سیستم قاب فلزی سبک که با نام LSF نیز شناخته می شود، نوعی سیستم ساختمانی مدرن است که تولید آن صنعتی و اجرای آن خشک صورت می گیرد. برخلاف تصور عموم، استفاده از این سیستم سازه LSF به چند دهه اخیر محدود نمی شود. این سیستم از حدود یک قرن پیش مورد استفاده قرار گرفته و از آن پس تا کنون نیز در صنعت هواپیما سازی، اتومبیل سازی و ساختمان سازی کاربرد داشته است. سیستم قاب فلزی سبک دارای مزایا و معایب منحصر به فرد است و به کارگیری آن، خصوصیات و ضوابط خاص خود را دارد. برای آشنایی با این سیستم و هر آن چه در رابطه با استفاده از آن لازم است، همراه پویانو باشید.

آشنایی با سیستم قاب فلزی سبک سازه LSF

ساختمان های قاب فلزی سبک با نام Lightweight Steel Framing که LSF نامیده می شوند، انواعی از سازه هستند که به صورت صنعتی تولید و به صورت خشک اجرا می شوند. قاب های فولادی سبک به روش نورد سرد تولید می شوند. این سازه ها که از سیستم های ساختمانی مدرن به شمار می آیند برای ساخت ساختمان های دارای طبقات محدود (تا سقف ۵ طبقه) به کار می روند.

سیستم ساختمانی قاب فلزی سبک از ورق های فولادی تشکیل می شود. مقاطع این ورق های فولادی به صورت U,C و Z است. عناصر فلزی مذکور، خود از عناصر سازه ای باربر و غیر باربر تشکیل شده اند که وظیفه اصلی شان حفظ پایداری ساختمان است. سیستم فوق با تکرار قطعات سبک برای ساخت دیوارها و ساختمان های چوبی به کار می رود و اجرای آن مشابه سازه های چوبی است. اتصالات در این سیستم، عمدتا به صورت پیچ و مهره است. محل قرارگیری پیچ و مهره به شکل تولید صنعتی در کارخانه انجام می شود و با دقت زیاد و اعمال مختصات دقیق طبق طراحی صورت گرفته با دستگاه های مخصوص این کار مشخص می شود. سیستم قاب فلزی سبک، یک سیستم مستقل است و برای پروژه های انبوه سازی، ساختمان های کوچک، واحدهای صنعتی و سالن های ورزشی مناسب است. همچنین می توان این سیستم را با دیگر سیستم های سازه ای رایج بتنی و فلزی ترکیب کرد که بیش تر در زمانی انجام می شود که نیاز به بیش تر کردن تعداد طبقات وجود داشته باشد. ساخت و تولید مقاطع این سیستم به روش نورد سرد و مطابق آیین نامه ها در اشکال و ابعاد مختلف با ضخامت بین ۰.۶ تا ۲.۵ میلی متر با استفاده از ورق های گالوانیزه نازک انجام می شود.

اجزا سازه LSF

• مقاطع متشکل از ورق‌های فولادی به عنوان سازه اصلی

• پنل‌های گچی به عنوان پوشش سازه در فضای داخلی
• سمنت برد برای پوشش بیرونی خارجی ساختمان

عناصر تشکیل دهنده

عناصر سازنده سیستم قاب فلزی سرد نورده شده را CSF می نامند. این عناصر از ورق های فولادی گالوانیزه به روش پرس یا نورد به کمک غلتک ایجاد می شوند. عناصر فوق را می توان به صورت مستقیم یا به کمک یک کلاف افقی به شالوده متصل کرد. در این سیستم، تحمل بارهای عمودی و جانبی بر عهده Stud یا همان وادار است که عناصر عمودی سیستم هستند. سایر عناصر که به شکل افقی در سازه به کار می روند، Runner نام دارند. سقف این سیستم، عموما سبک است و به شکل موردی با انواع دیگر به کار می رود. تیرها و تیرچه ها در سقف های سبک به مانند وادارهای اجرا شده در دیوار است. در این سیستم، جهت اجرای سقف از تیرچه های فلزی با پروفیل های Z یا C استفاده می شود. برای پوشش میان این قطعات می توان با توجه به فواصل تیرچه ها از تخته های چوبی یا سیمانی یا دال بتنی مسلح استفاده کرد. دیوارها در این سیستم از اجزای عمودی با نام Stud تشکیل شده اند. این اجزا از بالا و پایین به وسیله اجزای افقی با نام Runner متصل شده اند. در صورتی که در سیستم از تراک استفاده شود، نیاز به ایجاد برش در محل نصب Stud خواهد بود. سقف نهایی این سیستم، معمولا به شکل شیبدار و با استفاده از خرپا اجرا می شود، اما در ایران به صورت دال نیز قابل مشاهده است.

