آنچه در این مقاله می خوانید:
سازه LSF مخفف کلمه Frame Steel LightWeight یا همان سازه پیش ساخته سبک است. یکی از مزایای اصلی اسکلت فلزی سبک، تطبیق پذیری آن و طیف وسیعی از انواع ساختمان هایی است که می توان از آن استفاده کرد.
کاربردهای اسکلت فلزی سبک از مسکن های کم ارتفاع گرفته تا سازه های چند طبقه و آسمان خراش ها، از جمله قاب های سازه ای پانلی، سیستم های دیوار پرکننده خارجی و ساخت و ساز مدولار کاملا تمام شده در خارج از محل را شامل می شود. به دلیل کاربردهای بالایی این نوع سازه تیم آبدیس تصمیم گرفته است شما را با سازه LSF بیشتر آشنا کند.
جزئیات سازه structure lsf
کشور ایران از جمله کشورهایی است که در سال های اخیر با زمین لرزه و بلایای طبیعی متنوعی دست و پنجه نرم کرده است. وقوع این گونه مشکالت باعث شده است ساختمان سازی با روش های نوین و جدید اهمیت بالایی پیدا کند.
یکی از روش های جدید ساختمان سازی، روشی LSF است که امروز میخواهیم به بررسی آن بپردازیم. اصلی ترین هدفLSF ، کاهش وزن ساختمان است. این نوع سازه که یک سیستم پیش ساخته است امروزه در بسیاری از ساخت و سازها مورد استفاده قرار میگیرد.
سازه LSF از مقاطع فولادی جدار نازک باز تشکیل شده که این مقاطع با انجام عملیات نورد سرد بر روی ورق نازک فلزی ساخته می شود. مزایای زیاد این سیستم از جمله پیش ساخته بودن، سرعت زیاد در اجرا، سازگاری مناسب با محیط زیست، مقاومت لرزه ای مطلوب و اقتصادی بودن، استفاده از این سیستم را با استقبال زیادی مواجه نموده است.
از آنجا که در ایران قسمت عمده ای از تولید ورق با ضخامت های 2 تا 6 میلی متر دارای مصارف محدودی می باشد و نیز به دلیل وجود تکنولوژی نورد سرد در کشور؛ امکان تولید صنعتی ساختمان در کشور بر مبنای توسعه استفاده از مقاطع سرد نورد شده سبک وجود دارد که در صورت بهره گیری از این تکنولوژی چشم انداز روشنی در صنعت ساختمان سازی وجود خواهد داشت.
سازه سبک ال اس اف LSF که طی سال های گذشته کاربرد فراوانی در کشورهای پیشرفته پیدا نموده چندی است که به عنوان یک راه حل مناسب برای برطرف نمودن مشکل کمبود مسکن؛ مورد توجه مسئولین و تصمیم گیران بخش ساختمان و مسکن در کشورمان قرار گرفته است.
این سیستم پیش ساخته که به دلیل مطالعات و تحقیقات انجام شده در کشور در بیشتر کشورهای دنیا به خوبی شناخته شده و مزایای قابل توجهی در ساخت و ساز ایجاد نموده است، در کشور ما سیستمی بسیار جدید و ناشناخته محسوب می گردد.
در ادامه به بررسی کامل این سازه خواهیم پرداخت:
از آنجایی که سیستم های پیش ساخته دارای کیفیت بالایی هستند، به افزایش عمر مفید ساختمان و دوام ساخت آن کمک میکنند و باعث بهبود مقاومت سازه در برابر زمین لرزه میشوند؛ استفاده از آن ها در سال های اخیر بسیار پرطرفدار شده است. از زاویه های دیگر علاقه به ساخت سریع سازه برای رفع مشکل کمبود مسکن، استفاده از این روش ها را مرسوم کرده است.
استفاده از روشهای صنعتی روشهایی مانند LSF باعث جایگزینی مصالح قدیمی و سنتی شده است. منظور از این صحبت این است که با تغییر روش های ساخت، مصالحی که برای ساخت سازه های قدیمی استفاده میشدند کارایی را از دست داده و در نتیجه مصالح جدید جایگزین شدند. مصالحی که برای ساختمان سازی جدید استفاده میشود، دارای کیفیت بسیار بالایی نسبت به مصالح قدیمی هستند.
