فولاد ساختمانی چیست؟ انواع، مشخصات و کاربردها

بیش از 50 درصد فولاد تولید شده در جهان در صنعت ساخت‌ و ساز استفاده می‌شود و فولاد ساختمانی در این‌ بین بیشترین مصرف را دارد. با توجه‌ به این آمار و کاربردهای گسترده فولاد ساختمانی، تصور زندگی مدرن امروزی بدون آن تقریباً غیرممکن است. اما منظور از فولاد ساختمانی چیست و چه کاربردهایی دارد یا در چه صنایعی استفاده می‌شود؟ انواع فولاد ساختمانی کدام‌اند و فولاد ساختمانی چه مشخصاتی دارد؟ اگر می‌خواهید جواب این سؤال‌ها را بدانید، تا انتهای این مقاله همراه لوفا باشید. 

فولاد ساختمانی چیست؟

فولاد ساختمانی نوعی از فولاد است که به‌ عنوان مصالح، در بیشتر سازه‌های ساختمانی مثل برج‌ سازی، خانه‌ سازی، پل‌ سازی و غیره به کار می‌رود. این فولاد از لحاظ شکل و ترکیبات شیمیایی به‌ صورت اختصاصی برای مصارف ساختمانی بهینه شده تا حداکثر کارایی و استحکام را داشته باشد. تیرآهن، میلگرد و لوله‌های فولادی، چند نمونه پرکاربرد از فولاد ساختمانی هستند که در تقریباً در تمامی سازه‌های ساختمانی کاربرد دارند.

آهن و کربن عنصرهای اصلی تشکیل‌ دهنده در فولاد ساختمانی هستند. البته در برخی از فولادهای آلیاژی از فلزات دیگری هم مثل کروم، نیکل، بور و مولیبدن استفاده شده است. این فلزات علاوه بر بهبود عملکرد، ویژگی‌های جدیدی مثل مقاومت در برابر خوردگی، جوش‌ پذیری و غیره را به فولادهای ساختمانی اضافه می‌کنند.

از جمله مهم‌ترین ویژگی‌های فولاد ساختمانی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد: 

• شکل‌ پذیری بالایی دارد و به شکل‌های مختلف تبدیل می‌شود
• جوش‌ پذیر است و به‌ راحتی با سایر فولادهای ساختمانی جوش می‌خورند
• چقرمگی بالایی دارد و می‌تواند فشار زیاد و بارهای سنگین را تحمل می‌کند
• دوام زیادی دارد و می‌تواند تا سال‌ها عمر کند و در برابر حرارت و خوردگی مقاومت خوبی دارد

مشخصات فولاد ساختمانی در یک نگاه

معمولاً موقعی که صحبت از مشخصات مقاطع فولادی به میان می‌آید، در مورد مشخصات فنی آن صحبت می‌کنیم. مشخصات فنی فولاد را می‌توان در سه دسته مشخصات فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی خلاصه کرد. انواع مشخصات فولاد ساختمانی را می‌توانید در جدول زیر ببینید:

جدول مشخصات فولاد ساختمانی
نوع	خواص	توضیحات	مقدار
مشخصات فیزیکی	چگالی	میزان جرم در واحد حجم فولاد	7750 تا 8100 کیلوگرم بر مترمکعب
	نقطه ذوب	میزان دما یا حرارتی که برای ذوب کردن فولاد لازم است	با توجه‌ به نوع فولاد و مواد به‌ کار رفته در آن متغیر است معمولاً بین 1,370 تا 1,540 درجه سانتی‌گراد
	هدایت حرارتی	توانایی فولاد برای انتقال گرما از نقطه‌ای به نقطه دیگر	45 تا 60 W/m·K
مشخصات شیمیایی	مقاومت در برابر خوردگی	میزان مقاومت فولاد در برابر خوردگی	بسته به نوع فولاد ساختمانی متغیر است
	ترکیب شیمیایی	مواد سازنده فولاد که عموماً آهن و آلیاژهای مختلف است، اما مواد دیگری هم دارد	کربن: 0.2 تا 2.1 درصد منگنز: 0.5 تا 1.5 درصد سیلیکون: 0.1 تا 0.4 درصد و سایر مواد: فسفر، گوگرد و غیره
مشخصات مکانیکی	استحکام کششی	حداکثر میزان کششی که فولاد قبل از شکست می‌تواند تحمل کند	400 تا 600 مگاپاسکال (MPa)
	سختی	مقاومت فولاد در برابر تغییر شکل هنگام اعمال نیروی خارجی	سختی برینل 120 تا 180 HB
	شکل‌ پذیری	توانایی فولاد برای تغییر شکل تحت تنش کششی	حداکثر کشیدگی 15 تا 25 درصد
	میزان چقرمگی	توانایی جذب انرژی و تغییر شکل پلاستیکی فولاد بدون شکست	12 تا 92 مگاپاسکال در متر (MPa*m)

