طرح توجیهی تولید سازه های فلزی یا اسکلت فلزی

سازه های فلزی مجموعه ای از اعضا مثل تیر، ستون و غیره تشکیل شده است تا بتواند نیروهای گوناگون را مانند وزن ساختمان یا نیروهای برف، باد، زلزله و غیره را تحمل کنند و به زمین منتقل نمایند در ساختمانها نیروهای فوق به وسیله ستون ها (باربر) تحمل می شود. که محصول مورد بررسی، سازه های فلزی Steel Strruchter می باشد.

علاوه بر اسکلت فلزی به عنوان محصول اصلی؛ این کارخانه دارای ضایعات قابل فروش نیز می باشد. این ضایعات شامل تکه های مازاد ورق های فولادی است که در بخش برشکاری ورق ها ایجاد می گردد و می توان انها را به عنوان ضایعات اهن به فروش رساند.

کدهای آیسیک متعلق تولید سازه های فلزی مطابق جدول ذیل می باشد :

کدهای آیسیک متعلق به محصولات اسکلت فلزی و سازه های فلزی
ردیف	نام	کد آیسیک
1	انواع اسکلتهای فلزی و سوله (محصولات فلزی ساختمانی)	28111110
2	اسکلت فلزی	28111111
3	انواع پلها و دکل ها و برج های فلزی	28111130
4	چهارچوب فلزی	28111163
5	درب پنجره پیش ساخته فلزی و کالاهای مشابه	28111160

موارد مصرف و کاربرد
بررسی های صورت گرفته در بحث موارد کاربرد محصول این طرح (اسکلت فلزی) نشان دهنده این است که این محصول در شاخه های مختلفی مانند صنایع دریایی، سد سازی، ساخت تونل، احداث ساختمان های مسکونی و اداری و تجاری و … مورد استفاده قرار می گیرد.

سازه های اسکلت فلزی به لحاظ ماهیت کاربردی آن بدلیل استفاده در ساختمان جزء کالاهای واسطه ای می باشند. سازه های فلزی از لحاظ شکل و نوع کاربرد به شرح ذیل دسته بندی می شوند :

ستون فلزی

ستون فلزی نوعی از سازه های فلزی است که معمولاً به صورت عمودی در ساختمان نصب می شود و بارهای کف ناشی از طبقات به وسیله تیر و شاه تیر به آن منتقل می گردد و توسط آن به شالوده و سپس به زمین انتقال می یابد.

شکل سطح مقطع ستون ها به مقدار و وضعیت بار وارد شده بستگی دارد. برای ساختن ستون های فلزی از انواع پروفیل ها و ورق ها استفاده می شود. عموماً ستون ها از لحاظ ظاهری به دو گروه ذیل تقسیم می شوند.

الف) نیمرخ (پروفیل) نورد شده شامل انواع تیرآهن ها و قوطی ها: بهترین پروفیل نورد شده برای ستون، تیرآهن بال پهن یا قوطی های مربع شکل است، زیرا از نظر مقاومت بهتر از مقاطع دیگر عمل می کند. ضمن اینکه در بیشتر مواقع عمل اتصالات تیرها به راحتی روی آنها انجام می گیرد.

ب) مقاطع مرکب : هرگاه سطح مقطع و مشخصات یک نمیرخ (پروفیل) به تنهایی برای ایستایی (تحمل بار وارد شده و لنگر احتمالی) یک ستون کافی نباشد، از اتصال چند پروفیل به یکدیگر ستون مناسب آن (مقاطع مرکب) ساخته می شود. علل استفاده از مقاطع مرکب در ستونها به شرح ذیل می باشد :

1. در صورتیکه سطح مقطع نیمرخ های نورد شده تکافوی سطح لازم را برای ستون نکند، با ساختن مقطع مرکب سطح لازم ساخته می شود.
2. نیاز اجباری به مقاطع با شکل های هندسی خاص از نظر اتصالات دیگر به ستون