مزایای سازه های LSF
کمبود منابع مورد نیاز برای تامین مصالح ساختمانی و لزوم صرفه جویی در مصرف مصالح و استفاده بهینه از آن ها تمایل به استفاده از اعضای جدار نازک سرد نورد شده به منظور انجام ساخت و ساز سریع را افزایش می دهد. از جمله مهم ترین مواردی که تمایل به استفاده از این اعضا را افزایش می دهد.
عبارتند از:
محدود بودن منابع موردنیاز برای تامین مصالح ساختمانی و لزوم استفاده بهینه از مصالح، مقاطع جدار نازک سرد نورد شده نسبت به مقاطع گرم نورد شده دارای نسبت مقاومت به وزن باالتری هستند و بنابراین جایگزین نمودن این مقاطع، با مقاطع فولادی سنگین سبب افزایش بهره وری در صنعت ساخت و ساز می گردد.
افزایش غیرقابل اجتناب قیمت مصالح در بیشتر نقاط دنیا. مقاطع سرد نورد شده به دلیل سادگی تولید و زمان کمی که برای تولید آن ها به کار می رود با قیمت مناسب تری در مقایسه با دیگر مصالح ساختمانی در دسترس می باشند.
زمان طولانی صرف شده برای تولید مصالح ساختمانی، مقاطع سرد نورد شده نسبت به مقاطع گرم نورد شده یا مقاطع بتنی پیش ساخته در زمان بسیار کمتری تولید می شوند.
نحوه اجرای سازه LSF
برای اجرای سیستم ساختمانی LSF همانند سایر سیستم های رایج ساختمان سازی ابتدا طرح های معماری و سازه ای و سپس نقشه های اجرایی تهیه شده و براساس آن سیستم اجرا می شود.
شالوده
در زمان اجرای شالوده برای نصب دیوار نوارهایی با عمق 40 تا 50 سانتیمتر مورد استفاده قرار میگیرد. در مرحله بعد آرماتوربندی، قالب بندی و بتن ریزی انکربولتها در فاصله استاندارد در شالوده اجرا شده و دیوارها تعبیه میشوند. فاصله استاندارد تعریف شده برای شالوده به طور معمول از 40 تا 60 سانتیمتر متغیر است.
دیوار
پس از اجرای پی نوبت به برپایی دیوارها می رسد. برای اجرای دیوار با استفاده از انکربولت هایی که از قبل به این منظور کار گذاشته شده اند، ابتدا تراک های کف نصب می شوند و سپس استادها به صورت کشویی داخل تراک کف قرار می گیرند. منظور از تراک اعضای افقی است که از باال و پایین به صورت کشویی استادها را در بر می گیرند.
استاد یکی از بخشهای اصلی برای ساخت و برپایی دیوار است که وظیفه تحمل بار تقلی را به عهده دارد. در سیستم ساختمانیLSF ، استاد و تراک ها جزئی از اعضای اصلی هستند. این اعضا به صورت پانلی، بار را به تکیهگاه منتقل میکنند. دیوار باربر وظیفه انتقال بار عمودی ساختمان، جذب بار جانبی و محافظت در برابر باد و زلزله را به عهده دارد.
از دیوارهای غیر باربر بیشتر برای جدا کردن فضای داخلی سازه استفاده میشود. برای اینکه عبور تاسیسات راحت انجام شود، استادها قبل از نصب سوراخکاری میشوند.
این استادها با فاصله 60-40 سانتی متری به تراکتها وصل میشوند. در سیستم ساختمانی lsf معمولا دیوارها با اتصال دادن استادهای فولادی به تراک های فوالدی؛ بادبندی شده و با نصب پانل های گچی به شکل پانلی ساخته می شوند. در صورت اضافه کردن بادبند این شیوه ساخت برای مقاومت در برابر بارهای جانبی؛ از جمله بارهای حاصل از باد و زمین لرزه خیلی مناسب می باشد.
مهاربندها با استفاده از ورقهای نازکی به ضخامت 0.8 تا 2 میلیمتر ساخته میشود. به دلیل نحوه ساخت، مهاربندها تنها قادر به تحمل بار کششی در سازه هستند. برای اینکه اطمینان حاصل شود مهاربند بعد از مواجه با بارهای جانبی، باربری را شروع میکند؛ اجزای این اعضا معموال توام با پیش کشش اولیه است.
جالب است بدانید در اجرای مهاربند برای سازه های مدل LSF برخالف سازههای فولادی پیاده سازی میشود. در سازه فولادی مهاربند ضربدری و در دو انتهای قالب ها متصل میشود، این در صورتی است که برای سازه lsf عالوه بر اینکه مهاربند در انتها متصل میشود، با کمک پیچ به تمام استادهای میانی نیز متصل میشود.
