إدخال الهيكل الفولاذي

الهيكل الفولاذي هو تقنية بناء ذات "إطار هيكلي" من أعمدة فولاذية رأسية وعوارض I أفقية ، يتم بناؤها في شبكة مستطيلة لدعم الأرضيات والسقف والجدران للمبنى والتي يتم ربطها جميعًا بالإطار.أدى تطوير هذه التقنية إلى جعل بناء ناطحة السحاب ممكنًا.

يأخذ المقطع العرضي الصلب المدلفن أو المقطع العرضي للأعمدة الفولاذية شكل الحرف "I".الشفتان العريضتان لعمود ما تكونان أكثر سمكًا وأعرض من فلنجات العارضة ، لتحمل الضغط الانضغاطي في الهيكل بشكل أفضل.يمكن أيضًا استخدام المقاطع الأنبوبية المربعة والمستديرة من الفولاذ ، وغالبًا ما تكون مملوءة بالخرسانة.ترتبط العوارض الفولاذية بالأعمدة بمسامير ومشابك ملولبة ، ومتصلة تاريخياً بواسطة المسامير.غالبًا ما تكون "الشبكة" المركزية لشعاع I الفولاذي أوسع من شبكة العمود لمقاومة لحظات الانحناء الأعلى التي تحدث في الحزم.

يمكن استخدام صفائح عريضة من سطح صلب لتغطية الجزء العلوي من الإطار الفولاذي "كشكل" أو قالب مموج ، أسفل طبقة سميكة من الخرسانة وقضبان التسليح الفولاذية.بديل آخر شائع هو أرضية من وحدات الأرضيات الخرسانية مسبقة الصب مع شكل من أشكال الطبقة الخرسانية.في كثير من الأحيان في مباني المكاتب ، يتم توفير سطح الأرضية النهائية من خلال شكل من أشكال نظام الأرضيات المرتفعة مع وجود فراغ بين سطح المشي والأرضية الهيكلية المستخدمة للكابلات وقنوات معالجة الهواء.

يجب حماية الإطار من الحريق لأن الفولاذ يلين عند درجة حرارة عالية وقد يتسبب ذلك في انهيار المبنى جزئيًا.في حالة الأعمدة ، يتم ذلك عادةً عن طريق تغليفها في شكل من أشكال الهيكل المقاوم للحريق مثل البناء أو الخرسانة أو اللوح الجصي.يمكن تغليف الحزم بالخرسانة أو اللوح الجصي أو رشها بطلاء لعزلها عن حرارة النار أو يمكن حمايتها بسقف مقاوم للحريق.كان الأسبستوس مادة شائعة لمقاومة الهياكل الفولاذية حتى أوائل السبعينيات ، قبل أن يتم فهم المخاطر الصحية لألياف الأسبستوس تمامًا.

يتم تثبيت "الجلد" الخارجي للمبنى على الإطار باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات البناء واتباع مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأساليب المعمارية.تم استخدام الطوب والحجر والخرسانة المسلحة والزجاج المعماري والصفائح المعدنية والطلاء ببساطة لتغطية الإطار لحماية الفولاذ من الطقس.
تُعرف الإطارات الفولاذية المشكلة على البارد أيضًا باسم الإطارات الفولاذية خفيفة الوزن (LSF).

يمكن تشكيل الصفائح الرقيقة من الفولاذ المجلفن على البارد إلى مسامير فولاذية لاستخدامها كمواد بناء هيكلية أو غير هيكلية لكل من الجدران الخارجية والجدران الفاصلة في كل من مشاريع البناء السكنية والتجارية والصناعية (في الصورة).تم تحديد أبعاد الغرفة بمسار أفقي مثبت على الأرض والسقف لتحديد كل غرفة.يتم ترتيب الأزرار الرأسية في المسارات ، وعادة ما تكون متباعدة 16 بوصة (410 مم) ، ويتم تثبيتها من الأعلى والأسفل.

