سازه های پیش ساخته LSF | نکات اجرایی و فنی

یکی از مسائلی که موجب شده سازه های سبک فولادی ال اس اف با سرعت آهسته ای در جامعه مهندسی و بازار ساخت وساز کشور شناخته شده و به اصلاح جا بیافتد، تفاوت های جزئی آن در مسیر تکمیل و اتمام یک ساختمان با سازه نورد سرد گالوانیزه است.

این جزئیات متفاوت و عدم شناخت کافی از آن ها در مواردی موجب سردرگمی و نتیجتاً تردید کارفرمایان شده و آن ها را به سمت روش های ماسونری و مرسوم تر سازه و ساختمان سوق می دهد. درحالی که تکمیل و رسیدن به نقطه بهره برداری یک بنا با سازه سبک اگر ساده تر از روش های متداول نباشد، قطعاً سخت تر نیست. ضمن آنکه مراحل ساخت سریع تر و مرتب و تمیزتر نیز پیش خواهد رفت.

مراحل تکمیل سازه ال اس اف

پس از اجرای مرحله سازه ای یک ساختمان، پی (یا زیرسازی) و اسکلت LSF، مراحل تکمیل آن شامل سفت کاری، تأسیسات و نازک کاری و … باید آغاز گردد. تعاریفی همچون سفت کاری و نازک کاری در ساختمان با سازه LSF مقداری متفاوت تر از روش های سنتی ساخت ساز است. به طور مثال در یک ساختمان با سازه فولادی یا بتنی پس از مرحله اسکلت نیاز است کلیه دیوارهای پیرامونی و داخلی، فریم ها نعل درگاه های در و پنجره ها غیره در مرحله سفت کاری انجام شود. ولی در یک سازه ال اس اف پیش ساخته، تمامی دیوارها و فریم ها اجزای زیرسازی سقف و سقف کاذب در مرحله اسکلت انجام شده و در مرحله سفت کاری تنها لازم است پوشش مناسب آن اجرا شود.

لذا به منظور تشریح و توضیح مراحل کاری و انتخاب ها و آپشن ها موجود و همچنین تذکر نکات کلیدی و جزئیات فنی این مقوله، راهنمای تکمیل ساختمان ال اس اف آماده شده و در اختیار بازدیدکنندگان این وب سایت قرارگرفته است.

این نوشته مجموعه ای از توصیه های معمول و گزینه های بیشتر در دسترس برای اجرای کامل یک ساختمان با سازه ال اس اف بوده و به یقین کامل و جامع نیست. لکن هدف از نگارش آن، دادن اطمینان خاطر به کارفرمایان و مشتریان برای داشتن گزینه های متعدد و عدم پیچیدگی اجرای هر یک از آن هاست تا به دلیل تفاوت جزئی این سیستم با سازه ها و ساختمان های ماسونری مرسوم، دچار تردید نشوند.

شرکت آبدیس همواره متعهد به راهنمایی، مشاوره و پاسخگویی به سؤالات و خواسته های خریداران خود بوده و پیدا کردن راهکارهای جدید برای پروژه های جدید و متفاوت را بخشی از ضروریات ارائه خدمات خود دانسته است.

محدودیت های سازه فولادی سبک  ال اس اف LSF

گرچه ویژگی های منحصربه فرد سازه ال اس اف برتری های شاخصی نسبت به دیگر انواع سازه های مرسوم فولادی و بتنی و یا دیگر روش های نوین ساخت اسکلت و پیکره ساختمان دارد، ولی از طرفی محدودیت هایی نیز در طراحی معماری این سازه ها می بایست در نظر گرفته شود. برخی از این محدودیت ها مربوط به شکل و ساختار کلی سازه های سبک فولادی است و برخی متوجه به ماشین آلات، ورق های موجود در بازار و دیگر عوامل مرتبط با تولیدکننده است.

درنتیجه بخشی از محدودیت ها و ویژگی هایی که در این بخش مطرح می شود با در نظر گرفتن ماشین آلات در دسترس فعلی شرکت مهندسی آبدیس و دامنه تولید، طراحی و همچنین محدودیت تهیه ورق با ضخامت ها و مقاومت های گوناگون است و این شرایط الزاماً شامل کلیه سیستم ها و روش های متنوع سازه های سبک فولادی نمی گردد.

دامنه ارتفاع:

همان طور که ذکر شد بهتر است با شرایط فعلی تا سه طبقه و هر طبقه تا 3.5 متر طراحی و تولید نگردد. این امر ممکن است به بسیار محدودکننده به نظر بیاید ولی ساختمان های زیادی نیز ساخته می شود که نیازی به طبقات بیشتر و یا ارتفاع بلندتر نداشته و این مقدار برای آن ها کافی است و در ساختمان های یک طبقه، ارتفاع دیوار را تا 4.5 متر نیز می توان طراحی نمود.

بار زنده:

وزن سبک سازه و کاربری معمول این ساختمان ها بار زنده در نظر گرفته شده در طراحی را به بارهای مسکونی و اداری محدود می کند و البته با در نظر گرفتن تقویت های ویژه می توان آن را تا بارهای اداری پرتجمع و ساختمان های عمومی و آموزشی افزایش داد ولی اعمال بار زنده پارکینگ روی کف ساختمان LSF امکان پذیر نیست.

همچنین امکان نصب تجهیزات بسیار سنگین گرمایشی و سرمایشی، تجهیزات مخابراتی و مخازن گوناگون روی بام ساختمان با سازه سبک با محدودیت همراه است و نیز امکان در نظر گرفتن جرثقیل سقفی در سوله های LSF با استفاده از دیوارها نیز وجود ندارد.

