سیستم قاب فلزی سبک که با نام LSF نیز شناخته می شود، نوعی سیستم ساختمانی مدرن است که تولید آن صنعتی و اجرای آن خشک صورت می گیرد. برخلاف تصور عموم، استفاده از این LSF به چند دهه اخیر محدود نمی شود. این سیستم از حدود یک قرن پیش مورد استفاده قرار گرفته و از آن پس تا کنون نیز در صنعت هواپیما سازی، اتومبیل سازی و ساختمان سازی کاربرد داشته است. سیستم قاب فلزی سبک دارای مزایا و معایب منحصر به فرد است و به کارگیری آن، خصوصیات و ضوابط خاص خود را دارد.
ساختمان های قاب فلزی سبک با نام Lightweight Steel Framing که LSF نامیده می شوند، انواعی از سازه هستند که به صورت صنعتی تولید و به صورت خشک اجرا می شوند. قاب های فولادی سبک به روش نورد سرد تولید می شوند. این سازه ها که از سیستم های ساختمانی مدرن به شمار می آیند برای ساخت ساختمان های دارای طبقات محدود (تا سقف ۵ طبقه) به کار می روند.
سیستم ساختمانی قاب فلزی سبک از ورق های فولادی تشکیل می شود. مقاطع این ورق های فولادی به صورت U,C و Z است. عناصر فلزی مذکور، خود از عناصر سازه ای باربر و غیر باربر تشکیل شده اند که وظیفه اصلی شان حفظ پایداری ساختمان است. سیستم فوق با تکرار قطعات سبک برای ساخت دیوارها و ساختمان های چوبی به کار می رود و اجرای آن مشابه سازه های چوبی است. اتصالات در این سیستم، عمدتا به صورت پیچ و مهره است. محل قرارگیری پیچ و مهره به شکل تولید صنعتی در کارخانه انجام می شود و با دقت زیاد و اعمال مختصات دقیق طبق طراحی صورت گرفته با دستگاه های مخصوص این کار مشخص می شود. سیستم قاب فلزی سبک، یک سیستم مستقل است و برای پروژه های انبوه سازی، ساختمان های کوچک، واحدهای صنعتی و سالن های ورزشی مناسب است. همچنین می توان این سیستم را با دیگر سیستم های سازه ای رایج بتنی و فلزی ترکیب کرد که بیش تر در زمانی انجام می شود که نیاز به بیش تر کردن تعداد طبقات وجود داشته باشد. ساخت و تولید مقاطع این سیستم به روش نورد سرد و مطابق آیین نامه ها در اشکال و ابعاد مختلف با ضخامت بین ۰.۶ تا ۲.۵ میلی متر با استفاده از ورق های گالوانیزه نازک انجام می شود.
اجزا سازه LSF
عناصر تشکیل دهنده
عناصر سازنده سیستم قاب فلزی سرد نورده شده را CSF می نامند. این عناصر از ورق های فولادی گالوانیزه به روش پرس یا نورد به کمک غلتک ایجاد می شوند. عناصر فوق را می توان به صورت مستقیم یا به کمک یک کلاف افقی به شالوده متصل کرد. در این سیستم، تحمل بارهای عمودی و جانبی بر عهده Stud یا همان وادار است که عناصر عمودی سیستم هستند. سایر عناصر که به شکل افقی در سازه به کار می روند، Runner نام دارند. سقف این سیستم، عموما سبک است و به شکل موردی با انواع دیگر به کار می رود. تیرها و تیرچه ها در سقف های سبک به مانند وادارهای اجرا شده در دیوار است. در این سیستم، جهت اجرای سقف از تیرچه های فلزی با پروفیل های Z یا C استفاده می شود. برای پوشش میان این قطعات می توان با توجه به فواصل تیرچه ها از تخته های چوبی یا سیمانی یا دال بتنی مسلح استفاده کرد. دیوارها در این سیستم از اجزای عمودی با نام Stud تشکیل شده اند. این اجزا از بالا و پایین به وسیله اجزای افقی با نام Runner متصل شده اند. در صورتی که در سیستم از تراک استفاده شود، نیاز به ایجاد برش در محل نصب Stud خواهد بود. سقف نهایی این سیستم، معمولا به شکل شیبدار و با استفاده از خرپا اجرا می شود، اما در ایران به صورت دال نیز قابل مشاهده است.