مشخصات فنی جدول بالا تقریباً برای بیشتر فولادهای ساختمانی یکسان است، اما بسته به گرید و استاندارد فولاد هم تفاوت‌هایی داشته باشد.

تا اینجا متوجه شدید که فولاد ساختمانی چیست و با ویژگی‌ها و همچنین مشخصات فولاد ساختمانی آشنا شدید. در ادامه در مورد انواع فولاد ساختمانی هم توضیح می‌دهیم. این فولادها را معمولاً بر اساس شکل ظاهری، نوع و میزان ترکیبات فلزی دسته‌ بندی می‌کنند. برای همین در ادامه انواع فولاد ساختمانی را از لحاظ ترکیبات فلزی و شکل ظاهری معرفی می‌کنیم.

انواع فولاد ساختمانی از لحاظ نوع و میزان ترکیبات فلزی

در فرایند تولید فولاد ساختمانی، آن‌ها را با ترکیبات فلزی متفاوتی تولید می‌کنند. برخی از آن‌ها، درصد کربن بیشتر است و در برخی دیگر، درصد آلیاژ و فلزهایی مثل منیزیم، منگنز و… بیشتر است. بر همین اساس، فولادهای ساختمانی را به 7 دسته اصلی تقسیم می‌کنند که آن‌ها را در ادامه بیان کردیم.

1- فولاد کربنی (Carbon Steel)

فولاد کربنی رایج‌ترین نوع فولاد ساختمانی است که درصد کربن آن نسبت به فولادهای ساختمانی دیگر بیشتر است. این فولاد را بر اساس میزان کربن موجود، به سه نوع زیر تقسیم می‌کنند: 

• فولاد کم‌کربن: کم‌تر از 0.3% کربن
• فولاد کربن متوسط: 0.3 تا 0.6% کربن
• فولاد پرکربن: 1.25 تا 2.1% کربن

هر چه میزان کربن در این فولاد بیشتر باشد، استحکام آن هم بیشتر می‌شود. البته توجه داشته باشید که درصد بالای کربن، شکنندگی فولاد کربنی را بالا می‌برد و جوش‌پذیری آن را کاهش می‌دهد. این فولاد به‌ واسطه ویژگی‌هایی که دارد، به‌ صورت گسترده در صنایع مختلف استفاده می‌شود. یکی از این کاربردها، تولید انواع لوله‌های فولادی مثل لوله‌های بدون درز مانیسمان است. 

2- فولاد کم‌ آلیاژ با مقاومت بالا (High strength low alloy steels)

فولادهای کم‌ آلیاژ علاوه بر آهن و کربن، در ترکیبات خود دارای درصد کمی از آلیاژها و فلزهای دیگر مثل منگنز، وانادیم، تیتانیوم، مولیبدن، نیتروژن و بور هستند. میزان این آلیاژها تقریباً 5 تا 6 درصد وزن فولاد را تشکیل می‌دهند که 2 درصد آن به منگنز اختصاص دارد. فولادهای کم‌ آلیاژ نسبت به فولاد کربنی استحکام بالاتری دارند و در برابر خوردگی مقاوم‌تر هستند. همچنین به‌ واسطه انعطاف‌ پذیری بالایی که دارند، می‌توان از آن‌ها برای ساخت فولاد ساختمانی با شکل‌های مختلف و ورق‌های فولادی استفاده کرد.

