پروفیل یا (قوطی آهن) یکی از مصالح بسیار پرکاربرد در صنعت ساختمان سازی، ساخت پل ها، شهر سازی و ماشین سازی است. ما در این جا قصد داریم تا شما را بیشتر با پروفیل آشنا کنیم. پس از آشنایی با این محصول پرکاربرد، درصورت تمایل می توانید برای اطلاعات بیشتر با مشاورین ما تماس حاصل فرمایید.

پروفیل چیست؟

کلمه پروفیل در زبان انگلیسی به معنای نیم رخ است.

در صنعت قوطی به مصالحی گفته می شود که دارای سطح مقطع ثابت با طول های متغیر است. این بدین معناست که با پیشرفت روش های ساخت مصالح، صنعتگران توانستند باکس هایی با طول بالا ولی سطح مقطع ثابت تولید کنند. این کار سبب شد تا هزینه کار کاهش پیدا کرده و کاری که قبلاً با چند مصالح و جوشکاری انجام می گرفت، با یک عدد پروفیل به خوبی به سرانجام برسد.

تحول صنعت با اختراع پروفیل

همانطور که می دانید در علم فیزیک، گفته می شود که نقاط ضعف هر سازه ای در نقاط جوش آن یا در واقع نقاطی است که مصالح گوناگون به یکدیگر متصل می شوند. اختراع پروفیل ها با طول بالا سبب شد تا نقاط اتصال مصالح در سازه ها کاهش چشمگیر پیدا کرده و بر استحکام سازه افزوده شود.

اگر شما کمی با کار های ساختمانی آشنا باشید، این محصول را قطعاً می شناسید و یا حداقل با آن سرو کار داشته اید. البته بیشتر کاربرد ساختمانی دارند و با کاربری متفاوتی در صنعت استفاده می‌شوند. اصطلاحات مختلفی هم ما از آن ها می شنویم که عمدتاً با نام های قوطی و باکس شنیده می شوند.

این قطعه به شکل های مختلفی هم تولید می شوند که عمدتاً به شکل مربع یا مستطیلی است.

معرفی انواع پروفیل

این محصول را از جهات گوناگون زیادی دسته بندی می کنند. این کار سبب می‌ شود تا خریداران قوطی با ذهنیت علمی تری به سراغ خرید آن رفته و به این ترتیب بهترین نتیجه را در کار خود بگیرند.

ما در ادامه به بررسی دسته بندی برخی از انواع پروفیل خواهیم پرداخت.

جنس قوطی از چیست؟

جنس ها و آلیاژ های مختلفی هم برای استحکام آن به کار برده می شود که از جمله می توان به آهن، آلومینیوم و چدن اشاره کرد.

اگر دسته بندی قوطی ها را از نظر جنس بیان کنیم، باید سه نوع از پرکاربردترین ها را نام ببریم.

شناخت انواع پروفیل بر اساس جنس

۱) پروفیل کامپوزیت:

این نوع باکس ها بیشتر در مکان هایی کاربرد دارند که احتمال خوردگی و اکسیداسیون مصالح بیشتر است.

مزایای قوطی کامپوزیت

از مزیت های قوطی کامپوزیتی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

۱- کاهش وزن سازه

۲- مقاومت در برابر خوردگی و اکسیداسیون

۳- افزایش استحکام سازه در برابر زمین لرزه

۴- دارای خاصیت کشسانی و جلوگیری از انحراف ساختمان ها در دراز مدت

۲) پروفیل آلومینیوم:

باکس آلومینیومی از دو جهت مورد استفاده است:

۱) یک اینکه در ذخیره انرژی و کاهش هدر رفت آن بسیار مفید تر از انواع آهنی می ‌باشد.

۲) به علت رنگ سفید و درخشان خود از نظر زیبایی شناسی نیز بیشتر مد نظر قرار می گیرد.

۳) پروفیل گالوانیزه:

این نوع پروفیل در ساختمان ها و صنایعی کاربرد دارند که نیاز به مقاومت و امنیت بالا داریم.

