در دنیای گسترده‌ی معماری و ساخت‌و‌ساز که استحکام مهمترین ویژگی است بی‌شک پروفیل‌های فولادی ساختمانی با اختلاف زیاد یکی از بهترین‌ها هستند. این مقاطع باتوجه به مقاومت، انطباق‌پذیری و پایداری خوبی که دارند، امروز به یکی از اجزای مهم و البته اصلی این صنعت تبدیل شده‌اند. عملکرد خوب این مقاطع تحت فشار بالا نیروی وزن، دلیل اصلی پررنگ شدن نقش آنها در صنعت ساختمان‌سازی است. در ادامه در مورد دنیای گسترده پروفیل‌های ساختمانی بیشتر توضیح خواهیم داد و خواص بی‌نظیر و مزایای بی‌همتای استفاده از آنها را بررسی خواهیم کرد.
فهرست مطالب
پروفیل چیست و انواع آن کدامند؟
در صنعت فولاد، پروفیل در واقع واژه عامی است که از آن برای نامیدن شکل یا مقطع خاص فولادی استفاده می‌شود. برای ساخت این مقاطع از انواع فرآیندهای فورمینگ چون نورد، اکسترود یا خمکاری استفاده می‌کنند. محصول به دست آمده از این فرآیندها شکل، ابعاد و ویژگی‌هایی دارد که مناسب مصرف در صنایع مختلف از ساخت‌و‌ساز تا خودروسازی است. پروفیل‌ها را براساس فاکتورهای مختلفی چون کاربرد، شکل ظاهری، نحوه تولید، وزن و جنس می‌توان دسته‌بندی کرد.
1. کاربرد
پروفیل‌ها براساس کاربرد به دو گروه ساختمانی و صنعتی تقسیم می‌شوند و همان‌طور که از نامشان نیز پیدا است از پروفیل‌های ساختمانی بیشتر در بدنه سازه یا برای ساخت در و پنجره استفاده می‌شود و کاربرد پروفیل‌های صنعتی تقریبا در تمامی صنایع و به طور خاص خودروسازی است.
2. شکل ظاهری
پروفیل‌های باز و بسته دو گروه از پروفیل‌های فولادی هستند که معیار دسته‌بندی آنها شکل ظاهریشان است.
منظور از پروفیل باز، نمونه‌ای است که شکل سطح مقطع آن فرمی کامل و بسته نیست و از یک یا چند جهت باز است. پروفیل Z، آبرو و تیرآهن از جمله انواع کاربردی پروفیل‌های باز هستند.
پروفیل‌های بسته اما کاملا برعکس نمونه‌های باز شکل مقطعشان کامل و بسته است. ساختار این مقاطع به گونه‌ای است که باعث شده در برابر فشار نیروی وزن و نیروی پیچشی عملکرد بسیار خوبی داشته باشند. مقاطع توخالی مثل انواع لوله و پروفیل از جمله پرکاربردترین نمونه‌ها هستند.
3. نحوه تولید
براساس فرآیند تولید هم می‌توان پروفیل‌ها را به دو گروه نورد گرم و نورد سرد تقسیم کرد.
نورد گرم به فرآیندی گفته می‌شود که طی آن فولاد در دمایی بالاتر از دمای تبلور مجدد آن نورد می‌شود. سطح زبر و لبه‌های گرد مهمترین مشخصه این مقاطع هستند. تیرآهن و تسمه دو نمونه از مهمترین اشکال پروفیل‌های نورد گرم هستند.
تحت نورد سرد کاملا برعکس نورد گرم، یا فرآیند در دمای اتاق و یا در دمایی پایین‌تر از دمای تبلور مجدد انجام می‌شود. فرآیند تولید متفاوت باعث شده ویژگی محصولات تولیدی از این دو روش، با هم کاملا متفاوت باشد. مقاطع تولید شده تحت نورد سرد کیفیت سطحی بالا و لبه‌های تیزی دارند. پروفیل Z، آبرو و کلاهی سه نمونه پرمصرف از این مقاطع هستند.
