رعایت استانداردهای طراحی و الزامات سازه ای طراحی از مسایل اساسی و اولیه ی طراحی سازه های LSF می باشد. قاب های فولادی سبک سرد نورد به دلیل ضخامت بسیار کم ورق های مورد استفاده شده، دارای پتانسیل مفصل پلاستیک در مقاطع بوده و تحت بارگذاری های اصلی ساختمان می توانند به راحتی در حالت مفصل پلاستیک قرار گرفته و موجب کرنش های منفی سازه ای شوند. به این دلیل در ساختمان های lsf رعایت الزامات طراحی سازه ای بسیار مهم می باشد. سازه های سبک فولادی علی رغم توان باربری بسیار بالا در شرایط خمشی، در شرایط کمانشی و پیچشی مشمول حالات حدی بوده و در صورت عدم رعایت استانداردهای طراحی lsf می توانند خطر آفرین نیز باشند و در صورت بروز حوادثی مانند زلزله و ورود نیروی جانبی به سازه، به راحتی پایداری خود را از دست داده و موجب تلفات جانی و مالی شوند. نمونه ای که در تصویر مشاهده می شود مربوط به طراحی سقف توسط شرکت هوشمند سازه آروین آرا می باشد که الزامات طراحی سازه های lsf در آن رعایت نشده و خرپاهای بام خارج از محور باربری اعضای إستاد و در وسط اعضای کلاف رانرها قرار گرفته و بار بام در حقیقت بر روی کلاف های قاب وارد می گردد. در حالی که تحمل بارهای ثقلی و انتقال آن به اعضای عمودی إستادها توسط اعضای کلاف کننده علاوه بر اشتباه بودن از نظر استاندارد طراحی، ضعف عملکردی نیز دارد. این اعضا به مرور زمان دچار حالا پلاستیک شده و از حالت طبیعی خود خارج شده و فشار آن بر اعضای اصلی وارد شده و دیوار در حالت بحرانی قرار می گیرد.

روش صحیح طراحی Load line (مسیر انتقال بارها) و رواداری خرج از مرکزیت joist از Stud مطابق استاندارد AISI و IBC: Section R603

یکی از مسایل مهم سازه های فولادی سبک LSF ، دقت در تطابق طراحی سازه است. در صورتی که طراح سازه نتواند این انسجام را حفظ کند، طراحی سازه می تواند دچار اشکالاتی گردد که در بر طرف کردن آن اشکالات نیز خود به خود دچار اشتباه می گردد. به طور نمونه تصویری که در مشاهده می شود متعلق به شرکت هوشمند سازه آروین آرا می باشد. در این دیوار ناشاقولی ایجاد شده در دیوار lsf موجب ارائه ی راه حل های اشتباهی نیز شده است. دیوار lsf در یک جهت دچار ناشاقولی در طراحی شده است و برای پر کردن فضای به وجود آمده از ناشاقولی، طراح اقدام به طراحی قاب های پر کننده نموده است. اما این ناشاقولی به همین منوال به طبقات بالاتر سرایت کرده و رفته رفته فضای به وجود آمده نیز بیشتر شده است. یعنی دیوار lsf دچار ناشاقولی، عملاً در حالت بحرانی قرار گرفته است. در سازه های سبک سرد نورد به دلیل ضخامت پایین ورق های فولادی و در معرض کمانش های موضعی قرار گرفتن مقاطع و سهولت کرنش های پلاستیک در مقاطع lsf و نوع اتصال دیوارها به فونداسیون و طبقات، شاقول بودن دیوارها اهمیت بسیار زیادی دارند.

 مالیده شدن بتن به بدنه ی سازه نیز اشکال دیگری است که در این تصویر مشاهده می شود. بتن به دلیل شدت قلیایی بالای 63 درصد، دارای خورندگی بوده و موجب پوسیده شدن سازه های lsf می گردد.

طراحی ساختمان با خطای ناشاقولی: شرکت هوشمند سازه آروین آرا

یکی از ایراداتی که در اکثر سازه ها مشاهده می شود، نوع تلفیق و ترکیب سازه های LSF با سازه های فولادی گرم نورد است. از آنجایی که سازه های lsf دارای رفتاری کاملاً متفاوت با سازه های گرم هستند، اصولاً نمی توان و نباید که این دو سازه به نحوی باهم ترکیب شوند که انتظار رفتاری واحد از سازه داشت. در تصویر زیر که نمونه ای از آن مشاهده می شود، دیافراگم سازه ی سبک فولادی بر روی یک تیرآهن فولادی قرار گرفته است که به جهت این که خود این تیرآهن نیز دارای اشکال طراحی به صورت طره ای می باشد، بارگذاری سقف سازه سبک فولادی lsf بر روی آن نیز اشتباه بوده و در رفتار دو سازه ایجاد تداخل و موجب کرنش های منفی در دیافراگم خواهد بود.

