ویژگی های معماری سیستم ساختمانی فولاد سرد‌نورد شده

سیستم ساختمانی LSF

دو ویژگی شاخص در سیستم ساختمانی با قاب های سبک فولادی (LSF )در رابطه با طراحی معماری و فن آوری ساخت مطرح می باشد. ویژگی های فن آوری ساخت به دلیل تاثیرگذاری آن در شکل گیری و عملکرد سیستم قابل توجه بوده، همچنین نوع مصالح ساختمانی، شیوه اجرایی سیستم و نوع اتصالات نه تنها محدودیتی برای طراحی معماری ایجاد نکرده بلکه توانسته به طراح برای دست یابی به اهداف طرح کمک زیادی نماید. از آن جمله می توان به گسترش عمودی و افقی بنا، امکان تعبیه بازشوها، ساخت بالکن با کنسول کردن تیرها، نصب تاسیسات به گونه ای که  با فضاهای معماری مطابقت داشته،  اشاره کرد.

صنعت ساختمان سازی

با توجه به تنوع قطعات فولادی سردنورد شده و نیز شیوه ساخت و ساز به کار رفته در سیستم ساختمانی LSF ، این نوع ساختمان ها کاربردهای وسیعی در صنعت ساختمان سازی با کاربری های گوناگون را دارند. به عنوان نمونه برای کاربری های زیر می توان از سیستم ساختمانی LSF استفاده نمود:

معرفی سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد (ساختمان lsf):

قاب‌های فولادی سبک نورد سرد یکی از انواع سیستم‌های ساختمانی است که برای اجرای ساختمان‌هایی با طبقات محدود (معمولاً تا 5 طبقه) استفاده می‌شود.

این سیستم از ورق‌های فولادی سرد نورد شده به صورت مقاطع سازه‌ای برای تأمین پایداری ساختمان، صفحات و تخته‌های گچی به عنوان پوشش درونی، لایه‌های عایق حرارتی و صوتی، قطعات دیواره خارجی به عنوان نما و عناصر تکمیل کننده ساختمان تشکیل می‌شود.

این سیستم، به صورت اجرای خشک و اغلب با استفاده از اتصالات پیچ و به روش تولید صنعتی به کار گرفته می‌شود.

کاربرد این سیستم به عنوان یک سیستم سازه‌ای مستقل، اغلب در انبوه‌سازی‌ها، ساختمان‌های چند طبقه، دفاتر و ساختمان‌های تجاری کوچک، واحدهای صنعتی و سالن‌های ورزشی یک طبقه است.

این سیستم سازه‌ای توانایی ترکیب شدن با اجزای سیستم‌های سازه‌ای دیگر، مانند دیوارهای سازه‌ای بتن آرمه را نیز داراست و می‌تواند در اجرای ساختمان‌های گوناگون به صورت سیستم سازه‌ای مختلط در طبقات بیشتر استفاده شود.

برای ساخت مقاطع فولادی سرد نورد شده مطابق آیین نامه‌های مربوط به این سازه‌ها، استفاده از اشکال مختلف مجاز است.

این مقاطع به طور معمول دارای ابعاد متنوع بوده و محدوده تغییرات ضخامت آنها بین 0.6 الى 2.5 میلیمتر است.

اجرای سیستم قاب فولادی سبک از نظر مراحل اجرا تفاوت چندانی با اجرای ساختمان‌های چوبی ندارد.

در این سیستم دیوارها و سقف‌ها با تکرار قطعات سبک ساخته می‌شوند.

سیستم سازه‌ای ساختمان‌های قاب فولادی سبک از ورق‌های فولادی گالوانیزه نازک ساخته می‌شود، دیوارهای داخلی آن از گچ‌برگ‌ها و عایق‌های معدنی تشکیل می‌شود و دیوارهای خارجی آن با انواع روش‌ها ساخته می‌شود.

عناصر فولادی در این سیستم هم به عنوان عناصر باربر و هم به عنوان اجزای غیر باربر استفاده می‌شوند.

گچ‌برگ‌ها به عنوان پوشش و عایق‌های معدنی به عنوان عایق حرارتی و صوتی نیز عمل می‌کنند.

اعضای سازه‌ای سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد (Cold Formed Steel،CFS) از پروفیل‌های فولادی گالوانیزه‌ای تشکیل شده‌اند، که به وسيله پرس کردن ورق‌های بریده شده و یا نورد این ورق‌ها توسط مجموعه‌ای از غلتک‌ها ساخته می‌شوند.

اتصال سازه قاب فولادی سبک نورد سرد به شالوده به وسيله اتصال مستقیم عناصر عمودی به شالوده یا به کمک یک کلاف افقی شکل می‌گیرد.

اجزای قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل می‌کند، برخی از این اعضا که در اطراف مهاربندی سازه برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی قرار می‌گیرند، علاوه بر بار ثقلی، متحمل نیروهای ناشی از بارهای جانبی نیز می‌شوند.

اعضای عمودی در این سیستم با نام‌های وادار و ستونک شناخته می‌شوند.

عناصر افقی (کلاف‌ها) نیز لاوک نامیده می‌شوند.

سقف سازه‌ای این ساختمان‌ها متشکل از تیرچه‌های فلزی سرد نورد شده است.

فواصل تیرچه‌ها با توجه به میزان ظرفیت باربری آنها و ابعاد قطعات پوشش سقف که می‌تواند تخته‌های چوبی، سیمانی و یا دال بتن مسلح باشد، تعیین می‌شود.

