سازه های فلزی متشکل از قطعات باربر با جنس فولاد یا ورق می باشد. این قطعات به کمک اتصالات مخصوص به یکدیگر وصل شده اند. معمولا در ساخت این سازه ها و قطعات فولادی از روش های پیشرفته ای استفاده می کنند به همین دلیل در اکثر مواقع وظیفه شان را به درستی و در حد انتظار انجام می دهند. از مهمترین مسائل در نحوه اتصال قطعات سازه به یکدیگر و ساخت قطعات مرکب به وسیله ورق های فولادی می باشد.
از روش های مرسوم اتصالات در سازه های فلزی میتوان به اتصالات سازه های فلزی پیچ و مهره ای، اتصالات جوشی و اتصالات پرچی ( تقریبا در دنیا یک روش منسوخ شده می باشد ) اشاره کرد.
تاریخچه اسکلت فلزی
اسکلت فلزی از زمان های دور مورد استفاده قرار گرفته شده است در زمان های اولیه از فلز چدن در اسکلت فلزی استفاده می شد که به مرور جای خود را به آهن های کم کربن یا همان چکش خوار دادند که به وسیله این اسکلت های فلزی می توانستند سازه هایی با طرح ها و شکل های مختلف و تنوع بسیار بالا را طراحی کنند. مانند قوس دادن به سازه و ….
استفاده از چدن و آهن کم کربن برای چند سال رواج داشت و به مرور جای خود را به فولاد دادند. در حال حاضر فولاد بیشترین استفاده را در سازه هایی با اسکلت فلزی دارد و اغلب سازه ها از این فلز استفاده می شود. سازه های فلزی و اسکلت فلزی بدلیل کیفیت بالاتر در ساخت، سرعت بیشتر، هزینه ی کمتر، مقاومت و … با گذشت زمان جای اسکلت های بتنی را گرفته است و در ساخت سوله ها و ساختمان ها رو به این نوع سازه ها آورده اند. معمولا در شهرها به دلیل عدم وجود موقعیت و مکان مناسب جهت ساخت، اغلب پیمانکاران دچار زحمت فراوان شده اند که با استفاده از سازه های فلزی که قابلیت اجرا در شلوغ ترین و کم حجم ترین موقعیت‌ها را دارند، به آن ها کمک کرده تا سریع تر و راحت تر پروژه های خود را انجام دهند. در این اسکلت فلزی ها علاوه بر بالا رفتن کیفیت ساخت، پرتی مصالح در آن ها کمتر شده و ساختمان ها با مقامت بیشتری در برابر آتش سوزی و زلزله ساخته می شوند. البته در کشور های اروپایی این نوع سازه ها اغلب بصورت پیچ و مهره ای اجرا می شوند به غیر از متراژ ها و وزن های کم که اتصالات جوشی جوابگوی آن است.
ویژگی های اسکلت فلزی
از فواید استفاده از اسکت های فلزی میتوان به چند نمونه زیر اشاره کرد:
- وزن کم اسکلت فلزی باعث کم شدن وزن کلی سازه میشود.
- خواص ارتجاعی فولاد با تقریبی بسیار خوبی مصداق عملی دارد. فولاد تا تنشهای بزرگی از قانون هوک به خوبی پیروی مینماید.
- مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع، ساختمانهایی که بر زمین های سست قرارمیگیرند، حائز اهمیت میباشد.
- مناسب بودن آن در سازه های طویل
- خواص یکنواخت : چون فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه میشود، به یکنواخت بودن خواص آن می توان اطمینان کرد ( اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جویی در مصرف مصالح را باعث میشود). دوام فولاد بسیار خوب است، ساختمان های فلزی که در نگهداری آنها دقت گردد، برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود. از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری آن است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و نیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید.
- پیوستگی مصالح: قطعات فلزی با توجه به مواد تشکیل دهنده آن پیوسته و همگن می باشد.
- مقاومت متعادل مصالح: مصالح فلزی در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است. در تغییر وضع بارها، نیروی وارده فشاری، کششی قابل تعویض بوده و همچنین مقاطعی که در بارگذاری عادی تنش برشی در آنها کوچک است، در بارهای پیش بینی شده، تحت اثر پیچش و در نتیجه برش ناشی از آن قرار میگیرند.
- انفجار: در ساختمان ها بارهای وارده توسط اسکلت ساختمان تحمل شده، از قطعات پر کننده مانند تیغه ها و دیواره ها استفاده نمی شود. نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب آشکار میشود، ولی ساختمان کلا ویران نخواهد گردید.
- تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی: اعضا ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه، تغییر مقررات و ضوابط، اجرا و غیره میتوان با جوش یا پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید تقویت نمود و یا دهانه آن را اضافه کرد .
- شرایط آسان ساخت و نصب: تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت، شرایط جوی متفاوت با تهمیدات لازم قابل اجرا است .
- سرعت نصب: سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجرا قطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد.
- پرتی مصالح: با توجه به تهیه قطعات از کارخانجات، پرت مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است.
- اشغال فضا: در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد، ستون و تیرهای ساختمان های فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمانهای بتنی میباشد، سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمان های بتنی بیشتر ایجاد میشود.
معایب اسکلت فلزی
- ضعف در دمای زیاد: مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما نقصان می یابد. اگر دمای اسکلت فلزی به 500 تا 600 درجه سانتی گراد برسد، تعادل ساختمان به خطر می افتد.
- خوردگی و فساد فلز در مقابل عوامل خارجی: قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته میشود و مخارج نگهداری و محافظت زیاد خواهد شد.
- تمایل قطعات فشاری به کمانش: با توجه به اینکه قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا کوچک است، تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف بحساب می رسد.
- جوش نامناسب: اتصال با جوش بعلت عدم مهارت جوشکاران ، استفاده از ماشین آلات قدیمی، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر، گران بودن هزینه آزمایش جوش بزرگترین ضعف میباشد.
- هزینه بالای اولیه: در ساختمان های فلزی بخش زیادی از هزینه ساخت را همان ابتدای کار و جهت خرید آهن آلات می بایست پرداخت کرد که با توجه به توان تدریجی عامه مردم در تامین مخارج ساخت ساختمان یک ضعف به حساب می آید که باعث عدم استقبال از آن می شود.