4. وزن
پروفیل‌ها براساس وزنشان در واحد طول به دو گروه سبک و سنگین تقسیم می‌شوند. وزن پروفیل مستقیما تحت تاثیر پارامترهای ابعادی چون طول، ضخامت و ابعاد سطح مقطع قرار دارد.
پروفیل سبک یا مبلی همان‌طور که از نامشان نیز پیدا است در واحد طول، وزن بسیار کمی دارند. درواقع بیشتر این ضخامت کم دیواره و ابعاد کوچک سطح مقطع است که باعث شده این پروفیل سبک وزن باشد. ظرافت و وزن کم این مقاطع دلیل اصلی گسترش موارد مصرف آن برای محصولاتی شده که سبک وزن بودنشان در درجه اول اهمیت است. در بحث قیمت پروفیل نیز عامل ضخامت تاثیر زیادی دارد و به دلیل ضخامت کم، قیمت پروفیل سبک، مناسب‌تر از سایر انواع پروفیل است.
باتوجه به توضیحات بخش‌های قبلی، طبیعتاً پروفیل سنگین، مقطعی است که ضخامت دیواره آن، زیاد و ابعاد سطح مقطعش بزرگ باشد. این ویژگی‌های فیزیکی باعث شده توان تحمل وزن این مقاطع بسیار زیاد باشد و درنتیجه بیشتر به عنوان ستون سازه‌های عظیم از آنها استفاده شود.
5. جنس
پروفیل‌ها از لحاظ جنس یا همان ماده اولیه، تنوع بالایی دارند. فولاد، آلومینیوم، استیل، پلاستیک، کامپوزیت و چوب از جمله معمول‌ترین آنها هستند.
فولاد آلیاژی است که از ترکیب آهن و کربن ساخته شده است. از پروفیل‌های فولادی بیشتر در زمینه ساخت‌و‌ساز و تولید محصولات تجاری استفاده می‌شود. پروفیل‌های گالوانیزه نوعی از انواع پروفیل‌های فولادی هستند که سطح آنها با لایه‌ای نازک از فلز روی پوشیده شده است. این پوشش ثانویه می‌تواند مانع از زنگ‌زدگی پروفیل برای مدت زمان طولانی شود.
آلومینیوم، فلزی سبک وزن و مقاوم دربرابر زنگ‌زدگی است که از پروفیل‌های آن بیشتر در زمینه معماری و برای ساخت انواع پروفیل در و پنجره و پارتیشن استفاده می‌کنند. در صنعت خودروسازی به‌ویژه برای ساخت وسایل نقلیه سبک وزن، بسیار کاربردی هستند.
پروفیل استیل درون ترکیبات خود، درصدی کروم و عناصر آلیاژی را علاوه‌بر آهن و کربن دارد که باعث خاصیت ضدزنگی ذاتی آن می‌شود. پروفیل استیل مقاومت بسیار زیادی دربرابر زنگ‌زدگی و خوردگی دارد درنتیجه جایی که رعایت بهداشت، دوام و زیبایی قطعه اهمیت دارد، کاربردی هستند.
از انواع پلاستیک چون PVC و HDPE برای ساخت پروفیل پلاستیکی استفاده می‌کنند. این پروفیل‌ها ویژگی‌های بسیار مناسبی دارند. سبک وزن، ضدزنگ و عایق هستند. به همین خاطر بیشتر در زمینه تولید در و پنجره کاربرد دارند.
پروفیل‌های کامپوزینی از ترکیباتی که اغلب فیبر کربن یا فایبرگلاس است، ساخته می‌شوند. نسبت استحکام به وزن این مقاطع بسیار بالا است و بیشتر مواقعی کاربرد دارند که سبک وزن بودن و ماندگاری در درجه اول اهمیت است، مثل صنایع هوایی، خودروسازی و ورزشی.
