آشنایی با سازه فولادی سبک (LSF)

در این مطلب آموزشی از نواندیشان با سازه فولادی سبک (LSF) یا همان قاب فولادی سبک (Lightweight Steel Framing) و مشخصات و ویژگی های آشنا خواهید شد.

مقدمه

استفاده از فولاد سرد نوردشده از دهه 1850 ميلادي آغاز گرديد. ولي استفاده از آن تا انتشار اولين ضوابط انجمن امريكايي آهن در 1946 گسترش زيادي پيدا نكرد. امروزه بدليل كيفيت مناسب ساخت و سرعت بالا و مقاومت بالا در برابر زلزله از آن در كشورهاي انگلستان، امريكا، كانادا، استراليا، ژاپن و… استفاده مي كنند. اين سيستم ساختمانی دارای تاييديه فنی از مرکز تحقيقات ساختمان و مسکن بوده و بعنوان يکی از تکنولوژی های نوين ساختمان در کشور به طور رسمی معرفی شده است.

تعریف و توضیح سازه فولادی سبک (LSF)

سازه فولادی سبک که به اختصار به آن سازه (LSF) گفته می شود، یکی از سیستم های نوین ساختمانی است که برای اجرای ساختمان های با طبقات محدود که معمولا تا 5 طبقه می باشد استفاده می شود و از سیستم های مورد تایید مهندسان عمران در کشورهای توسعه یافته و مدرن می باشد. این سازه از ورق های فولادی نورد شده برای تامین پایداری ساختمان، صفحات و تخته های گچی به عنوان پوشش درونی و قطعات دیواره خارجی به عنوان نما تشکیل شده است. این سیستم توانایی ترکیب با سیستم های سازه ای دیگر را دارا می باشد. استفاده از این سیستم وزن سازه را تا پنجاه درصد کاهش می دهد و این بزرگترین امتیاز در برابر زلزله می باشد.

این سیستم که شباهت زیادی به روش های ساخت ساختمان های چوبی دارد، بر اساس کاربرد اجزایی به نام استاد (Stud) یا وادار و تراک (Track) یا رانر شکل گرفته است و از ترکیب نیمرخ های فولادی گالوانیزه سرد نورد شده، ساختار اصلی ساختمان برپا می شود. مقاطع مورد استفاده در این سیستم U,C و Z است، که معمولاً با اتصالات سرد به یکدیگر متصل می شوند.

این سیستم در اکثر موارد با سقف سبک و به صورت موردی با انواع دیگر سقف اجرا می شود. تیر و تیرچه های این نوع سقف های سبک، همانند استاد و تراک های دیوار ها است . سقف نهایی معمولاً از نوع شیب دار و با استفاده از خرپاهای فلزی ساخته شده از پروفیل های سرد نورد شده در نظر گرفته می شود . قسمت های دیگر ساختمان نیز با استفاده از پروفیل های سرد نورد شده اجرا می شوند و با انواع نماها از قبيل سنگ, آجر نما, نمای PVC , چوبی يا آلمينيومی, رنگ, کاشی, سراميک و … بر روی اين ديوار قابل اجرا است و از داخل نيز همانند ديوارهای معمول امکان اجرای رنگ, کاغذ ديواری و … بر روی پانلهای گچی وجود خواهد داشت. فضای درون ديوار نيز با عايق صوتی و حرارتی مناسب پر مي گردد .

مقاطع فولادي جدار نازك, ورقهاي فولادي گالوانيزه هستند كه با استفاده از نورد سرد و با استفاده از روش Roll Forming در کارخانه شكل دهي مي شوند. بر اساس آیین نامه تدوین شده برای مقاطع فولادی سبک نورد شده ضخامت فلز پایه (ضخامت فلز بدون احتساب پوشش های محافظ) بین 455¸0 میلی متر تا 3 میلی متر تدوین شده است. توليد و برش اين مقاطع در کارخانه باعث مي گردد , توليد مقاطع با كيفيت مناسب و يكنواخت در حجم و سرعت بسيار بالا انجام گيرد . قرارگيری اين مقاطع فولادی در فواصل نزديک به هم ديوارهای باربری را ايجاد می نمايد که مقاومت و سختی مناسبی را در برابر بارهای جانبی ناشی از باد و زمين لرزه دارا می باشند.