اصل اساسی این است که بین دو نوع سازه ی فولادی و سازه سبک سرد نورد lsf هیچ نوع اتصالی به شکل صلب یا تداخل در بارگذاری ایجاد نگردد. در این نوع سازه ها که باکس راه پله و آسانسور با سیستم فولاد گرم یا سازه ی بتنی طراحی می گردد، که انتخاب صحیحی می باشد، باید فاصله ای منطقی بین دو سازه ی lsf و سازه ی فولادی یا بتنی برقرار باشد و حتی در مناطقی از نظر خطر نسبی زلزله ی زیاد و خیلی زیاد، در صورت لزوم فونداسیون دو سازه نیز مجزا طراحی گردد.

1. بارگذاری جویست های طبقه بر روی تیرآهن طرخ ای. طراحی توسط شرکت هوشمند سازه آروین آرا

2. بارگذاری جویست های طبقه بر روی تیرآهن طرخ ای. طراحی توسط شرکت هوشمند سازه آروین آرا

در طراحی دیوارهای ساختمان LSF و موارد مترتب بر آن، دو مورد از موارد مهم، طراحی دیوار مهاربندی و اتصال دیوار بر روی بستر ساختگاه می باشد.

اصولاً مهاربندی عضو مؤثری است که عملکرد آن، ایجاد سختی کافی در قاب های lsf برای تحمل نیروی برشی حاصل از نیروی باد، زلزله و نیروهای طبیعی و یا غیرطبیعی وارد بر قاب دیوار در ساختمان های قاب سبک فولادی می باشد.

این سختی، در یک قاب مهاربندی شده lsf، در حقیقت محوری است از پای عضو stud در یک سر دیوار به امتداد تاج یک عضو stud در سر دیگر دیوار lsf.

شرکت تیوا، توسعه کارخانجات داروسازی دکتر عبیدی

در تصویر فوق دو نمونه از اشتباهات اساسی که توسط شرکت های نا آشنا به مسایل سازه ای ساختمان قاب سبک فولادی lsf رخ می دهند، مشاهده می شود.

اشتباه نخست که اشتباه بسیار بزرگی برای قاب دیوار lsf می باشد، نوع مهاربندی است. همان طور که در تصویر قابل مشاهده است، طراحی معماری منطبق بر سیستم سازه ای lsf نبوده و احتمالاً برداشتی است آزاد و غیر منطقی از قاب خمشی که به همان شکل به سیستم ساختمانی قاب سبک فولادی منتقل گردیده است و اصلاحات لازم منطبق بر شرایط سیستم سازه ای lsf بر روی آن لحاظ نگردیده است.

به دلیل وجود بازشوهای متعدد در قاب دیوار، شرایط و الزامات قاب های مهاربندی مورد اشاره در آیین نامه AISI-S213 برآورده نشده است و مهاربندی صرفاً به شکلی فریبنده بر بالای نال درگاه پنجره ها اجرا شده است. در حالی که پای اعضا فاقد مهاربندی می باشند و نه تنا در اثر برش حاصل از نیروهای جانبی وارده هیچ گونه مقاومتی ندارند و به دلیل افزایش سختی در قمست بالای دیوار، نرمی مضاعف در قسمت پایینی دیوار ایجاد شده است که موجب تسریع در برش در تراز کف می باشد.

با وجود خطای ایجاد شده در قاب های ساختمان، بستر اتصال دیوار نیز بستر مناسبی نیست و فاقد شرایط سازه ای برای اتصال دیوار سازه ای lsf می باشد.

جهت نصب دیوار قاب سبک فولادی lsf بر روی فونداسیون، می بایست به 2 نکته ی اصلی در خصوص نحوه ی تماس اعضای قاب های فلزی سبک LSF با فونداسیون مورد توجه قرار گیرد که:

1. پس از اجرای فونداسیون، حتماً می بایست حداقل 14 روز از زمان آخرین عملیات بتن ریزی در فونداسیون سپری شده باشد تا حداقل استحکام اولیه ی بتن فونداسیون تأمین شده و آماده ی عملیات سوراخ کاری برای نصب بولت ها شود و علاوه بر آن، بتن به خشکی کامل برسد تا از اثر قلیایی بتن بر روی پوشش زینک عناصر سازه ای قاب های سبک فولادی lsf به ممانعت نماید.

2. سازه های قاب فلزی سبک LSF هرگز نباید با بتن خیس در تماس باشند یا در مجاورت بتن و سیمان خیس به کار روند یا بتن و سیمان هرگز نباید با اعضای قاب های سبک فلزی lsf در تماس مستقیم باشند.

از دو الزام فوق می توان به بررسی برخی خطاهای اجرایی و ایرادات فنی در این خصوص پرداخت. در تصویر نشان داده شده، به نقض إلزامات فوق اشاره شده است. در تصویر مورد اشاره، ابتدا قاب سازه ای lsf به میلگردهای فونداسیون بسته شده و سپس عملیات بتن ریزی بر روی آن انجام شده است.

