در زمینه مهندسی سازه های فولادی، محتوای فولاد (محاسبه شده بر حسب کیلوگرم بر متر مربع) شاخص اصلی است که به طور مستقیم قیمت پروژه، هزینه ساخت و ساز و ایمنی سازه را تعیین می کند و همچنین یک نقطه کنترل کلیدی در طراحی مهندسی و ارزیابی بودجه است.اخیراً، تحلیلگران فنی صنعت، 9 عامل کلیدی را که بر محتوای فولادی سازههای فولادی تأثیر میگذارند، مشخص کردهاند، مکانیسم تأثیر خاص هر عامل را بر سازههای ساختمانی، ارائه مرجع فنی سیستماتیک برای طراحی مهندسی، حسابداری هزینه و مناقصه پروژه پروژههای سازههای فولادی را مشخص کردهاند.
در میان همه عوامل تأثیرگذار، دهانه ساختمان با یک همبستگی مثبت بسیار برجسته، مهمترین شاخص تأثیرگذار بر محتوای فولاد است.هر چه دهانه ساختمان بزرگتر باشد، تنش خمشی و برشی متحمل شده توسط تیرهای اصلی فولادی بیشتر است. برای برآوردن الزامات ایمنی سازه و باربری، طراحان باید ارتفاع مقطع و ضخامت دیواره تیرهای فولادی را به طور همزمان افزایش دهند، که باعث افزایش قابل توجهی در مصرف کلی فولاد می شود. داده های صنعت نشان می دهد که ساختمان های با دهانه کوچک با دهانه حدود 10 متر سطح محتوای فولاد پایینی را حفظ می کنند. هنگامی که دهانه از 20 متر تجاوز می کند و وارد دسته دهانه بزرگ می شود، تنش سازه به طور تصاعدی افزایش می یابد و بر این اساس میزان فولاد به شدت افزایش می یابد.
ارتفاع پیشرو یکی دیگر از عوامل اساسی است که نمی توان آن را نادیده گرفت.هرچه کارخانه و ساختمان بلندتر باشد، ستونهای فولادی نگهدارنده طولانیتر میشوند و برای اطمینان از ظرفیت باربری عمودی و پایداری کلی، به اندازههای مقطع بزرگتری نیاز دارند. در همین حال، ساختمانهای بلند با استانداردهای طراحی بار باد و سختی جانبی بالاتری روبرو هستند که الزامات مقاومت در برابر باد و عملکرد لرزهای را بالا میبرد. این امر باعث افزایش دوز مواد برای اجزای نگهدارنده مانند تکیه گاه ستون ها، میله های اتصال و پرلین ها می شود. طبق قوانین آماری، هر 1 متر افزایش ارتفاع لبه ساختمان باعث افزایش جزئی و پایدار در میزان فولاد کلی سازه خواهد شد.
شرایط بار متغیر عوامل دینامیکی مهمی هستند که منجر به تغییر در محتوای فولاد، پوشش بارهای زنده سقف، بارهای برف، بارهای باد و بارهای اضافی تجهیزات می شوند.در مناطق با بارش شدید برف و باد شدید، اجزای سازه باید ضخیمتر و محکمتر طراحی شوند تا در برابر بارهای طبیعی شدید مقاومت کنند. علاوه بر این، ساختمانهای با سقفهای کاذب، تجهیزات مکانیکی سقف، سیستمهای تولید برق فتوولتائیک و سایر تأسیسات بار اضافی بیشتری را تحمل میکنند. هرچه استاندارد طراحی بار جامع پروژه بیشتر باشد، اندازه تیرها، ستونها و سازههای نگهدارنده بزرگتر و محتوای نهایی فولاد بیشتر میشود.
پیکربندی جرثقیل های سقفی عامل اصلی افزایش شدید محتوای فولاد در کارگاه های سازه های فولادی صنعتی است.کارگاه های مجهز به جرثقیل های سقفی و بالابرها، متفاوت از سازه های فولادی معمولی، به تقویت هدفمند نیاز دارند. تیرها و ستونهای اصلی، کوربلهای جرثقیل، سختکنندههای موضعی و سیستمهای نگهدارنده کلی باید بهینه و تقویت شوند. علاوه بر این، افزایش محتوای فولاد به طور مثبت با تناژ جرثقیل مرتبط است: هرچه تناژ 5 تن، 10 تن، 20 تن و سایر مشخصات بیشتر باشد، تقاضای تقویت ساختاری آشکارتر و مصرف فولاد بالاتر است. در مقابل، کارگاه های استاندارد بدون تجهیزات جرثقیل سقفی مقرون به صرفه ترین سطح محتوای فولاد را حفظ می کنند.
