همه چیز پیرامون LSF

خلاصه:
امروزه سبک سازی یکی از مفاهیم کاربردی در زمینه ایمنی در زمان وقوع زلزله به شمار می رود . اصلی ترین هدف سبک سازی در ساختمان ها، کاهش نیروی وارده به ساختمان در هنگام وقوع زلزله است. برای رسیدن به این هدف باید سبک سازی هم در عناصر سازه ای و هم در عناصر غیر سازه ای یک ساختمان لحاظ شود. در اکثر ساختمان ها در ایران ، وزن عناصر غیر سازه ای از وزن عناصر سازه ای بیشتر می باشد . بنابراین برای سبک سازی توجه به اجزای غیر سازه ای یک ساختمان که معمولا قسمت بیشتری از وزن یک بنا را تشکیل می دهند، مهم تر از بخش اجزا سازه ای می باشد.در این مقاله با توجه به ضرورت و راهکارهای کاهش وزن ساختمان، ملاحظاتی جهت طرح و ساخت قاب سبک فولادی (LSF) با استفاده از مصالح سازه ای سبک ارائه شده است. که توجه به آنها می توان گام بلندی در جهت حفظ و بهره وری منابع ، مواد ، انرژی وحفظ سرمایه ها وثروت ملی و جلوگیری از تلف شدن انرژی برداشت.

1 . مقدمه :
در ساختمانهای رایج، سازه علی رغم طراحی پیشرفته ، معمولاً از اجرای ضعیفی در ایران برخوردار است . به این معنی که رفتار واقعی سازه در مواقع سرویس دهی با آنچه طراحی شده کاملاً متفاوت است. لذا نظارت دقیق بر کیفیت اجرا و تطابق با جزئیات محاسبه شده امری کاملا ضروری می باشد. از این رو ساختمانهای پیش ساخته شده در کارخانه به دلیل طی نمودن مراحل کنترل کیفیت و تولید مطابق با نقشه های محاسباتی ر فتار مناسب سازه را در مواقع سرویس دهی خواهد داشت . در این بین قابهای فولادی سبک ( LSF ) با کیفیت ساخت کارخانه ای و اتصالات ساده ، مطمئن، مستحکم و سریع از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند. استفاده از سیستم LSF به دلیل مزایای فراوانی که در ذیل به آن اشاره شده درسالهای اخیر در بسیاری از کشورهای جهان رواج قابل توجهی پیدا کرده است . سیستم LSF که از اعضای فولادی سرد نورد شده ساخته می شود از سال 1946 وارد صنعت ساختمان شد، اما به دلیل اقتصادی نبودن کاربرد محدودی یافت. از سال 1990 به دلایل زیاد از جمله افزایش قیمت چوب و محدود بودن منابع تهیه آن در این سالها در کشورهایی مانند آمریکا ، آلمان و ... رواج یافت . استفاده از اعضای فولاد سرد نوردشده از دهه 1850 میلادی آغاز گردید. ولی استفاده از آن تا انتشار اولین ضوابط انجمن امریکایی آهن در1946گسترش زیادی پیدا نکرد. اولین استاندارد طراحی بر مبنای تحقیقات انجام یافته در دانشگاه کرنل سال 1939 و با پشتیبانی AISI تدوین گردید. امروزه بدلیل کیفیت مناسب ساخت و سرعت بالا و مقاومت بالا در برابر زلزله از آن در کشورهای انگلستان، امریکا، کانادا، استرالیا، ژاپن و... استفاده می کنند.
2 . سیستم قاب سبک فولادی:
سیستم ساخت قاب سبک فولادی Lightweight Steel Framing که به اختصار LSF می نامند، یک سیستم ساختمانی است، که برای اجرای ساختمان های عمدتاً کوتاه مرتبه و میان مرتبه (حداکثر تا 5 طبقه) استفاده می شود و از 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) به فواصل 40 تا 60 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 در محل نصب استاد انجام گیرد. مابین پانل پیش ساخته LSF و بتن سبک از پرلیت پر می شود. در این بخش اجزا اصلی سیستم LSF به همراه نحوه ی اجرای هر قسمت به اختصار معرفی شده است.
1.2. شالوده:
برای نصب دیوارها و برپایی سیستم LSF شالوده نواری به عمق 40 تا 50 سانتی متر اجرا می شود. جهت نصب رانرهای افقی بر روی شالوده نواری انکربول تها در فواصل 40 یا 60 سانتی متری داخل شالوده کار گذاشته می شوند.
2.2سیستم کف:
سیستم کف می تواند از عضو C شکل به صورت تیرکهای متصل به ستون حامل ساخته شود. تیرک های کف می توانند در رنج سایزهای عضوهای C شکل بسته به پارامترهای بارگذاری طراحی شود. سیستم های کف با تیرهای به صورت مشبک کف مستحکم تری را تشکیل می دهند. این می تواند صداهای ناهنجار در اثر خوب بسته نشدن کف به تیرها را حذف کند. این همچنین عایق کاری صوتی بهتری بین طبقه همکف و بالایی انجام می دهد این سیستم کف می تواند روی سازه مسطح یا جایی که کف چند تکه می باشد انجام شود.
