बिल्डर स्टील क्यों चुनते हैं
स्टील लोहे में थोड़ा कार्बन मिलाकर बनता है। अपने वज़न के हिसाब से यह बहुत मज़बूत है।
इसे बहुत ज़ोर से खींचा (तनाव) या दबाया (संपीड़न) जा सकता है। यह थोड़ा मुड़कर वापस भी आ सकता है (तन्य), इसलिए टूटने से पहले चेतावनी देता है। कंक्रीट ऐसा नहीं करता।
मज़बूत होने से स्टील के हिस्से पतले और हल्के बन सकते हैं। इससे पुल और बड़े हॉल कम खंभों के साथ बन जाते हैं।
स्टील के हिस्सों के आकार
स्टील को ख़ास आकारों में ढाला जाता है जिन्हें सेक्शन कहते हैं: एंगल (L), चैनल (C), पाइप, प्लेट और सबसे आम H या I सेक्शन।
H-बीम में दो फ्लेंज (ऊपर-नीचे की पट्टियाँ) बीच से दूर होते हैं। बीम झुकती है तो ऊपर-नीचे सबसे ज़्यादा दबाव और खिंचाव होता है, इसलिए स्टील वहाँ रखते हैं। बीच की पतली वेब फ्लेंजों को जोड़ती है और कटाव (शियर) रोकती है। इसलिए H-बीम मज़बूत होती है पर स्टील कम लगता है।
ट्रस सीधी छड़ों का ढाँचा है जो त्रिकोणों में जुड़ा होता है। हर छड़ में सिर्फ़ खिंचाव या दबाव होता है, इसलिए ट्रस हल्का होता है और बड़ी छतें ढक सकता है।
स्टील जोड़ना: बोल्ट और वेल्डिंग
हिस्से कारखाने में बनते हैं, जहाँ काम साफ़ और सटीक होता है। फिर साइट पर ले जाकर जोड़े जाते हैं।
- बोल्ट (उच्च-ताक़त वाले): तेज़, जाँचने में आसान और खोले जा सकते हैं।
- वेल्डिंग: स्टील को पिघलाकर जोड़ती है। मज़बूत और साफ़ पर कुशल कारीगर चाहिए।
जोड़ों का डिज़ाइन बहुत ध्यान से करते हैं क्योंकि स्टील की कई विफलताएँ जोड़ से शुरू होती हैं।
कमज़ोरियाँ: बकलिंग, आग और जंग
बकलिंग: लंबा पतला हिस्सा सिरों से दबाने पर अचानक किनारे की ओर मुड़ जाता है। यह स्टील के कुचलने से पहले ही टूट जाता है। मोटा हिस्सा, छोटा हिस्सा या खंभों के बीच ब्रेस लगाने से बकलिंग भार बढ़ता है।
आग: लगभग 500 °C पर स्टील अपनी लगभग आधी ताक़त खो देता है। इसलिए उस पर आग-रोधी रंग, बोर्ड या कंक्रीट चढ़ाते हैं।
जंग: लोहा, पानी और हवा मिलकर जंग बनाते हैं। रंग, जस्ते की परत (गैल्वेनाइज़िंग) और पानी की निकासी से इसे रोकते हैं।
RC से तुलना: स्टील हल्का है और जल्दी बनता है; RC सस्ता है, आग से सुरक्षित है और आसानी से जंग नहीं खाता।
करके देखो
3D में: चरण 4 में पतला खंभा है। भार बढ़ाकर उसे मुड़ते देखो। फिर उसे मोटा करके दोबारा आज़माओ। चरण 5 में गर्मी बढ़ाओ और "आग-रोधी परत" पर टिक करो।
घर पर: प्लास्टिक का स्केल दोनों सिरों से दबाओ, वह मुड़ जाएगा। अब स्केल को सिरे से पकड़कर पहले उसकी चौड़ी सतह पर और फिर किनारे पर दबाव डालो: किनारे की तरफ़ वह ज़्यादा कड़ा है। इसीलिए H-बीम की वेब खड़ी रहती है।
मुख्य सूत्र और परिभाषाएँ
- स्टील: खिंचाव और दबाव दोनों में मज़बूत
- H-बीम: फ्लेंज झुकाव सहते हैं, वेब कटाव
- बकलिंग भार मोटाई के साथ तेज़ी से बढ़ता और लंबाई के साथ तेज़ी से घटता है
- लगभग 500 °C पर स्टील आधी ताक़त खो देता है
- ट्रस: त्रिकोणों में जुड़ी छड़ें, सिर्फ़ खिंचाव या दबाव
हल किए गए उदाहरण
1. उतने ही वज़न की ठोस चौकोर छड़ से H-बीम बेहतर क्यों है?
H में स्टील बीच से दूर, ऊपर-नीचे की पट्टियों में है जहाँ झुकाव का बल सबसे ज़्यादा है। उतने ही वज़न में यह ज़्यादा कड़ी और मज़बूत है।
2. दो खंभे बराबर ऊँचाई और बराबर स्टील के हैं। एक पतला है, एक मोटा। कौन पहले मुड़ेगा?
पतला। मोटा हिस्सा किनारे की ओर मुड़ने का ज़्यादा विरोध करता है, इसलिए मोटा खंभा ज़्यादा भार उठाता है।
3. स्टील की दफ़्तर इमारत में 90 मिनट आग लगी। स्टील फ्रेम पर बोर्ड क्यों लगे होते हैं?
गर्म होने पर स्टील नरम हो जाता है और ताक़त खो देता है। बोर्ड या रंग उसे ज़्यादा देर ठंडा रखते हैं ताकि फ्रेम झुके या गिरे नहीं।
आम गलतियाँ
- यह सोचना कि पतला स्टील खंभा भी मोटे जितना सुरक्षित है क्योंकि "स्टील मज़बूत है"। पतले खंभे मुड़ते हैं।
- यह कहना कि स्टील जलता नहीं तो आग से बचाव नहीं चाहिए। वह जलता नहीं पर नरम होता है।
- H-बीम की बीच की वेब को मुख्य ताक़त मानना। झुकाव की ज़्यादातर ताक़त फ्लेंज देते हैं।
- जंग को अनदेखा करना। रंग या परत न हो तो पानी-हवा स्टील को धीरे-धीरे खा जाते हैं।