استانداردهای شدت لرزه ای منطقه ای و درجه بار باد، پایه و اساس طراحی ایمنی سازه و دوز فولاد را می گذارد.ساختمان های واقع در مناطق لرزه خیز و مناطق مستعد توفان نیاز به ارتقاء جامع سیستم سازه از جمله تقویت سیستم مهاربندی، گسترش مقطع تیرها و ستون ها و بهینه سازی مقاومت اتصال گره سازه دارند. علاوه بر این، کدهای طراحی مختلف نیز باعث تفاوت در محتوای فولاد میشوند: پروژههایی که مطابق با استانداردهای ایالات متحده، اروپا، استرالیا و سایر استانداردهای بینالمللی طراحی شدهاند، ضرایب ایمنی سختگیرانهتر و الزامات ذخیره مواد بالاتری نسبت به استانداردهای مرسوم داخلی دارند که در نتیجه محتوای کلی فولاد کمی بالاتر است.
فاصله ستون ها (اندازه خلیج) به طور مستقیم بر میانگین تنش اجزای سازه منفرد و بازده اقتصادی طراحی تأثیر می گذارد.فاصله ستون های بزرگتر (مانند 7.5 متر، 9 متر) فشار باربری پرلین ها، تیرهای اصلی و ستون ها را افزایش می دهد و باعث می شود که اجزای ساختاری تک تک بارهای بیشتری را تحمل کنند، بنابراین به بخش های بزرگتر قطعات و افزایش مصرف فولاد نیاز دارند. یک فاصله ستون کوچک معمولی 6 متری می تواند به طور موثر تنش سازه را پراکنده کند، فشار بار تک اجزا را کاهش دهد، با طراحی اقتصادی تر و محتوای فولاد کمتر، که فاصله اقتصادی ترجیحی برای اکثر پروژه های معمولی است.
چیدمان ساختمان و طراحی عملکردی نیز نقش مهمی در تنظیم محتوای فولاد دارد. طراحی خلیج بزرگ باز با ستون های داخلی کمتر، یک ساختار تنش با دهانه بزرگ را تشکیل می دهد که منجر به بار متمرکز و افزایش قابل توجه تقاضای فولاد می شود. برعکس، طرح چند طرفه با ستونهای داخلی متراکم میتواند بارهای سازهای را به طور یکنواخت پراکنده کند و به طور موثر محتوای کلی فولاد را کاهش دهد. علاوه بر این، سازه های ساختمانی پیچیده مانند سازه های فولادی چند طبقه، نیم طبقه، اتاق زیر شیروانی، دیوارهای جان پناه و ناودان سقف، اجزای سازه ای اضافی و مواد فولادی کمکی را اضافه می کنند و محتوای فولاد کل پروژه را بیشتر می کنند.
انتخاب گرید فولادی و پیکربندی سیستم محفظه عوامل موثر بر محتوای فولاد هستند. از نظر درجه مواد، فولادهای Q235 و Q355 پارامترهای مقاومت و سناریوهای کاربردی متفاوتی دارند و استفاده جایگزین از این دو به طور مستقیم اندازه اجزای ساختاری مورد نیاز و دوز کل فولاد را تغییر میدهد. از نظر محفظه، ساندویچ پانل های سنگین و سیستم های سقف ضخیم بارهای مرده بیشتری را به اسکلت فولادی اصلی منتقل می کنند و ساختار اصلی را ملزم به ذخیره ظرفیت باربری بالاتر و افزایش مصرف فولاد می کند. در حالی که محفظه صفحه فولادی تک لایه سبک وزن دارای وزن کم و انتقال بار کوچک است که می تواند به طور موثر محتوای فولادی ساختار اصلی را کنترل کند.
خودی های صنعت می گویند که کنترل محتوای فولاد در کل فرآیند طراحی سازه فولادی و کنترل هزینه انجام می شود. درک 9 عامل اصلی تأثیرگذار فوق و تحقق بخشیدن به طراحی و بهینه سازی پارامترها با توجه به موقعیت پروژه، تقاضای عملکردی، فرم سازه و استانداردهای طراحی نه تنها می تواند ایمنی و پایداری ساختمان های سازه های فولادی را تضمین کند، بلکه به طور موثر از اتلاف مواد بیش از حد جلوگیری می کند، ایمنی سازه را متعادل می کند و اقتصاد پروژه را متعادل می کند و پشتیبانی قوی برای قیمت گذاری دقیق و کاهش هزینه و بهبود کارایی سازه های فولادی ایجاد می کند.