3.2 سیستم بام:
سازه بام مجموعاً یک سیستم خرپای فولادی است که می تواند با ورقه های فلزی یا پنل ها طراحی شود این یک سیستم خرپای بام است که شامل C75 و C100 به عنوان عضو های مورب و اعضای خرپا استفاده شود. سیستم بام فولادی می تواند تمامی انواع Hip- Gable-Dutchadable و ورق های بام فولادی را انجام دهد و می تواند به طور مستقیم به قاب دیواره متصل شود در هنگام استفاده از تایل خرپای بام چوبی استفاده می شود با عبور دادن Purlins از روی تایل ها فیت کردن آنها انجام می شود.
3 .فواید سیستم:
1 - از نظر زیست محیطی، این سیستم ساختمانی در زمره سیستم هایی است که انرژی اندکی برای ساخت اجزای آن مصرف می شود. 2 - فولاد از مصالح محـکم است و شـکل دادن آن راحت می باشد 3 - اینرسی حرارتی کم این سیستم آن را برای ساختمان های اداری، تجاری و دیگر ساختمان های با کاربری منقطع، بسیار مناسب می سازد. 4 - سازگاری مواد و مصالح با شرایط اقلیمی مناطق مختلف ایران 5 - در سازه نیازی به آجر ، بلوک ، سفال ، تیرچه ، کاشی نیست. 6 - عدم استفاده از موادی که برای سلامتی انسان مضر باشد. 7 - کاهش هزینه تمام شده نسبت به ساختمان سنتی ساز وهزینه تعمیر آن در طول زمان نسبت به مصالح دیگر خیلی کم می باشد. 8 - ایزولاسیون در برابر سرما ـ گرما ـ رطوبت و صوت 9 - مقاومت بالا در برابر اشعه خورشید و مقاومت در برابر آتش سوزی 10 - قسمت های حامل بار در اسـکلت فولادی بار بیـشتری را تحمل می کنندو در مقابل آتش و زلزله مقاوم می باشد. 11 - طول عمر حداقل یکصد سال 12 - به علت عدم تاثیر پذیری از رطوبت ،ماهیت قطعات فلزی به هیچ وجه تغییر نمی کند ، برای اینکه جنس سازه گالوانیزه می باشد و امکان پوسیدگی وجود ندارد 13 - با توجه به اتصالات محکم احتمال صدمه دیدن به واسطه طوفان خیلی کم می باشد.
1.3بررسی نقاط قوت و ضعف سیستم قاب سبک فولادی:
عوامل مربوط به هزینه این سیستم ساخت، نیازمند نیروی انسانی ماهر، ولی به تعداد کم و در زمان کم است. لذا مجموعه هزینه نیروی انسانی در این سیستم، کمتر از روش های سنتی است. ابزار مورد استفاده نیز نسبتاً کم هزینه هستند، ولی هزینه های بالای تامین مصالح، به خصوص در دوره ای که رواج چندانی نیافته است، این سیستم را جزو سیستم های گران قیمت دسته بندی می کند. این سیستم نیاز به مخارج ادواری خاصی ندارد و هزینه تعمیرات احتمالی آن بسته به نوع خرابی، می تواند خیلی متفاوت باشد.
2.3عوامل مربوط به زمان:
از نظر سرعت اجرا، تجربیات سایر کشور ها نشان داده است که این سیستم در زمان کمی برپا می شود و سرعت اجرا نسبت به شیوه های سنتی و حتی صنعتی سنگین بسیار بالاتر است. نسبت فرآوری محصول در کارخانه نسبت به سایت در این سیستم ساخت، بر اساس نوع اجرا و مقدار پیش ساخته سازی، می تواند بسیار متغیر و متفاوت باشد. این سیستم قابلیت اجرا در تمام شرایط جوی را دارد و با تغییرات شرایط جوی، مشکلات جدی در اجرا به وجود نخواهد آمد. . 3.3 مقاومت در برابر زمین لرزه:
وزن کم این سیستم ساختمانی (در حدود 60 درصد وزن واحد سطح سیستم های رایج ساخت و ساز) باعث می شود نیرو های اعمال شده در صورت وقوع زمین لرزه به طور قابل توجهی نسبت به ساختمان های متداول کمتر باشد، تا حدی که در اکثر موارد، اثر نیرو های اعمال شده توسط باد بیشتر و تعیین کننده تر از نیرو های ناشی از زمین لرزه است. در ضمن، وزن کم این سیستم باعث می شود به عنوان گزینه ای مناسب برای مناطق با مقاومت خاک کم، تلقی شود همچنین قسمت های حامل بار در اسـکلت فولادی بار بیـشتری را تحمل می کنند و در مقابل آتش و زلزله مقاوم می باشد. با توجه به اینکه اتصال اجزاء ساختمان های فولادی مطمئن می باشد کمترین صدمه را از حرکت های جانبی می بیند بنابراین ضایعات زلزله به حداقل می رسد.
