مرکز سازه های قاب فلزی سبک LSF

مصالح عایق برای عایق ساختن ساختمان LSF در برابر حرارت و برودت، نفوذ آب و رطوبت و بخار و هوابندی و صدابندی دیوارها به کار می روند

مصالح پوششی برای پوشش سازه LSF و نهایی شدن فیزیک ساختمان LSF به کار می روند. پوشش ها در انواع و اقسام گوناگون برای قسمت های گوناگون ساختمان با إستانداردهای مشخص و کاربری های خاص به کار می روند.

گاهی بسته به ایده طراحی معماری یا نیاز ساختمانی و یا کاربری سازه ای از مصالح سنتی در بخش هایی از ساختمان LSF مانند فونداسیون، سقف و کف یا نمای دیوارهای خارجی استفاده می گردد.

مصالح مکمل متشکل از مواد، مصالح و ابزارهای متفرقه ای هستند که در قسمت های گوناگون ساختمان LSF به کار می روند.

ساختمان پیش ساخته (Modular) یکی از ایده های قرن هفدهم بود که به شکلی ابتدایی در قالب واگن های سیار در امریکا به وفورمورد استفاده قرار می گرفتند که نوعی درشکه ی توسعه یافته بودند که با اسب قابل حمل و جابه جایی بودند و می توانستند سال ها به عنوان یک خانه مورد استفاده قرار بگیرند. رفته رفته این واگن ها از ارابه ی حمل جدا شدند و به عنوان یک سوییت قابل جا به جایی شدند. اما این واگن ها مورد اقبال عموم نبودند و بیشتر دوره گردها، سیرک بازان، سربازان و کشاورزان و کارگران از آن ها استفاده می نمودند. کم کم مورد استفاده از این واگن ها به تورهای تفریحی و ورزشی نیز رسیده و از آن به بعد مورد اقبال قرار گرفتند. رواج ساخت این نوع خانه های پیش ساخته در اوایل دهه نخست قرن بیستم در ابتدا به صورت ساخت سوییت های کوچک چند نفره با مصالح فولادی سبک نظیر مقاطع قوطی و با الهام از آن واگن های مسافری مورد استفاده در امریکا از قرن هفدهم آغاز گردید که به صورت تریلرهای کوچک سبکی با اسب یا اتومبیل جا به جا می شدند. و به ویژه در امریکا از اقبال بسیار زیادی برخوردار شدند.

با ظهور صنعتی سازی از قرن هجدهم و گرایش به تولید همه‌ی محصولات تولیدی به روش صنعتی که موجب افزایش سرعت تولید و بازده اقتصادی می گردید، صنعت ساختمان را نیز شامل خود نمود که از اواخر قرن نوزدهم و با پیش ساخته سازی قطعات و اجزای ساختمانی (Prefabricated Building) شروع شده بود و در قرن جدید با رویکرد صنعتی سازی بود که پس از جنگ جهانی دوم و نیاز شدید به سرعت در ساخت و ساز جهت بازسازی ویرانی های ناشی از جنگ جهانی به مرحله‌ی اجرای عمومی رسید. قبل از جنگ جهانی دوم و در سالهای 1910 چندین ایده به صورت پیش ساخته سازی ساختمان مطرح شده بود که اقبال چندانی نداشته است و در حد کانکس و کامیون باقی مانده بود اما همان ایده های اولیه، مراحل بعدی پیش ساخته سازی را موجب گردیدند. پیش ساخته سازی از ابتدا با مقاطع و مصالح فلزی و به ویژه رشد نورد سرد همراه بوده است. لذا پس از به کارگیری مصالح مختلف و از جمله مصالح بتنی برای پیش ساخته سازی ساختمان ها که از اروپا و به ویژه آلمان آغاز گردید، پس از 70 سال تلاش در نهایت باز به مقاطع فلزی نورد سرد اقبال بیشتری نشان دادند. مصالح بتنی به سه دلیل عمده‌ی سنگینی بسیار زیاد مصالح و حجم عملیاتی اجرایی ساختمانی زیاد و زمان بری و دلیل بسیار مهم تر ناامن بودن اتصالات و ناتوانی در برطرف ساختمان مسایل مختلف اتصالات قطعات و فقدان انعطاف پذیری در جلوه های معمارانه، امروزه اقبال چندانی ندارد. اما قطعات نورد سرد توانستند با مزایای بسیار زیاد خود از جمله سبکی بسیار زیاد و سرعت بسیار بالا در عملیات ساختمانی و همچنین اتصالات بسیار امن و مطمئن سازه ای و انعطاف پذیری معمارانه، از اقبال بسیار بالایی در طراحان فرم های ساختمانی برخوردار شدند و با پیشرفت ماشین آلات صنعتی و تولید و سیستم های CAD/CAM‌ در حال حاضر پیشرفت های بسیار شاخصی در پیش ساخته سازی ساختمان های قاب سبک فولادی و مقاطع نورد سرد حاصل گردیده است که نمونه های اجرایی متنوعی از ساختمان های 4 طبقه تا 30 طبقه به منصه‌ی ظهور رسیده اند. با رشد پیش ساخته سازی، ساختمان پیش ساخته نیز وارد مرحله‌ی جدیدی شده و ساختمان هایی با عینیت واقعی تری از لحاظ هویت معمارانه و جلوه های بصری و عملکرد ساختمانی مطلوب با امنیت سازه ای بالا طراحی و تولید شدند. قاب های سبک فولادی، پروفیل های نورد سرد، پروفیل های قوطی، ساندویچ پنل های سازه ای و قطعات مکانیکی و هیدرولیکی، مجموعه ای از امکانات را گرد آوردند که برای توسعه ی ساختمان های پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرند.