شاه تیرها و تیرهای پوشش

شاه تیرها (پلها) نوعی از سازه های فلزی افقی اصلی هستند که با اتصالات لازم به ستونها متصل می شوند و به وسیله آنها بار طبقات به ستون ها انتقال می یابد. شاه تیرهای فلزی ممکن است به صورت های زیر به کار روند :

1. تیرآهن معمولی به صوت تک یا دوبله
2. تیرآهن بال پهن
3. تیرآهن معمولی با ورق تقویتی روی بال ها و یا بال و جان
4. پلهای لانه زنبوری از تیرآهن معمولی یا تیرهای بال پهن
5. تیر ورق (گیردار) ترکیب تیرآهن معمولی با ورق یا تیرآهن بال پهن با ورق و یا از ترکیب ورق ها درست می شود.
6. خرپاها

پل های مرکب

در بارهای سنگین (احتمالاً دهانه زیاد) که پروفیل استاندارد موجود در بازار کافی یا اقتصادی نباشد و همچنین اگر مقطع تیر لانه زنبوری که با تسمه با ورق تقویت شده است و برای بار وارد شده و دهانه خمش کافی نباشد، از تیرهای مرکب استفاده می شود. تیر مرکب در چندین حالت اجرا می گردد :

1. تیر مرکبی که از بریدن پروفیل های معمولی ایرانی IPE از وسط جان تیر و اتصال صفحه و ورق مناسب به دو قسمت بریده شده ساخته می شود. این روش برای پروفیل های نمره 20 به بالا اقتصادی خواهد بود.
2. تیر مرکبی که از سه صفحه (قطعات تقویتی) تشکیل می شود. در این حالت، در پروفیل های معمولی از جنس فولاد، جان تیر را نازکتر و ارتفاع آن را زیاد می کنند.

بررسی کالاهای جایگزین سازه های فلزی
سازه های ساختمانی به دو روش سازه های فلزی و بتنی ساخته می شوند. هر روش به نوبه خود فواید و معایبی دارد که بیشترین کاربرد سازه های فلزی در زمینه سوله های مسقف و ساختمان های کوچک و با طبقات کم می باشد.

از سازه های بتنی در ساخت ساختمان های کوچک نیز استفاده می شود. ولی با توجه به اینکه فرآیند بافت میلگرد و بتن ریزی و خشک شدن بتن زمانبر می باشد.

لذا در ساخت و ساز ساختمان های کوچک استفاده از این روش مقرون به صرفه نمی باشد همچنین سازه هایی از جنس آلومینیم نیز وجود دارد که از آن برای سازه های با تحمل بار کم (مثل ساختمان های شیشه ای) استفاده می شود.

اهمیت استراتژیک
با توجه به اینکه محصولات این طرح در صنعت ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد و پس از بررسیهای آماری انجام گرفته در میزان ساخت و ساز در گذشته مشخص گردید 30 الی 35 درصد ساختمان ها در سال های گذشته با استفاده از سازه های فلزی ساخته شده است.

بررسی های میدانی صورت گرفته نشان می دهد میزان مصرف اسکلت فلزی در ساختمان های زیر پنج طبقه 55 الی 65 کیلوگرم به ازای هر مترمربع زیربنا و برای ساختمان های پنچ طبقه به بالا 80 الی 100 کیلوگرم به ازای هر مترمربع ساخت و ساز می باشد.

همچنین ساخت سوله های فلزی برای ایجاد فضای کارخانجات مختلف خود مبین اهمیت این صنعت می باشد. طبق برنامه ریزی دولت یکی از مهمترین اهداف برنامه چهارم توسعه کشور و همچنین چشم انداز بیست ساله کشور حرکت به سمت صادرات غیر نفتی است.

در حال حاضر عمده صادرات ایران مربوط به صادرات کالاهای نفتی می باشد. از اینرو دولت در طی سالهای اخیر در زمینه ساخت مسکن و ایجاد کارخانجات در کشورهای دیگر به توافق رسیده و در صورتی که تولیدات ما به صورت انبوه و اقتصادی باشد،

می توان سازه های تولیدی را در خارج از کشور مورد استفاده قرار داد. البته فولاد به عنوان ماده اولیه در تولید اسکلت های فلزی جزء کالاهای استراتژیک می باشد ولی نمی توان خود محصول را در رده کالاهای استراتزیک قرار داد.