مزایا و معایب سیستم قاب فلزی سبک

در این سیستم سازه LSF ، قطعات باربر و غیر باربر به صورت صنعتی درون کارخانه تولید می شوند و در تهیه آن ها دقت زیادی اعمال می شود. این قطعات پس از تولید در کارخانه به صورت آماده در محل مناسب خود در کارگاه نصب می شوند. پیش ساخته بودن قطعات در این سیستم، مزایای زیادی مثل سرعت، دقت و کیفیت زیاد و کنترل استانداردها را شامل می شود. همچنین می توان به دیگر محاسن این روش مانند کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملیات پی ریزی، افزایش سطح مفید تمام شده، کاهش هزینه های حمل و نقل، انعطاف پذیری بیش تر فضاها، سهولت در اجرا، عدم نیاز به ماشین آلات سنگین، حذف نیاز به جوشکاری و کیفیت بالای اتصالات انجام شده نیز اشاره کرد. وزن سازه با به کارگیری این سیستم در حدود نصف وزن تقریبی سازه های دیگر است و به همین خاطر، نیروی ناشی از زلزله نیز به مراتب کم تر خواهد بود. با کاهش بار حاصل از وزن ساختمان، ابعاد فونداسیون نیز کوچک تر خواهد بود. از جمله معایب این سیستم نیز می توان به عدم تناسب آن جهت اجرای سازه ساختمان های بلند مرتبه اشاره کرد که استفاده از آن را تا حد زیادی محدود می سازد.

لازم به ذکر است که استفاده از قطعات فولادی سرد نورد شده از حدود یک قرن پیش آغاز شده است، اما گسترش بهره گیری از آن بعد از انتشار اولین ضوابط انجمن آمریکایی فلزات صورت گرفت. اولین استاندارد طراحی بر مبنای تحقیقات صورت گرفته در دانشگاه کرنل و با پشتیبانی AISI تنظیم شد.

دهانه باربر

دهانه های باربر در سیستم قاب فلزی سبک به چند روش ایجاد می شوند که به شرح زیر می باشند:

• سیستم دهانه‌های مهاربندی شده با اعضای قطری
• سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک
• سیستم دیوار باربر با پوشش تخته چوب تراشه
• سیستم دیوار برشی با بتن مسلح سازه ای

در کشور ما استفاده از دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای ساختمان های کوتاه تر و سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن مسلح برای ساختمان های بلندتر مجاز است. عملکرد صوتی دیوارها و سقف‌های ساخته شده با سیستم سازه LSF در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتی پاسخگوی انتظارات تعیین شده در مقررات ملی ساختمان می‌باشد.

پروفیل های سرد نورد شده از مقاومت کمی در برابر آتش برخوردارند و به همین خاطر باید به خوبی مورد محافظت قرار گیرند. یکی از دلایل استفاده از گچ به عنوان پوشش داخلی ساختمان ها رسیدن به همین هدف است. از مهم ترین مزایای استفاده از سیستم قاب فلزی سبک، کاهش جرم ساختمان است که خود، تاثیر قابل توجهی در کاهش هزینه های ناشی از تهیه مصالح، نیروی انسانی و زمان پروژه خواهد داشت. استفاده از این سیستم در ساخت ساختمان های پنج طبقه با رعایت استانداردها مقدور می باشد و به عنوان یک گزینه مناسب جهت انبوه سازی شناخته می شود، اما به شرط این که طراحی و اجرای آن بر اساس ضوابط انجام شود. در رابطه با مقاطع ستونی، اعضای قطری مهاربند و اتصالات این سیستم به اصلاحاتی نیاز است که باید مورد توجه قرار گیرد. این سیستم در زمینه انرژی، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی واقع شده و کاربرد آن با در نظر گرفتن الزامات ارائه شده، مجاز محسوب می شود.

