ساختمان‌های پیش ساخته فولادی سبک(LSF) چیست؟

به گزارش اخبار ساختمان، کاربرد این ساختمان‌ها به عنوان سیستم سازه ای مستقل ،اکثراً در انبوه سازی ساختمان‌های دو طبقه، دفاتر و ساختمان‌های تجاری کوچک، واحد های صنعتی و سالن‌های ورزشی در یک طبقه می‌باشند.

به نظر می‌رسد این سیسنم سازه ای توانایی ترکیب شدن با سیستم‌های سازه ای دیگر ، همانند دیوارهای بتن‌آرمه سازه ای را نیز دارا می‌باشد و می‌تواند در ساخت ساختمان‌های کوتاه مرتبه به صورت سیستم سازه ای مختلط به کارگرفته شود .جهت ساخت مقاطع سرد نورد شده مطابق آیین نامه های مربوط به این سازه‌ها استفاده از اشکال مختلف مجاز می‌باشد .این مقاطع معمولاً دارای ابعاد متنوع و محدوده تغییراتی ضخامتی بین ۰.۶ الی ۲.۵ میلی متر می‌باشند.

اتصال سازه LSF به شالوده به وسیله یک کلاف افقی با مقطعc شکل می‌باشد. اجزاء قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل می‌نمایند .برخی ازاین اعضا که در دهانه مهاربندی جانبی سازه قرار می‌گیرند علاوه بر بار ثقلی متحمل نیرو های ناشی از بارهای جانبی می‌شوند .این اعضا تحت نام وادار (stud )در این سیستم معرفی می‌شوند.

سقف سازه این ساختمان‌ها متشکل از تیرچه های فلزی سرد نورد شده بوده که فواصل تیرچه‌ها با توجه به میزان ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف که می‌تواند تخته های چوبی،سیمانی و یا دال بتن‌آرمه باشد تعیین می‌شود.

تیرها و تیرچه‌ها عمدتاً دارای مقاطع با اشکالc یاz می‌باشند ،پوشش سقف با دال بتن‌آرمه ،در صورت تأمین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه ،می‌تواند به عنوان یک سقف مرکب بتنی فلزی طراحی شود. در ساختمان‌های LSF به منظور باربری جانبی سازه در دو امتداد اصلی متعامد، از دهانه های باربر جانبی استفاده می‌شود که تحت عنوان ( Load Bearing Wall) نامیده می‌شود.

دهانه های باربر به ۴ روش ایجاد می‌شود که عبارتند از:

سیستم دهانه‌های مهاربندی شده با اعضای قطری، سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک، سیستم دیوار باربر با پوش‌های OSB، سیستم دیوار برشی بتن‌آرمه.

در حال حاضر در کشور ایران استفاده از سیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای ساختمان‌ها تا ۲ طبقه مسکونی و سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن‌آرمه برای ساختمان‌های تا ۵ طبقه مجاز می‌باشد عملکرد صوتی دیوارها و سقف‌های ساخته شده با این سیستم در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتی پاسخگوی انتظارات تعیین شده در مقررات ملی ساختمان می‌باشد.

پروفیل‌های سرد نورد شده مقامت کمی در برابر حریق دارند و باید به خوبی محافظت شوند .یکی از دلایل کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلی ساختمان‌ها ،دستیابی به این هدف است. از عمده مزایای ساختمان‌های سبک فولادی LSF کاهش جرم ساختمان می‌باشد که تاثیر فراوانی در جهت کاهش هزینه های ناشی از مصالح،نیروی انسانی و نیز زمان احداث پروژه‌ها خواهد داشت.