کشورهای تولیدکننده و مصرف کننده
کشور چین با بیشترین میزان تولید فولاد در جهان و همچنین مصرف آن در رتبه نخست قرار دارد و بعد از آن کشور ایالات متحده امریکا، کانادا، ژاپن، روسیه، آلمان، کره جنوبی و … بطور عمومی در هر جایی که ساخت و ساز باشد نیاز به سازه های فلزی نیز می باشد و مصارف کشورهای پیشرفته از دیگر کشورها بیشتری باشد.

صادرات
این محصولات از نظر گمرک جمهوری اسلامی ایران جزء محصولات مجاز جهت صادرات قرار دارد و با کد تعرفه 3708,90 صادر می شود. با توجه به اینکه فولاد یک صنعت ملی می باشد.

لذا دولت در مورد صادرات آن تسهیلات ویژه ای قائل است اما این تسهیلات شامل مصنوعات ساخته شده از فولاد که یکی از انواع مصنوعات فولادی سازه های فلزی می باشد، نمی گردد.

ماشین آلات
مهمترین ماشین آلات مورد استفاده در کارخانه تولید سازه های فلزی : دستگاه برش و دستگاه رگتی فایر و جوش زیر پودری و دستگاه سوراخکاری می باشند.

از اینرو کشورهای سازنده ماشین آلات تولیدی این صنعت تنوع زیادی دارند که از آن جمله می توان به آلمان, چین, انگلستان, روسیه, هند, سنگاپور, اندونزی, امریکا, ژاپن, کره و … اشاره نمود.

همچنین می توان به شرکت های داخلی از قبیل شرکت گام الکتریک و ماشین سازی کارا و نورد سهند و … که در زمینه تولید ماشین آلات خط تولید فوق فعالیت دارند اشاره نمود.

روش های تولید سازه های فلزی

تعریف فنی اسکلت فلزی به عنوان محصول اصلی طرح:
سازه های اسکلت فلزی از بخش های مختلفی مانند ستون ها، تیرها و بادبندها تشکیل یافته اند که این اعضا به یکدیگر متصل گردیده و اسکلت فلزی موردنظر را بوجود می آورند. اتصالات متداول این سازه ها جوش و پیچ و مهره می باشد.

حال در ادامه جهت آشنایی بیشتر توضیحاتی در این خصوص ارائه گردیده است. طراحی سازه های اسکلت فلزی براساس استاندارد 519 سازمان برنامه می باشد لذا ابعاد دهنه، ارتفاع، طول و همچنین بار برف، سرعت وزش باد، شیب سقف و نوع پوشش سقف عوامل تعیین کننده می باشند.

نیمرخ های ساختمانی

برای استفاده از فولاد به عنوان عضو ساختمانی باید آن را به شکل مناسب درآورد. برای فرم دادن فولاد، از نورد گرم استفاده می نمایند. بدین معنی که شمش های فولاد را تا دمای سرخ شدن حرارت می دهند و سپس با عبور دادن آن از میان غلطک های مخصوص، شکل موردنظر را به دست می آورند.

هر یک از نیمرخ ها در اندازه ها و مشخصات هندسی متعددی تولید می شود که به صورت زیر است. نوع دیگری از سازه های فلزی تولید نیمرخ های ساختمانی وجود دارد که در آن ورق فولادی در حالت سرد با استفاده از پرس به شکل دلخواه فرم داده می شود.

در اشکال ذیل نیمرخ های متداول حاصل از پرسکاری سرد نشان داده شده است. از این نیمرخ ها غالباً به عنوان اعضای خمشی در کارهای سبک استفاده می شود. این نیمرخ ها اصطلاحاً سرد تا شده COLD FORMED SECTION نامیده می شوند.

