سیستم ساختمانی قاب های سبک فولادی

سیستم ساختمانی قاب های سبک فولادی

سیستم ساختمانی قاب های سبک فولادی سردنوردشده (LSF)

 

چکیده:

 

سیستم ساخت قاب فولادی سبک (Lightweight Steel Framing) که به اختصار آن را LSF می نامند، یک سیستم ساختمانی است که برای اجرای ساختمان های عمدتاً کوتاه مرتبه و میان مرتبه (حداکثر تا ۵ طبقه) استفاده      می شود واز سیستم های مورد تایید مهندسان عمران در کشورهای توسعه یافته و مدرن 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.هر دیوار از تعدادی اجزای عمومی C شکل (استاد) ، که در بالا و پایین به اجزای افقی ناودانی U یا C شکل متصل شده اند، تشکیل می شود. این سیستم در اکثر موارد با سقف سبک و به صورت موردی با انواع دیگر سقف ها اجرا می شود. تیر و تیرچه های این نوع سقف های سبک، همانند استاد و تراک های دیوارها است. سقف نهایی معمولاً از نوع شیب دار و با استفاده از خرپا های 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 پوشش های مختلف تخته گچی، سیمانی، چوبی وغیره پوشیده           می شوند.این سیستم در حدود ۲۰ سال است که به شکل گسترده به کار می‌رود و به عنوان جایگزین مناسبی برای روش‌های سنتی ساخت ، جایگاه ویژه‌ای در صنعت ساخت وساز کشورهای پیشرفته یافته است. این سیستم سازه ای در انواع ساخت و سازها مانند خانه های مسکونی واداری،هتل ها و هتل آپارتمانها، ساختمانهای مدارس و دانشگاهی، رستورانها دارای کاربرد می باشد. نتایج بررسی ها نشان می‌دهد که علاوه بر این که سرعت اجرا را حداقل دو برابرمی‌نماید، منجر به کاهش چهل درصدی در فولاد مصرفی خواهد شد. این سیستم به دلیل مزایای فراوان از جمله سرعت وکیفیت بالای ساخت و عملکرد لرزه‌ای مناسب در سال‌های اخیر در بسیاری از کشورهای دنیا رواج قابل توجهی یافته است،همچنین توانایی ترکیب با سیستم های سازه ای دیگررا نیزدارا می باشد.

 

واژه‌های کلیدی:  سیستم قاب فولادی سبک  LSF )) ، مقاطع سرد نورد شده ، صنعت ساختمان سازی کشور

۱- مقدمه

(Light Weight Steel Frame) ساختمان های پیش ساخته فولادی موسوم   به  LSF  ، به صورت اجرای خشک وعمدتاً  با استفاده از اتصالات پیچی و به روش تولید صنعتی به کار گرفته می شود. این ساختمان ها از سه جزء اصلی شامل مقاطع متشکل از ورق های فولادی سرد نورد شده برای سازه ، تخته گچی به عنوان پوشش رویه درونی و لایه عایق حرارتی و صوتی تشکیل می شود.کاربرد این ساختمان ها به عنوان یک سیستم سازه ای مستقل، اکثرا در انبوه سازی ساختمان های دو طبقه و ساختمان های تجاری کوچک، واحدهای صنعتی و سالن های ورزشی یک طبقه است. به نظر می رسد که این سیستم سازه ای باربر ثقلی توانایی ترکیب شدن با سیستم های سازه ای دیگر، همانند دیوارهای بتن مسلح سازه ای را نیز داراست و می تواند در ساخت ساختمان های کوتاه مرتبه به صورت سیستم سازه ای مختلط به کار گرفته شود. برای ساخت مقاطع سرد نورد شده مطابق آئین نامه های مربوط به این سازه ها استفاده از اشکال مختلف مجاز است. اجزای قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل می کند، برخی از این اعضا که دردهانه مهاربندی جانبی سازه قرارمی گیرند علاوه بر بار ثقلی، متحمل نیروهای ناشی از بارهای جانبی نیز می شوند که این اعضا تحت نام وادار (stud) دراین سیستم معرفی می شوند.سقف سازه این ساختمان متشکل از تیرچه های فلزی سرد نورد شده است که فواصل تیرچه ها با توجه به میزان ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف که می تواند تخته های چوبی، سیمانی یا دال بتن مسلح باشد، تعیین می شود. درحال حاضر در صنعت ساختمان سازی کشور ایران استفاده ازسیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضا قطری برای ساختمان های تا چهار طبقه مسکونی مجاز است. پروفیل های سرد شده مقاومت کمی در برابر حریق دارند و باید به خوبی محافظت شوند. یکی از دلایل کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلی این سیستم ها، دستیابی به این هدف است.