سقف
شیوه های اجرایی گوناگونی برای سقف ها و بام در سیستم LSF بکار گرفته می شود به طوری که انواع بام ها از فرم های ساده مسطح گرفته تا بام های متقاطع با شیب های غیر مساوی قابل اجرا می باشند.
دو نوع از معمول ترین شیوه اجرای بام ها عبارتند از خرپاهای سقفی که معموال از قسمت جلو تا عقب بنا را پوشش می دهند سیستم تیرریزی مسطح که معموال بین تکیه گاه ها یا دیوارهای باربر مشترک برای اجرای سقف های صاف استفاده می شود.
در ساخت و ساز سقف های میانی در سیستم LSF تیرریزی ها عموما در امتداد استادهای دیوار انجام می گیرد. هریک از تیرها معموال بار خود را مستقیما به استادها منتقل می نمایند. قطعات فوق معولا با اشکال C و یا Z ساخته و اجرا می شوند.
پوشش این نوع سقف ها معموال با بتن ریزی و یا با نصب تخته های چوبی یا گچی انجام می شود. در مناطقی که وزش باد شدید داشته و یا زلزله خیز می باشد، قاب سقف را باید مهاربندی کرد. علاوه بر آن برای مقاومت در مقابل باد و بلند شدن بام باید اتصال مناسبی بین دیوارهای باربر و سقف انتخاب نمود.
اجرای فوم و روفیکس عالوه بر ایجاد عایق صوتی و حرارتی مناسب؛ از نفوذ شیره بتن در هنگام بتن ریزی جلوگیری می نماید.
تاسیسات
همان طور که گفته شد مقاطع CFS که به عنوان تیرچه های سقف یا استادهای دیوار به کار می روند در طول عضو دارای سوراخ هایی بوده که برای عبور و نصب تاسیسات از آن ها استفاده می گردد. با توجه به پیش ساخته بودن سیستم و بهره گیری از اتصاالت پیچی امکان دسترسی به اتصاالت جهت تعمیر، ترمیم و یا تعویض برخی قطعات به سادگی امکان پذیر بوده و به عنوان یکی دیگر از مزایای سیستم
LSFکه منجر به افزایش عمر مفید ساختمان نیز خواهد شد محسوب می گردد.
مقایسه سیستم LSF با سیستم های اسکلت فولادی و بتنی
به منظور مشخص شدن تفاوت های سازه LSF با سیستم های سنتی رایج در کشور در ساخت ساختمان های کوتاه مرتبه و میان مرتبه، در این قسمت چندین پروژه مختلف با استفاده از سیستم سازه فوالدی معمولی؛ سازه بتنی و سیستم LSF طراحی شده و نتایج به دست آمده با یکدیگر مقایسه شده است.
پروژه های انجام شده شامل ۳ ساختمان دو طبقه، سه طبقه و پنج طبقه است که با استفاده از هر سه
روش طراحی شده و مقایسه نسبتا جامعی از نتایج به دست آمده ارائه شده است.
استفاده از سازه LSF در ساخت انواع ساختمان های ۱ و ۲ طبقه مسکونی، ویالیی، اداری، دفاتر تجاری کوچک، آموزشی و واحدهای صنعتی به دلیل مزایای فراوان از جمله سبک بودن، اقتصادی بودن، مصرف کم مصالح ساختمانی، افزایش فضای مفید داخلی، عملکرد صوتی مطلوب و اتالف کم انرژی در بسیاری از کشورهای دنیا مرسوم می باشد.
الزم به ذکر است که برای اجرای هر متر مربع از سازه LSF در حدود ۳۰۰ کیلوگرم ماده اولیه نیاز بوده و ضایعات به جامانده کمتر از ۲ تا ۳ کیلوگرم خواهد بود. این در حالی است که در سیستم های سنتی ماده اولیه برداشت شده از طبیعت بیش از ۱۰۰۰ کیلوگرم می باشد که حداقل ۱۰۰ کیلوگرم ضایعات ساختمانی غیر قابل بازیافت به دنبال خواهد داشت.
به این ترتیب در صورتی که به عنوان مثال ساالنه صد هزار واحد مسکونی ۷۵ متری (معادل با هفت و نیم میلیون متر مربع ساختمان) با سیستم LSF اجرا شود منجر به صرفه جویی قابل توجهی در استفاده از منابع ملی خواهد شد.