حجم وسیع پیش ساخته سازی ساختمان ها در عملیات بازسازی دهه‌ی 60 پس از جنگ جهانی دوم، تفکر پیش ساخته سازی را وارد ذهنیات مردم نمود ولی به دلیل این که این پیش ساخته سازی توسط مصالح بتنی و فقط با دیوارهای ساده و قالب های چهارگوش مستطیلی انجام می گرفت و تنها تفکر محاط بر آن به ویژه در اروپای شرقی صرفاً یک سرپناه بود که فاقد جلوه های بصری و عملکردی به شمار می رفت، چندان که باید مورد توجه اقشار عامه قرار نمی گرفت و به نوعی، عمدتاً خانوارهای کم درآمد و اردوگاه های نظامی را شامل می شدند و دیدگاه حاکم بر آن چنین شرایطی داشت. این نوع پیش ساخته سازی بتنی از روش پیش ساخته سازی قاب های سبک چوبی نسخه برداری شده بود که اصطلاحاً تحت عنوان تیلت آپ (Tilt-Up) انجام می گرفت. بتن به عنوان مصالحی با قابلیت تنظیم شرایط طراحی متنوع جهت طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله مورد اقبال بسیاری قرار گرفته بود و در امریکا و ژاپن پیشرفت های بسیاری در طراحی ساختمان های ضد زلزله صورت می گرفت و دامنه آن به قطعات پیش ساخته بتنی نیز سرایت می نمود. اما مسئله ی اتصالات همچنان به عنوان بزرگ ترین نقطه ضعف این قطعات به شمار می رفتند.

ساختمان به ذات دارای بازشوهایی جهت انتقال نور و تردد و دسترسی ها و تهویه می باشد که قسمتی مهم از هویت معماری ساختمان نیز به شمار می رود. برای طراحی و اجرای بازشوها رعایت تمهیدات و ضوابط خاصی لازم می باشد تا علاوه بر احراز نقش کارکردی و هویت معمارانه ی خود، از نظر ایستایی نیز دارای عملکردی مثبت و منطقی باشند.

ایجاد باشوها در ساختمان های قاب فلزی سبک LSF‌ نیز علاوه بر هویت احراز نقش عملکردی، می تواند در اثر بخشی معمارانه‌ی ساختمان LSF‌ بسیار نقش مفیدی داشته باشد. لذا مهندس معمار می تواند در طراحی بازشوها ایده های اثربخشی معمارانه‌ی بازشوها را با رعایت ضوابط آن ها به کار بندد. 

بازشوها در ساختمان های قاب فلزی سبک LSF می توانند بدون محدودیت در نوع بازشو طراحی اجرا شوند. اما برای تعبیه ی محل بازشوها می بایست الزامات سازه ای و ساختمانی رعایت گردند.