ورق های ضخیم تر را نمی توان با فرم دادن به شکل نیمرخ دلخواه درآورد در چنین حالتی ورق ها در عرض های موردنظر بریده می شود و توسط جوش به یکدیگر متصل می شوند تا نیمرخ دلخواه حاصل گردد به چنین نیمرخ هایی، نیمرخ های ورقی گفته می شود.

با ترکیبی از ورق و نیمرخ نورد شده نیز می توان نیمرخ مورد نظر را بدست آورد که در آن صورت بدان نیمرخ مرکب می گویند. هر ساختمان فلزی ترکیبی از اعضای جدا از هم است که این اعضا باید به طریق مناسبی به یکدیگر متصل شوند.

در واقع اتصالات در ساختمان های فلزی شامل اتصالات مختلف است، نظیر تیر به ستون و ستون به فونداسیون و اتصال سایر اجزای اسکلت فلزی به یکدیگر است.

قبل از بررسی طرح می بایست ابتدا ماشین آلات اصلی خط تولید سازه های فلزی را که براساس آنها محصول نهایی تولید می گردند مشخص و ظرفیت خط تولید را براساس آنها محاسبه نمود.

زیرا ماشین آلات مختلف و متفاوتی در خط تولید وجود دارند که هر یک وظیفه مشخصی را در تولید محصول نهایی ایفا می کند. لازم به ذکر است که بعضی از ماشین آلات، وظیفه اصلی تولید اسکلت فلزی را بر عهده ندارند و به عبارتی ماشین آلات پشتیبانی کننده خط تولید می باشند.

از این قبیل ماشین آلات می توان به دستگاه جوش رکتی فایر که وظیفه جوشکاری انواع قطعات، دستگاه های فرز دستی جهت تمیزکاری، جک 20 تن که وظیفه صاف کردن قطعات H شکل را دارد،

دستگاه پنج کاره که براساس نیاز قطعه عمل برش ورق، برش مقاطع، برش نبشی، لبه بری و پانچ را برعهده دارد اشاره نمود. بنابراین ماشین آلات اصلی خط تولید عبارتند از :

ماشین آلات موردنیاز طرح
ماشین آلات	نحوه تامین
گیوتین هیدرولیک	داخلی
جوش زیر پودری (ترانس جوش)	داخلی
اره پروفیل بر	داخلی
دریل رادیال	داخلی
پنج کاره یا پانچ	داخلی
حدیده برقی	داخلی
کمپرسور هوا	داخلی

فرآیند تولید سازه های فلزی به شرح زیر می باشد :

1. برشکاری اولیه

در بدو امر مواد اولیه (شامل ورق های فولادی که عمدتاً به صورت خام موجود می باشند) بوسیله جرثقیل به کنار دستگاه های برش انتقال داده می شوند تا عمل برش روی آنها صورت پذیرد.

در این مرحله تولید، برش در این حالت به صورت گرم انجام می گیرد. به این صورت که کارگر ماهر برش را با شعله بنفش رنگ قوی حاصل از گاز استیلن و اکسیژن انجام می دهد. از این روش بیشتر برای برش های طولی ورق استفاده می گردد.

بعد از این عملیات ورق های بریده شده توسط واحد کنترل کیفیت بازرسی شده و پس از بازرسی ورق های فولادی برش خورده توسط جرثقیل سقفی به قسمت های بعدی خط تولید منتقل می گردد.

2. قطعه زنی

در جریان تولید سازه ها، علاوه بر تولید بدنه اصلی اسکلت، قطعاتی نیز باید تولید گردند که جهت اتصال تیرها و ستون ها به یکدیگر بر اساس طراحی انجام شده مورد استفاده قرار می گیرند. عملیاتی که بر روی این قطعات انجام می پذیرد بسیار متنوع می باشد که از این و … اشاره نمود.

لازم به ذکر است که دستگاهی که در این لبه بری، عملیات ها میتوان به پانچ بخش مورد استفاده قرار می گیرد دستگاه پنچ کاره می باشد که این دستگاه قادر خواهد بود تا را برحسب نیاز و پانچ لبه بری، برش نبشی، برش مقاطع، عملیات برش ورق، برش تسمه قطعات بر روی آنها انجام دهد.