4 .ایرادات سیستم:
1 - در صورتی که در اجرا تمامی نکات فنی مورد رعایت قرار نگیرد، خطر ایجاد صدا در حالت های انقباض و انبساط است. 2 - اینرسی حرارتی کم این سیستم، آن را برای استفاده دائم مانند مسکونی، با مشکلاتی رو به رو می سازد. 3 - مواد تشکیل دهنده LSF بار حریق ندارند، ولی پروفیل های سرد فرم داده شده مقاومت کمی در برابر حریق دارند و باید به خوبی محافظت شوند. یکی از دلایل اصلی کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلی این سیستم ها دستیابی به این هدف است. 7 برتری های ساختمان های شبکه فلزی و فواید آن برای طبیعت - درصد بازیافت فولاد از بازیافت آلومینیم، پلاستیک و شیشه بیشتر می باشد؛ درصد بازیافت صنعتی فولاد در حدود 68% می باشد. - بازیافت فولاد به اندازه 5/1 برابر انرژی مورد استفاده خانواده های ایرانی در طول یک سال صرفه جویی انرژی دارد. - به خاطر خواص ذاتی فولاد تشخیص بازیافت آن از مصالح دیگر راحت تر می باشد. - 88% فلز ساختمان های تجاری تخریب شده در سال 1998 در امریکا بازیافت شده است.
5 .نتیجه گیری:
با توجه به مباحث مطرح شده در قسمت های قبل، و مثال هایی که از اجرای پروژه های مختلف با استفاده از سیستم LSF و سیستم های فولادی و بتنی ارائه شد، از این مقاله نتایج زیر به دست می آید: بر اساس آمار های ارائه شده در مورد تعداد واحد های مسکونی مورد نیاز در کشور توسط سازمان ها و نهاد های مربوطه، برای تأمین مسکن مورد نیاز در کشور باید سالانه در حدود 1.5 میلیون واحد مسکونی ساخته شود که رسیدن به این رقم با استفاده از روش های سنتی ساخت ، به دلیل کارایی و سرعت کم این روش ها مقدور نمی باشد بنابراین لازم است دولت با توجه ویژه به این مسئله با ایجاد کارخان هها و تجهیزات مورد نیاز ، زمینه ی را برای به کارگیری فناوری های پیشرفته و رو شهای نوین در صنعت ساخت و ساز کشور فراهم نماید.
منبع :
1.Winter, G., “Development of Cold-Formed Light Gage Steel Structures”, AISI regional technical paper, 2. Wei-Wen Yu, “Cold-formed steel Design”, Third Edition, 2000. 3. باقری صباغ، علیرضا، ” کاربرد مقاطع جدار نازک سرد نورد شده در ساختمان های میان مرتبه وکوتاه مرتبه پیش ساخته“ ، دانشکده فنی، دانشگاه تهران. 4. سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران سیستم قاب سبک فولادی، دکتر بهروز محمدکاری - دکتر رسول احمدی، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، 1387 5. NAHB Research Center, “Steel Frame House Construction”, third printing 2005. 6. Landolfo, R., et al. “Seismic behavior of sheathed cold-formed structures: physical tests”. Journal of Structural Engineering, ASCE 2006; 132(4):570–81. 7. Serrette, R., Encalada, J., Matchen, B., Nguyen, H., and Williams, A. “Additional shear wall values for light weight steel framing.” Rep. No. LGSRG-1-97, Light Gauge Steel Research Group, Dept. of Civil Engineering, Santa Clara Univ., Santa Clara, Calif. 1997b. 8. American Society of Civil Engineers, “Bracing Cold-Formed Steel Structures”. 9. American Iron and Steel Institute, "Specification for the Design of Cold-Formed Steel Structural Members", 1998. 10 . ” آئین نامه طراحی ساختما نها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ، (ویرایش سوم)“. 11. U.S. Army Corps of Engineers, Engineering and Construction Division Directorate of Military Programs Washington, “Design of Cold-Formed Load Bearing Steel Systems and Masonry Veneer / Steel Stud Walls”, 1998. در ساخت و ساز سریع“ ، همایش LSF 12 . مستاجران گورتانی،آرش.، آذری، آرین دخت.، وثوقی فر، حمیدرضا.،” بررسی کاربرد فناوری نوین . فناوری های نوین در صنعت ساختمان، فرهنگسرای جوان قم، تابستان 1387 13. Moghimi, H., Ronagh, R., “Performance of light-gauge cold-formed steel strap-braced stud walls subjected to cyclic loading”.Journal of engineering structures, 2008.