این باکس ها طول عمری طولانی داشته و اجازه شل شدن به درز ها و پیچ های در و پنجره را نمی‌ دهند.

کاربرد قوطی گالوانیزه

یکی از معضلات ساختمان های بلند، فشاری است که به پنجره ها و در واقع بخش های خارجی ساختمان وارد می شود. این فشار در طبقات پایین ناشی از فشار وزن ساختمان و در طبقات بالا ناشی از فشار هوا و جو است. قوطی گالوانیزه در ساختمان های بلند از این فشار می کاهند و ریسک نشست ساختمان در طول زمان را کم می‌ کنند. نکته مهم این است که هرچه فشار وارد شده به در و پنجره بیشتر باشد نیاز به باکس قوی تری داریم؛ لذا مهندسین با محاسباتی که انجام می دهند، این فشار را اندازه گیری کرده و نوع مناسب را بر می‌‌گزینند.

ضخامت باکس گالوانیزه

ضخامت قوطی گالوانیزه از یک تا دو میلی متر متغیر است.

شناخت انواع پروفیل بر اساس کاربری

باکس از نوع کاربری هم به ۲ نوع صنعتی و ساختمانی تقسیم می شوند:

۱- پروفیل ساختمانی:

قوطی یا باکس ساختمانی که در درب و پنجره به کار می روند و باکس بزرگتر نیز عمدتا در سوله ها کاربرد دارند و از جنس آهن هستند.

۲- پروفیل صنعتی:

قوطی صنعتی نیز یک نوع دیگر از این محصول هستند که با به کارگیری خصوصیت های مکانیکی و الکتریکی دارای جایگاه ویژه ای هستند که عمدتا در صنایع تجاری و صنعتی مانند ماشین سازی، نظامی، لنج سازی و … به عنوان قطعه و اجزای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

معرفی انواع پروفیل بر اساس سطح مقطع

نوع دیگری از دسته بندی انواع قوطی به شرح زیر است:

_ انواع پروفیل مقطع باز:

همانطور که از نام این دسته باکس ها مشخص است، دو سر آن ها باز است و درپوشی ندارند.

پروفیل مطقع باز شامل تیرآهن، میلگرد، تسمه، چهار پهلو و … است. قوطی مقطع باز در ساختمان سازی، ساخت ورزشگاه ها، سوله ها، پارکینگ های طبقاتی و … کاربرد زیادی دارند.

دسته بندی تیرآهن

خود تیرآهن ها انواع گوناگونی دارند که برخی از آنها عبارتند از قوطی تیرآهنی IPE، قوطی تیرآهنی IPB، باکس تیرآهنی INP.

_ انواع پروفیل مقطع بسته:

باکس در، پنجره، پروفیل پی وی سی و پروفیل کرکره ها، از نوع باکس مقطع بسته می باشند.

از این دسته قوطی بیشتر در ساخت در و پنجره ها استفاده می شود.

انواع دیگری از پروفیل ها

۱) باکس مربعی یا مستطیلی با مقاطع کوچک:

این مدل از باکس ها بیشتر برای حصار کشی مفید هستند.

منظور از حصار می ‌تواند نرده راه پله ها، نرده پیاده رو ها و اطراف دیوار های شهری نیز باشد.

۲) باکس یا قوطی مربع مستطیلی:

این نوع از قوطی در ساخت ماشین آلات کاربرد دارند.

۳) قوطی زد (باکس Z):

در ساخت سوله ها از قوطی که در اصطلاح مهندسی به آنها پروفیل z گفته می شود، استفاده می کنند.

۴) باکس نبشی:

توسط روش نورد سرد، باکس های نبشی را تولید می‌کنند.

> می‌توانید قیمت نبشی گالوانیزه و نبشی ۴ سبک و سایز بندی نبشی را، در سایت آهن تخفیف بررسی کنید.

