزنگ و سایر اقدامات می‌تواند تا حدی حل شود.
• به‌طورکلی ارتعاش در سازه‌های فلزی نسبت به سازه‌ی همتای بتنی بیشتر است. این اتفاق به دلیل وزن کمتر سازه می‌افتد.
• مقاومت در آتش‌سوزی در این نوع سازه کمتر است. وقتی دمای فولاد از حدی بالاتر برود، مقاومت آن به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد؛ بنابراین لازم است اقداماتی برای افزایش زمان مقاومت آن در برابر آتش انجام شود.
• یکی دیگر از معایب سازه‌های فلزی، هزینه‌ی بالا و نگهداری رنگ‌های ضدزنگ و پوشش ضد حریق است.
• کمانش مسئله‌ای است که در مورد سازه‌های فلزی ایجاد نگرانی می‌کند. با افزایش طول ستون فولادی، احتمال کمانش نیز افزایش می‌یابد.

کاربردهای آهن در ساخت‌وساز

ازآنجایی‌که آهن و محصولات آهنی ازجمله پرمصرف‌ترین متریال در ساخت‌وساز به‌حساب می‌آید، این متریال به شکل‌های مختلفی نیز مورداستفاده قرار می‌گیرد که شامل:

• پروفیل‌های ساختمانی

به‌طور جامع پروفیل‌های ساختمانی دسته‌ای از آهن‌آلات ساختمانی به‌حساب می‌آیند که شکل سطح مقطع آن‌ها در طول آن‌ها ثابت می‌باشد. این نوع از آهن‌آلات ساختمانی به‌نوبه‌ی خود به دو دسته عمده تقسیم‌بندی می‌شوند که شامل:

پروفیل‌های ساختمانی باز

اگر سطح مقطع پروفیل تشکیل‌دهنده یک شکل هندسی باز باشد، این نوع پروفیل ساختمانی را پروفیل باز می‌نامند که نمونه‌ی این پروفیل‌ها نبشی، ناودانی، تیرآهن، پروفیل زد، سی پرلین و ... می‌باشد.

پروفیل‌های ساختمانی بسته

اگر سطح مقطع پروفیل تشکیل‌دهنده یک شکل هندسی بسته نظیر مربع، دایره یا مستطیل باشد به آن پروفیل ساختمانی بسته گفته می‌شود. قوطی پروفیل ساختمانی، لوله داربستی، ستونی ساختمانی و لوله مبلی در زمره‌ی این نوع پروفیل‌ها به‌حساب می‌آیند.

• میلگرد و انواع آن

یکی از سازه‌های فولادی که در صنعت ساخت‌وساز به‌وفور استفاده می‌شود، میلگرد می‌باشد. به‌طورکلی میلگرد به دلیل مقاومت کششی بالا در ساختمان بتنی که بتن دارای مقاومت کششی پایین است، استفاده می‌شود. همان‌طور که می‌دانید 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 می‌باشند. لازم به ذکر است که بر روی میلگرد نیز شکل عاج‌ها به‌صورت بدون عاج، مارپیچ، یکنواخت، جناقی و مرکب می‌باشد.

• فولادهای ساختمانی

دیگر محصولات فولادی که در ساختمان‌سازی کاربرد زیادی دارند اما همانند پروفیل‌ها دارای شکل سطح مقطع مشخصی نمی‌باشند، فولادهای ساختمانی نام دارند. این نوع فولادها می‌توانند به‌صورت ورق باشند مانند ورق‌های سیاه، ورق گالوانیزه یا ورق روغنی و همچنین ورق‌های رنگی. می‌توانند مانند محصولات مفتولی به‌صورت توری یا سیم مورداستفاده قرار گیرند.

لازم به ذکر است انواع میلگرد به‌خصوص میلگرد آجدار نیز عملاً از مهم‌ترین آهن‌آلات ساختمانی به‌حساب می‌آیند. میلگردها نیز به دلیل داشتن شکل سطح مقطع مشخص در یک طول عملاً پروفیل به‌حساب می‌آیند. این نوع آهن‌آلات ساختمانی بیشتر به مقاطع فولادی یا مقاطع فولادی مشهور می‌باشند.

• تیرآهن و انواع آن

یکی از مهم‌ترین پروفیل‌های ساختمانی تیرآهن می‌باشد که داری ظاهری به شکل حروف I و H انگلیسی است. درواقع می‌توان مطرح کرد که بدون تیرآهن ساخت ساختمان‌های اسکلت فلزی معنا ندارد. تحمل فشار وارد بر ساختمان از وظایف تیرآهن می‌باشد و در کنار آن در ساخت و طراحی خرپا و تیرها نیز آن استفاده می‌شود. همان‌طور که می‌دانید استفاده از تیرآهن در ساخت اسکلت ساختمان از مزایای زیادی برخوردار است.

در درجه اول تیرآهن‌ها در کارخانه ساخته‌شده و در محل احداث ساختمان تنها کار مونتاژ آن‌ها انجام می‌شوند. از طرف دیگر استفاده از تیرآهن در اسکلت ساختمان باعث امکان توسعه ساختمان در آینده بدون تخریب قسمت‌های قبلی می‌شود. این ویژگی منجر می‌شود که سرعت اجرا در اسکلت فلزی بسیار بالا باشد که این ویژگی خود مزیتی است که عملیات در ساختمان‌های با ارتفاع زیاد را ساده‌تر می‌کند.

• ناودانی

به‌طورکلی یکی از پروفیل‌های باز پرکاربرد ساختمانی ناودانی نام دارد. ناودانی علاوه بر همکاری با تیرآهن جهت تکمیل اسکلت ساختمان، در تولید قاب‌های موردنیاز در صنعت ساختمان‌سازی نیز کاربرد دارد، درواقع ناودانی‌ها بیشتر در مواردی که تقویت یا ساپورت سازه‌ای مورداحتیاج باشد از مورداستفاده قرار می‌گیرند.

• نبشی

نبشی آهن یا نبشی فولادی از دیگر پروفیل‌های باز ساختمانی است که مانند ناودانی به‌نوعی در ساختمان‌سازی کاربردهای ثانویه دارد. به‌طورکلی استفاده در قاب‌سازی، تقویت اسکلت، نبشی کشی و یا وال پست ازجمله کاربردهای نبشی به‌حساب می‌آید.

 سخن پایانی

آهن‌آلات یکی از اجزا جدانشدنی در ساخت‌وساز و همچنین تولید محصولات فلزی در صنایع هستند. درواقع اهمیت آهن‌آلات به حدی است که ازاین‌رو مقاله‌ای را تحت عنوان انواع آهن‌آلات و کاربرد آن‌ها 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 واقع‌شده باشد.