الزامات طراحی و اجرا سازه LSF در ایران

• در نظر گرفتن تمهیدات لازم برای مشارکت نکردن پنل‌های به کار رفته در پایداری جانبی سازه الزامی است.
• طراحی پنل‌های خارجی و اتصالات مربوط در مقابل بار باد باید مطابق مبحث ششم مقررات ملی ایران انجام گیرد.
• حداکثر ارتفاع خالص مجاز در نظر گرفته شده برای پنل‌های سیستم در حدود ۳ تا ۲ متر است.
• حداکثر وزن پنل‌های خارجی به ۱۰۰ کیلوگرم بر متر مربع و پانل‌های داخلی به ۵۰ کیلوگرم بر متر مربع محدود می‌شود.
• رعایت مشخصات مربوط به فولاد سرد نورد شده بر اساس استانداردASTM  الزامی است.
• ضوابط مربوط به اتصالات سیستم سازه LSF شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره می‌بایستی مطابق آیین نامه  AISC و استانداردAISI  تأمین شود.
• در صورت استفاده از جوش، رعایت ضوابط مربوط به جوشکاری مطابق استانداردAISI  و آیین نامه هایAISC و AWS الزامی است.
• لازم است تمهیدات لازم مناسب با شرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران صورت پذیرد.
• الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان رعایت شود.
• در صورتی که عایق حرارتی به صورت پرکننده اجرا شود، نوع و ضخامت آن باید مقاومت حرارتی مورد نیاز را تأمین کند.
• برای کاهش اثر پل حرارتی، لازم است حدفاصل وادارها و لایه خارجی جداره با نوعی عایق حرارتی متراکم پر شود.
• لازم است ملاحظات کامل هوابندی در جداره‌های داخلی و خارجی، بازشوها و همچنین محل نصب اجزای اتصالی نظیر پیچ و مهره، با توجه به اقلیم مورد نظر و همچنین خطر میعان به عمل آید.
• رعایت مبحث سوم مقررات ملی سختمان درخصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربری و وظیفه عملکردی اجزای ساختمانی الزامی است.
• صدابندی هوا برد جداکننده‌های بین واحدهای مستقل و پوسته خارجی ساختمان و صدابندی سقف بین طبقات می‌بایست طبق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تأمین شود.
• کلیه مصالح و اجزا در این سیستم اعم از معماری و سازه‌ای از حیث دوام، خوردگی، زیست محیطی و غیره می‌بایستی بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران یا آیین نامه‌های ملی یا معتبر بین‌المللی شناخته شده و مورد تایید، به کار گرفته شود.
• اخذ گواهی نامه فنی برای محصول تولیدی، پس از راه اندازی خط تولید کارخانه، از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامی است.
• در مناطق با خطر نسبی کم، متوسط و زیاد (مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) استفاده از این سیستم سازه به عنوان قاب ساختمانی ساده به همراه دیوار برشی بتن مسلح حداکثر در ۵ طبقه یا ارتفاع ۱۸ متر از تراز پایه بلامانع است.
• استفاده از این سیستم در مناطق با خطر نسبی کم، متوسط و زیاد (مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) تا حداکثر ۲ طبقه یا ارتفاع ۷٫۲۰ متر از تراز پایه، با اجرای مهاربندی قطری بلا مانع است.
• به کارگیری سیستم سازه LSF در مناطق لرزه خیز با خطرنسبی بسیار زیاد (مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) مجاز نیست.

• سیستم در مناطق لرزه خیز با خطرنسبی بسیار زیاد (مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) مجاز نیست.