تیرها و تیرچه‌ها اغلب دارای مقاطعی با اشکال c یا z هستند.

پوشش سقف با دال بتن مسلح، در صورت تأمین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه، می‌تواند به عنوان یک سقف مرکب بتنی فلزی استفاده شود.

در این روش قطعات سازه‌ای و غیرسازه‌ای می‌توانند در کارخانه با دقت، سرعت و کیفیت بالا تولید و پس از آماده شدن و کنترل کیفیت کلیه قطعات پیش‌ساخته، براساس اصول استاندارد، بسته‌بندی و به محل نصب ارسال شوند.

با اجرای صحیح و استفاده درست از این سیستم می‌توان به اهدافی مانند کاهش زمان ساخت، کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملیات پی‌سازی، افزایش سطح مفید بنا، کاهش هزینه حمل و نقل، انعطاف‌پذیری فضاها، سهولت اجرا، عدم نیاز به جرثقیل‌ها و ماشین‌آلات سنگین متعدد، کاهش فعالیت‌های اجرایی ساختمان و … دست یافت.

در سازه‌های فولادی سبک نورد سرد و نیز در روند اجرای اسکلت ساختمان با این روش عملیات جوشکاری حذف می‌شود و علاوه بر جلوگیری از بروز مشکلات احتمالی ناشی از نواقص جوشکاری، کیفیت ساخت، سرعت و دقت نصب بسیار بالا می‌رود.

در این سیستم تمام اتصالات از نوع پیچ و مهره می‌باشند.

سوراخ‌های مربوط به اتصالات، همزمان با توليد مقاطع فولادی و با دقت بسیار زیاد به وسیله دستگاه‌های مخصوص، بر روی بال و يا جان مقاطع، در مختصاتی که طراح تعیین کرده است، در کارخانه اجرا می‌شوند.

از دیگر ویژگی‌های سازه‌های فولادی سبک نورد سرد امکان ساخت مقاطع با هر اندازه‌ای براساس نیازهای طرح است، در حالی که در مقاطع فولاد گرم نورد شده طراح باید از مشخصات مقاطع ساخته شده موجود تبعیت کند.

به طور کلی استفاده از سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد (ساختمان lsf) وزن سازه را تا 50% کاهش می‌دهد.

از آنجا که نیروی زلزله، نسبت مستقیم با جرم سازه دارد، این امر به کاهش نیروی زلزله در ساختمان منجر خواهد شد.

کم شدن بار ساختمان علاوه بر مزایای بسیاری به صورت محسوس باعث کاهش ابعاد شالوده ساختمان نیز خواهد شد.

جدول وزن هر مترمربع سازه برای یک ساختمان معین با سیستم‌های مختلف برحسب کیلوگرم 

جدول زیر به عنوان نتیجه یک تحقیق علمی با هدف مقایسه وزن فولاد مصرفی در سیستم‌های سازه‌ای گوناگون، وزن سازه در چند سیستم مختلف برای یک ساختمان معین را نشان می‌دهد.

• آیین نامه‌های طراحی ساختمان lsf:

از سال 1946 با توسعه ساختمان‌های فولادی سبک نورد سرد در ایالات متحده آمریکا، انتشار ویرایش‌های مختلف ضوابط طراحی برای اعضا، به وسيله مؤسسه آهن و فولاد آمریکا (AISI) شتاب بیشتری پیدا کرد.

در حال حاضر کشورهایی مانند آمریکا، زلاندنو، کانادا و استراليا 60 تا 90 درصد از ساختمان‌های خود را با استفاده از این سیستم می‌سازند.

• ویژگی‌های معماری ساختمان lsf:

به طور کلی برای استفاده از این سیستم در عملکردهای گوناگون معماری محدودیتی وجود ندارد و این روش پاسخگوی نیازهای طراحی و معماری انواع مختلف ساختمان‌ها می‌باشد.

اما باید به این نکته دقت کرد که با توجه به قرارگرفتن اعضا در فواصل معین و مشخص از یکدیگر، در صورتی که طراحی با در نظر گرفتن این ویژگی انجام گیرد، زمان و هزینه ساخت به طور قابل توجهی کاهش پیدا می‌کند.

این سیستم امکان ایجاد دهانه‌های دلخواه، تعویض و جابه‌جایی قطعات و ایجاد تغییرات پس از ساخت را فراهم می‌کند.

بیشترین مورد استفاده این سیستم در ساختمان‌های مسکونی کم ارتفاع است.

• اجزای سازه‌ای تشکیل دهنده قاب فولادی سبک (ساختمان lsf):

اعضای این سیستم به صورت مقاطع سرد نورد شده و در مواردی مقاطع ترکیب شده از چند عضو با اتصالات پیچی هستند.

شکل مقطع مرکب ساخته شده از مقاطع کارخانه‌ای با نورد سرد

شکل مقطع مرکب ساخته شده از مقاطع کارخانه‌ای نورد سرد

• ستونک (وادار) در ساختمان‌های lsf:

اعضای عمودی در این سیستم ستونک نام دارند و بارهای قائم را به شالوده انتقال می‌دهند.

• لاوک در ساختمان lsf:

اعضای افقی در این سیستم لاوک‌ها هستند که ستونک‌ها بر روی آنها قرار می‌گیرند.

انتهای ستون‌ها در تراز سقف هم به وسیله همین اعضا به یکدیگر متصل می‌شوند.

• تیرچه در ساختمان lsf:

تیرچه‌ها بار کف را به لاوک‌ها انتقال می‌دهند.