در سازه های قاب فلزی سبک LSF به دلیل نوع سیستم سازه ای که از نوع قاب های ساده با اتصالات مفصلی و مهاربندی های قطری یا دیوارهای برشی با صفحات سازه ای می باشند، بازشوها به نسبت محل قرارگیری دارای محدودیت های موضعی می گردند. به طور مثال در قاب های مهاربندی شده در داخل زون مهاربند ترجیحاً بازشوهای پهن تر از 120 سانتی متر نباید ایجاد شوند. ارتفاع این بازشوها نیز بسیار محدود خواهد بود. عمده بازشوهای ایجاد شده تنها در میان دو استاد یعنی حداکثر به طول 60 سانتی متر خواهند بود. این بازشوها می توانند در برابر عملکرد سازه ای قاب مهاربندی در زون مهاربندی نیز اختلال ایجاد نمایند یا موجب خطرات جانی در اثر فشار بر قاب پنجره و پرتاب تیغه ی شیشه های پنجره به سمت اطراف باشند. لذا ترجیحاً از ایجاد بازشو در این نوع قاب ها امتناع می کنیم. اما به هرحال در صورت تمهیدات لرزه ای و ایجاب طرح معماری، قابلیت ایجاد بازشو حداکثر به طول 120 سانتی متر  ارتفاع متناسب با زون مهاربندی را دارند.

در قاب های پوشش داده با صفحات سازه ای فولادی یا چوبی که به عنوان دیوار برشی طراحی می شوند، بازشوها دارای محدودیت های متناسب با نوع دیوار برشی می باشند که باید طبق آیین نامه ی AISI S213 از 2001 تا 2007 که در بند 5 فصل ششم نشریه ی 612 معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی ریاست جمهوری تحت عنوان «آیین نامه طراحی و اجرای سازه های فولادی سرد نورد - LSF (بخش سازه)» به آن اشاره شده است و یا نخستین ویرایش AISI S400 منتشر شده در 2016 در طراحی مورد نظر قرار گرفته و رعایت شوند.

با رعایت این تمهیدات و الزامات استانداردهای AISI و مسایل بهره برداری، در بقیه ی دیوارهای ساختمانی LSF ایجاد باشوها با دهانه های تا 5 متر و ارتفاع تراز تا سقف، محدودیتی ندارد. لذا تنظیم فشار و مکش باد و طراحی بر مبنای باد در تنظیم دهانه های بازشوها الزامی است.
همچنین در بازشوهای بزرگتر، رعایت نکات ایمنی از نصب شیشه ها و تمهیدات لازم در زلزله برای انتخاب نوع شیشه ها و روش های نصب شیشه ها الزامی می باشد.

توضیحات مربوط به آیین نامه AISI S213  و بند 5 از فصل 6 آیین نامه 612 «آیین نامه طراحی و اجرای سازه های فولادی سرد نورد» در ارتباط با الزامات بازشوهای ایجاد شده در دیوارهای برشی با صفحات سازه ای چوبی یا فولادی در ساختمان های قاب سبک فولادی lsf به طور اجمالی در این متن ارائه می شود. برای دانلود آیین نامه می توانید به بخش آیین نامه ها مراجعه نمایید.

5-6) این نوع دیوار برشی باید با پوشش کامل دیوارهای سبک فولادی سردنورد شده با صفحات مناسب و استفاده از میل مهارهای نگهدارنده در دو انتهای هر قطعه دیوار طرح و اجرا شود.
که با صفحات پوشش چوبی سازهای یا صفحات فولادی پوشش داده شدهاند میتوان در فاصله I در دیوارهای برشی نوع مابین مهارهای نگهدارنده، بازشو ایجاد نمود به شرط آنکه جزئیات لازم جهت انتقال نیرو در اطراف بازشوها تامین شود(شکل 6-1)
 

نسبت ارتفاع به عرض (h/w) مربوط به هر پایه در دی وار برشی نوع I دارای بازشو، نباید از 2 بیشتر باشد . ارتفاع هر پایه، معادل ارتفاع بازشو در مجاورت دیوار پوشش داده شده است. عرض (w) برابر با عرض پوشش داده شده پایه در مجاورت بازشو می باشد. عرض هر پایه نباید کمتر از 600 میلیمتر باشد.
 