>- شرکت بامشهر هفتم، فاز 5 شهرک پرند

پس از بستن قاب دیوار سازه lsf به میلگردهای فونداسیون، عملیات بتن ریزی انجام شده و استادها طبق تصویر زیر در داخل بتن دفن شده اند.

این عمل موجب تأثیر شدید محیط قلیایی بتن بر روی زینک پوشش اعضای سازه ای ساختمان قاب فلزی سبک شده و در اثر گذشت زمان و تأثیر رطوبت و زنگ زدگی، موجب بروز عامل برش پایه در تراز ساختمان می گردد.

علاوه بر بلا اثر شدن پوشش سازه و ایجاد پوسیدگی در اعضای سازه ای در محل مرز تماس بین اعضای سازه ای lsf و بتن فونداسیون، این عمل موجب بروز یک اتصال بسیار صلب بین اعضای عمودی سازه ی lsf (إستادها)و اعضای جمع کننده(رانر یا ترک) شده و به دلیل بالا بودن ظرفیت جذب نیروی اتصال به وجود آمده به دلیل غرق شدن در بتن، موجب از بین رفتن گشتاروهای مورد نیاز سازه جهت رفتار مناسب در اثر نیروی برشی، موجب انتقال نیروی خمشی به اعضای عمودی سازه شده و به دلیل پایین بودن ظرفیت مقاومت این اعضا در برابر خمش و پیچش، موجب شکست در دیوار می گردد.

برای مهار ساختمان قاب سبک فولادی LSF در برابر نیروهای جانبی باد و زلزله، از انواع روش های مهاربندی یا دیوارهای برشی استفاده می گردد. مهاربندی قطری با تسمه های فولادی یکی از متداول ترین روش های مهاربندی برای اغلب ساختمان های کوتاه مرتبه LSF در نواحی زلزله خیزی، در شرایطی استفاده می گردد که نیاز به افزایش ضریب رفتار R در ضریب زلزله نباشد.

طراحی مهاربندی قطری مطابق با ضوابط استانداردهای AISI S213 یا AISI S400 2016 یا ضوابط فصل ششم نشریه ی 612 انجام می گیرد.

نخشتین گام برای طراحی مهاربندهای قطری، در نحوه ی مکان یابی مهاربندهای قطری می باشد. این مکان یابی در پلان معماری ساختمان، تعیین کننده ی اصلی انتخاب نوع مهاربندی براساس قطری تسمه ای یا پوشش های سازه ای فولادی و چوبی می باشد. زیرا پلان معماری تعیین کننده ی نحوه ی توزیه نیروها بر اساس دیوارهای برشی و مهاربندی خواهد بود. از این رو نخستین موضوع، بررسی وضعیت دیوارها برای تعیی نوع دیوار برشی یا مهاربندی و مکان یابی آن خواهد بود.

1. برای مکان یابی دیوارهای مهاربندی قطری با تسمه های فولادی (Diagonal Steel Strap Bracing) در سازه های قاب سبک فولادی، نخستین شرط الزامی، رعایت زاویه ی حداقل 30 درجه ای و حداکثر 60 درجه در زاویه ی نصب مهاربندهای قطری می باشد. در صورتی که این زاویه تأمین نباشد باید نوع دیوار را از مهاربندی قطری به دیوار برشی با پوشش ورق های سازه ای فولادی یا چوبی تغییر داد. در شرایطی هم که نیروی توزیع شده دیوار چندان زیاد نباشد، می توان با تقسیم دیوار دقیقاً از نقطه ی وسط به دو قسمت بالا و پایین، از 2 ناحیه ی مهاربندی قطری در ارتفاع دیوار استفاده کرد.

2. یکی دیگر از شرایط بسیار مهم در تعیین جانمایی دیوارهای مهاربندی قطری با تسمه های فولادی یا دیوارهای برشی با پوشش صفحات سازه ای چوبی یا پوشش ورق های فولادی، دقت در تخت و یکنواخت بودن دیوارهاست. دیوارهایی که دارای انحنای صفحه ای بوده و یا برای نمادهای معماری انتخاب شده اند، برای انتخاب به عنوان دیوارها مهاربندی یا دیوارهای برشی با پوشش صفحات سازه ای چوبی یا پوشش ورق فولادی مناسب نیستند و مهاربندی روی دیوارهای با انحنای صفحه ای ممنوع می باشد.

نمونه هایی از ایرادات فنی اجرا شده در موضوع نقض زاویه ی مهاربندی را در تصاویر مشاهده می نمایید:

1- شرکت منازیل، لایسنز جنسیز کانادا در دوبی

***

2- شرکت تدبیربنا آزما، مجمتمع مسکونی 1280 واحدی مسکن مهر مرودشت

***

3- شرکت بهساز اندیشان تهران، پروژه ی ساختمان اداری مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی