آشنایی با انواع مقاطع فولادی و کاربرد آنها

مقاطع فولادی (به انگلیسی steel sections) اسم‌های بسیار متفاوتی دارند. در انگلستان با نام مقطع شناخته می‌شوند، در سرتاسر اروپا اما به آن‌ها پروفیل گفته می‌شود. در ایران نامگذاری مقاطع فولادی بیشتر براساس شکل و کاربرد اصلی آن‌ها انجام می‌شود اما در صنعت به شکل کلی هم با نام مقطع فولادی و هم پروفیل شناخته می‌شوند. از نظر شکل، مقاطع فولادی بسیار متنوع هستند و انواع مختلفی چون توپر، توخالی، باز و … دارند. همین شکل و ساختار متنوع باعث شده کاربرد مقاطع فولادی هم بسیار گسترده و متنوع باشد. نمونه‌های بزرگ و ضخیم آن در صنایع سنگین و برای ساخت‌و‌ساز کاربرد دارد نمونه‌های ظریف‌تر اما بیشتر برای ساخت محصولات مصرفی و تزئینی استفاده می‌شود. فروش مقاطع فولادی به شکل خرد عموماً شاخه‌ای و عمده به صورت بندلی است. فارغ از شکل فروش در اکثر مواقع قیمت مقاطع فولادی براساس وزن آن‌ها تعیین می‌شود. در خرده فروشی، وزن شاخه و عمده فروشی وزن بندل، ملاک قرار می‌گیرد. ضخامت، ابعاد سطح مقطع و طول شاخه، سه فاکتوری هستند که تعیین می‌کنند وزن هر شاخه چقدر باشد. جدول مقاطع فولادی یا جدول اشتال مرجع معتبری است که از آن می‌توان برای به دست آوردن مشخصات مقاطع فولادی استفاده کرد. هر کدام از انواع مقاطع فولادی جدول مخصوص به خود را دارند که تمام پارامترهای آن بر اساس استانداردهای جهانی درج شده است.

مقاطع فولادی موجود در بازار ایران را می‌توان به 6 دسته کلی تقسیم کرد که هر کدام بر اساس ویژگی‌های فیزیکی که دارند کاربرد و مورد مصرفشان خاص و متفاوت از سایر نمونه‌هاست.

ناودانی یا مقاطع C شکل ناودانی (به انگلیسی channel section) یکی از انواع مقاطع فولادی گرم نورد شده است. از یک بدنه و دو بال ساخته شده است با این تفاوت که بدنه نه در قسمت میانی بال‌ها که در انتهای آن‌ها قرار گرفته است. این شکل ظاهراً ساده، مقاومت ساختاری زیادی ایجاد می‌کند که این نوع مقاطع طویل فولادی را تبدیل به گزینه‌ای کاربردی برای ساخت قاب و مهاربند کرده است. ناودانی نوعی پروفیل باز با سطح مقطع C یا U شکل است که از باکیفیت‌ترین انواع فولاد برای ساخت آن استفاده می‌شود. شکل سطح مقطع خاص این نوع پروفیل باعث می‌شود ناودانی ساختاری یکپارچه و عملکردی مناسب برای تحمل بار داشته باشد. کاربرد ناودانی به واسطه‌ی ویژگی‌های فیزیکی و ساختاری بینظیرش بسیار زیاد و متنوع است که در ادامه به چند مورد از آن‌ها اشاره خواهیم کرد. در زمینه ساخت و ساز از آن‌ها به عناون سازه پشتیبان سقف و ستون، قاب‌بندی دیوار، برای سقف کاذب و حتی چهارچوب در و پنجره استفاده می‌شود. در صنایع تولیدی و مهندسی گزینه مناسبی برای ساخت سازه اصلی انواع نوار نقاله در کارخانه‌ها، قفسه‌ها و پالت‌های ذخیره‌سازی، همچنین ساخت شاسی و بدنه خودرو هستند. از این مقاطع حتی برای زیرساخت‌های برق و مخابرات هم استفاده می‌شود. از آن‌ها به عنوان کانال برای عبور کابل‌های مخابراتی و سازه پشتیبان برای خطوط برق هوایی و شبکه‌های ارتباطی هم استفاده می‌شود. نبشی یا مقاطع L شکل شکل سطح مقطع نبشی (به انگلیسی: angle section) چیزی شبیه به L است. بال‌های این مقطع می‌تواند طول‌هایی برابر یا متفاوت داشته باشد اما زاویه دوبال در هر صورت قائمه است. این ساختار و زاویه‌ی 90 درجه، مقاومت ساختاری این مقطع را به شدت افزایش داده و باعث شده نبشی عملکرد بسیار خوبی تحت فشارهای نقطه‌ای داشته باشد. این مقاطع را به راحتی می‌توان برش داد، پانچ، ماشین‌کاری و یا حتی جوشکاری کرد به همین دلیل پرکاربردترین شکل بین کلیه مقاطع فولادی است. نبشی نیز مشابه سایر انواع مقاطع فولادی به شکل شاخه‌های 6 متری تولید می‌شود و مصرف‌کننده باتوجه به نیاز خود می‌تواند آن‌ها را به طول‌‌های کوچکتری برش بدهد. از نبشی برای ساخت سیستم‌های کف در آپارتمان‌های مسکونی، بخشی از سازه‌های سبک مثلثی و … استفاده می‌شود. نکته جالب و جذاب در مورد این مقاطع، فرآیند ساده‌ی ساخت آن‌ها است.

