آشنایی کوتاه با فولاد و ویژگی‌های آن
معرفی فولاد:
فولاد آلیاژی است که قسمت اعظم آن را آهن تشکیل می‌دهد. در کنار آهن عناصری همچون کربن، مس، کرم، منگنز و … در فولاد قرار دارند که درصد همه‌ی آن‌ها در حدود 3 % از فولاد می‌باشد.
هر چند که درصد این عناصر در وزن فولاد مقدار بسیار کوچکی است، اما تأثیر بسیار زیادی در مشخصات مکانیکی فولاد دارند.
تأثیر کلی افزایش آلیاژ:
- افزایش مقاومت
- افزایش قیمت
- افزایش مقاومت در برابر خوردگی
تأثیر کربن:
مقدار درصد کربن در فولاد تأثیر به سزایی در مشخصات مکانیکی فولاد می‌گذارد به طوری‌که افزایش کربن باعث افزایش مقاومت فشاری و شکنندگی (کاهش شکل‌پذیری) و مشکل شدن جوشکاری فولاد می‌شود.
انواع فولاد بر حسب کربن:
انواع مختلف فولاد در حد فاصل آهن خالص با صفردرصد کربن و چدن با 7/1 درصد کربن قرار دارند. این فولادها به چهار، رده کم کربن (مقدار کربن کمتر از 15/0 درصد)، کربن ملایم (15/0 الی 29/0 درصد)، کربن متوسط (3/0 تا 59/0 درصد) و پر کربن (6/0 تا 7/1 درصد) تقسیم می‌شوند.
فولاد نرمه در رده فولاد با کربن ملایم قرار می‌گیرند. به عنوان مثال حداکثر کربن فولاد نرمه St-37 بسته به ضخامت، مابین 25/0 الی 29/0 درصد است.
محاسن و معایب فولاد
محاسن فولاد
مقاومت زیاد:
یکی از خصوصیات مهم فولاد مقاومت نسبتاً زیاد آن است که باعهث کاهش مصالح مصرفی و در نتیجه وزن ساختمان می‌شود. کاهش وزن سازه باعث بهنه‌تر شدن طرح فونداسیون و همچنین کاهش نیروی زلزله می‌گردد.
یکنواختی و دوام:
فولاد در مقایسه با بقیه مواد ساختمانی از نظر شکل مولکولی و خواص، ماده بسیار یکنواختی است. مقاومت آن با زمان تغییر چندانی نمی‌کند و به عبارتی پدیده خزش در آن مشکل‌آفرین نخواهد بود.
قابلیت الاستیک:
تبعیت فولاد حتی در تنش‌های نسبتاً زیاد از قانون هوک بیش از سایر مصالح ساختمانی است. از این رو رفتار مقاطع فولادی تا حد تنش‌های بزرگ نیز به سادگی قابل پیش‌بینی است و استفاده از تحلیل خطی و فرضیات روش‌های طراحی تنش مجاز در مورد آن بهتر صدق می‌کند.
شکل‌پذیری:
مفهوم شکل‌پذیری عبارتست از توانایی تحمل تغییر شکل]ای زیاد قبل از وقوع گسیختگی، در مورد فولاد در بحث منحنی تنش- کرنش بیان گردید که کرنش نظیر گسیختگی فولاد 250 برابر کرنش نظیر تسلیم آن است که این مقدار در مقایسه با مقدار نظیر در بتن فوق‌العاده بیشتر است. وجود ویژگی شکل‌پذیری باعث اعلام هشدار در سازه قبل از وقوع گسیختگی است که در بحث طراحی سازه برابر زلزله بسیار مورد توجه مهندسی طراح می‌باشد.
سرعت ساخت:
سرعت ساخت بالای سازه‌های فولادی و قابلیت توسعه و گسترش سازه‌های موجود به وسیله اتصالات ساده و مناسب، از مزیت‌های سازه‌های فولادی نسبت به سازه‌های بتنی محسوب می‌شود.
نقاط ضعف فولاد
هوازدگی:
چنانچه فولاد در مقابل جریان هوا قرار بگیرد در اثر مرور زمان فرسوده شده و پدیده خوردگی در آن رخ می‌دهد. از این رو بایستی از فولاد در مقابل جریان هوا مراقبت کرد.
مقاوم نبودن در مقابل آتش‌سوزی:
سازه‌های فولادی در مقابل آتش‌سوزی مقاومت مناسبی از خود نشان نمی‌دهند. زیرا فولاد در اثر گرمای زیاد مقاومت خود را از دست داده و به شدت و به مقدار قابل ملاحظه‌ای مدول الاستیسیته آن کاهش می‌یابد. به همین دلیل سازه‌های فولادی از طریق پوشش‌های مناسب در مقابل آتش‌سوزی مقاوم می‌شوند.
جریان نقدینگی:
در سازه‌های فولادی، در ابتدای پروژه هزینه قابل توجهی صرف تهیه آهن و عقد قرارداد با کارخانه ساخت اسکلت می‌شود. در یک پروژه برای اعمال همه جوانب در تصمیم‌گیری پیرامون انتخاب سیستم سازه‌ای باید به مباحث مهندسی ارزش ورود پیدا کرد.