كليات

ساختمان هاي فولادي سبك سرد نورد شده به دو روش كلي قاب بندي طبقه اي و قاب بندي ديواري ممتد اجرا مي شوند در روش اجراي طبق هاي ابتدا ديوار طبقه و سپس سقف و پس از تكميل قاب بندي ديوار و سقف، ديوار طبقه فوقاني اجرا مي شود. حال آن كه در روش اجراي ديواري، ديوارها در چند طبقه ساخته و نصب شده و سپس سقف طبقات اجرا مي شود.

ساختمان هاي قابل احداث با استفاده از LSF

اين سيستم در انواع ساخت و سازها مانند ويلاها, ساختمان هاي مسكوني و اداري تا دو طبقه, هتل ها و هتل آپارتمان ها, مدارس و دانشگاه ها, رستوران ها, کمپ های اقامتی و تفريحی و …. استفاده می شود.

• ساختمان هاي چند واحدي
• دفاتر و ساختمان هاي تجاري کوچک
• ساختمان هاي ورزشی و آموزشی
• واحدهاي صنعتی
• احداث نیم طبقه در داخل بناهایی با ارتقاع زیاد
• توسعه تعداد طبقات بر روي پشت بام ساختمان هاي موجود
• فضاهاي کاربردي پیش ساخته مثل سرویس هاي بهداشتی به صورت Box System
• بازسازي مناطق آسيب‌ديده از بلاياي طبيعي (زلزله، سيل، طوفان، رانش زمين و …) از نقطه نظر اسكان دائم
• اسكان نيمه موقت آسيب‌ديدگان از بلاياي طبيعي (با توجه به سرعت احداث و هزينه پايين)
• احداث مسكن كوچك و ارزان قيمت براي جوانان
• احداث شهركهاي مسكوني جديد (در قالب انبوه سازي):
• لحاظ كردن ملاحظات فرهنگي، اقتصادي، جغرافيايي در طراحي
• طراحي شهرك براساس آخرين دستاوردهاي علمي
• پيش‌بيني نيازهاي شهري با لحاظ كردن طرح توسعه
• ساخت و ساز جديد در شهرهاي كوچك و روستاها (اعم از مسكوني، آموزشي، فرهنگي وغيره)

ماشین آلات مورد نیاز

• دریل
• تفنگ هاي شلیک میخ
• بالابرها
• اره هاي برش براي فولاد و تخته هاي گچی

مشخصات فولاد های مجاز

انواع ورق های فولادی مجاز برای استفاده در اعضای سرد نورد شده بر اساس استاندارد ASTM A 1003 عبارتند از :

• فولاد سازه ای رده 230 تیپ H (ST230 H )
• فولاد سازه ای رده 340 تیپ H ( ST340 H)
• فولاد سازه ای رده 230 تیپ L ( ST230 L)
• فولاد سازه ای رده 340 تیپ L ( ST340 L)

عمر مفید

یک ساختمان به مصالحی که در ساخت آن بنا بکار رفته بستگی دارد. در این روش از بهترین و با کیفیت ترین مصالح موجود که به صورت صنعتی فرآوری می شوند، با بهره گیری از آخرین دستاورد های علمی صنعت ساختمان در جهان استفاده مي گردد. عمر مفید این ساختمان ها کمتر از ساختمان هاي رایج نمی باشد و حداقل عمر مفید این نوع ساختمان ها 60 سال برآورد شده است.

مزایای سازه های LSF

1- سرعت اجرای بسيار بالا

روش ال اس اف این امکان را برای سرمایه گزاران فراهم می کند تا سرمایه آنها در کوتاه ترین زمان ممکن با بهترین کیفیت ساختمان سازی بازگردانده شود. به عنوان مثال برای احداث یک بنای 4 طبقه با مساحت 1000 متر مربع زیر بنا تنها 114 روز کاری زمان نیاز دارد. افزایش 8 الی 13 درصدی فضاهای مفید داخلی در مقایسه با شیوه ی سنتی

2- کيفيت بالا و يکنواخت محصول نهايی

به علت اينکه مقاطع سازه ای اين سيستم در کارخانه توليد و برش خورده و سپس توسط تکنسينهای فنی اجرا می گردند, کيفيت محصول نهايي در مقايسه با ساخت و ساز سنتی بسيار بالاتر می باشد

3- سبکی و در نتيجه کاهش نيروی زلزله وارد بر سازه

وزن سازه ای اين سيستم حدودا 25%-30% سازه های معمول است در نتيجه به همين نسبت نيروی زلزله بسيار کمتری را به خود جذب می نمايد

4- کيفيت بالای اجرای اتصالات

بر خلاف ساخت و سازهای سنتی که در اغلب موارد کيفيت اجرای اتصالات پايين و منشاء بسياری از خرابيها در زلزله می باشند, در اين سيستم اتصالات ساده و همانند ساير اجزای سازه دارای کيفيت اجرای بالايي می باشند

5- برخوردار از استانداردهای جهانی مصرف انرژی

به لحاظ عايق بندی مناسب ديوارها در سيستم LSF درصد انتقال انرژی در اين ساختمانها بسيار پايينتر از سازه های سنتی است و در دراز مدت منجر به صرفه جويي قابل توجه در هزينه گرمايش و سرمايش ساختمان می شود.