الملامح النموذجية المستخدمة في البناء السكني هي مسمار على شكل حرف C ومسار على شكل حرف U ومجموعة متنوعة من الملامح الأخرى.يتم إنتاج أعضاء الإطار بشكل عام بسماكة من 12 إلى 25 مقياسًا.تُستخدم المقاييس الثقيلة ، مثل المقياس 12 و 14 ، بشكل شائع عندما تكون الأحمال المحورية (الموازية لطول العضو) عالية ، كما هو الحال في البناء الحامل.تُستخدم المقاييس متوسطة الثقل ، مثل مقياس 16 و 18 ، بشكل شائع في حالة عدم وجود أحمال محورية ولكن هناك أحمال جانبية ثقيلة (عمودية على العضو) مثل مسامير الجدار الخارجية التي تحتاج إلى مقاومة أحمال الرياح بقوة الإعصار على طول السواحل.تُستخدم مقاييس الضوء ، مثل مقياس 25 ، بشكل شائع حيث لا توجد أحمال محورية وأحمال جانبية خفيفة للغاية كما هو الحال في البناء الداخلي حيث تعمل الأعضاء كإطار لتدمير الجدران بين الغرف.يتم تثبيت تشطيبات الجدار على جانبي الشفة للمسمار ، والتي تتراوح من 1 + 1⁄4 إلى 3 بوصات (32 إلى 76 مم) ، ويتراوح عرض الويب من 1 + 5⁄8 إلى 14 بوصة (41) إلى 356 ملم).تتم إزالة المقاطع المستطيلة من الويب لتوفير الوصول إلى الأسلاك الكهربائية.

تنتج مصانع الصلب ألواح الصلب المجلفن ، وهي المادة الأساسية لتصنيع مقاطع الصلب المشكلة على البارد.ثم يتم تشكيل الصفائح الفولاذية في التشكيلات النهائية المستخدمة في التأطير.الألواح مطلية بالزنك (مجلفنة) لمنع الأكسدة والتآكل.يوفر الإطار الفولاذي مرونة ممتازة في التصميم نظرًا لارتفاع نسبة القوة إلى الوزن للفولاذ ، مما يسمح له بالامتداد لمسافات طويلة ، كما يقاوم أحمال الرياح والزلازل.

يمكن تصميم الجدران ذات الإطارات الفولاذية لتوفير خصائص حرارية وصوتية ممتازة - أحد الاعتبارات المحددة عند البناء باستخدام الفولاذ المشكل على البارد هو أن الجسور الحرارية يمكن أن تحدث عبر نظام الجدار بين البيئة الخارجية والمساحة الداخلية المكيفة.يمكن حماية الجسور الحرارية من خلال تركيب طبقة من العزل الخارجي الثابت على طول الإطار الفولاذي - يشار إليه عادةً باسم "الفاصل الحراري".

عادة ما تكون التباعد بين الأزرار 16 بوصة في المركز للجدران الخارجية والداخلية للمنزل اعتمادًا على متطلبات التحميل المصممة.في الأجنحة المكتبية ، تبلغ التباعد 24 بوصة (610 ملم) في المنتصف لجميع الجدران باستثناء آبار المصاعد والسلالم.

كان استخدام الفولاذ بدلاً من الحديد للأغراض الهيكلية بطيئًا في البداية.تم بناء أول مبنى مؤطر بالحديد ، Ditherington Flax Mill ، في عام 1797 ، ولكن لم يتم حتى تطوير عملية Bessemer في عام 1855 أن يكون إنتاج الصلب فعالًا بما يكفي ليكون الفولاذ مادة مستخدمة على نطاق واسع.كان الفولاذ الرخيص ، الذي يتمتع بقوة شد وانضغاط عالية وليونة جيدة ، متاحًا منذ حوالي عام 1870 ، لكن الحديد المطاوع والحديد الزهر استمر في تلبية معظم الطلب على منتجات البناء القائمة على الحديد ، ويرجع ذلك أساسًا إلى مشاكل إنتاج الفولاذ من الخامات القلوية.هذه المشاكل ، التي سببها أساسًا وجود الفوسفور ، تم حلها من قبل سيدني جيلكريست توماس في عام 1879.

لم يكن حتى عام 1880 أن بدأ عصر البناء القائم على الفولاذ الطري الموثوق به.بحلول ذلك التاريخ ، أصبحت جودة الفولاذ الذي يتم إنتاجه متسقة بشكل معقول.

كان مبنى التأمين على المنازل ، الذي تم الانتهاء منه في عام 1885 ، أول من استخدم هيكل الهيكل العظمي ، مما أدى إلى إزالة وظيفة تحمل الأحمال بالكامل من الكسوة الحجرية.في هذه الحالة ، تكون الأعمدة الحديدية مدمجة فقط في الجدران ، ويبدو أن قدرتها على تحمل الأحمال ثانوية بالنسبة لقدرة البناء ، خاصة بالنسبة لأحمال الرياح.في الولايات المتحدة ، كان أول مبنى مؤطر بالفولاذ هو مبنى Rand McNally في شيكاغو ، الذي تم تشييده في عام 1890.