یکی از سیستم های سازه ای نوین ساختمانی که وزن کمی دارد، سازه قاب فولادی سبک یا LSF است. این سازه به دلیل داشتن وزن کم و قابلیت اجرای دیوار به صورت خشک، برای مناطق زلزله خیز به کار می آید. برای تولید قطعات این سازه از روش نورد سرد استفاده می شود. در این مطب، اطلاعات مفیدی در رابطه با قاب فولادی سبک را با شما به اشتراک خواهیم گذاشت. همراه پویانو باشید.

قاب فولادی سبک به نوعی سیستم سازه ای اطلاق می شود که از فولاد سرد نورد شده گالوانیزه تشکیل می شود. این سازه را با نام سازه فولادی سبک، سازه LSF یا Lightweight Steel Framing یا سازه فولاد گالوانیزه نیز می شناسند.

سازه قاب فولادی سبک که LSF نام دارد، به شکل خشک و با متد تولید صنعتی اجرا می گردد. قاب فولادی سبک با روش نورد سرد تهیه می گردد و یکی از سیستم های ساختمانی مدرن می باشد. با استفاده از این سیستم می توان ساختمان هایی تا 5 طبقه اجرا نمود.

سازه مذکور از ورق های فولادی با مقاطع C، U و Z ایجاد می شود. این عناصر فلزی، خود به دو دسته باربر و غیر باربر تقسیم می گردند که وظیفه شان پایدار کردن ساختمان است. سیستم قاب فولادی سبک با تکرار قطعه ها برای ساخت دیوار و سقف به کار می رود. اتصالات این سیستم، معمولا با پیچ و مهره صورت می گیرد و محل جای گرفتن پیچ ها به روش تولید صنعتی و با دقت زیاد بر مبنای مختصت دقیق به کمک دستگاه های مخصوص در کارخانه تعیین می شود

. قاب فولادی سبک، یک سیستم سازه ای مستقل است. این سیستم برای پروژه های انبوه سازی، ساختمان های تجاری کوچک، ساختمان های دارای طبقات محدود، واحدهای صنعتی و سالن های ورزشی به کار می آید. سیستم قاب فولادی سبک را می توان با دیگر سیستم ها مثل سازه بتنی یا فولادی تلفیق نمود. همچنین برای زیاد کردن طبقه ها می توان از سیستم مختلط استفاده نمود. برای ساخت و تولید مقاطع از روش نورد سرد بر اساس آیین نامه ها استفاده می شود و مقاطع در ابعاد گوناگون با ضخامت 0.6 تا 2.5 میلی متر ایجاد می شوند.

سه جزء اصلی قاب فولادی سبک

• مقاطع تشکیل شده از ورق‌های فولادی که با روش نورد سرد تهیه شده اند
• پنل های گچی دیوار خشک در نقش پوشش در داخل ساختمان
• سمنت برد به عنوان پوشش خارجی ساختمان که می تواند لایه‌های عایق صوتی و حرارتی داشته باشد

تاریخچه

بر خلاف تصوری که وجود دارد، به کار بردن این سیستم فقط به چند دهه اخیر محدود نیست. این سیستم از قدمتی 100 ساله برخوردار است. در ابتدای قرن 19 و در سال 1850 میلادی در انگلیس و آمریکا از قطعه های فلزی نازک برای اجرای پل ها استفاده می شد. این روش در صنعت هواپیما سازی، اتومبیل سازی و ساختمان سازی نیز کاربرد دارد.

عناصر تشکیل دهنده

به اعضای سیستم قاب فولادی سبک، اصطلاحا CSF گفته می شود. این قطعه ها از ورق های فولادی گالوانیزه با روش نورد یا پرس ایجاد می شوند. این عناصر را می توان به صورت مستقیم یا به کمک یک کلاف افقی به فونداسیون وصل نمود. در این سیستم، وظیفه تحمل بارهای عمودی و جانبی بر عهده وادارها می باشد. عناصر افقی این سیستم، لاوک نام دارند. سقف این سازه، سبک و برخی اوقات با انواع دیگر اجرا می گردد. لازم به ذکر است که تیر و تیرچه ها در این سقف ها مثل وادار و لاوک هستند.

در این سیستم، برای اجرای سقف، عموما از تیرچه های فلزی با پروفیل های Z یا C بهره گرفته می شود که برای پوشش بین آن ها از تخته های چوبی یا سیمانی یا دال بتنی استفاده می شود. هر دیوار از تعدادی جزء عمومی به شکل C با فواصل 40 تا 60 سانتی متر ایجاد می شود. این اجرا از پایین و ابلا به کمک اجزای افقی با مقطع U یا C وصل می شوند. اگر از مقاطع C سکل به عنوان لاوک استفاده شود، باید برش هایی در محل نصب وادار انجام گردد. در این سازه، سقف نهایی به طور معمول به شکل شیبدار به کمک خرپا و در کشور ما به صورت دال اجرا می گردد.