مزایا و معایب سیستم قاب فلزی سبک
در این سیستم سازه LSF ، قطعات باربر و غیر باربر به صورت صنعتی درون کارخانه تولید می شوند و در تهیه آن ها دقت زیادی اعمال می شود. این قطعات پس از تولید در کارخانه به صورت آماده در محل مناسب خود در کارگاه نصب می شوند. پیش ساخته بودن قطعات در این سیستم، مزایای زیادی مثل سرعت، دقت و کیفیت زیاد و کنترل استانداردها را شامل می شود. همچنین می توان به دیگر محاسن این روش مانند کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملیات پی ریزی، افزایش سطح مفید تمام شده، کاهش هزینه های حمل و نقل، انعطاف پذیری بیش تر فضاها، سهولت در اجرا، عدم نیاز به ماشین آلات سنگین، حذف نیاز به جوشکاری و کیفیت بالای اتصالات انجام شده نیز اشاره کرد. وزن سازه با به کارگیری این سیستم در حدود نصف وزن تقریبی سازه های دیگر است و به همین خاطر، نیروی ناشی از زلزله نیز به مراتب کم تر خواهد بود. با کاهش بار حاصل از وزن ساختمان، ابعاد فونداسیون نیز کوچک تر خواهد بود. از جمله معایب این سیستم نیز می توان به عدم تناسب آن جهت اجرای سازه ساختمان های بلند مرتبه اشاره کرد که استفاده از آن را تا حد زیادی محدود می سازد.
لازم به ذکر است که استفاده از قطعات فولادی سرد نورد شده از حدود یک قرن پیش آغاز شده است، اما گسترش بهره گیری از آن بعد از انتشار اولین ضوابط انجمن آمریکایی فلزات صورت گرفت. اولین استاندارد طراحی بر مبنای تحقیقات صورت گرفته در دانشگاه کرنل و با پشتیبانی AISI تنظیم شد.
دهانه باربر
دهانه های باربر در سیستم قاب فلزی سبک به چند روش ایجاد می شوند که به شرح زیر می باشند:
در کشور ما استفاده از دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای ساختمان های کوتاه تر و سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن مسلح برای ساختمان های بلندتر مجاز است. عملکرد صوتی دیوارها و سقفهای ساخته شده با سیستم سازه LSF در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتی پاسخگوی انتظارات تعیین شده در مقررات ملی ساختمان میباشد.
پروفیل های سرد نورد شده از مقاومت کمی در برابر آتش برخوردارند و به همین خاطر باید به خوبی مورد محافظت قرار گیرند. یکی از دلایل استفاده از گچ به عنوان پوشش داخلی ساختمان ها رسیدن به همین هدف است. از مهم ترین مزایای استفاده از سیستم قاب فلزی سبک، کاهش جرم ساختمان است که خود، تاثیر قابل توجهی در کاهش هزینه های ناشی از تهیه مصالح، نیروی انسانی و زمان پروژه خواهد داشت. استفاده از این سیستم در ساخت ساختمان های پنج طبقه با رعایت استانداردها مقدور می باشد و به عنوان یک گزینه مناسب جهت انبوه سازی شناخته می شود، اما به شرط این که طراحی و اجرای آن بر اساس ضوابط انجام شود. در رابطه با مقاطع ستونی، اعضای قطری مهاربند و اتصالات این سیستم به اصلاحاتی نیاز است که باید مورد توجه قرار گیرد. این سیستم در زمینه انرژی، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی واقع شده و کاربرد آن با در نظر گرفتن الزامات ارائه شده، مجاز محسوب می شود.
