الفولاذ الإنشائي

الفولاذ الإنشائي هو نوع من الفولاذ يُستخدم في صناعة مواد البناء بأشكال متنوعة. تتخذ العديد من أشكال الفولاذ الإنشائي شكل عارضة طويلة ذات مقطع عرضي محدد . تخضع أشكال الفولاذ الإنشائي وأحجامه وتركيبه الكيميائي وخواصه الميكانيكية، مثل المتانة وطرق التخزين، لمعايير محددة في معظم الدول الصناعية. يُستخدم الفولاذ الإنشائي عادةً في نظام من العناصر المتصلة والمثبتة معًا لتحمل الأحمال لتلبية احتياجات محددة. ^{[ 1 ]}

تتميز الأشكال الفولاذية الإنشائية، مثل عوارض I ، بعزوم مساحة ثانية عالية ، لذا يمكنها تحمل أحمال عالية دون ترهل مفرط . ^{[ 2 ]}

تم وصف الأشكال المتاحة في المعايير المنشورة في جميع أنحاء العالم، كما تتوفر أيضًا مقاطع عرضية متخصصة وخاصة.

• مقطع عرضي على شكل حرف I (يُكتب بحرف كبير مزخرف - في بريطانيا يشمل ذلك العوارض العالمية (UB) والأعمدة العالمية (UC)؛ في أوروبا يشمل ذلك مقاطع IPE وHE وHL وHD وغيرها؛ في الولايات المتحدة يشمل ذلك مقاطع ذات حواف عريضة (WF أو على شكل حرف W) ومقاطع H).
• شكل حرف Z (نصف شفة في اتجاهين متعاكسين) ^{[ 3 ]}
• مقطع هيكلي مجوف على شكل HSS ( يُعرف أيضًا باسم SHS (مقطع هيكلي مجوف) ويشمل المقاطع العرضية المربعة والمستطيلة والدائرية (الأنابيب) والبيضاوية)
• الزاوية (مقطع عرضي على شكل حرف L)
• قناة هيكلية ، أو عارضة على شكل حرف C، أو مقطع عرضي على شكل حرف C
• حرف T (مقطع عرضي على شكل حرف T)
• قضيب ذو مقطع عرضي مستطيل، ولكنه ليس عريضًا لدرجة أن يُطلق عليه اسم صفيحة .
• قضيب، مقطع دائري أو مربع طويل مقارنة بعرضه.
• الصفائح المعدنية، الصفائح المعدنية التي يزيد سمكها عن 6  مم أو 1/4 بوصة  .
• عوارض فولاذية مفتوحة الشبكة

يمكن تشكيل المقاطع بالدرفلة الساخنة أو الباردة ، أو تصنيعها عن طريق لحام الصفائح المسطحة أو المنحنية معًا. ^{[ 4 ]}

تُستخدم مصطلحات "الحديد الزاوي" و "الحديد المشكل" و "الحديد الصفائحي" بشكل شائع منذ ما قبل استبدال الحديد المطاوع بالفولاذ في الأغراض التجارية، ولا تزال تُستخدم بكثرة. في الكتابة الفنية ، تُستخدم مصطلحات "الحديد الزاوي " و "الحديد المشكل" و "الحديد الصفائحي" بدلاً من هذه المصطلحات الخاطئة .

يُباع الفولاذ بالوزن، لذا يجب أن يكون التصميم خفيفًا قدر الإمكان مع ضمان السلامة الهيكلية. وقد يكون استخدام عناصر فولاذية متعددة ومتطابقة أرخص من استخدام مكونات فريدة. ^{[ 10 ]}

يمكن أن يكون استخدام الخرسانة المسلحة والفولاذ الإنشائي مستدامًا ^{[ 11 ]} إذا تم استخدامهما بشكل صحيح. يتم تصنيع أكثر من 80% من عناصر الفولاذ الإنشائي من معادن معاد تدويرها، تُعرف باسم فولاذ A992. يتميز هذا النوع من الفولاذ بانخفاض تكلفته وارتفاع نسبة قوته إلى وزنه مقارنةً بعناصر الفولاذ المستخدمة سابقًا (من الدرجة A36). ^{[ 12 ]}

يجب مراعاة اعتبارات خاصة فيما يتعلق بالفولاذ الإنشائي لضمان عدم تعرضه لخطر الحريق. ^{[ 13 ]}

لا يمكن تعريض الفولاذ الإنشائي للبيئة دون حماية مناسبة، لأن أي رطوبة أو ملامسة للماء ستؤدي إلى حدوث أكسدة ، مما يضر بالسلامة الإنشائية للمبنى ويعرض السكان والجيران للخطر. ^{[ 13 ]}

يُعد الفولاذ الإنشائي، بفضل قوته وصلابته ومتانته وخصائصه المرنة، أحد أكثر المواد استخداماً في تشييد المباني التجارية والصناعية. ^{[ 14 ]}

يمكن تشكيل الفولاذ الإنشائي بأي شكل تقريبًا، ويتم تثبيت أجزائه معًا إما بالمسامير أو باللحام أثناء عملية البناء. ويمكن تركيب الفولاذ الإنشائي فور وصول المواد إلى الموقع، بينما يجب معالجة الخرسانة لمدة أسبوع إلى أسبوعين على الأقل بعد الصب قبل استئناف البناء، مما يجعل الفولاذ مادة بناء ملائمة للجدول الزمني. ^{[ 13 ]}