۲- معرفی سیستم قاب فولادی سبک  LSF ))

استفاده ازاعضای فولادی سرد نورد شده در ساخت ساختمان ها از دهه ۱۸۵۰ آغاز گردید. با این حال در آمریکا استفاده از این مقاطع در ساختمان سازی تا نشر اولین چاپ ضوابط انجمن آمریکایی فولاد در سال ۱۹۴۶ (AISI)  گسترش زیادی پیدا نکرد. اولین استاندارد طراحی بر مبنای تحقیقات انجام یافته در دانشگاه کرنل از سال ۱۹۳۹و باپشتیبانی AISI ، تدوین گردید .

۳- انواع اتصالات و مهاربندی جانبی سیستم ساختمانی قاب سبک فولادی سردنوردشده

برای اتصالات از پیچ ها استفاده شده و برای مهاربندی از بادبند و دیوار برشی فولادی و ترکیب آن ، استفاده می شود.

lsf1

 

شکل ۱- سیستم (LSF) مهاربندی جانبی با بادبند ضربدری

 

 

lsf2

شکل ۲-  استفاده از بادبند تسمه یا پرفیل و ورقه فولادی برای مهار جانبی جهت مقابله با زلزله و باد

 

lsf3

 

شکل ۳-  نحوه اتصال دیوار برشی در سیستم ( LSF )

 

۴- اجزای تشکیل دهنده سیستم ساختمانی قاب سبک فولادی سردنوردشده

 

دراین قسمت ضمن معرفی اجزای تشکیل دهنده سیستم  LSFتوضیح مختصری درمورد نحوه اجرای هر قسمت ارائه شده است.

۱٫۴- شالوده

برای نصب دیوارها و برپایی سیستم، مطابق اشکال زیرشالوده نواری به عمق ۴۰ تا ۵۰ سانتی متر اجرا می شود که به دلیل سبکی وزن سازه و مصالح مصرفی در مقایسه با ساختمانهای سنتی ، نیروهای جانبی به طرز چشم گیری کمتر بوده  و در نتیجه در اندازه فونداسیون ها تاثیر به سزایی دارد . اتصال سازه سبک به پی، با استفاده از دو روش زیر انجام می شود.

الف: نصب ستونک ( اعضای عمودی سازه ) به پی، که به صورت مستقیم از طریق میله های اتصال به پی وصل می شوند.

ب: اتصال لاوک ( اعضای افقی سازه ) به پی، که در این روش ابتدا لاوک ها به میله های اتصال پی بسته شده و سپس ستونک ها به لاوک ها متصل می شود.

 

 

lsf4                                   lsf5

شکل ۴-  قالب بندی                                                          شکل ۵- آرماتور بندی شالوده نواری

 

۲٫۴- دیوار

اجزاء تشکیل دهنده دیوارهای باربروغیرباربر سیستم ساختمانیLSF ،استادها ورانرها می باشند که به شکل پانلی بارهای عمودی و جانبی را به تکیه گاه انتقال می دهند. دیوارهای باربر به عنوان انتقال دهنده بارهای عمودی ساختمان و به عنوان نگهدارنده نمای خارجی بنا و نیز جذب کننده بارهای جانبی ساختمان از جمله باد و زلزله عمل می نمایند.درصورتیکه دیوارهای غیر باربر معمولاً برای جدا سازی فضاهای داخلی بنا مورد استفاده قرارمی گیر ند. هر دیوار از تعدادی اجزای عمومی C شکل (استاد) به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتی متر، که در بالا و پایین به اجزای افقی ناودانی U یا C شکل (تراک یا رانر) متصل شده اند، تشکیل می شود. در صورتی که از مقاطع C شکل به عنوان تراک (رانر) استفاده شود،لازم است برش هایی درمحل نصب استاد انجام گیرد.استاد های فولادی را معمولاً از قبل برای عبوردادن تاسیسات الکتریکی ومکانیکی سوراخ کاری می کنند. نمونه ای از دیوارLSF در شکل (۶) ارائه شده است.

 

lsf6

شکل ۶-  نصب کردن استادها و رانرها

 

به منظور پوشش داخلی دیوار از گچ ، ورق ام دی اف، ورق پی وی سی ،Cement Board، تخته های چوبی   و برای پوشش خارجی دیوار ازFiber Cement Board ، ساندویچ پانل یا استفاده از رابیتس واجرای نماسازی های معمولی سنتی (آجرکاری، نمای سنگی، فلزی و…) می توان استفاده نمود. پوشش های اضافه شده در دوسمت دیوار سختی و مقاومت لرزه ای دیوار را تا ۴۰ درصدافزایش می دهد. نحوه ی اجرای پوشش های متداول در سیستم LSF در شکل (۷) نشان داده شده است.

 

lsf7

 

شکل ۷- اجرای نمای آجری

 

۳٫۴- سقف

شیوه های اجرایی گوناگونی برای سقف ها و بام در سیستم LSF به کار گرفته می شود به طوریکه انواع  بام ها از فرم های ساده مسطح گرفته تا بام های متقاطع با شیب های غیر مساوی قابل اجراء می باشند . دو نوع از معمول ترین شیوه اجرای بام ها عبارتند از:

۱) خرپاهای سقفی