الزامات طراحی و اجرا سازه LSF در ایران
سیستم قاب فلزی سبک که با نام LSF نیز شناخته می شود، نوعی سیستم ساختمانی مدرن است که تولید آن صنعتی و اجرای آن خشک صورت می گیرد. برخلاف تصور عموم، استفاده از این LSF به چند دهه اخیر محدود نمی شود. این سیستم از حدود یک قرن پیش مورد استفاده قرار گرفته و از آن پس تا کنون نیز در صنعت هواپیما سازی، اتومبیل سازی و ساختمان سازی کاربرد داشته است. سیستم قاب فلزی سبک دارای مزایا و معایب منحصر به فرد است و به کارگیری آن، خصوصیات و ضوابط خاص خود را دارد.
ساختمان های قاب فلزی سبک با نام Lightweight Steel Framing که LSF نامیده می شوند، انواعی از سازه هستند که به صورت صنعتی تولید و به صورت خشک اجرا می شوند. قاب های فولادی سبک به روش نورد سرد تولید می شوند. این سازه ها که از سیستم های ساختمانی مدرن به شمار می آیند برای ساخت ساختمان های دارای طبقات محدود (تا سقف ۵ طبقه) به کار می روند.
سیستم ساختمانی قاب فلزی سبک از ورق های فولادی تشکیل می شود. مقاطع این ورق های فولادی به صورت U,C و Z است. عناصر فلزی مذکور، خود از عناصر سازه ای باربر و غیر باربر تشکیل شده اند که وظیفه اصلی شان حفظ پایداری ساختمان است. سیستم فوق با تکرار قطعات سبک برای ساخت دیوارها و ساختمان های چوبی به کار می رود و اجرای آن مشابه سازه های چوبی است. اتصالات در این سیستم، عمدتا به صورت پیچ و مهره است. محل قرارگیری پیچ و مهره به شکل تولید صنعتی در کارخانه انجام می شود و با دقت زیاد و اعمال مختصات دقیق طبق طراحی صورت گرفته با دستگاه های مخصوص این کار مشخص می شود. سیستم قاب فلزی سبک، یک سیستم مستقل است و برای پروژه های انبوه سازی، ساختمان های کوچک، واحدهای صنعتی و سالن های ورزشی مناسب است. همچنین می توان این سیستم را با دیگر سیستم های سازه ای رایج بتنی و فلزی ترکیب کرد که بیش تر در زمانی انجام می شود که نیاز به بیش تر کردن تعداد طبقات وجود داشته باشد. ساخت و تولید مقاطع این سیستم به روش نورد سرد و مطابق آیین نامه ها در اشکال و ابعاد مختلف با ضخامت بین ۰.۶ تا ۲.۵ میلی متر با استفاده از ورق های گالوانیزه نازک انجام می شود.
اجزا سازه LSF
عناصر تشکیل دهنده
عناصر سازنده سیستم قاب فلزی سرد نورده شده را CSF می نامند. این عناصر از ورق های فولادی گالوانیزه به روش پرس یا نورد به کمک غلتک ایجاد می شوند. عناصر فوق را می توان به صورت مستقیم یا به کمک یک کلاف افقی به شالوده متصل کرد. در این سیستم، تحمل بارهای عمودی و جانبی بر عهده Stud یا همان وادار است که عناصر عمودی سیستم هستند. سایر عناصر که به شکل افقی در سازه به کار می روند، Runner نام دارند. سقف این سیستم، عموما سبک است و به شکل موردی با انواع دیگر به کار می رود. تیرها و تیرچه ها در سقف های سبک به مانند وادارهای اجرا شده در دیوار است. در این سیستم، جهت اجرای سقف از تیرچه های فلزی با پروفیل های Z یا C استفاده می شود. برای پوشش میان این قطعات می توان با توجه به فواصل تیرچه ها از تخته های چوبی یا سیمانی یا دال بتنی مسلح استفاده کرد. دیوارها در این سیستم از اجزای عمودی با نام Stud تشکیل شده اند. این اجزا از بالا و پایین به وسیله اجزای افقی با نام Runner متصل شده اند. در صورتی که در سیستم از تراک استفاده شود، نیاز به ایجاد برش در محل نصب Stud خواهد بود. سقف نهایی این سیستم، معمولا به شکل شیبدار و با استفاده از خرپا اجرا می شود، اما در ایران به صورت دال نیز قابل مشاهده است.
