سازه سبک پیش ساخته


امروزه سبک سازي يكي از مفاهيم كاربردي در زمينه ساختمان سازی بخصوص ايمني در زمان وقوع زلزله به شمار مي رود

 

اصلي ترين هدف سبک سازي در ساختمان ها، كاهش نيروي وارده به ساختمان در هنگام وقوع زلزله است. براي رسيدن به اين هدف بايد سبک سازی هم در عناصر سازه ای و هم در عناصر غير سازه ای يك ساختمان لحاظ شود. در اکثر ساختمان ها در ايران ، وزن عناصر غير سازه ای از وزن عناصر سازه اي بيشتر مي باشد . بنابراين برای سبک سازي توجه به اجزاي غير سازه ای يك ساختمان كه معمولا قسمت بيشتری از وزن يك بنا را تشكيل مي دهند، مهم تر از بخش اجزا سازه ای مي باشد.در اين مقاله با توجه به ضرورت و راهكارهاي كاهش وزن ساختمان، ملاحظاتي جهت طرح و ساخت قاب سبک فولادی (LSF) با استفاده از مصالح سازه اي سبك ارائه شده است. كه توجه به آنها می توان گام بلندی در جهت حفظ و بهره وري منابع ، مواد ، انرژي وحفظ سرمايه ها وثروت ملي و جلوگیری از تلف شدن انرژی برداشت.

سازه
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 . سيستم LSF كه از اعضاي فولادي سرد نورد شده ساخته مي شود از سال 1946 وارد صنعت ساختمان شد، اما به دليل اقتصادي نبودن كاربرد محدودي يافت. از سال 1990 به دلايل زياد از جمله افزايش قيمت چوب و محدود بودن منابع تهيه آن در این سالها در کشورهایی مانند آمریکا ، آلمان و ... رواج یافت . استفاده از اعضاي فولاد سرد نوردشده از دهه 1850 ميلادي آغاز گرديد. ولي استفاده از آن تا انتشار اولين ضوابط انجمن امريكايي آهن در1946گسترش زيادي پيدا نكرد. اولين استاندارد طراحي بر مبناي تحقيقات انجام يافته در دانشگاه كرنل سال 1939 و با پشتيباني AISI تدوين گرديد. امروزه بدليل كيفيت مناسب ساخت و سرعت بالا و مقاومت بالا در برابر زلزله از آن در كشورهاي انگلستان، امريكا، كانادا، استراليا، ژاپن و... استفاده مي كنند.
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 اين بخش اجزا اصلي سيستم LSF به همراه نحوه ي اجراي هر قسمت به اختصار معرفي شده است.
شالوده:
براي نصب ديوارها و برپايي سيستم LSF شالوده نواري به عمق 40 تا 50 سانتي متر اجرا مي شود. جهت نصب رانرهاي افقي بر روي شالوده نواري انكربول تها در فواصل 40 يا 60 سانتي متري داخل شالوده كار گذاشته مي شوند.
سیستم 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.
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.
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.
بررسی 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.
عوامل 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 حداقلمی رسد.
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.
نتیجه گیری:
با توجه به مباحث مطرح شده در قسمت هاي قبل، و مثال هايي كه از اجراي پروژه هاي مختلف با استفاده از سيستم LSF و سيستم هاي فولادي و بتني ارائه شد، از اين مقاله نتايج زير به دست مي آيد:
بر اساس آمار هاي ارائه شده در مورد تعداد واحد هاي مسكوني مورد نياز در كشور توسط سازمان ها و نهاد هاي مربوطه، براي تأمين مسكن مورد نياز در كشور بايد سالانه در حدود 1.5 ميليون واحد مسكوني ساخته شود كه رسيدن به اين رقم با استفاده از روش هاي سنتي ساخت ، به دليل كارايي و سرعت كم اين روش ها مقدور نمي باشد بنابراين لازم است دولت با توجه ويژه به اين مسئله با ايجاد كارخان هها و تجهيزات مورد نياز ، زمينه ي را براي به كارگيري فناوري هاي پيشرفته و رو شهاي نوين در صنعت ساخت و ساز كشور فراهم نمايد.