برای ساخت پروفیل چوبی از الوار یا چوب‌های صنعتی استفاده می‌کنند. اغلب برای قاب‌بندی سازه، در، پنجره و گاهاً ساخت محصولات تزئینی کاربرد دارند. زیبایی طبیعی پروفیل‌های چوبی در کنار ویژگی‌هایی چون عایق بود و پایداری بالا، آنها را به مقاطع خاص و البته کاربردی تبدیل کرده است.
پروفیل ساختمانی
در بخش‌های قبلی در مورد انواع مختلف پروفیل و دسته‌بندی‌های آن توضیح دادیم تا به خوبی جایگاه پروفیل‌های ساختمانی را بین تمامی انواع و اقسام مقاطع فولادی بشناسید. همان‌طور که توضیح دادیم پروفیل‌های ساختمانی یک گروه از انواع متنوع مقاطع فولادی هستند که کاربرد زیادشان در زمینه ساختمان‌سازی باعث شده با نام پروفیل‌های ساختمانی در صنعت شهرت پیدا کنند.
1. ماده اولیه تولید پروفیل های ساختمانی
بسته به این که از پروفیل ساختمانی برای چه منظوری استفاده می‌شود و این مقاطع چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد نوع ماده اولیه انتخاب می‌شود. به عنوان مثال:
فولاد کربنی به خاطر استحکام، تنوع و قیمت مقرون به صرفه‌ای که دارد جز پرمصرف‌ترین مواد اولیه ساخت پروفیل‌های ساختمانی است. برای تولید طیف گسترده‌ای از محصولات مناسب است چرا که رده‌های بسیار متنوعی دارد.
پروفیل‌های ساختمانی تولید شده با استیل یا همان فولاد ضد زنگ بیشتر به خاطر ظاهر زیبا و مقاومت زیادشان در برابر زنگ‌زدگی انتخاب می‌شوند. به لطف ویژگی‌های مطلوبشان بیشتر در معماری و تولید تجهیزات دریایی از آنها استفاده می‌کنند.
آلومینیوم به شکل پروفیل، مقطعی سبک وزن و ضدزنگ است که نسبت مقاومت به وزن بسیار خوبی هم دارد. باتوجه به این ویژگی‌ها طبیعتا مواقعی کاربرد دارند که ضدزنگ و سبک بودن پروفیل اهمیت دارد.
پروفیل‌های کامپوزیتی اما که از ترکیب مواد مختلفی چون الیاف کربن و رزین ساخته می‌شوند به واسطهی همین مواد اولیه استحکام و سختی را در کنار سایر ویژگی‌های خاص خود دارند.
2. طراحی پروفیل ساختمانی
همان طور که پیش‌تر هم اشاره کردیم این مقاطع در صنعت ساختمان‌سازی بیشترین کاربرد را دارند. طبیعتا باتوجه به این کاربرد، در طراحی این مقاطع باید فاکتورهایی چون ظرفیت تحمل بار، ایمنی، حد تغییر شکل و سازگاری آن با کل سازه، مد نظر قرار بگیرد. مهندسین سازه از انواع کدهای تخصصی و استانداردها برای کسب اطمینان در مورد سایز و طراحی خاص این مقاطع استفاده می‌کنند.
3. کاربرد پروفیل ساختمانی
قطعا عمده‌ی کاربرد این مقاطع در زمینه ساخت‌و‌ساز است اما در ادامه توضیح خواهیم داد که به چه شکل و به طور دقیق در کدام زمینه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
استفاده از پروفیل‌های ساختمانی برای اسکلت و بدنه‌ی اصلی ساختمان، استحکام و مقاومت را به تمامی بخش‌ها از جمله طبقات، سقف و دیوارها منتقل می‌کند.
از پروفیل‌های ساختمانی برای پل‌سازی هم استفاده می‌شود. ساخت پل با این مقاطع، تضمین توانایی بالا پل برای تحمل بار و یکپارچگی ساختاری سازه است.