3- فولاد آلیاژی (Alloy Steel)

فولاد آلیاژی از آلیاژهای مختلفی مثل نیکل، مس، آلومینیوم و غیره تولید می‌شوند. این فولادهای ساختمانی مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند اما سایر ویژگی‌های آن‌ها مثل استحکام، جوش‌ پذیری و نقطه تسلیم، به نوع فلز و آلیاژهای موجود در آن‌ها بستگی دارد. فولادهای آلیاژی معمولاً از لحاظ قیمت جزء گزینه‌های مقرون‌ به‌ صرفه هستند.

4- فولاد آلیاژی کوئنچ شده و تمپر شده (Quenched and tempered alloy steels)

به این دسته از فولاد ساختمانی، فولادهای آلیاژی آبدیده هم گفته می‌شود و یکی دیگر از انواع فولاد ساختمانی هستند که استحکام و مقاومت زیادی دارند. در فرایند تولید این فولادها از عملیات کوئنچ و تمپرینگ برای افزایش استحکام فولاد استفاده می‌کنند. نحوه انجام این دو عملیات به‌ صورت زیر است: 

• کوئنچ: در این عملیات، ابتدا فولاد را تا دماهای بسیار بالا حرارت می‌دهند، سپس بلافاصله آن را در داخل مایعی مثل آب، روغن یا نیتروژن قرار می‌دهند تا سریع سرد شود.
• تمپرینگ: در تمپرینگ، فولاد سرد شده در مرحله کوئنچ را دوباره حرارت می‌دهند اما این بار آن را به‌ تدریج و با سرعت کم‌تری سرد می‌کنند. انجام این دو عملیات استحکام و انعطاف‌ پذیری فولاد آلیاژی را تا حد زیادی افزایش می‌دهد.

فولادهای آلیاژی را بسته به نیاز و کاربردی که دارند، می‌توان با فلز و آلیاژهای مختلفی مثل منگنز، کروم، نیکل، مولیبدن و غیره تولید کرد. میزان و درصد این آلیاژها معمولاً مشابه یا کمی بالاتر از فولادهای کم‌ آلیاژ است. در واقع، تفاوت اصلی میان فولاد ساختمانی آلیاژی و کم‌ آلیاژ، در فرایند تولید آن‌ها است نه میزان ترکیبات فلزی یا آلیاژی.

5- فولاد آهنگری (Forged steel)

فولادهای آهنگری با اعمال فشار و ضربه به فولاد نیمه جامد ساخته می‌شوند. البته امروزه این فولادها با روش‌های جدیدتری ساخته می‌شوند و کیفیت بیشتری نسبت به قبل دارند. چکش‌کاری و اعمال فشار در این فولادها باعث می‌شود که حفره و حباب‌های گازی در سطح فولاد تا حد زیادی کاهش پیدا کند. این مورد باعث افزایش استحکام فولاد و بهبود خواص آن می‌شود.

6. فولاد ضدزنگ یا استنلس استیل (Stainless Steel)

فولادهای ضدزنگ که بسیار رایج هستند، مقاومت زیادی در برابر خوردگی دارند و در محیط‌های مربوط دچار خوردگی و زنگ‌زدگی نمی‌شوند. در تولید این فولادها علاوه بر آهن و کربن، از فلز کروم هم استفاده شده که خاصیت ضدزنگ بالایی دارد. کروم حدود 20 درصد از ترکیبات فولاد ضدزنگ را به خود اختصاص می‌دهد و با ایجاد لایه‌های اکسید روی سطح فولاد، از خوردگی آن جلوگیری می‌کند. 

7. فولاد ابزاری (Tool Steel)

فولاد ابزاری هم یکی دیگر از فولادهای بسیار قوی و سخت است و معمولاً از آن برای تولید ابزارآلات ساختمانی مثل چکش و لوله‌ بازکن استفاده می‌کنند. علاوه بر سختی، این فولاد در برابر حرارت هم مقاومت خوبی دارد و دوام آن‌ها بسیار بالا است. برای افزایش سختی و استحکام این فولادها از ترکیباتی مثل تنگستن و کبالت استفاده می‌کنند.