جدول اشتال چیست؟

برای تسهیل کار با انواع گسترده باکس ها، مهندسان از جدولی به نام اشتال بهره می برند. این مرجع با ذکر ابعاد قوطی ها و کاربرد مهندسی هر کدام بسیار مورد استقبال قرار می گیرد.

قوطی با مقاطع تو خالی:

نخستین بار این مقاطع به صورت بدون درز در ابعاد کوچک تولید شدند.

در نیمه نخست قرن گذشته در آمریکا مقاطع تو خالی به صورت درز جوش دار با جوش پیوسته تولید شد. پس از جنگ جهانی دوم با توسعه تکنولوژی جوش، تولید مقاطع تو خالی با ابعاد بزرگتر به صورت یک درز جوش رونق گرفت. در سال ۱۹۵۲ میلادی برای نخستین بار مقاطع تو خالی چهار گوشی از نورد لوله ساخته شد و تا امروز روش تولید این مقاطع مبتنی بر همین اصول می باشد. در حال حاضر مقاطع تو خالی با ابعاد بزرگ سازه ای به صورت درز جوش دار و عمدتاً با روش القائی یا مقاومت الکتریکی (ERW) به صورت طولی جوش می شوند.

شناخت انواع پروفیل ساختمانی

قوطی هایی که در صنعت ساختمان سازی استفاده می شوند را به سه دسته تقسیم بندی می کنند:

۱٫ نورد گرم

این نوع به شکل قوطی بوده و از یک شمش فولادی ساخته می شوند.

۲٫ نورد سرد

این باکس ها به شکل ناودان بوده و از هم کردن و شکل دادن ورقه ها تولید می شوند.

به علت عدم استحکام مافیغ، این نوع در قسمت های سبک ساختمانی مثلاً تکیه گاه سقف های کاذب کاربرد دارند.

۳٫ ترکیبی

این قوطی ها از ترکیب دو نوع نورد گرم و نورد سرد تولید می شوند.

آشنایی با قوطی تو خالی

A- مشخصات و خواص سازه ای

مقاطع تو خالی، مشابه سایر مقاطع ساختمانی با انواع فولاد تولید می شوند.

گوشه های ۹۰ درجه در مقاطع چهار گوش نباید تیز باشد و یک شعاع انحنایی استاندارد در گوشه ها وجود دارد که موجب کاهش اثرات تمرکز تنش و جلوگیری از ترد شکنی مقطع می گردد. استاندارد ۱۰۲۱۹ EN و ۱۰۲۰۱۰ EN مشخصات این مقاطع را ارائه کرده اند. همچنین در آمریکا ASTM A500 و در ژاپن JIS G3466 برای این گونه مقاطع تدوین شده است. همچنین روش های طراحی سازه ای آن ها در ایران بر اساس مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان و AISC صورت می پذیرد.

B- تاثیر قوطی تو خالی بر بار های وارده به ساختمان

۱٫ بار فشاری

وقتی باکس تو خالی به عنوان اعضای فشاری مورد استفاده قرار می گیرند (مثلا در ستون ساختمان)، مزیت اقتصادی زیادی در مقایسه با استفاده از مقاطع باز (نظیر مقاطع I) وجود دارد. برای اعضای با بارگذاری محوری فشاری، بار بحرانی عبارت است از کمانش وابسته به لاغری و شکل مقطع.

منظور از لاغری پروفیل چیست؟

لاغری نسبت طول کمانش به شعاع ژیراسیون مقطع می باشد. در نتیجه با افزایش ژیراسیون، لاغری ستون کم می شود.

عموماً شعاع ژیراسیون مقاطع بسته تو خالی (با احتساب وزن یکسان) ه مراتب بیشتر از شعاع ژیراسیون مقاطع باز نظیر مقاطع I شکل حول محور ضعیفشان می باشد. در نتیجه برای یک طول کمانش ثابت و باربری مشابه مقاطع تو خالی سبک تر و در نتیجه (در مقایسه با مقاطع باز) اقتصادی تر محاسبه می شوند.

۲٫ بار پیچشی

نوع تو خالی تحمل بیشتری از لنگر پیچشی دارند و علتش متقارن بودن بار ها حول محور های مختلف است.