6- حمل و نقل آسان

سبکی و ابعاد کوچک مقاطع, زمينه را برای حمل و نقل آسان حتی برای نقاط صعب العبور فراهم می کند

7- قابليت بازيافت بخش عمده مصالح

اغلب اجزای سازه ای و غير سازه ای در اين سيستم به صورت پيچی اجرا مي شوند و بازيافت آنها به سهولت امکانپذير است. نزدیک به 70 درصد مصالح قابلیت تعویض شدن دارند.

8- مقاومت و دوام بالا در برابر شرايط محيطی نامطلوب

به دليل گالوانيزه بودن کليه مقاطع, ساختمانهای ساخته شده با اين روش دارای مقاومت مناسب تری در برابر خوردگی و رطوبت بوده و در شرايط محيطی شمال و جنوب کشور دارای عمر مفيد بيشتری خواهند بود.

9- سهولت اجرای تاسيسات برقی و مکانيکی

در روند شكل دهي و ساخت مقاطع فولادي جدار نازك, سوراخهايي استاندارد در جان اين مقاطع پيش بينی مي شود كه عبور سيم ها و لوله ها از داخل انها باعث تسهيل در نصب سيستم هاي الكتريكي و لوله كشي ها در داخل ديوار مي گردند

10- تطابق فرهنگی محيط داخل و نمای ساختمان با ساختمانهای سنتی

در سطوح خارجی انواع نماها از قبيل سنگ, آجر نما, نمای PVC , چوبی يا آلمينيومی, رنگ, کاشی, سراميک و … در فضای داخل نيز همانند ديوارهای معمول امکان اجرای رنگ, کاغذ ديواری و …وجود دارد که اين خصيصه باعث می گردد تفاوتی با ساختمانهای معمول و رايج احساس نشود

11- عملکرد صوتی خوب

عايق درون ديوارها باعث عدم انتقال صدا و عملکرد صوتی مناسب اين ساختمانها می شود

12- برخوردار از استانداردها و ضوابط ضد آتش سوزی

تمام عناصر اين سيستم از جمله عايقهای حرارتی و صوتی از استانداردهای ضد حريق برخوردار می باشند

13- نياز به فضای کم کارگاهی و ايمنی بيشتر در کارگاه

معایب سازه های LSF

1. در ابعاد دهانه محدودیت وجود دارد.

2. تعداد طبقات قابل ساخت با این سیستم محدود است.

3. به نیروی کار متخصص و خبره نیاز دارد.

4. تامین قطعات فلزی گالوانیزه تولید شده در کارخانه هزینه نسبتا بالایی دارد.

اتصالات

این سیستم به صورت اجرای خشک و اغلب با استفاده از اتصالات پیچ و به روش تولید صنعتی به کار گرفته می شود گرچه در شرايط خاصي ميتوان از اتصال پرچ و جوش نيز استفاده كرد.

• اتصالات پيچي
• پيچ هاي فولاد به فولاد
• پيچ هاي اتصال پوشش ها
• اتصالات جوشي : مناطق جوش كاري بايد به نحوه مناسبي آماده سازي شود تا مقاومت خوردگي منطقه جوش كاري حفظ شود.
• اتصال به ديگر مصالح :
  مشخصات پيچ، ميخ ، ميل مهار و ديگر اتصال دهنده ها كه براي اتصال قاب هاي فولادي سبك به چوب، مصالح بنايي، بتن و ديگر اجزاء فولادي بكار مي روند، بايد مطابق استانداردهاي معتبر باشند.
• مهار هاي نگهدارنده و مها رهاي برشي : ميل مهارهاي نگهدارنده ديوارهاي برشي و ديوارهاي باربر فولادي سبك همراه مهاربند تسمه اي قطري بايد از نوع J شکل بوده و در هنگام بتن ريزي در پي قرار داده شود. استفاده از روش كاشت بولت، به شرط تأمين طول مهاري كافي در طول ترك زيرين مجاز است.