به کارگیری این سیستم در ساختمان‌های پنج طبقه کشور با رعایت تمهیدات خاصی مقدور بوده و به نظر می‌رسد به عنوان یک گزینه در انبوه سازی می‌تواند موفق باشد مشروط بر آنکه بر اساس عملکرد سازه ای ،طراحی و اجرای آن ،محدودیت‌ها و ضوابط موجود در سایرآیین نامه‌ها بررسی و برای کشور تدوین و تهیه گردد .قدر مسلم آنکه اصلاحاتی در خصوص مقاطع ستونی،اعضای قطری مهاربند و نیز اتصالات این سیستم مورد نیاز می‌باشد که می‌بایست به نحو شایسته ای بدان پرداخته شود. این سیستم در زمینه های انرژی ،حریق،اکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ،مورد ارزیابی قرار گرفته و کاربرد آن در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز می‌باشد.

الزامات طراحی اجرا برای سیستم‌های ساختمانی قاب‌های سبک فولادی سرد نورد شده LSF

۱. در مناطق با خطر نسبی کم ،متوسط و زیاد(مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) استفاده از این سیستم سازه به عنوان قاب ساختمانی ساده به همراه دیوار برشی بتن مسلح حداکثر در ۵ طبقه یا ارتفاع ۱۸ متر از تراز پایه بلامانع است.

۲. استفاده از این سیستم در مناطق با خطر نسبی کم ،متوسط و زیاد(مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) تا حداکثر ۲ طبقه یا ارتفاع ۷.۲۰ متر از تراز پایه ،با اجرای مهاربندی قطری بلا مانع است.

۳. به کارگیری این سیستم در مناطق لرزه خیز با خطرنسبی بسیار زیاد(مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران)مجاز نیست.
۴. به کارگیری حداکثر دهانه ۵ متر و حداکثر ارتفاع ناخالص (با احتساب ضخامت سقف)۳.۶۰ متر برای هر طبقه در این سیستم مجاز است.

۵. طراحی کلیه اجزا ء اتصالات در این سیستم بر اساس استانداردAISI و طرح سازه ای و لرزه ای آن بر اساس آیین نامه های ASCE-05و IBC2003 و ویرایش‌های بعد از آن انجام گیرد.

۶. کنترل سازه در مقابل بار باد بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران مبحث ششم و با در نظر گرفتن سیستم مقاوم در برابر بار جانبی ناشی از زلزله که در بندهای ۱ و ۲ آمد ه است انجام شود.

۷. رعایت محدودیت حداکثر بار مرده و زنده به ترتیب ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مربع و ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مربع برای سقف‌ها الزامی است.

۸. رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استانداردASTM الزامی است .

۹. رعایت ضوابط فصل ۲۱ آیین نامهACI-318-05 و ویرایش‌های پس از آن برای طراحی دیوارهای برشی بتن مسلح الزامی است.

۱۰. تأمین ضوابط دیافراگم صلب برای کلیه سقف‌ها الزامی است .

۱۱. کلیه اتصالات اعضای قایم به اعضای افقی می‌باید به گونه ای باشد که یکپارچگی اعضا در ارتفاع سازه تأمین شود.

۱۲. ضوابط مربوط به اجزاء اتصالی شامل پیچ خودکار ،پیچ و مهره می‌بایستی مطابق آیین نامهAISC و استانداردAISI تأمین شود.

۱۳. در صورت استفاده از اتصالات جوش ،رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای نورد شده مطابق استانداردAISI و آیین نامه هایAWS و AISC الزامی است.

۱۴. سقف سازه ای این سیستم متشکل از تیرچه فلزی دال بتن مسلح فوقانی به صورت مقطع مرکب است که می‌باید بر مبنای ضوابط مقاطع مرکب مطابق آیین نامه و دال‌های بتن مسلح بر مبنای آیین نامهACI تأمین شود.

۱۵. به کارگیری مصالح بنایی در دیوارهای خارجی و داخلی مجاز نمی‌باشد .حداکثر وزن متر مربع دیوارتمام شده در جداکننده های داخلی نبایستی بیشتر از ۵۰ کیلوگرم بر متر مربع و در دیوارهای خارجی نبایستی بیش از ۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع باشد.