مقایسه ویژگی های سازه lsf با سیستم ساختمان فولادی و بتنی
مزایای استفاده از سیستم LSF در صنعت ساخت و ساز کشور
با توجه به مطالب ارائه شده در قسمت های قبل به کارگیری سازه LSF در صنعت ساختمان سازی ایران دارای مزایای زیادی است که مهمترین آن ها در جدول زیر ارائه شده است.
طراحان
انعطاف در طراحی – تنوع در مصالح نما- برآورده نمودن الزامات مربوط به استانداردهای ساختمان – طراحی یک سیستم مدرن ساختمانی رعایت کامل مقررات مبحث ۱۹ به صورت خودکار
سازندگان
سرعت در اجرای سیستم – کاهش هزینه نیروی کار – زمان کم توقف – فعالیت موازی و بدون وقفه در دیگر بخش های ساختمان- امکان انجام تعمیرات و مقاوم سازی سریع بدون ایجاد خلل در کاربری سهولت در نصب سیستم های تاسیساتی – نیاز کم به تجهیزات – نیاز به فضای کم کارگاهی – ایمنی در محل کارگاه – پیش ساختگی و تولید انبوه – سبک بودن سازه- کاهش هزینه ها
استفاده کنندگان
هزینه های بهره برداری کمتر – عملکرد صوتی خوب- محیط داخلی سالم- مقاومت در برابر آتش- مقاومت در برابر زلزله وتوفان های شدید- افزایش فضای مفید داخلی
مسئولان و حامیان محیط زیست
مصالح کمتر و قابل بازیافت بودن- ترافیک کمتر و حمل و نقل – جلوگیری از اتالف انرژی- پاکیزگی کارگاه ساختمانی- کاهش مصرف انرژی
منابع ملی
نیاز به ماده اولیه به مراتب کمتر نسبت به سیستم های سنتی – امکان بازیافت ضایعات ساختمانی به طور کامل
تاریخچه و دلایل به کارگیری سازه LSF در کشورهای گوناگون
استفاده از سازه LSF به دلیل مزایای فراوان از جمله سرعت و کیفیت باالی ساخت و عملکرد لرزه ای مناسب در سال های اخیر در بسیاری از کشورهای دنیا رواج قابل توجهی یافته است. سازه LSF که از اعضای فولادی سرد نورد شده ساخته می شود از سال ۱۹۴۶ وارد صنعت ساختمان شد اما به دلیل اقتصادی نبودن کاربرد محدودی یافت.
از سال ۱۹۹۰ به دلایل زیاد از جمله افزایش قیمت چوب و محدود بودن منابع تهیه آن، مشکالت زیست محیطی، نیاز به تولید سریع و انبوه مسکن و ضرورت استفاده از پیش ساخته سازی؛ سیستم LSF کاربرد وسیعی یافت به طوری که امروزه این سیستم در آمریکا؛ کانادا؛ استرالیا؛ ژاپن و بسیاری از کشورهای دیگر در احداث ساختمان های تجاری و مسکونی کوتاه مرتبه و میان مرتبه کاربرد زیادی دارد. در ادامه تاریخچه مختصری از سازه LSF در کشورهای گوناگون ارائه شده است.
آمریکا
در شمال آمریکا چوب برای قرن ها به دلیل فراوانی؛ دسترسی آسان؛ ارزان بودن قیمت نسبت به دیگر مصالح ساختمانی و همچنین راحتی کار ساخت و ساز به عنوان کاربردی ترین مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گرفت.
لیکن از سال ۱۹۳۰ توجه به مالحظات زیست محیطی و تالش برای اقتصادی کردن فعالیت های ساخت و ساز ساختمان؛ سبب شد تحقیقات گسترده ای به منظور شناسایی مصالح ساختمانی مناسب جهت جایگزین نمودن با مصالح ساختمانی نامناسب و نیز یافتن روش های نوین ساخت و ساز انجام شود.
این تحقیقات در واقع شروعی برای بکارگیری قطعات CFS در صنعت ساختمان سازی در آمریکا گردید. از سال ۱۹۵۶ به دلیل تنزل قابل توجه در کیفیت چوب و ارزان شدن قیمت فوالد، سازه LSF مورد توجه متخصصین؛ مسئولین و سازندگان ساختمان قرار گرفت، به طوری که سازندگان ساختمان از قطعات سبک فولادی در ساخت دیوارهای غیرباربر جدا کننده و همچنین ساخت دیوارهای پیرامونی در ساختمان های بلند بهره بردند.