مقاطع فولادی توخالی ((HSS) hollow structural section) یکی از کاربردی‌ترین و مناسب‌ترین انواع مقاطع باکس فولادی موجود در بازار است. از ورق نورد گرم و سرد برای ساخت آن‌ها استفاده می‌شود و با دو شکل کلی لوله یا پروفیل در بازار موجود هستند. این مقاطع در واقع یک چهارچوب فولادی هستند و بخش داخلی آن‌ها خالی است و دقیقاً به همین دلیل هم به آن‌ها مقاطع توخالی یا باکسی گفته می‌شود. کاربرد، موارد مصرف و به تبع آن حجم تولید مقاطع فولادی بسیار بیشتر شده است و این تنها به لطف انعطاف‌پذیری، مقاومت ساختاری و به طور کل ویژگی‌های مطلوب آن‌ها است. مقاطع فولادی توخالی در زمینه ساخت‌و‌ساز و تولید انواع محصولات صنعتی و تجاری بسیار مناسب و کارآمد هستند.

لوله :لوله (circular hollow sections) اولین نمونه از مقاطع فولادی توخالی بود که در صنعت تولید شد و مورد استفاده قرار گرفت. همان‌طور که می‌دانید شکل سطح مقطع لوله دایره‌ای شکل و بدون هر گونه زاویه یا خم‌خوردگی است. هم از ورق روغنی و هم سیاه برای ساخت آن استفاده می‌شود. شکل دایره‌ای و ساختار یکپارچه‌ی سطح مقطع باعث شده این مقاطع، حتی نمونه‌های بسیار نازک و ظریف آن‌ها از استحکام و مقاومت خوبی بهره‌مند باشند.کاربرد لوله‌ها بسته به ویژگی‌های فیزیکیشان بسیار متفاوت و متنوع است. از نمونه‌های ضخیم و صنعتی آن به عنوان داربست، پایه‌های پل، فنس و … استفاده می‌شود نمونه‌های کم ضخامت‌تر اما عموماً برای ساخت محصولات مصرفی چون انواع مبلمان، میز و صندلی و حتی قطعه‌سازی کاربرد دارد.