ساخت امکانات و تجهیزات صنعتی هم اغلب با پروفیل‌های ساختمانی انجام می‌شود. سازه‌ی انبارهای بزرگ صنعتی، کارخانه‌ها و نیروگاه‌ها که تجهیزات و ماشین‌آلات سنگین را پشتیبانی می‌کنند.
برای ساخت زیرساخت‌هایی چون تونل، فرودگاه، استادیوم، ایستگاه راه‌آهن که باید دربرابر عوامل محیطی، پایدار و مقاوم باشند هم از پروفیل‌های ساختمانی استفاده می‌شود.
4. مزایای استفاده از پروفیل ساختمانی
استفاده از این مقاطع برای ساخت سازه، مزایای زیادی دارد. اول این که استحکام بالایی دارد و ظرفیت آن برای تحمل فشار وزن بسیار زیاد است. دومین ویژگی مربوط تطبیق‌پذیری خوب این مقاطع است. به این معنا که در طراحی این محصولات باتوجه به نوع پروفیل و کاربرد، طراحی و شکل آن را به راحتی می‌توان تغییر داد. برای سومین ویژگی می‌توان به قیمت مقرون به صرفه، پایداری و قابلیت بازیافت این مقاطع اشاره کرد. پایداری پروفیل‌های ساختمانی و قابلیت بازیافت آنها باعث شده استفاده از این مقاطع از لحاظ اقتصادی بسیار مناسب و به صرفه باشد.
انواع پروفیل ساختمانی
پروفیل‌های ساختمانی یکی از مهمترین و کاربردی‌ترین انواع مصالح ساختمانی هستند که اتفاقا به واسطه مورد مصرفشان در سازه نقش مهمی هم در تعیین استحکام و مقاومت آن ایفا می‌کنند. انواع بسیار متنوعی دارند که طبق فاکتورهای مختلفی می‌توان آنها را تقسیم کرد.
1. مقاطع توخالی (Hollow Sections)
همان‌طور که می‌دانید و از نام این مقاطع نیز پیدا است داخل تمام انواع آنها خالی است اما شکل سطح مقطعشان می‌تواند متفاوت و متنوع باشد. مربع و مستطیل معمول‌ترین اشکال این مقاطع هستند. ساختار توخالی این نوع پروفیل‌های ساختمانی باعث شده وزن آنها به نسبت نمونه‌های تو پر بسیار کمتر باشد اما همچنان استحکام و مقاومت خوبی داشته باشند. به عبارتی نسبت استحکام به وزن آنها بسیار بالا است. تحت فشار مقاومت خوبی در مقابل خم و فشرده شدن دارند. از فرآیندهای مختلفی چون نورد گرم و سرد، جوشکاری و گاهی روش‌های تولید لوله بدون درز و مواد اولیه متنوعی چون فولاد کربنی یا ضدزنگ برای ساخت آنها استفاده می‌شود.
2. قوطی ستونی (Columns)
در واقع قوطی ستونی هم نوعی مقطع فولادی توخالی است که کاربرد گسترده و ویژگی‌های مطلوب آن باعث شده در گروه‌بندی جداگانه و به شکل دقیق‌تر آن را بررسی کنیم. قوطی ستونی به پروفیل ساختمانی گفته می‌شود که شکل سطح مقطع آن مربع یا مستطیل شکل باشد و ضخامتی برابر با 2 میلی‌متر یا بیشتر داشته باشد. از لحاظ ابعاد سطح مقطع تنوع زیادی دارد اما 10*10 ، 12*12 ، 14*14 و 16*16 معمول‌ترین و کاربردی‌ترین آنها است. ضخامت نسبتا زیاد و ساختار یکپارچه این مقطع باعث شده به نسبت مقاومت زیادی هم داشته باشد و مطابق نامش بیشتر برای ساخت ستون از آن استفاده شود.
