استفاده از فولاد به عنوان ماده^ء یک عضو باربر در سازه ها به عنوان متداولترین و شاید بدیهی ترین روش در طرح هر سازه ای از دیرباز مورد توجه مهندسان و طراحان سازه ها قرار داشته است. شاید اولین سازه^ء اساسی که اعضای آن از ماده^ء فولاد ساخته شد یک قوس فولادی با دهانه حدود 30 متر باشد که در سالهای 1777 تا 1779 میلادی در کشور انگلستان ساخته شد و از آن پس تعداد بیشماری سازه با مصالح فولادی تا اواسط قرن 19 میلادی در اروپا بنا شد. امروزه تولید فولادهایی با مقاومت بسیار بالا، امکان ساخت سازه های فولادی خاص و بسیار سبک را میسر کرده است. با توجه به کاربرد فولاد در ساخت قطعات پیش ساخته بتنی، در این مطلب قصد داریم مختصری از محاسن و معایب فولاد را ارائه دهیم.

محاسن فولاد به عنوان یک ماده^ء باربر:

الف) مقاومت زیاد

یکی از خصوصیات عمده فولاد، داشتن مقاومت نسبتا زیاد است که حاصل آن کاهش فاحش در وزن سازه است. این ماده برای سازه های ساختمان بلند، پل های طویل و نیز سازه هایی که نیاز به وزن کم و همچنین سازه هایی که شرایط فونداسیون ضعیفی دارند بسیار مناسب است. کاهش وزن سازه نیز منجر به کاهش نیروی زلزله خواهد شد.

ب) یکنواختی و دوام

فولاد در مقایسه با بقیه مواد ساختمانی از نظر شکل مولکولی و خواص، ماده^ء بسیار یکنواختی است. مقاومت آن با زمان تغییر چندانی نمی کند و به عبارتی پدیده خزش در آن مشکل آفرین نخواهد بود. چنانچه فولاد به طریق مناسب نگهداری شود دوام بسیار خوبی از خود نشان خواهد داد.

ج) قابلیت الاستیک

تبعیت فولاد حتی در تنش های نسبتا زیاد از قانون هوک بیش از سایر مصالح ساختمانی است. از این رو رفتار مقاطع فولادی تا حد تنش های بزرگ نیز به سادگی قابل پیش بینی است و علی رغم دارا بودن مقاطع ظریف فولادی به علت بالا بودن مدول الاستیسیته، تغییر شکل ها قابل پیش بینی و کنترل خواهند بود.

د) قابلیت چکش خواری

قابلیت چکش خواری یا شکل پذیری که در حقیقت تحمل تغییر شکل های زیاد بدون شکست در تنش های بالاست از خصوصیات بسیار مناسب فولاد است. فولاد تحت تنش های بالا تغییر طول زیاد و کاهش سطح مقطع داده و این خود یک کنترل برای ایمنی سازه و یک زنگ خطر خواهد بود در صورتی که اجسام ترد و سخت بدون اعلام خطر و به صورت ناگهانی منهدم می شوند.

س) قابلیت توسعه و تهیه سریع

یکی از محاسن عمده^ء سازه های فولادی قابلیت توسعه و گسترش آنهاست که به سادگی می توان به کمک اتصالات مناسب، سازه ها یا اعضایی را به سازه موجود متصل کرد و سازه را توسعه داد. کاهش زمان ساخت که بعنوان یکی از معیارهای اقتصادی یک طرح بهینه همواره بایستی مدنظر قرار گیرد با توجه به امکان تهیه سریع سازه های فولادی میسر خواهد بود. برای ساخت سازه های خاص و نیز سازه هایی که انجام عملیات در محل احداث آنها مشکلاتی را در بر دارد، تهیه اجزای سازه ای در کارگاه های ساخت قطعات فولادی و حمل آنها به محل احداث سازه و نصب سریع آنها از جمله مواردی است که از لحاظ اقتصادی و فنی بسیار مطلوب خواهد بود. قابلیت جوشکاری فولاد نیز از جمله مواردی است که در توسعه و تهیه سریع سازه های فولادی نقش مهمی را ایفا می کند.

اگر قرار باشد سازه ای به صورت کامل در محلی تخریب یا تجدید بنا شود، چنانچه مصالح باربر و اصلی سازه از فولاد باشند این تخریب، گسترش و یا تجدید بنا به آسانی میسر بوده و مصالح موجود قابل بازیافت خواهد بود. امروزه با توجه به اهمیت روزافزون مسائل محیط زیست این نکته بسیار حائز اهمیت است.

معایب فولاد:

الف) هوازدگی

چنانچه فولاد در مقابل جریان هوا قرار گیرد در اثر مرور زمان فرسوده شده و پدیده^ء خوردگی در آن پدید می آید، از اینرو باید از فولاد در مقابل جریان هوا مراقبت نمود. معمولا فولادهای کربنی مقاومت کمی در مقابل مجاورت با هوا از خود نشان می دهند و برای بهبود این امر بایستی در ترکیب آنها مقداری مس افزوده شود و یا فولاد به طریق مناسبی با رنگ آمیزی یا هر روش مناسب دیگری پوشش داده شود.

ب) مقاوم نبودن در مقابل آتش سوزی

سازه های فولادی در مقابل آتش سوزی مقاومت مناسبی از خود نشان نمی دهند زیرا ماده فولاد در اثر گرمای زیاد، مقاومت خود را از دست داده و به شدت و به طور قابل ملاحظه ای مدول الاستیسیته آن کاهش می یابد. از این رو سازه های فولادی از طریق پوشش های مناسب بایستی در مقابل آتش سوزی مقاوم شوند.

ج) حساسیت در برابر کمانش

مقاومت بالای فولاد منجر به طراحی مقاطع ظریف و لاغر خواهد شد. اصولا مقاطع لاغر و نازک در مقابل پدیده^ء کمانش بسیار حساس اند. از این رو این پدیده بایستی به نحو مناسبی در طراحی سازه های فولادی مورد توجه قرار گیرد. خوشبختانه با توسعه^ء علم مکانیک جامدات، امکان پیش بینی این پدیده در سازه ها به صورت کمی و نیز کنترل آن با ایجاد تقویت ها و مهاربندی های لازم میسر است.

پدیده^ء کمانش کلی و موضعی در سازه های فولادی از مهمترین نکات طراحی مقاطع فولادی است و درصد بالایی از تحقیقات در زمینه^ء سازه های فولادی به شناخت و تبیین کیفی و کمی این پدیده اختصاص دارد.