پس از این عملیات کلیه عملیات انجام شده توسط کارشناس کنترل کیفیت بازرسی شده و قطعات توسط جرثقیل به بخش های بعدی خط تولید انتقال می یابد.

3. تسمه زنی

در برخی از موارد احتیاج به ورق ها با طول زیاد می باشد به همین منظور ورق های بریده شده در قسمت برشکاری بوسیله جرثقیل سقفی به این بخش از تولید سازه های فلزی انتقال داده می شود.

روش کار بدین صورت است که ابتدا در محل مناسب ورق ها در امتداد یکدیگر قرار داده می شوند و سپس عملیات جوشکاری با نفوذ لازم انجام می پذیرد.

سپس سطح جوش را سنگ می زنند تا درزهای باقیمانده کاملاً پوشانیده شود. این قطعات توسط کارشناس کنترل کیفیت بازرسی و بوسیله جرثقیل سقفی محصولات این بخش به بخش بعدی منتقل می گردد.

4. مونتاژ اولیه H

معمول ترین نیمرخ های مورد استفاده، نیمرخ های نورد شده I شکل می باشد که در صورت بزرگ شدن ابعاد مقطع، نیمرخ I را با استفاده از ورق ها و اتصالات جوشی می سازند که در این صورت به آن تیر ورق plat greider گفته می شود.

ورق های فولادی از بخش تسمه زنی بوسیله جرثقیل سقفی به این بخش از تولید سازه ها انتقال داده می شود. ورق های فولادی در این قسمت از فرآیند تولید سازه های فلزی بر روی فیکچرها طوری در کنار یکدیگر قرار می گیرند که به صورت تیر درآیند.

و به دلیل اینکه این تیرها از هم جدا نشوند و از استحکام لازم جهت انتقال به بخش های دیگر تولید برخوردار باشد عملیات جوشکاری نقطه ای بر روی آنها صورت می پذیرد. پس از عمل جوشکاری نقطه ای قطعات مورد بازرسی قرار گرفته و بوسیله جرثقیل سقفی به مرحله مونتاژ نهایی H جهت جوش زیر پودری منتقل می گردند.

5. مونتاژ نهایی H

تیرهای ساخته شده در قسمت قبلی جهت اتصال نهایی بوسیله جرثقیل سقفی به این بخش از تولید سازه ها منتقل می گردد. عملیات جوشکاری بر روی شاسی ویژه ای صورت می پذیرد.

بدین صورت که دستگاه جوش زیر پودری بر روی این شاسی دارای حرکت رفت و برگشت بوده و از یک سمت شاسی حرکت کرده و محل اتصال ورق های فولادی را به یکدیگر جوش می دهد.

پس از اتمام مرحله رفت تیر به وسیله جرثقیل سقفی برگردانیده می شود تا با حرکت برگشت دستگاه جوش زیر پودری، سطح دیگر تیر را نیز جوشکاری نماید. دستگاه جوش زیر پودری دارای ویژگیهایی به شرح ذیل می باشد :

• سهولت جوشکاری در زوایای مختلف
• سیستم کنترل BUM BAKE برای جلوگیری از چسبیدن سیم به الکترود و قطعه کار
• تراک محکم با دو محور رانشی و …

در انتهای این بخش قطعات H شکل مورد بازرسی قرار گرفته و توسط جرثقیل به بخش بعدی از خط تولید سازه های فلزی انتقال می یابد.

6. برشکاری

با توجه به اینکه تیرهایی که در قسمت های مختلف اسکلت فلزی مورد استفاده قرار می گیرند دارای ابعاد مختلفی می باشند لذا این تیرها می بایست براساس اندازه مورد نیازو طراحی شده برش داده شوند. عملیات برشکاری در این بخش توسط دستگاه اره نواری صورت می پذیرد.

که دارای دو رولر 12 متری می باشد. تیرها بر روی این رولرها قرار گرفته و براساس ابعاد مورد نیاز برش داده می شوند. قطعات بریده شده توسط کارشناس کنترل کیفیت مورد بازرسی قرار گرفته و در صورت نیاز به سوراخ کاری توسط جرثقیل سقفی به بخش بعدی انتقال می یابد.