تا سال ۱۹۹۰ بکارگیری قطعات CFS در بخش ساختمان سازی تجاری رواج یافت ولی به دلیل هزینه باالی ساخت و ساز مسکن با قاب فوالدی سبک؛ استفاده از این سیستم در ساخت و ساز مسکن به طور گسترده مورد قبول واقع نشد. در سال ۱۹۹۲ تعداد ۵۰۰ خانه مسکونی با بهره گیری از سیستم قاب فولادی سبک ساخته شد. در سال های ۱۹۹۳ و ۱۹۹۴ تعداد خانه های ساخته شده با این روش به ترتیب به ۱۵۰۰۰ و ۷۵۰۰۰ واحد افزایش یافت.
این رقم در سال ۲۰۰۲ به پنج برابر نسبت به سال ۱۹۹۴ افزایش یافت. مزایای قابل توجه استفاده از این روش مانند سازگاری با محیط زیست، تقلیل میزان ضایعات ساختمانی، امکان استفاده مجدد از قطعات به کار رفته در ساخت و امکان بازیافت قطعات به کار رفته با هزینه مناسب، سرعت بالایی ساخت و اقتصادی بودن؛ فولاد را به عنوان عنصر اصلی ساخت و ساز در آمریکا مطرح نمود به طوری که امروزه سهم قابل توجهی از ساختمان های مسکونی ساخته شده در آمریکا با استفاده از سیستم قاب فوالدی سبک ساخته می شود.
انگلستان
در کشور انگلستان از سال ۱۹۳۰ به بعد به کارگیری فولادی در ساختمان سازی رونق گرفت و از دهه ۱۹۴۰ برای تامین قطعات فولادی مورد نیاز، از مقاطع فولادی فرم داده شده در حالت سرد برای جایگزین نمودن با قطعات فولادی گرم و سنگین در ساختمان های صنعتی استفاده شد.
در حال حاضر بالغ بر ۲۰ تن از سازندگان مطرح خانه های مسکونی در انگلستان به منظور ساخت خانه های یک و دو طبقه از این سیستم استفاده می کنند.
ژاپن
در کشور ژاپن قبل از جنگ جهانی اول بیشتر ساختمان های شهری از چوب ساخته می شد. با شروع جنگ جهانی اول و به دنبال آن وقوع آتش سوزی های گسترده در مناطق مسکونی، بخش وسیعی از این خانه ها در اثر آتش سوزی ویران شدند.
به منظور جبران خسارات ناشی از جنگ در بخش مسکن نیاز به ساخت سریع چهار میلیون واحد مسکونی بود که بازسازی مجدد خانه های ویران شده با روش سنتی معادل با صرف زمانی در حدود ۱۵۰ سال برای تولید الوارهای چوبی الزم جهت ساخت بود. دولت ژاپن برای سامان دهی به امر ساخت و ساز در کشور و فعال کردن کارخانجات تولیدکننده مسکن ، وزارت ساختمان را در این کشور تاسیس نمود.
این وزارتخانه برای تامین مسکن موردنیاز، سیاست های جدیدی را برای طراحی؛ تولید و ساخت مسکن ارائه نمود که از آن جمله می توان به استفاده از ساختمان های پیش ساخته با استفاده از مصالح ساختمانی غیر آتش زا؛ کوتاه کردن مدت زمان عملیات ساختمانی در کارگاه و نهایتا تلاش برای محافظت از منابع چوب اشاره کرد.
با توجه به این دیدگاه بکارگیری قطعات فولادی سرد نورد شده در بخش مسکن به سرعت پذیرفته شد و صنعت فولادی ژاپن اقدام به ساخت قطعات فرم داده شده از ورق فولادی با ضخامت نازک جهت جایگزین کردن با قطعات چوبی نمود. لذا از سال ۱۹۵۰ سهم سازه LSF در ساخت و ساز مسکن ژاپن افزایش قابل توجهی یافت. همان طور که ذکر شده سیستم ساختمانی قاب فولادی سبک موسوم به سازه LSF با استفاده از مقاطع فولادی سرد نورد شده برپا می شود.
مقاله ای که از پیش رو گذراندید، تلاشی توسط گروه مهندسی آبدیس بود. این گروه مهندسی به صورت حرفه ای در زمینه سازه های سبک ال اس اف فعالیت دارد.