• به کارگیری حداکثر دهانه ۵ متر و حداکثر ارتفاع ناخالص (با احتساب ضخامت سقف)۳٫۶۰ متر برای هر طبقه در این سیستم مجاز است.
• طراحی کلیه اجزا ء اتصالات در این سیستم بر اساس استانداردAISI  و طرح سازه‌ای و لرزه‌ای آن بر اساس آیین نامه‌های ASCE-05 و IBC2003 و ویرایش‌های بعد از آن انجام گیرد.
• کنترل سازه در مقابل بار باد باید بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران مبحث ششم و با در نظر گرفتن سیستم مقاوم در برابر بار جانبی ناشی از زلزله که در بندهای ۱ و ۲ آمد ه است انجام شود.
• رعایت محدودیت حداکثر بار مرده و زنده به ترتیب ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مربع و ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مربع برای سقف‌ها الزامی است.
• رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استانداردASTM  الزامی است.
• رعایت ضوابط فصل ۲۱ آیین نامهACI-318-05  و ویرایش‌های پس از آن برای طراحی دیوارهای برشی بتن مسلح الزامی است.
• تأمین ضوابط دیافراگم صلب برای کلیه سقف‌ها الزامی است.
• کلیه اتصالات اعضای قایم به اعضای افقی می‌باید به گونه‌ای باشد که یکپارچگی اعضا در ارتفاع سازه تأمین شود.
• ضوابط مربوط به اجزاء اتصالی شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره می‌بایستی مطابق آیین نامهAISC  و استانداردAISI  تأمین شود.
• در صورت استفاده از اتصالات جوش، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای نورد شده مطابق استانداردAISI  و آیین نامه هایAWS  و AISC الزامی است.
• سقف سازه‌ای این سیستم سازه LSF متشکل از تیرچه فلزی دال بتن مسلح فوقانی به صورت مقطع مرکب است که می‌باید بر مبنای ضوابط مقاطع مرکب مطابق آیین نامه و دال‌های بتن مسلح بر مبنای آیین نامهACI  تأمین شود.
• به کارگیری مصالح بنایی در دیوارهای خارجی و داخلی مجاز نمی‌باشد. حداکثر وزن متر مربع دیوارتمام شده در جداکننده‌های داخلی نبایستی بیشتر از ۵۰ کیلوگرم بر متر مربع و در دیوارهای خارجی نبایستی بیش از ۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع باشد.
• لازم است تمهیدات لازم به منظور عدم مشارکت پانل‌های غیر باربر و جداکننده‌ها در سختی جانبی سازه صورت پذیرد.
• لازم است تمهیدات لازم متناسب باشرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران صورت پذیرد.
• کلیه مصالح و اجزا در سیستم سازه LSF اعم از معماری و سازه‌ای از حیث دوام، خوردگی، زیست محیطی و غیره می‌بایستی بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران یا آیین نامه‌های ملی یا معتبر بین‌المللی شناخته شده و مورد تایید، به کار گرفته شود.
• الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث ۱۹ مقررا ت ملی ساختمان رعایت شود.
•  در صورتی که عایق حرارتی به صورت پرکننده اجرا شود، باید نوع و ضخامت عایق، مقاومت حرارتی مورد نیاز را تأمین کند.
• به منظور کاهش اثر پل حرارتی، لازم است حدفاصل وادارها و لایه خارجی جداره با نوعی عایق حرارتی متراکم پر شود.
• لازم است ملاحظات کامل هوابندی در جداره‌های داخلی و خارجی، بازشوها و همچنین محل نصب اجزای اتصالی نظیر پیچ و مهره، با توجه به اقلیم مورد نظر و همچنین خطر میعان به عمل آید.
• رعایت مبحث سوم مقررات ملی ساختمان درخصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربری و وظیفه عملکردی اجزای ساختمانی الزامی است.
• صدابندی هوا برد جداکننده‌های بین واحدهای مستقل و پوسته خارجی ساختمان و صدابندی سقف بین طبقات می‌بایست طبق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تأمین شود.
• اخذ گواهی نامه فنی برای محصول تولیدی، پس از راه اندازی خط تولید کارخانه، از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامی است .

سازه LSF

تحریریه پویانو