7. سوراخ کاری

عملیات سوراخکاری بر روی تیرهایی صورت می گیرد که برای اتصال به یکدیگر احتیاج به ایجاد منافذی در آنها می باشد. دستگاهی که جهت سوراخ کاری تیرها در این بخش مورد استفاده قرار می گیرد،

دستگاه دریل رادیال می باشد که این دستگاه توانایی ایجاد سوراخ طولی بر روی تیرها را دارا می باشد. قطرهای سوراخ شده مورد بازرسی قرار گرفته و بوسیله جرثقیل سقفی بخش بعدی منتقل می شود.

8. مونتاژ و جوشکاری نهایی محصول

تیرهای تولید شده در مراحل قبل و قطعات تولید شده در بخش قطعه زنی بوسیله جرثقیل سقفی جهت مونتاژ نهایی به این بخش انتقال داده می شوند تا قطعات مورد نیاز بر روی تیرهای تولیدشده در قسمت مونتاژ نهایی H سوار ASEMBEL شوند.

این اتصالات توسط دستگاه های جوش رکتی فایر و دستگاه جوش Mig/Mag صورت می پذیرد. از مزایای دستگاه جوش رکتی فایر میتوان به موارد ذیل اشاره نمود :

• جریان برق ورودی ناچیز، ضریب قدرت بالا و راندمان زیاد
• حفاظت عالی بدنه در مقابل عوامل محیطی
• قوس بسیار عالی در شروع به کار

از مزایای دستگاه جوش Mig/Mag میتوان به موارد ذیل اشاره نمود :

• امکان جوشکاری سنگین صنعتی و تنظیم دلخواه با گستره وسیع
• مناسب برای جوشکاری ورقهای نازک و ضخیم
• استهلاک بسیار کم و ساختمان قابل اطمینان

در نهایت قطعات مونتاژ شده توسط کارشناس کنترل کیفیت مورد بازرسی قرار گرفته و توسط جرثقیل سقفی به مرحله بعدی منتقل می گردد.

9. تمیزکاری

قطعات پس از جوشکاری نهایی در محل جوشکاری دارای ناصافی هایی هستند که جهت رفع این ناصافیها می بایست سطح جوش را سنگ زد. این عمل توسط دستگاه های فرز دستی توسط کارگران این بخش صورت می گیرد. قطعات، بازرسی شده و توسط جرثقیل وارد مرحله بعدی جهت سند بلاست می گردند.

10. سند بلاست

قبل از رنگ آمیزی، روغنکاری یا عملیات مشابه دیگر روی قطعات اسکلت فلزی، باید آنها را کاملاً خشک کرد و سطوح آنها را از هر نوع زنگ زدگی، خوردگی و آلودگی دیگر پاک نمود.

در این بخش از ماسه پاشی sand blast استفاده می گردد بدین صورت که در سیستم سندبلاست ماسه بوسیله فشار باد بر روی سطح قطعات پاشیده می شود.

در حقیقت عمل سنباده زنی صورت می پذیرد و سطح اسکلت فلزی کاملاً صاف و صیقلی شده و آماده رنگ آمیزی می گردد این سطح توسط کارشناس کنترل کیفیت مورد بازرسی قرار گرفته و توسط جرثقیل به واحد بعدی انتقال می یابد.

11. رنگ آمیزی

قطعات پس از سندبلاست بوسیله جرثقیل به بخش رنگ آمیزی منتقل می گردند و بوسیله سیستم رنگ آمیزی که شامل کمپرسور می باشد. رنگ بر روی سطح اسکلت فلزی پاشیده می گردد.

باید توجه داشت چنانچه اسکلت فلزی در منطقه در معرض رطوبت کم قرار گرفته باشد باید سطح آن با یک دست ضد رنگ و دو دست رنگ (آستر و رویه) زده شود. در نهایت اسکلت فلزی مورد بازرسی نهایی قرار گرفته و برای مشتری ارسال می گردد.