پروفیل:پروفیل واژه‌ای عام است که چند نمونه مختلف از مقاطع فولادی را شامل می‌شود. با سطح مقطع مربعی (square hollow section)، پروفیل با سطح مقطع مستطیلی (rectangular hollow section)، با سطح مقطع مثلثی (triangle hollow section) سه نمونه از معمول‌ترین اشکال پروفیل‌ها هستند.پروفیل‌های مربعی از لحاظ ویژگی‌های فیزیکی و وضعیت ساختاری عملکردی بین لوله و پروفیل‌های مستطیلی دارند. شکل یکپارچه‌ی سطح مقطع آن‌ها باعث می‌شود ایجاد اتصال بین قطعات مختلف به خصوص با جوشکاری به نسبت ساده‌تر باشد و نیازی به آماده‌سازی‌های اولیه نداشته باشد.پروفیل‌های مستطیلی باتوجه به این که ظاهری متفاوت‌تر از نمونه‌های مربع شکل دارند کاربردشان نیز کمی متفاوت است. نمونه‌های ظریف آن‌ها اغلب کاربرد تزئینی دارد. زاویه‌دار بودن سطح مقطع و برابر نبودن اضلاع باعث می‌شود تولیدکننده هنگام کار با این مقاطع با چالش‌های بیشتری مواجه شود. از برش و جوشکاری که نیاز به دقت و اماده‌سازی سطحی زیادی دارد تا کشش که تحت آن هر گوشه از پروفیل عملکرد متفاوتی خواهد داشت.پروفیل‌های مثلثی یکی از خاص‌ترین اشکال پروفیل‌ها هستند که عمده‌ی کاربردشان در زمینه‌ تولید محصولات تزئینی است. کاربرد محدود این مقاطع باعث شده تنوعشان از نظر ابعاد و ضخامت در مقایسه با سایر اشکال پروفیل بسیار کمتر باشد.

سطح مقطع مقاطع سپری (T-shape section) شبیه به T است و از آلیاژهای متنوعی چون فولاد و آلومینیوم برای ساخت آن استفاده می‌شود. در صنعت بیشتر با نام سپری شناخته می‌شوند و از جمله مقاطع فولادی رایج در ایران در صنعت ساخت‌و‌ساز برای ساخت درب و پنجره، سازه‌های فلزی و مقاطع فولادی برای ستون هستند. این مقاطع به روش فابریک و یا نورد سرد تولید می‌شوند. در زمان ساخت رعایت این نکته که طول قاعده‌ی سپری دو برابر ارتفاع باشد بسیار با اهمیت است. جدول وزن سپری و مشخصات مقاطع فولادی (جدول اشتال) به طور کلی اهمیت بسیار زیادی دارد چرا که تعیین می‌کند این مقاطع چه وزنی داشته باشد و تحمل بار آن‌ها به چه میزان باشد. وزن مقاطع بر قیمت آن‌ها نیز اثر گذار است و اهمیت وزن را بیشتر هم می‌کند. جدول اشتال استانداردی است که سپری را به دو گروه لبه تیز و لبه گرد تقسیم می‌کند و براساس این ویژگی برای هرکدام جدول وزنی خاصی طراحی می‌کند.

تیرآهن (I-shape section) سطح مقطعی شبیه به I یا H دارد. از آن‌ها عموماً به عنوان تیر یا ستون استفاده می‌کنند. قاب فلزی سازه‌های فولادی عموماً از تیر و ستون ساخته شده است. مهاربندی افقی و عمودی این قاب‌های فلزی بسیار مهم بوده و باعث ایجاد مقاومت دربرابر بارهای جانبی می‌شود. بدنه‌ی تیرآهن از دو بخش اصلی با نام بال و جان ساخته شده است. جان ضلع میانی تیرآهن بوده و مقاومت بسیار خوبی در برابر نیروهای برشی از خود نشان می‌دهد و به این شکل از ریزش یا شکستن جلوگیری می‌کند. بال هم دو ضلع بعدی است که عمود به ضلع میانی قرار می‌گیرد. تیرآهن تحت فشار به راحتی خم نمی‌شود و همین ویژگی آن را به مقطعی کارآمد برای ساخت ستون و اسکلت سازه تبدیل کرده است. تمام مقاطع فولادی I و H شبیه به هم هستند و به جای هم نیز قابل استفاده هستند گرچه کاملاً همسان نیستند. هر دو این مقاطع یک بدنه به نام جان و دو بال دارند که عمود بر جان قرار می‌گیرد.