در مقایسه قوطی های پر و توخالی، نتایج نشان داده بار پیچشی فشار های وارده، تاثیر کمتری بر توخالی دارد.

کاربرد مقرون به صرفه مقاطع تو خالی

محاسبات نشان می دهد که در بارهای کمتر که ابعاد مقطع مورد نیاز کوچک تر است، استفاده از مقاطع تو خالی مزیت اقتصادی بیشتری دارد.

لذا اقتصادی ترین گزینه مهندسی، محاسبه برای استفاده از مقاطع توخالی در ستون ساختمان های ۴ تا ۷ طبقه می تواند باشد.

۳٫ بار کششی

ظرفیت طراحی یک عضو تحت بار کششی، وابسته به مساحت سطح مقطع و مقاومت طراحی فولاد مصرفی است.

البته در مهار بندی های ساختمان که محدودیت ضریب لاغری معیاری برای پذیرش مقطع مهار بند می باشد، مقاطع لوله و چهارگوش توخالی بهتر از مقاطع باز نظیر نبشی و ناودانی می باشد.

در خمش خالصی مقاطع H و I حول محور قوی، اقتصادی تر هستند. ولی وقتی کمانش جانبی بال فشاری غالب باشد، شکست تنش طراحی خمشی را تا حد زیادی کاهش می‌دهد. در این حالات، استفاده از مقاطع تو خالی در خمش توصیه می شود. می توان با محاسبات نشان داد که برای مقاطع لوله و همچنین مقاطع چهار گوش معمولی (با نسبت ۰٫۲۵ < .b/h) در خمش حول محور قوی، نا پایداری جانبی در طراحی خمش عضو تعیین کننده نیست.

روش تولید پروفیل

کارخانه های تولیدکننده باکس در ابتدا باید ورقه های فولادی با ترکیبات خاصی را تهیه کنند. پس از تهیه ورقه یا در واقع کلاف های فولادی، این ورق های باکس را درون دستگاه های ویژه برش قرار می‌دهند. این دستگاه ها ورقه های باکس را در عرض مشخصی برش داده و روی هم بسته بندی می‌ کند. با توجه به سفارش مشتری، عرض برش خورده قابلیت تنظیم دارد.

پس از برش ورق ها، آنها را به دو نوع مستقیم و غیر مستقیم، تبدیل به قوطی کامل می کنند. از اینجا به بعد در انواع دستگاه ها و کارخانجات متفاوت است؛ اما در تمامی آنها، ورقه های باکس خم شده، جوش می‌ خورند.

استفاده از قوطی برای ستون

طبق تجربه در زلزله های گذشته ستون های با مقطع قوطی رفتار و عملکرد مناسبی از خود نشان داده اند.

عملکرد یکپارچه ستون های توخالی در مقایسه با سایر ستون ها موجب می شود تا شکست با شکل پذیری و تحمل بار زیاد همراه باشد و گسیختگی پیش از موعد رخ ندهد. گزارشی که در ژاپن پس از زلزله ۱۹۹۵ هیوگو-کن نانبو منتشر شد، حاکی از رفتار مناسب ستون های توخالی سرد نورد شده در مقایسه با سایر انواع متداول ستون بود.

همچنین در گزارش ها، رفتار لرزه ای بادبند ها نیز پس از این زلزله به طور آماری بررسی شده است.

نتیجه استفاده از قوطی برای ستون

نتیجه گزارشات نشان می دهد که مقاطع قوطی و ناودانی با ابعاد بزرگ، کمترین آسیب را در مقایسه با سایر مقاطع از جمله لوله، میلگرد، نبشی، تیرآهن و … داشته اند. از بین ۴۵۲ ساختمان بررسی شده، مواردی که شامل ستون قوطی سرد نورد شده بزرگ بادبند بودند، دچار هیچ تخریب کلی یا آسیب جدی نشدند. از این میان تنها ۶ مورد آسیب خفیف و متوسط ثبت شده است.