در مورد دیوارهای برشی که با صفحات تخته گچی یا سیمانی الیافی پوشش داده شده اند و دارای بازشو می باشند و همچنین دیوارهای برشی که با صفحات چوبی سازه ای و فولادی پوشش داده شده اند ولی فاقد جزئیات لازم برای انتقال نیرو در اطراف بازشوها می باشند، بخشی از دیوار ساز ه ای که دارای بازشو است جزء دیوار برشی نوع I محسوب نشده و مطابق شکل (6-2) باید برای هر قسمت دیوار میل مهارهای نگهدارنده جداگانه پیش بینی شود. 

در سیستم ساختمانی قاب سبک فولادی LSF می توان با توجه به شرایط و انتظارات طراحی و در صورت پاسخدهی مناسب نسبت به طرح معماری ساختمان و نیروهای جانبی وارد بر سازه ی ساختمان، برای تأمین مقاومت لازم در برابر نیروهای جانبی باد و زلزله، از قاب های مهاربندی (Bracing frame) استفاده نمود. قاب های مهاربندی عمده ترین شکل مهاربندی ساختمان های قاب سبک فولادی می باشند که به دلیل سادگی اجرا و همگنی مصالح و هزینه ی بسیار پایین مورد استفاده قرار می گیرند.

 - مهاربندی ساختمان قاب سبک فولادی به 4 روش عمده انجام می گیرند:

1. تسمه های فولادی قطری Diameter Flat Strap Steel Bracing

2. تسمه های فولادی Diagonal V & Λ Flat Strap Bracing

3. مهارهای مثلثی گوشه قاب Triangular Sheet Steel Bracing

4. مهاربندی قطری با کابل های کششیTensile Cable Bracing

ساختمان LSF نیز طبعاً مانند دیگر ساختمان های رایج نیاز به بسترسازی در خاک و محل ساختمان دارد.

1. فونداسیون ساختمان LSF می تواند به دو صورت پی نواری یا دال گسترده رادیه طراحی شود.

2. در موارد لازم فونداسیون باید به گونه ای طراحی گردد که از نفوذ گازهای خطرناک خاک مانند رادون ممانعت نماید.

3. برای بستر سازی زیر ساختمان های خاص یک طبقه که طراحی مدولار یا شبه مدولار دارند می توان از فولاد IP نیز استفاده نمود.

4. دیواره فونداسیون سازه های LSF از بتن، دیوار برشی، مصالح بنایی مانند بلوک های سیمانی که با بتن پر شده باشند یا ICF یا چوب های محافظت شده ساخته می شوند.

5. فونداسیون باید زیر کلیه ی دیوارهای باربر، ستون های نما، پایه ها، شومینه و دودکش های خارجی طراحی و اجرا گردد و بارهای وارده را به طور صحیح انتقال داده و توزیع کند. دیوارهای غیرباربر به فونداسیون نیازی ندارد و تنها اجرای یک شالوده کم عمق با بتن مگر جهت بسترسازی برای اتصال مناسب دیوارغیرباربر به محل نصب کفایت می کند.

6. شالوده فونداسیون دیوارهای جانبی(خارجی) ساختمان LSF با نمای فایبرسمنت برد یا دیگر گونه های نمای خشک و حداقل ظرفیت باربری خاک برابر با 0.75kg/cm² به عرض 256mm بوده و به ازای هر طبقه افزایش 107mm به عرض شالوده افزایش می یابد.

7. شالوده فونداسیون دیوارهای جانبی(خارجی) ساختمان LSF با نمای آجری یا سنتی و حداقل ظرفیت باربری خاک برابر با 0.75kg/cm² به عرض 318mm بوده و به ازای هر طبقه افزایش 119mm به عرض شالوده افزایش می یابد.

8. شالوده فونداسیون دیوارهای داخلی ساختمان LSF با دیواره های بتنی، بلوک های سیمانی یا ICF به عنوان تکیه گاه قاب های فلزی سبک LSF و ظرفیت باربری خاک برابر با 0.75kg/cm² به عرض 305mm بوده و به ازای هر طبقه افزایش 153mm به عرض شالوده افزایش می یابد.

9. شالوده فونداسیون دیوارهای داخلی ساختمان LSF با قاب فلزی سبک LSF به عنوان تکیه گاه قاب های فلزی سبک LSF و ظرفیت باربری خاک برابر با 0.75kg/cm² به عرض 203mm بوده و به ازای هر طبقه افزایش 152mm به عرض شالوده افزایش می یابد.