میلگرد (rebar) نوعی از انواع مقاطع استاندارد فولادی است که سطح مقطعی گرد اما توپر دارد و در سایزهای مختلفی به شکل ساده یا آجدار تولید می‌شود. گاهاً در صنعت از واژه‌ی آرماتور (reinforcement rebar) به عنوان جایگزین واژه میلگرد استفاده می‌شود اما در واقع این دو واژه هم معنی نیستند و آرماتور شکلی تغییریافته از میلگرد است. کاربرد اصلی این مقاطع در زمینه تقویت سازه‌های بتنی است.

براساس مشخصات مقاطع فولادی می‌توان آن‌ها را به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد.

میلگردهای ساده (A1)

به شکل شاخه و یا کلاف به فروش می‌رسند. از این نوع میلگرد عموماً برای تولید انواع ماشین‌آلات، میخ، پیچ و مهره و حتی سایزهای پایین آن برای مفتول استفاده می‌شود.

میلگردهای آجدار ( A2-A3 )

از جمله مقاطع فولادی نورد شده هستند که تحت نورد بر روی سطح آن‌ها برجستگی‌های طولی یا عرضی ایجاد می‌شود. از میلگرد آجدار اغلب برای مسلح کردن بتن استفاده می‌شود و براساس شکل آج می‌توان آن‌ها را به سه دسته‌ی جناغی، مارپیچ و مرکب تقسیم کرد.

عرض مقاطع تخت فولادی طبق استانداردهای تولید بین 10 تا 400 میلی‌متر و ضخامت آن‌ها چیزی بین 3 تا 40 میلی‌متر است. مقاطع تخت به شکل تسمه و یا ورق هستند. تسمه نواری طویل است که ریسمانی و یا رشته‌ای تولید می‌شود. علاوه بر این که برای ساخت‌و‌ساز کاربرد دارد عموماً برای بسته‌بندی سایر محصولات نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. تسمه نیز مشابه سایر مقاطع آماده فولادی از نظر ضخامت و طول بسیار متنوع است. ورق فولادی همان‌طور که از نام آن‌ نیز پیدا است قطعه‌ای طویل، نسبتاً عریض اما کم ضخامت است که طی نورد تولید می‌شود. تحت نورد شمش فولاد از میان تعداد زیادی غلتک عبور کرده و به تدریج از ضخامت آن کاسته می‌شود. ورق‌های فولادی بسیار متنوع هستند. ورق‌های سیاه یا روغنی که منشائی یکسان دارند و تغییرات در خواص آن‌ها به واسطه‌ی فرآیند تولیدشان ایجاد شده است و ورق آجدار که ظاهری متفاوت از سایر انواع فولاد دارد.

چهار پهلو یکی از انواع مقاطع فولادی است که دارای سطح مقطع مربعی بوده که آن را از سایر اشکال میله متمایز می‌کند و به آن مزایای مشخصی می‌بخشد. این پروفیل‌ها دارای استحکام قابل توجهی هستند که آنها را قادر می‌سازد تا شرایط سخت را به راحتی تحمل کنند. انعطاف پذیری یکی دیگر از ویژگی‌های اصلی این پروفیل‌ها است. چکش خواری مطلوب آنها به چهار پهلو اجازه می‌دهد تا با اشکال و فرم‌های مختلف سازگار شود و در کاربردهای خود تطبیق پذیری ایجاد کنند. این پروفیل‌ها در قابلیت جوشکاری نیز برتری دارند. به لطف خواص استثنایی مواد مورد استفاده مانند فولاد، آلومینیوم، آلیاژ فولاد- کربن، فسفر-برنج و مس-بریلیم، می‌توان آنها را به صورت یکپارچه به هم متصل کرد. این قابلیت در هنگام ساخت و مونتاژ سازه‌ها یا اجزای سازنده دقیق بسیار مهم است.