قطعههای فلزی با شکل خاص (مثل قوطی) در ساختمانسازی
پروفیل قوطی چیست و چه شکلی دارد؟
فرض کنید یک لولهٔ فلزی مربعی شکل را تصور کنید که از داخل کاملاً خالی است. این همان «پروفیل قوطی» است. در کارخانه، ورقهای بزرگ فولادی را خم میکنند و درزهای آن را جوش میدهند تا به شکل یک چهارضلعی توخالی درآید. به این نوع مقاطع، «مقاطع توخالی»Hollow Sections هم میگویند. قوطیها در ابعاد مختلف ساخته میشوند: از قوطیهای ریز برای در و پنجره تا قوطیهای درشت برای ستونهای ساختمانهای بزرگ.
برای اینکه درک بهتری داشته باشید، جدول زیر سه نوع پروفیل پرکاربرد را با هم مقایسه میکند:
| نام پروفیل | شکل مقطع | یک مثال ساده |
|---|---|---|
| قوطی (مربع) | □ | پایهٔ تاب بازی پارک |
| نبشی (الشکل) | L | قفسههای فلزی کتابخانه |
| تیرآهن (شکل H یا I) | H | سقف کارخانههای بزرگ |
قوطی در مقایسه با نبشی و تیرآهن، ظاهر سادهتری دارد اما از هر چهار سمت به یک اندازه مقاوم است. به همین دلیل در ساختن ستونها و پایهها خیلی کاربرد دارد.
چرا مهندسان ساختمان از قوطی استفاده میکنند؟
حالا بیایید فکر کنیم: چرا یک مهندس به جای یک میلهٔ فلزی پر، از قوطی توخالی استفاده میکند؟ پاسخ ساده است: قدرت بیشتر با وزن کمتر. اگر یک میلهٔ آهنی به ضخامت 5 سانتیمتر را با یک قوطی به همین اندازه مقایسه کنیم، قوطی حدود 40 تا 60 درصد سبکتر است اما تقریباً همان استحکام را دارد. این یعنی ساختمان سبکتر میشود و در برابر زلزله عملکرد بهتری دارد.
برای مقایسهٔ استحکام یک میلهٔ پر و یک قوطی توخالی میتوانیم از فرمول لختی سطح مقطعMoment of Inertia استفاده کنیم. این فرمول نشان میدهد که یک شکل چقدر در برابر خم شدن مقاومت میکند.
مثال ملموس: تصور کنید یک تختهی چوبی به ضخامت 2 سانتیمتر را روی دو آجر بگذارید. اگر وسط آن یک جسم سنگین قرار دهید، تخته خم میشود. حالا اگر همان تخته را برگردانید (یعنی آن را روی لبه بگذارید)، خیلی کمتر خم میشود. قوطی فلزی درست مثل همان تختهی لبهای عمل میکند، با این تفاوت که از هر چهار طرف، لبه دارد.
کاربردهای روزمرهٔ قوطیهای فلزی در ساختمانسازی
شاید باور نکنید اما هر روز قوطیهای فلزی را میبینید، بدون اینکه متوجه شوید. در زیر چند نمونه آورده شده است:
- ستونهای پارکینگ طبقاتی: قوطیهای بزرگ، سقف پارکینگ را نگه میدارند.
- چارچوب در و پنجرههای فلزی: قوطیهای کوچک و باریک، لبههای در و پنجره را صاف و محکم میکنند.
- پایههای تاب و سرسره در پارک بازی: این پایهها از قوطی ساخته میشوند تا زنگ نزنند و سنگین نباشند.
- سازههای سقف کاذب در ساختمانهای بزرگ: قوطیهای سبک، شبکهای زیر سقف درست میکنند تا لوستر و وسایل روشنایی روی آن نصب شود.
یک داستان ساده: شرکت سازندهٔ یک مدرسه جدید میخواست سریع و ارزان ساختمان را آماده کند. مهندسان تصمیم گرفتند به جای دیوارهای بتنی ضخیم، از اسکلت قوطیهای فولادی استفاده کنند. نتیجه؟ ساختمان ظرف 3 ماه ساخته شد، در حالی که اگر بتنی بود 8 ماه طول میکشید. ضمن اینکه در زلزلهٔ کوچکی که بعداً آمد، این مدرسه هیچ ترک برنداشت، چون اسکلت فلزی انعطاف داشت.
چالشهایی که باید دربارهٔ قوطیها بدانیم
پرسش ۱: آیا قوطی فلزی در اثر باران زنگ میزند؟
بله، فولاد معمولی در برابر آب و هوا زنگ میزند. برای جلوگیری از این کار، روی قوطیها رنگ محافظ میزنند یا از نوع گالوانیزه (روی اندود) استفاده میکنند. قوطی گالوانیزه مثل یک کاپشن ضدآب میماند.
پرسش ۲: چرا گاهی به جای قوطی از میلگرد استفاده میکنند؟
میلگرد برای بتنریزی به کار میرود و شکل آن آجدار است تا در بتن قفل شود. قوطی بیشتر برای سازههای خودایستا (بدون بتن) استفاده میشود. هرکدام جای خود را دارند.
پرسش ۳: آیا یک دانشآموز میتواند قدرت یک قوطی را آزمایش کند؟
بله. دو تا خطکش پلاستیکی بردارید. یکی را صاف روی دو لیوان بگذارید و روی آن یک پاککن بیندازید – خم میشود. بعد همان خطکش را به شکل یک قوطی خیالی (یعنی از چهار طرف تقویت شده) تصور کنید. در دنیای واقعی، چهار خطکش که به هم جوش شدهاند، به راحتی وزن یک کتاب را تحمل میکنند.
پاورقیها
[1] پروفیل: به مقاطع فلزی با شکلهای مشخص (مانند قوطی، نبشی، تیرآهن) که در ساختمانسازی استفاده میشوند، پروفیل میگویند. معادل انگلیسی آن Profile است.
[2] قوطی (مقاطع توخالی مربع یا مستطیل): نوعی پروفیل بسته که مقطع آن خالی است و شکل مربع یا مستطیل دارد. معادل انگلیسی Hollow Structural Section (HSS).
[3] لختی سطح مقطع: کمیتی فیزیکی که نشان میدهد یک مقطع چقدر در برابر خم شدن یا پیچش مقاومت میکند. هرچه این عدد بیشتر باشد، قطعه سختتر تغییر شکل میدهد. معادل انگلیسی Moment of Inertia.
[4] گالوانیزه: به فرآیندی گفته میشود که روی فولاد را با لایهای از فلز روی میپوشانند تا از زنگ زدن جلوگیری کند. معادل انگلیسی Galvanized.