۱۶. لازم است تمهیدات لازم به منظور عدم مشارکت پانل‌های غیر باربر و جداکننده‌ها در سختی جانبی سازه صورت پذیرد.

۱۷. لازم است تمهیدات لازم متناسب باشرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران صورت پذیرد.

۱۸. کلیه مصالح و اجزا در این سیستم اعم از معماری و سازه ای از حیث دوام ،خوردگی،زیست محیطی و غیره می‌بایستی بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران یا آیین نامه های ملی یا معتبر بین المللی شناخته شده و مورد تایید ،به کار گرفته شود.

۱۹. الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث ۱۹ مقررا ت ملی ساختمان رعایت شود . ۲۰. در صورتی که عایق حرارتی به صورت پرکننده اجرا شود ،باید نوع و ضخامت عایق،مقاومت حرارتی مورد نیاز را تأمین کند .

۲۱. به منظور کاهش اثر پل حرارتی ،لازم است حدفاصل وادارهاstud) (و لایه خارجی جداره با نوعی عایق حرارتی متراکم پر شود.

۲۲. لازم است ملاحظات کامل هوابندی در جداره های داخلی و خارجی ،بازشو ها و همچنین محل نصب اجزای اتصالی نظیر پیچ و مهره ،با توجه به اقلیم مورد نظر و همچنین خطر میعان به عمل آید.

۲۳. رعایت مبحث سوم مقررات ملی سختمان درخصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان ،کاربری و وظیفه عملکردی اجزای ساختمانی الزامی است .

۲۴. صدابندی هوا برد جداکننده های بین واحد های مستقل و پوسته خارجی ساختمان و صدابندی سقف بین طبقات می‌بایست طبق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تأمین شود.

۲۵. اخذ گواهی نامه فنی برای محصول تولیدی ،پس از راه اندازی خط تولید کارخانه ،از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامی است.

دیوارهای غیر باربر سبک پیش ساخته LSF

صفحات دیواری سبک که از سیستم ساختمانی قاب‌های سبک سرد نورد شده منشعب می‌شوند قابل کاربرد در اکثر سیستم‌های ساختمانی می‌باشند .این صفحات دیواری بر اساس کاربرد اجزایی به نام studوادار وtrack (تیرچه)شکل گرفته است و ساختار اصلی دیوارها از ترکیب نیمرخ های فولادی گالوانیزه سرد نورد شده ،بر پا می‌شود.

مقطع مورد استفاده در این دیوارها c شکل می‌باشد که معمولاً با اتصالات مکانیکی به یکدیگر متصل می‌شوند. هر دیوار از تعدادی اجزای عمودی شکل (وادار) به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتی متر که در بالا وپایین به اجزای افقی ناودانی شکل Uیا Cشکل(تیرچه) متصل شده‌اند،تشکیل می‌شوند .در صورتی که از مقاطعC شکل به عنوان تیرچه استفاده شود،لازم است برش کاری در محل نصب وادار انجام شود.

این سیستم قابلیت بالایی برای نصب عایق حرارتی دارد .عایق حرارتی را به دو روش می‌توان بین وادارها نصب کرد .در روش اول ،وادارها هم راستا اجرا می‌شوند و عایق حرارتی ،در فضای بین آن‌ها قرار می‌گیرد اجرا در روش دوم،وادارها هم راستا اجرا نمی‌شوند و عایق حرارتی به صورت زیگزاگ بین آن‌ها حرکت می‌کند .در این حالت وادارها به صورت پلی حرارتی عمل نخواهند کرد و عایق کاری در شرایط بهتری انجام می‌شود .یکی دیگر از راه های عایق کاری دیوارها نصب یک لایه حرارتی صلب در طرف خارجی قاب فلزی است.

عایق صوتی از افزودن تخته گچی یا سیمانی در دو طرف عایق حرارتی (پشم شیشه) تأمین می‌شود. از دیگر روش‌های ایجاد عایق صوتی در یک طبقه ،استفاده از دیوارهای جداکننده با دو قاب مجزا از یکدیگر و نیز استفاده از وادارهای آکوستیکی می‌باشد.