انواع فولاد ساختمانی از لحاظ شکل

یکی دیگر از روش‌های دسته‌بندی انواع فولاد ساختمانی، بر اساس شکل ظاهری آن‌ها است. هر کدام از این اشکال با اهداف مشخصی طراحی شده‌اند و کاربردهای خاصی دارند. معمولاً فولاد در ابتدا به شمش، بلیت، بلوم یا اسلب تبدیل می‌شود و از این محصولات، اشکال مختلف ساخته می‌شود. در ادامه هر کدام از این اشکال فولادی را بیشتر توضیح می‌دهیم و در تصویر زیر می‌توانید آن‌ها را ببینید.

1. نبشی (Angle or L-Shape)

فولادهای نبشی به شکل حرف L انگلیسی هستند و در اندازه‌های مختلفی تولید می‌شوند. برای ساخت نبشی، دو پایه فولادی را با زاویه 90 درجه به هم متصل می‌کنند. بسته به نوع نبشی، اندازه پایه‌ها نسبت به هم می‌تواند مساوی یا نابرابر باشد. از این فولاد ساختمانی، معمولاً در گوشه سازه‌های ساختمانی برای پایداری بیشتر و حمایت تیرها و ستون‌ها استفاده می‌کنند تا از خم‌ شدن جلوگیری کند.

2. لوله (Pipes)

لوله‌های فولادی، مقاطع استوانه‌ای‌ شکل و توخالی هستند که برای انتقال سیالات مختلف از آن‌ها استفاده می‌شود. ضخامت دیواره این لوله‌ها بسته به نوع سیالات و فشاری که قرار است تحمل کنند، می‌تواند متفاوت باشد. از این فولادهای ساختمانی معمولاً برای گازرسانی، آبرسانی و فاضلاب استفاده می‌کنند. لوله‌های بدون درز مثل لوله مانیسمان رده 40 و لوله درزدار اسپیرال، نمونه‌های پرکاربرد از لوله‌های فولادی برای مصارف ساختمانی هستند.

3. تیرآهن (I-beam, H-beam)

تیرآهن یکی دیگر از فولادهای ساختمانی پرکاربرد است که تقریباً همه ما با آن آشنا هستیم. تیرهای آهنی استحکام و مقاومت بالایی دارند و به‌ عنوان شاکله اصلی در ساخت ساختمان‌های مسکونی و تجاری استفاده می‌شوند. این نوع از فولادهای ساختمانی بسته به نوع پروژه می‌توانند به شکل I یا H باشند که تیرهای H شکل به دلیل ساختار فیزیکی منحصر به‌ فرد داری استحکام و مقاومت بیشتری هستند.

4. میلگرد (Rebar)

میلگرد هم یکی دیگر از انواع فولاد ساختمانی است که دارای مقاطع گرد و توپر با قطر یکسان هستند. میلگردها با فرایندهای نورد گرم یا کشش سرد تولید می‌شوند و استحکام کششی بالایی دارند. با توجه‌ به استاندارد ساخت و وجود برآمدگی روی سطح میلگردها، آن‌ها را به دو دسته اصلی ساده و آج‌دار دسته‌بندی می‌کنند. میلگردهای ساده دارای سطح صاف و یکپارچه هستند در حالی‌ که سطح میلگردهای آج‌دار دارای برآمدگی‌های خاص است. میلگردهای آج‌دار قدرت چسبندگی بیشتری با بتن دارند و مقاومت بتن را تا حد زیادی افزایش می‌دهند.

5. ناودانی (Channel or C-Shape)

شکل ناودانی‌ها به این صورت است که یک تیر فولادی اصلی در مرکز دارند و در دو طرف آن‌ها، صفحات فولادی دیگری به‌ صورت صاف یا خمیده قرار گرفته‌اند. این فولادهای ساختمانی را بر اساس استانداردهای مختلف، معمولاً به شکل C یا U می‌سازند. دهانه‌های ناودانی استحکام بالایی دارند و به‌ سختی دچار خمیدگی یا پیچ‌ خوردگی می‌شوند. به همین دلیل از ناودانی‌ها معمولاً برای ساخت چارچوب‌های در و پنجره، نرده و غیره استفاده می‌کنند.