3. پروفیل Z
این نوع پروفیل از دو بال موازی و یک شبکه که عمود بر این بال‌ها قرار گرفته، ساخته شده است. درواقع شکل سطح مقطع آن شبیه به Z است و دقیقاً به همین دلیل هم در صنعت با نام پروفیل Z شناخته می‌شود. استحکام و پایداری از جمله مزایایی هستند که به واسطهی ساختار Z شکل در این مقاطع ایجاد شده است. از نورد سرد یا گرم و فولاد کربنی یا استیل برای ساخت آنها استفاده می‌کنند. اغلب برای کادر و مهاربندی کاربرد دارند.
4. نبشی (Angles)
این مقاطع از دو بال عمود بر هم ساخته شده‌اند که امکان دارد این دو بال با هم برابر یا یکی کوتاه‌تر از دیگری باشد. این ساختار باعث شده شکل سطح مقطع نبشی شبیه به L باشد. استحکام، ثبات و مقاومت دربرابر خم و پیچ‌خوردگی از جمله ویژگی‌هایی است که به واسطهی این ساختار L شکل به وجود آمده است. برای ساخت نبشی از دو روش استفاده می‌شود. یا با اکسترود، شمش را مستقیما تبدیل به نبشی می‌کنند و یا از ورق و فرآیند خمکاری برای ساخت آن استفاده می‌شود. برای کادربندی و یا به عنوان سازه پشتیبان از این مقاطع استفاده می‌شود. طراحی و نوع اتصال بین بال‌های مقطع در این نمونه بسیار مهم است.
5. کانال‌ها (Channels)
در صنعت بیشتر با نام پروفیل ناودانی یا آبرو شناخته می‌شوند. شکل سطح مقطع آنها شبیه به C یا U است. کانال‌ها هم شبیه به نبشی دو روش تولید دارند. یا اکسترود و یا تولید با خمکاری ورق. دو استاندارد با نام‌های UPN و UPE برای ساخت این مقاطع وجود دارد. درواقع در کارخانه‌های فولادی، این کانال‌ها باید تحت همین استانداردها تولید بشود. از این کانال‌ها در خودروسازی، ساختمان‌سازی و پل‌سازی به شکل گسترده استفاده می‌کنند.
6. تیرها (Beams)
تیرها همه از دو بخش اصلی با نام بال و جان ساخته شده‌اند که به صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند. چیزی که باعث تفاوت بین انواع این تیرها می‌شود درواقع شکل سطح مقطع آن‌هاست. تیرآهن با شکل سطح مقطع شبیه به I، تیرهاش با سطح مقطعی شبیه به H و سپری که سطح مقطع آن کمی متفاوت و شبیه به T است سه مدل از انواع تیر هستند. سپری یکی از کاربردی‌ترین انواع تیرها در صنعت به ویژه ساختمان سازی است. تیرها درواقع آهن‌آلات ساختمانی به حساب می‌آیند. در سازه به صورت افقی یا شیب‌دار قرار می‌گیرند و نیروی بار عمودی وارد شده را بین ستون‌ها تقسیم می‌کنند. برای آن که بتوانند بهترین عملکرد را داشته باشند باید اتصال بین آنها به بهترین شکل ایجاد بشود. در ساختمان‌سازی، پل‌سازی و زیرساخت‌های عظیم شهری و صنعتی کاربرد دارند. درواقع این مقاطع اجزای حیاتی برای ساخت سازه‌ای ایمن و بادوام هستند.
بیشتر بدانیم
7. میلگرد (rebar)
میلگردها مقاطع سیلندری و توپر فولادی هستند که اغلب از آنها برای مقاوم‌تر و مستحکم‌تر کردن سازه‌های بتنی استفاده می‌شود و مثل تیر درواقع نوعی آهن‌آلات ساختمانی است. سطح آنها اغلب آجدار است تا زمان استفاده در سازه‌های بتنی بیشترین تماس را با بتن داشته باشد. میلگردها در انواع سایز و گریدها (40، 60، 75) تولید می‌شوند و باتوجه به گریدشان استحکام کششی متفاوتی دارند. به همیت دلیل نوع میلگرد یا همان گرید و سایز آن باید حتما با توجه به نوع سازه و ویژگی‌هایش انتخاب بشود. طول میلگردها 12 متری و سایز مقطع آنها می‌تواند مقداری بین 8 تا 36 و حتی 40 باشد.
