نقش آهن آلات در ساختمان چیست؟

توسعه روش های ساخت و ساز در آهن و فولاد مهمترین نوآوری در معماری از دوران باستان بوده است.  این روش ها سازه های بسیار قویتر و بلندتری را با هزینه های کمتری از مواد نسبت به سنگ، آجر یا چوب ارائه میکنند و میتوانند دهانه های بدون تکیه گاه بیشتری را روی دهانه ها و فضاهای داخلی یا خارجی ایجاد کنند.  تکامل ساخت اسکلت فلزی در قرن بیستم مفهوم دیوار و تکیه گاه را کاملاً تغییر داد. در معماری قبل از سال 1800، فلزات نقش کمکی داشتند.  آنها برای چسباندن سنگ تراشی (روپلاک ها و گیره ها)، برای اعضای کششی (زنجیری که گنبدها را تقویت می کند، میله های کراواتی در طاق ها برای تقویت طاق ها)، و برای سقف، درها، پنجره ها و تزئینات استفاده می شد.  چدن، اولین فلزی که میتوان جایگزین مصالح سازهای سنتی شد، در اوایل سال 1779 در پلسازی مورد استفاده قرار گرفت. توانایی آن در تحمل بارها و تولید در اشکال بی پایان، علاوه بر مقاومت آن در برابر آتش و خوردگی به سرعت انطباق های معماری را تشویق کرد، ابتدا به عنوان ستون و طاق و سپس در ساختارهای اسکلتی.  از آنجایی که چدن دارای مقاومت فشاری بسیار بیشتری نسبت به کشش است (مثلاً به عنوان یک ستون کوچک بهتر از یک تیر کار می کند)، در اواخر قرن نوزدهم تا حد زیادی با فولاد که به طور یکنواخت قوی تر، کشسان و کارآمدتر است، جایگزین شد.  و مقاومت بالای آن در تمامی تنش ها به دقت قابل محاسبه است. اعضای سازه های فولادی به اشکال مختلف نورد می شوند که رایج ترین آنها صفحات، نبشی ها، تیرهای I و کانال های U شکل است.  این اعضا ممکن است توسط پیچ و مهره های فولادی یا پرچ به هم وصل شوند و توسعه جوش در قرن بیستم امکان تولید اتصالات ذوب شده با کار و مواد کمتر را فراهم کرد.  نتیجه یک ساختار صلب و پیوسته است که در آن اتصال به اندازه عضو محکم است و تنش ها را بین تیرها و ستون ها توزیع می کند.  این یک تغییر اساسی در تکنیک معماری است که هنوز نمی توان تأثیر آن را تخمین زد. به طور معمول، فولاد باید توسط پوشش های سطحی در برابر خوردگی محافظت شود، اما آلیاژهایی مانند فولاد ضد زنگ برای سطوح در معرض دید ساخته شده است.  آلومینیوم و سایر آلیاژهای فلزات سبک به دلیل مقاومت در برابر آب و هوا برای ساخت بیرونی مورد توجه قرار گرفته اند. بتن مخلوطی از سیمان و آب با سنگدانه های ماسه و سنگ است که به سرعت در اثر ترکیب شیمیایی سخت میشود و به یک جامد سنگ مانند، مقاوم در برابر آب و آتش با استحکام فشاری زیاد (اما کششی کم) تبدیل میشود.  از آنجایی که میتوان آن را در حالت مایع به شکل هایی ریخت تا عناصر ساختاری متنوعی تولید کند، جایگزینی اقتصادی برای مصالح سنتی فراهم میکند و مزایای پیوستگی (عدم اتصالات) و ذوب شدن با مواد دیگر را دارد. بتن در  مصر باستان و توسط رومیان باستان بسیار توسعه یافت، که بتن آنها با سیمان خاکستر آتشفشانی (پوزولانا) امکان گسترش زیادی در روش های معماری، به ویژه توسعه گنبدها و طاق ها (اغلب با آجرهای تقویت شده) برای پوشش مناطق وسیعی را فراهم کرد.  پایه ها و سازه هایی مانند پل ها و سیستم های فاضلاب که عایق آبسازی ضروری بود.  تکنیک ساخت در قرون وسطی کاهش یافت و در قرن 18 دوباره به دست آمد، اما بتن تا زمان اختراع بتن آرمه در دهه 1860 تنها اهمیت محدودی برای معماری داشت. بتن مسلح برای افزودن مقاومت کششی فولاد به مقاومت فشاری بتن انبوه ساخته شد.  فلز قبل از ریختن به صورت شبکه ای در قالب ها قرار می گیرد و در مواد سخت شده این دو به طور یکنواخت عمل می کنند.  این ترکیب بسیار متنوع تر از هر دو محصول است.  این نه تنها برای ساخت قاب های سفت و سخت، بلکه برای پایه ها، ستون ها، دیوارها، کف ها و انواع بی حد و حصر پوشش ها کاربرد دارد و نیازی به افزودن سایر مصالح سازه ای ندارد.  اگرچه ساخت قالبها فرآیندی آهسته و پرهزینه است، اما این تکنیک از نظر اقتصادی با ساخت اسکلت فلزی رقابت میکند، زیرا مش که از میلههای فلزی نازک و قابل خم شدن یا پارچه فلزی تشکیل شده است، از فولاد بسیار کمتری استفاده میکند و بتن به خودی خود ارزان است. تقویتکننده فولادی  برای استفاده کامل از ویژگی های پلاستیکی یا مجسمه ای بتن استفاده می شود.  می توان آن را به هم متصل یا خم کرد تا اعضای حمایت کننده را با کف ها و پوشش هایی که حمل می کنند یکسان کند.  علاوه بر این، تنش های تولید شده در طبقات، گنبدها و طاق ها ممکن است برای کاهش بار در خود دال ها توزیع شود و بار کاهش یافته ممکن است در نقاط مورد نظر متمرکز شود تا تعداد و اندازه تکیه گاه ها بسیار کاهش یابد.سه تحول در قرن بیستم در تولید تأثیر اساسی بر معماری داشت.  اولین ساختار، ساخت پوسته بتنی، امکان برپایی طاق ها و گنبدهای وسیع با محتوای بتن و فولاد را فراهم میکند که ضخامت آن نسبتاً کمتر از ضخامت پوسته تخم مرغ باشد.  توسعه دوم، ساخت بتنی پیش ساخته، از آجر، دال و تکیه گاه های ساخته شده در شرایط بهینه کارخانه برای افزایش عایق رطوبتی و استحکام، کاهش زمان و هزینه در نصب و کاهش انبساط و انقباض استفاده می کند.  در نهایت، بتن پیش تنیده اعضای باربری را فراهم می کند که در آنها آرماتور تحت کشش قرار می گیرد تا نیروی زنده برای مقاومت در برابر یک بار خاص تولید کند.  از آنجایی که عضو مانند فنر عمل می کند، می تواند بار بیشتری را نسبت به یک عضو بدون تنش با همان اندازه حمل کند.