نقاط قوت و ضعف سیستم LSF

در این سازه، عناصر باربر و غیر باربر با دقت در کارخانه تولید شده و به کارگاه منتقل می شوند. این روش، پیش ساخته است و مزایایی چون سرعت زیاد، دقت زیاد، کیفیت زیاد و کنترل همه استانداردها را دارد. از دیگر مزایای این روش در صورت اجرا مناسب می توان به افزایش سرعت ساخت و ساز، کم شدن وزن ساختمان، کم شدن حجم عملیات پی ریزی، سطح مفید تمام شده بیش تر، کم شدن هزینه های حمل و نقل، انعطاف پذیری بالاتر فضاها، راحتی اجرا، عدم نیاز به ماشین آلات سنگین، عدم نیاز به جوشکاری و کیفیت مناسب اتصالات اشاره کرد. وزن سازه در این روش، 50 درصد از روش های مرسوم کم تر می باشد و به همین خاطر، نیروی زلزله وارد شده به ساختمان نیز کم تر می شود. به خاطر کاهش وزن ساختمان، بار وارد بر فونداسیون نیز کاهش پیدا می کند و ابعاد آن کوچک می شود.

استفاده از عناصر فولادی سرد نورد شده از سال 1850 میلادی شروع شد، ولی به کار بردن آن تا انتشار اولین ضوابط انجمن آمریکایی فلزات در سال 1946 زیاد توسعه نیافت. نخستین استاندارد طراجی بر اساس تحقیقات صورت گرفته در سال 1939 در دانشگاه کرنل تدوین شد.

این روزها به خاطر کیفیت خوب ساخت و ساز، سرعت زیاد و مقاومت خوب این سازه در برابر زمین لرزه، از آن در کشورهایی مثل انگلیس، آمریکا، استرالیا، ژاپن و کانادا استفاده می شود.

دهانه باربر سازه فولادی سبک

دهانه های باربر با 4 روش ایجاد می شوند. این چهار روش عبارتند از دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری، دیوار برشی با ورق فولادی نازک، دیوار باربر با پوشش های OSB و دیوار برشی بتن مسلح.

در حال حاضر در کشور ما به کار بردن دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای اجرای ساختمان های 2 طبقه و دیوار برشی بتن مسلح برای اجرای ساختمان های 5 طبقه مجار است. عملکرد صوتی دیوار و سقف در این سیستم در صورت رعایت تمهیدات لازم می تواند انتظارات مقرارات ملی ساختمان را برآورده سازد.

مقاومت پروفیل های سرد نورد شده در برابر آتش کم است و به این خاطر باید از آن ها حفاظت کرد. برای این منظور از گچ در نقش پوشش داخلی استفاده می شود. از مزایای اصلی سازه قاب فولادی سبک می توان به کم شدن جرم ساختمان اشاره کرد که روی کاهش هزینه مصالح، نیروی انسانی و مدت زمان اجرای پروژه تاثیر دارد. استفاده از این سیستم برای اجرای ساختمان های 5 طبقه با رعایت تمهیدات لازم ممکن است و می تواند در انبوه سازی نیز به کار گرفته شود، به شرط این که عملکرد آن بر اساس ضوابط باشد. البته مقاطع ستونی، اعضای قطری مهاربندی و اتصالات در این سیستن نیازمند اصلاحاتی هستند. این سیستم در حیطه انرژی، آتش، آکوستیک و سازه نیز بررسی شده و کاربرد آن در زمینه های فوق مجاز است.