ورق‌های نسبتاً نازک فولاد گالوانیزه در برابر آتش دارای مقاومت کمی بوده و از این نظر باید محافظت شوند در غیر اینصورت ساختارها از نوعLSFدر برابر آتش به سرعت دچار تغییر شکل شده و فرو خواهند ریخت محافظت از این ساختارها در مقابل آتش به وسیله تخته های گچی که بر روی چهارچوب فولادی نصب می‌شود قابل تأمین است.

به طور کلی با توجه به کاهش قابل ملاحظه وزن و اتلاف اندک مصالح نسبت به شیوه های متداول وقابلیت انطباق این سیستم با مقررات ملی ساختمان ،کاربرد این نوع دیوارهای سبک غیر باربر داخلی برای انبوه سازی مناسب می‌باشد.
این پانل‌ها در زمینه های انرژی، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی قرار گرفته و کاربرد آن، در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز می‌باشد.

الزامات طراحی و اجرا برای سیستم دیوارهای غیر باربر سبک پیش ساختهLSF

۱.در نظر گرفتن تمهیدات لازم برای مشارکت نکردن این پانل‌ها در سختی جانبی سازه الزامی است.

۲.طراحی پانل‌های خارجی و اتصالات مربوط در مقابل بار باد مطابق مقررات ملی ایران مبحث ششم انجام گیرد.

۳.حداکثر ارتفاع خالص مجاز پانل‌ها ۳.۲ متر است .

۴.حداکثر وزن پانل‌های خارجی به ۱۰۰ کیلوگرم بر متر مربع و پانل‌های داخلی به ۵۰ کیلوگرم بر متر مربع محدود می‌شود.

۵. رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استانداردASTM الزامی است .

۶. ضوابط مربوط به اجزاء اتصالی شامل پیچ خودکار ،پیچ و مهره می‌بایستی مطابق آیین نامه AISC و استانداردAISI تأمین شود.

۷. در صورت استفاده از اتصالات جوش ،رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای نورد شده مطابق استانداردAISI و آیین نامه هایAISCو AWS الزامی است .

۸. لازم است تمهیدات لازم مناسب باشرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران صورت پذیرد. ۹.الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث ۱۹ مقررا ت ملی ساختمان رعایت شود .

۱۰.در صورتی که عایق حرارتی به صورت پرکننده اجرا شود ،باید نوع و ضخامت عایق،مقاومت حرارتی مورد نیاز را تأمین کند.

۱۱.به منظور کاهش اثر پل حرارتی ،لازم است حدفاصل وادارها و لایه خارجی جداره با نوعی عایق حرارتی متراکم پر شود.

۱۲.لازم است ملاحظات کامل هوابندی در جداره های داخلی و خارجی ،بازشو ها و همچنین محل نصب اجزای اتصالی نظیر پیچ و مهره ،با توجه به اقلیم مورد نظر و همچنین خطر میعان به عمل آید .

۱۳.رعایت مبحث سوم مقررات ملی سختمان درخصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان ،کاربری و وظیفه عملکردی اجزای ساختمانی الزامی است.

۱۴.صدابندی هوا برد جداکننده های بین واحد های مستقل و پوسته خارجی ساختمان و صدابندی سقف بین طبقات می‌بایست طبق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تأمین شود .

۱۵.کلیه مصالح و اجزا در این سیستم اعم از معماری و سازه ای از حیث دوام ،خوردگی،زیست محیطی و غیره می‌بایستی بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران یا آیین نامه های ملی یا معتبر بین المللی شناخته شده و مورد تایید ،به کار گرفته شود.

۱۶.اخذ گواهی نامه فنی برای محصول تولیدی ،پس از راه اندازی خط تولید کارخانه ،از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامی است.