مزایا و معایب سیستم قاب فلزی سبک
در این سیستم سازه LSF ، قطعات باربر و غیر باربر به صورت صنعتی درون کارخانه تولید می شوند و در تهیه آن ها دقت زیادی اعمال می شود. این قطعات پس از تولید در کارخانه به صورت آماده در محل مناسب خود در کارگاه نصب می شوند. پیش ساخته بودن قطعات در این سیستم، مزایای زیادی مثل سرعت، دقت و کیفیت زیاد و کنترل استانداردها را شامل می شود. همچنین می توان به دیگر محاسن این روش مانند کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملیات پی ریزی، افزایش سطح مفید تمام شده، کاهش هزینه های حمل و نقل، انعطاف پذیری بیش تر فضاها، سهولت در اجرا، عدم نیاز به ماشین آلات سنگین، حذف نیاز به جوشکاری و کیفیت بالای اتصالات انجام شده نیز اشاره کرد. وزن سازه با به کارگیری این سیستم در حدود نصف وزن تقریبی سازه های دیگر است و به همین خاطر، نیروی ناشی از زلزله نیز به مراتب کم تر خواهد بود. با کاهش بار حاصل از وزن ساختمان، ابعاد فونداسیون نیز کوچک تر خواهد بود. از جمله معایب این سیستم نیز می توان به عدم تناسب آن جهت اجرای سازه ساختمان های بلند مرتبه اشاره کرد که استفاده از آن را تا حد زیادی محدود می سازد.
لازم به ذکر است که استفاده از قطعات فولادی سرد نورد شده از حدود یک قرن پیش آغاز شده است، اما گسترش بهره گیری از آن بعد از انتشار اولین ضوابط انجمن آمریکایی فلزات صورت گرفت. اولین استاندارد طراحی بر مبنای تحقیقات صورت گرفته در دانشگاه کرنل و با پشتیبانی AISI تنظیم شد.
دهانه باربر
دهانه های باربر در سیستم قاب فلزی سبک به چند روش ایجاد می شوند که به شرح زیر می باشند:
در کشور ما استفاده از دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای ساختمان های کوتاه تر و سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن مسلح برای ساختمان های بلندتر مجاز است. عملکرد صوتی دیوارها و سقفهای ساخته شده با سیستم سازه LSF در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتی پاسخگوی انتظارات تعیین شده در مقررات ملی ساختمان میباشد.
پروفیل های سرد نورد شده از مقاومت کمی در برابر آتش برخوردارند و به همین خاطر باید به خوبی مورد محافظت قرار گیرند. یکی از دلایل استفاده از گچ به عنوان پوشش داخلی ساختمان ها رسیدن به همین هدف است. از مهم ترین مزایای استفاده از سیستم قاب فلزی سبک، کاهش جرم ساختمان است که خود، تاثیر قابل توجهی در کاهش هزینه های ناشی از تهیه مصالح، نیروی انسانی و زمان پروژه خواهد داشت. استفاده از این سیستم در ساخت ساختمان های پنج طبقه با رعایت استانداردها مقدور می باشد و به عنوان یک گزینه مناسب جهت انبوه سازی شناخته می شود، اما به شرط این که طراحی و اجرای آن بر اساس ضوابط انجام شود. در رابطه با مقاطع ستونی، اعضای قطری مهاربند و اتصالات این سیستم به اصلاحاتی نیاز است که باید مورد توجه قرار گیرد. این سیستم در زمینه انرژی، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی واقع شده و کاربرد آن با در نظر گرفتن الزامات ارائه شده، مجاز محسوب می شود.
الزامات طراحی و اجرا سازه LSF در ایران