8. چهار پهلو
چهارپهلو نوعی مقطع توپر فولادی است. همان‌طور که از نام آن نیز پیدا است سطح مقطعی مربع یا مستطیل شکل دارد. به صورت شاخه‌ای تولید می‌شوند و به واسطهی مقاومت و استحکام بی‌نظیرشان یکی از بهترین‌ها و کاربردی‌ترین‌ها در صنعت هستند. برای ساخت آنها از شمش یا آهن قراضه استفاده می‌کنند به همین خاطر فرآیند تولید آنها به نسبت ساده است و همواره در دسترس هستند. قابلیت جوشکاری، تراشکاری و شکل‌پذیری این مقاطع باعث محبوبیت آنها در صنعت شده است.
جمع‌‌بندی
همان‌طور که توضیح دادیم پروفیل‌های ساختمانی اجزا ضروری برای صنعت ساخت‌و‌ساز هستند که استفاده از آنها برای سازه مزایای زیادی دارد. با پروفیل‌های ساختمانی می‌توان سازه‌هایی مقاوم و مستحکم بنا کرد که به سادگی دربرابر نیروی وزن و فشارهای خارجی دوام می‌آورد. رعایت قوانین و استانداردها قطعا بر یکپارچگی و استحکام سازه تاثیر دارد. به این شکل پروفیل‌های ساختمانی سهم بزرگی در ساخت سازه‌های پایدار، مقاوم و مستحکم دارند.
پرسش و پاسخ
چطور انتخاب پروفیل ساختمانی می‌تواند استحکام و مقاومت کلی سازه را تحت تاثیر قرار بدهد؟
فاکتورهایی چون توان تحمل‌بار سازه، مقاومت پروفیل‌ها دربرابر خم و تغییر شکل، نوع اتصال و جنس پروفیل همگی مستقیما بر میزان استحکام پروفیل و سازه اثرگذار است. بدیهی است که پروفیل‌های با سطح مقطع بزرگ‌تر، ضخامت بیشتر و جنس مقاوم‌تر عملکرد بهتری تحت نیروی زیاد وزن و در طولانی مدت دارند. به این شکل تا حد زیادی این نوع پروفیل است که میزان استحکام و مقاومت سازه را تعیین می‌کند.
چه عواملی می‌توانند قیمت پروفیل‌های ساختمانی را تحت تاثیر قرار بدهند؟
به طور کلی قیمت پروفیل ساختمانی وابسته به مجموعه‌ای از عوامل و فاکتورهاست. ارزش مواد اولیه که شامل قیمت و موجودی آن در بازار است شاید اصلی‌ترین فاکتور برای تعیین قیمت مقاطع است چرا که قیمت مقاطع فولادی فارغ از نوع، حدود 90% مربوط به قیمت ورق و تنها 10% وابسته به فرآیند تولید است. بعد از این مورد قطعا فرآیند تولید و میزان پیچیدگی یا به عبارت بهتر دشواری آن هم می‌تواند قیمت را تا حدی دچار نوسان کند. مجموعه‌ای عوامل دیگر هم علاوه‌بر این فاکتورها وجود دارد که نه فقط قیمت پروفیل‌های ساختمانی بلکه کل بازار را تحت تاثیر قرار می‌دهد. شناخت و درک این عوامل قطعا به فعالین این حوزه برای بهترین تصمیم‌گیری‌ها کمک می‌کند.
پروفیل آهن, مقالات در گروه صبا | نویسنده : سروناز خسروی راد | بروزرسانی : 16 آبان 1402