10. سازه LSF باید از تماس با بتن خیس فونداسیون محافظت شده باشد. استفاده از لایه پلی اتیلن یا دیگر ایزولاسیون ها مانند ایزوگام می تواند مانع از تماس باشد. این کار موجب می گردد در آینده نیز اگر بتن به هر دلیلی مرطوب شد اثر خورنده بر روی لایه ی محافظ زینک سازه LSF نداشته باشد.

11. پس از تعیین مقدار عرض شالوده می توان ضخامت شالوده را بر اساس مقدار بار وارده محاسبه نمود.

12. مقدار ضخامت شالوده هرگز نباید کمتر از عرض المانی که روی سازه نصب می گردد باشد. حداقل مقدار ضخامت شالوده 102mm می باشد.

13. مقاومت بتن شالوده و فونداسیون باید با آیین نامه بتن ایران و مبحث نهم سازگار باشد. حداقل مقاومت بتن شالوده و فونداسیون درسن 28 روزه باید 150kg/cm² باشد.

14. دیواره فونداسیون LSF باید در کنترل ترک، درزگیری و نما کاری، ضد رطوبت سازی، زهکشی سطح و فونداسیون، ضد آب کردن، کنترل گازهای خاک و خاک ریزی پشت کار پاسخ دهی مناسب داشته باشد.

15. سازه LSF باید توسط میل مهار إتصالی مناسب و مقاوم مطمئن به فونداسیون داشته باشد.

16. حداقل سایز قطر بولت های مهار باید 13mm باشد.

17. فاصله مرکز به مرکز بین بولت های مهار حداکثر باید 2400mm باشد.

18. جای گذاری بولت های مهار با سوراخ کاری بر روی فونداسیون و تزریق رزین های اپوکسی صورت می گیرد.

19. درصورت اجرای کف برای ساختمان، جهت عدم تداخل بولت ها با جویست ها می توان اولین بولت را با فاصله 150mm از إستاد قاب جای گذاری نمود.

20. به جای بولت های مهار می توان از براکت های مهار إتصال ریم جویست ها و إستادها به فونداسیون استفاده نمود. این براکت ها با حداقل 8 عدد پیچ 8# به ریم جویست یا إستاد إتصال می یابند.

21. پس از اجرای فونداسیون با دوباره نقشه های اجرایی را با فونداسیون مطابقت داده و اندازه ها را دوباره بررسی و چک نمود. در صورتی که در هر جا در اندازه ها تغییری مشاهده شود باید اندازه ها را بر اساس اندازه های فونداسیون تنظیم نموده و کات لیست ها را براساس ابعاد و اندازه های فونداسیون تهیه نمود.

هر ساختمانی برای مقابله با نیروهای جانبی وارد بر سازه که از باد و زلزله ناشی می گردند، نیاز به تمهیداتی برای ایجاد مقاومت در سیستم سازه ای آن دارد که به دو روش تأمین سازه ای و تأمین ساختمانی انجام می گیرد. در روش تأمین سازه ای، از انواع سیستم های مهاربندی (Bracing Frame) و میراگری (Dampering Brace) و اتصالات گیردار (Rigid Connection) و نیمه گیردار (Semi-reigid Connection) و انواع قاب های دیوارهای برشی (Shear wall) استفاده می گردد که این روش ها همگی تکنیک هایی هستند که بر روی سازه ی ساختمان و برای افزایش عملکرد سازه ای انجام می گیرند و در روش تأمین ساختمانی انواع روش های جداسازی (Bace Isolation) و جرم آونگی (Pendulum mass) به کار گرفته می شود که اجرای آن ها خارج از سیستم سازه ای و بر روی ساختمان انجام می گیرند.

در سیستم ساختمانی قاب سبک فولادی LSF‌ نیز برای مقابله با نیروی جانبی وارد بر سازه و ایحاد مقاومت های سازه ای لازم، می بایست از انواع روش هایی که دارای پاسخدهی مناسب در برابر نیروی جانبی وارد بر سازه باشند استفاده نمود. برای این منظور می توان از انواعی از مهاربندی ها و میراگرها در قالب دیوارهای برشی و ایجاد اتصالات گیردار و نیمه گیردار و همین طور جداسازها و اجرام آونگی استفاده نمود.

به کارگیری هر یک از تکنیک های تأمین مقاومت ساختمان باید منطبق بر ضوابط آن بوده و تمام مسایل و جزییات آن به دقت مورد نظر قرار گیرند.