6.صفحه یا ورق (Plates)

یکی دیگر از انواع فولاد ساختمانی، ورق یا پلیت فولادی است. این ورق‌های فولادی را می‌توان به اندازه‌ها و شکل‌های مختلفی برش داد و به همین خاطر در پروژه‌های مختلفی استفاده می‌شوند. پلیت‌های فولادی معمولاً می‌توانند وزن و فشار زیادی را تحمل کنند و ساختاری مستحکم و یکپارچه دارند. از طرفی دیگر، این ورق‌ها در برابر زنگ‌ زدگی و سایش مقاومت زیادی دارند و از آن‌ها برای تقویت پایه ساختمان‌های بلند، استادیوم‌ و پل‌ها استفاده می‌شود.

7. مقاطع تی شکل (Tee-Shape)

مقاطع یا تیرآهن تی شکل از طریق نورد گرم، اکستروژن و جوشکاری ورق فولاد به شکل T تولید می‌شوند. این نوع تیرآهن کاربردهای مختلفی دارد و می‌توان از آن به‌ عنوان جایگزینی برای تیرآهن I شکل هم استفاده کرد. از این تیرآهن‌ها همچنین برای اتصال تیرآهن I شکل به اشکال دیگر تیرآهن هم استفاده می‌شود.

8. پروفیل یا مقاطع توخالی (HSS-Shape)

مقاطع ساختمانی توخالی (Hollow Structural Sections) یکی دیگر از انواع لوله‌های فولادی جوش‌ داده‌ شده هستند که از مقاومت بالایی برخوردارند. این مقاطع به اشکال مختلفی مانند مربع، مستطیل یا گرد در اندازه‌های مختلف و طبق استانداردهای A1085، A1065 و ASTM A500 تولید می‌شوند. این مقاطع جزو کارآمدترین مقاطع فولادی برای اهداف سازه‌ای و ساختمانی به حساب می‌آیند. 

9. مقاطع زد شکل (Z-Shape)

پروفیل فولادی Z شکل یکی از پرکاربردترین مقاطع فولادی در سازه‌های فلزی است. این پروفیل تحمل و مقاومت زیادی در برابر بارهای کششی دارد و می‌تواند استحکام ساختمان را تا حد زیادی افزایش دهد. یکی از مهم‌ترین کاربردهای پروفیل‌های زی شکل، به‌کارگیری در سقف و دیواره‌های سالن‌های چند طبقه و کارخانه‌ها است.

تا اینجا انواع فولاد ساختمانی بر اساس شکل و ترکیبات اولیه را به شما معرفی و کاربردهای هر کدام را بیان کردیم. روش تولید هر کدام از این قطعات فولادی می‌تواند متفاوت باشد و برخی از آن‌ها به چندین روش تولید می‌شوند. برخی از این قطعات از نورد سرد یا گرم به وجود می‌آیند و برخی دیگر هم از طریق جوش یا سایر اتصالات ساخته می‌شوند.

برای مثال لوله‌های فولادی هم از طریق نورد گرم ساخته می‌شوند و هم از طریق جوش اما محصول نهایی با هم تفاوت دارند. به دسته اول لوله‌های بدون درز یا مانیسمان گفته می‌شود و به دسته دوم لوله‌های درزدار. اگر با تفاوت‌های این دو آشنا نیستید، پیشنهاد می‌کنیم مقاله تفاوت لوله مانیسمان و درزدار را مطالعه کنید.

استاندارد فولاد ساختمانی

فولادهای ساختمانی بر اساس استانداردهای مختلفی تولید می‌شوند که هر استاندارد، اندازه، استحکام، میزان ترکیبات شیمیایی و فرایند تولید آن‌ها را مشخص می‌کند. استاندارد فولاد ساختمانی معمولاً به‌ صورت منطقه‌ای و کشوری تعیین می‌شود. با این‌ حال، برخی از این استاندارها مثل ASTM، API، BSI و ISO بین‌المللی هستند و در بیشتر کشورها پذیرفته شده‌اند.

در زیر به دو استانداردی که بسیار رایج هستند را بیشتر توضیح دادیم:

• استاندارد اروپایی (EN 10025): استاندارد EN یکی از رایج‌ترین استانداردها برای تولید فولاد ساختمانی در کشورهای اروپایی است. این استاندارد مشخصات فنی، کاربرد و درصد کربن و سایر آلیاژهای فلزی در ترکیبات فولاد ساختمانی را مشخص می‌کند. EN 10029/AC، EN 10034 و EN 10048 هم از استانداردهای مکمل این استاندارد هستند.
• استاندارد آمریکایی (ASTM): استاندارد آمریکایی ASTM یکی از پرکاربردترین استانداردها برای تولید انواع فولاد ساختمانی است. این استاندارد زیر مجموعه‌های زیادی دارد که هر کدام مشخصات گروه خاصی از فولادهای ساختمانی را نشان می‌دهند. برای مثال، استاندارد ASTM A572 برای ساخت فولاد ساختمانی کم‌ آلیاژ با استحکام بالا استفاده می‌شود و برای سایر فولادها هم استانداردهای دیگری تعریف شده است.

کاربرد فولاد ساختمانی چیست؟

فولادهای ساختمانی به‌ واسطه استحکام، انعطاف‌ پذیری و ویژگی‌های منحصر به‌ فردی که دارند به‌ صورت گسترده در صنایع مختلف استفاده می‌شوند. برخی از مهم‌ترین کاربرهای فولاد ساختمانی عبارت‌اند از:

• ساختمان‌ سازی: مهم‌ترین کاربرد این فولادها در ساخت سازه‌های ساختمانی مثل خانه‌های مسکونی، تجاری، برج‌ سازی و غیره است. برای ساخت اسکلت و برخی از زیرساخت‌های ساختمانی مثل، آبرسانی، فاضلاب، گازرسانی و غیره هم از فولاد ساختمانی استفاده می‌شود.
• پل‌ سازی: فولادهای ساختمانی استحکام بسیار بالایی دارند و می‌توان از آن‌ها به‌ عنوان ستون و چارچوب در ساخت انواع پل‌ها به‌ خصوص پل‌های فلزی استفاده کرد.
• سیستم‌های لوله‌کشی: از فولاد ساختمانی می‌توان لوله‌های فولادی درزدار و بدون‌ درز را تولید کرد و از آن‌ها برای سیستم‌های لوله‌کشی استفاده کرد.
• صنعت خودرو: علاوه بر ساختمان‌ سازی، فولاد ساختمانی در صنعت خودرو هم کاربردهای زیادی دارد و برای ساخت ورق‌های فلزی مثل کاپوت و بدنه خودرو به کار می‌رود.
• برج‌های مخابراتی: از این فولادها برای ساخت انواع برج مخابراتی برای برقراری ارتباطات هم استفاده می‌شود.
• توربین‌های بادی: توربین‌های بادی به استحکام، دوام و مقاومت بالایی نیاز دارند. برای همین در ساخت اسکله و چهارچوب این سازه‌ها هم از فولاد ساختمانی استفاده می‌شود. 
• کشتی‌ سازی: از فولادهای ساختمانی و مخصوصاً ورق‌های فولادی، در کشتی‌ سازی استفاده می‌شود و در ساخت اسکله و بندرها هم کاربرد دارند.

سؤال دیگری در رابطه‌ با فولاد ساختمانی دارید؟

تا اینجا به‌ صورت کامل گفتیم که فولاد ساختمانی چیست و چه کاربردهایی در زندگی روزمره ما دارد. همچنین انواع فولاد ساختمانی، مشخصات فنی و استانداردهای فولاد ساختمانی را به شما گفتیم. امیدواریم که توانسته باشیم به همه سؤالات شما در رابطه‌ با فولاد ساختمانی پاسخ دهیم. اگر سؤال دیگری در این مورد دارید، می‌توانید در قسمت پرسش‌ و پاسخ این بخش، سؤال خود را بپرسید.