الزامات طراحی و اجرا

• توجه به تمهیدات لازم برای نقش نداشتن پنل ها در پایداری جانبی سازه ضرورت دارد.
• طراحی پنل های خارجی و اتصالات مربوطه در مقابل بار حاصل از باد باید بر اساس مقررات ملی صورت گیرد.
• ماکسیمم ارتفاع خالص پنل ها 3.2 متر می باشد.
• ماکسیمم وزن پنل های خارجی، 100 کیلوگرم بر متر مبرع و پنل های داخلی، 50 کیلوگرم بر متر مربع است.
• رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر مبنای استاندارد ASTM ضروری می باشد.
• ضوابط مربوط به اتصالات، شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره باید بر اساس آیین نامه AISC و استاندارد AISI تامین گردد.
• در صورت به کار بردن اتصالات جوش، رعایت ضوابط و مقررات جوشکاری قطعات نورد شده بر اساس استاندارد AISI و آیین نامه های AISC و AWS لازم می باشد.
• تمهیدات ضروری باید متناسب با شرایط مختلف آب و هوایی و محیط های خورنده انجام شوند.
• الزامات مربوط به انرژی بایستی بر اساس مبحث 19 مقررات ملی اجرا شوند.
• اگر عایق حرارتی به شکل پر کننده اجرا گردد، باید نوع و قطر عایق، مقاومت حرارتی لازم را نیز فراهم کند.
• برای کاهش اثر پل حرارتی، باید حد فاصل واردارها و لایه بیرونی جداره با یک نوع عایق حرارتی متراکم پر گردد.
• ملاحظات هوابندی باید در جداره های درونی و بیرونی، بازشوها و محل قرار گرفتن اجزای اتصالی با توجه به شرایط اقلیمی و خطر میعان انجام شوند.
• رعایت مبحث سوم مقررات ملی در رابطه با حفاظت از ساختمان ها در برابر آتش و الزامات نشریه شماره 444 مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن که با مقاومت جداره ها در برابر آتش مربوط است، الزامی می باشد.
• صدابندی هوا برد جدا کننده هایی که بین واحدهای مستقل قرار می گیرند، صدابندی پوسته خارجی و صدابندی سقف بین طبقه ها باید بر اساس مبحث 18 مقررات ملی تامین گردد.
• همه مصالح و عناصر در این سیستم، از جمله معماری و سازه ای باید از بابت پایداری، خوردگی، زیست محیطی و دیگر موارد بر اساس مقرارت ملی یا آیین نامه ها به کار روند.
• کسب گواهی فنی برای محصول تولیدی از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ضروری می باشد.

الزامات طراحی و اجرا در ایران

• در مناطقی که خطر کم، متوسط و زیاد دارند، به کار بردن این سیستم در نقش قاب ساختمانی ساده با دیوار برشی بتن مسلح، حداکثر در 5 طبقه یا ارتفاع 18 متر مجاز است.
• به کار بردن این سیستم در مناطقی که خطر کم، متوسط و زیاد دارند، تا حداکثر 2 طبقه یا ارتفاع 7.20 متر با استفاده از مهاربندی مجاز می باشد.
• اجرای این سیستم در مناطق مواجه با خطر زمین لرزه با خطر زیاد مجاز نمی باشد.
• به کار بردن حداکثر دهانه 5 متر و حداکثر ارتفاع ناخالص 3.6 متر برای هر طبقه در این سیستم سازه ای بلامانع است.
• طراحی همه اجزاء اتصالات در این سیستم سازه ای باید مطابق استاندارد AISI و طرح سازه ای و لرزه ای آن مطابق آیین نامه های ASCE-05 و BC2003 صورت بگیرد.
• کنترل سازه در برابر باد باید مطابق مقررات ملی و با توجه به مقاومت سیستم در برابر بار حاصل از زلزله صورت بگیرد.
• محدودیت ماکسیمم بار مرده و زنده برای سقف ها به ترتیب 250 کیلوگرم بر متر مربع و 350 کیلوگرم بر متر مربع می باشد.
• رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده مطابق استاندارد ASTM ضرورت دارد.
• رعایت ضوابط آیین نامه ACI-318-05 برای طراحی دیوارهای برشی بتن آرمه ضروری می باشد.
• فراهم کردن ضوابط دیافراگم صبی برای همه سقف ها ضروری می باشد.
• همه اتصالات عناصر قائم به عناصر افقی باید طوری باشد که پیوستگی عناصر در ارتفاع سازه فراهم گردد.
• ضوابط مختص اجزاء اتصالی، مثل پیچ خودکار، پیچ و مهره باید بر اساس آیین نامه AISC و استاندارد AISI فراهم شود.
• اگر از اتصالات جوشی استفاده شود، باید ضوابط مربوط به جوشکاری اعضای نورد شده مطابق استاندارد AISI و آیین نامه های AWS و AISC ضروری است.
• سقف این سیستم از تیرچه فلزی دال بتن مسلح فوقانی به شکل مقطع مرکب تشکیل می شود و باید مطابق ضوابط مقاطع مرکب بر اساس آیین نامه و دال های بتن آرمه با توجه به آیین نامه ACI تامین گردد.
• استفاده از مصالح بنایی برای اجرای دیوارهای خارجی و داخلی مجاز نیست.
• تمهیدات لازم برای نقش ایفا نکردن پنل های غیر باربر و پارتیشن ها در پایداری جانبی سازه باید انجام شود.
• تهمیدات لازم متناسب با شرایط آب و هوایی مختلف و محیط های خورنده باید انجام شود.

معماری و دکوراسیون داخلی پویانو / اکبری