الفولاذ مادة غير قابلة للاحتراق بطبيعتها. مع ذلك، عند تسخينه إلى درجات حرارة مماثلة لتلك الموجودة في الحرائق، تنخفض قوة وصلابة المادة بشكل ملحوظ. يشترط قانون البناء الدولي تغليف الفولاذ بمواد مقاومة للحريق بدرجة كافية، مما يزيد من التكلفة الإجمالية للمباني ذات الهياكل الفولاذية. ^{[ 14 ]}

قد يتعرض الفولاذ للتآكل عند ملامسته للماء، مما يُشكل خطراً محتملاً على سلامة الهيكل. لذا، يجب اتخاذ تدابير وقائية في إنشاءات الفولاذ الهيكلية لمنع أي تآكل على المدى الطويل. يمكن طلاء الفولاذ لتوفير مقاومة للماء، كما أن المواد المقاومة للحريق المستخدمة في تغليف الفولاذ غالباً ما تكون مقاومة للماء. ^{[ 13 ]}

يوفر الفولاذ بيئة سطحية أقل ملاءمة لنمو العفن مقارنة بالخشب. ^{[ 15 ]}

تُبنى الهياكل الشاهقة باستخدام الفولاذ الإنشائي نظراً لسهولة تصنيعه، فضلاً عن نسبة قوته العالية إلى وزنه. ^{[ 16 ]}

يفقد الفولاذ قوته عند تسخينه بدرجة كافية. درجة الحرارة الحرجة لعنصر فولاذي هي درجة الحرارة التي لا يستطيع عندها تحمل حمولته بأمان . تحدد قوانين البناء والممارسات القياسية في الهندسة الإنشائية درجات حرارة حرجة مختلفة تبعًا لنوع العنصر الإنشائي وتكوينه واتجاهه وخصائص التحميل. غالبًا ما تُعتبر درجة الحرارة الحرجة هي درجة الحرارة التي ينخفض ​​عندها إجهاد الخضوع إلى 60% من إجهاد الخضوع عند درجة حرارة الغرفة. ^{[ 17 ]} لتحديد تصنيف مقاومة الحريق لعنصر فولاذي، يمكن استخدام ممارسات حسابية معتمدة، ^{[ 18 ]} أو إجراء اختبار حريق ، حيث تُحدد درجة الحرارة الحرجة وفقًا للمعيار المعتمد لدى الجهة المختصة، مثل قانون البناء. في اليابان، تقل هذه الدرجة عن 400 درجة مئوية. ^{[ 19 ]} في الصين وأوروبا وأمريكا الشمالية (مثل ASTM E-119)، تتراوح هذه الدرجة بين 1000 و1300 درجة فهرنهايت ^{[ 20 ]} (530-810 درجة مئوية). يُحدد الوقت اللازم لوصول عنصر الفولاذ المُختبَر إلى درجة الحرارة المحددة في معيار الاختبار مدة صلاحية تصنيف مقاومة الحريق . ويمكن إبطاء انتقال الحرارة إلى الفولاذ باستخدام مواد مقاومة للحريق ، مما يحد من درجة حرارة الفولاذ. تشمل طرق مقاومة الحريق الشائعة للفولاذ الإنشائي الطلاءات المنتفخة ، والماصة للحرارة، والجص، بالإضافة إلى ألواح الجبس، وتكسية سيليكات الكالسيوم، وبطانيات العزل المصنوعة من الصوف المعدني. ^{[ 21 ]}   

تشمل مواد مقاومة الحريق للهياكل الفولاذية الطلاءات المنتفخة، والماصة للحرارة، والجص، بالإضافة إلى ألواح الجبس ، وألواح سيليكات الكالسيوم ، وبطانيات الصوف العازلة للحرارة العالية أو المعدنية. ويُولى اهتمام خاص للوصلات، حيث أن التمدد الحراري للعناصر الإنشائية قد يُضعف مقاومة الحريق في التجميعات المصنفة.

يتم عادةً قطع قطع العمل إلى الطول المطلوب باستخدام منشار شريطي .

تقوم خطوط حفر العوارض بحفر الثقوب وتشكيل الفتحات في العوارض والقنوات وعناصر الفولاذ عالي القوة. عادةً ما تكون خطوط حفر العوارض التي تعمل بنظام التحكم الرقمي الحاسوبي (CNC) مزودة بسيور تغذية ومستشعرات موضعية لتحريك العنصر إلى موضعه المناسب للحفر، بالإضافة إلى إمكانية الفحص لتحديد الموقع الدقيق للثقب أو الفتحة المراد قطعها.

لقطع الفتحات غير المنتظمة أو النهايات غير المتجانسة في العناصر ذات الأبعاد غير الصفائحية، يُستخدم عادةً موقد القطع. تُعدّ مواقد الأكسجين والوقود التقنية الأكثر شيوعًا، وتتراوح بين المواقد اليدوية البسيطة وآلات القطع الآلية CNC التي تُحرّك رأس الموقد حول العنصر الهيكلي وفقًا لتعليمات القطع المُبرمجة في الآلة.

تُجرى عملية تصنيع الصفائح المسطحة في مركز معالجة الصفائح، حيث تُوضع الصفيحة بشكل مسطح على "طاولة" ثابتة، وتتحرك رؤوس القطع المختلفة على سطحها من خلال ذراع أو "جسر" على شكل رافعة. وتشمل رؤوس القطع المثقب، والمثقاب، والشعلة.

• دليل وضع علامة CE على الهياكل الفولاذية، منشور BCSA رقم 46/08.
• معلومات عن الإنشاءات الفولاذية من الجمعية البريطانية لأعمال الصلب الإنشائية
• دليل الفولاذ الإنشائي
• بيانات فنية حول أكثر الأشكال الهيكلية الأوروبية شيوعاً