فشارهای جانبی و ضربه:

ویژگی های خاص سازه های سبک سرد نورد آن ها را در برابر فشارهای جانبی مانند فشار جانبی خاک در ترازهای زیرزمین و فشار جانبی آب در مخازن و استخرها آسیب پذیر می کند و استفاده از این سازه زیرزمین به تنهایی توصیه نمی شود. همچنین ضربه ناشی از برخورد هرچند آرام خودرو در پارکینگ هایی که چند خودرو و با چند فرمان در آن ها پارک کرده و داخل و خارج می شوند نیز می تواند خسارت های جدی به سازه وارد کند که از این امر نیز باید اجتناب گردد. ولی می توان پارکینگ هایی در همکف ساخت خودرو مستقیم به آن واردشده و مستقیم خارج شود، البته با قرار دادن حفاظ هایی در محل های ضربه پذیر احتمالی.

دیوارهای باربر و دهانه سقف ها:

در سیستم دیوار باربر با توجه به عدم وجود تیرها و ستون ها نیاز است در هر بخش از ساختمان در حداقل دو طرف روبری هم دیوار وجود داشته باشد روی این دیوارهای تیرک ها یا خرپاها (بسته به تخت بودن یا شیب سقف و البته دهانه) قرار خواهد گرفت. در ساختمان های یک طبقه با سقف شیب دار (و با تمهیداتی در سقف های تخت) دهانه می تواند تا حدود 12 متر طراحی شود. در ساختمان های چندطبقه بهتر است دهانه های طبقات پایین بیشتر از 5.5 متر (حداکثر6 متر) نباشد و طبعاً طبقه آخر می تواند مانند توضیح قبلی تا 12 متر باشد.

بازشوها:

همان طور که در بالا ذکر شد ازآنجاکه در هر محیط از معماری ساختمان نیاز به دیوار در دو طرف روبروی هم و ترجیحاً جهتی که دهانه کمتری ایجاد می کند داریم. ابعاد عرضی بازشوهای در و پنجره در دیوارهای باربر محدود است و نمی تواند بسیار بزرگ باشد، البته با تقویت نعل درگاه ها با ورق امکان افزایش عرض تا حدودی وجود خواهد داشت. همچنین ازآنجاکه وجود نعل درگاه در این سیستم ضروری است، ارتفاع بازشوها نمی تواند تا انتهای بالایی دیوار باشد و متناسب با باربری دیوار و مقدار آن، بخشی از ارتفاع بالای بازشو به نعل درگاه اختصاص می یابد. بدیهی است ارتفاع پنجره ها در پایین محدودیت سازه ای ندارد و می تواند تا کف امتداد یافته و به اصطلاح قدی باشد.

بارهای مرده:

یکی از مزیت های اصلی سازه ال اس اف، وزن کم آن است، پس بهتر است در انتخاب و به کارگیری مصالح سفت کاری و نازک کاری ساختمان ازنظر وزن دقت شود و ترجیحاً مصالح سبک تر و کم ضخامت تر درنظرگرفته شود تا این ویژگی نقض نگردد. گرچه ازلحاظ تکنیکی محدودیتی برای استفاده از انواع مصالح سنتی یا جدید و خشک وجود ندارد، لیکن دقت در انتخاب و حساسیت در اجرای آن از لحاظ مقدار (به طوری که بیش از میزان موردنیاز نباشد) حائز اهمیت است.

بارهای جانبی:

وزن کم سازه و ساختمان، اثر شتاب زمین هنگام زمین لرزه و نیروی جانبی ناشی از آن را به صورت قابل ملاحظه ای کم می کند، درنتیجه معمولاً در تحلیل و طراحی سازه های ال اس اف بیشتر اثر جانبی نیروی باد حاکم است. مهاربندی منحصربه فردی که در اسکلت ال اس اف نیوزلندی به کار گرفته می شود (به صورت میان قاب) در طراحی سازه امکان مهار این نیروها را ممکن می سازد و البته مصالح خشک تخته ای (مانند OSB ، سمنت برد، گچبرگ، منیزیم برد و …) که برای پوشش خارجی و داخلی به کار می رود نیز به کمک می آید و اثر آن ها نیز در طراحی قابل محاسبه و اعمال است.

اصول طراحی سازه ال اس اف

قاب های سبک فولادی LSF سامانه ای به روز و کارآمد سازه ای می باشند که تحولی فراگیر در صنعت ساختمان ایجاد کرده اند؛ اما لازمه بهره گیری همه جانبه از این فناوری رویکرد حرفه ای در بخش طراحی، محاسبه، تولید و اجرای این سیستم مطابق با استانداردها و آیین نامه های معتبر است.

هدف از طراحی یک سازه دستیابی و ارائه ی راه حل بهینه ای است که سازه موردنظر برای منظور خاصی بنا می شود. یک طرح بهینه بایستی دربرگیرنده کمترین قیمت، وزن، مدت زمان ساخت، نیروی انسانی موردنیاز و محدودیت معماری همراه با بیشترین بهره دهی باشد. طراحی سازه LSF با استفاده از نرم افزارهایی است که خروجی های آن توسط دستگاه تولید قابل پردازش بوده و مانند سازه های معمول، از طرح معماری به عنوان پایه نخست طراحی سازه استفاده می شود.

رویکرد طراحی معماری ایجاد فرم هایی است که هم نیازهای کاربردی ساختمان را تأمین کنند و هم ازنظر زیباشناسی موفق باشند و رویکرد طراحی سازه ایجاد فرم هایی است که ضمن تأمین نیازهای کاربردی، بارهای اعمال شده را نیز به بهترین نحو و به صورت اقتصادی تحمل کنند و چنانچه سازه و طراحی دو عنصر جدایی ناپذیر باشند و ایده طراحی را به بهترین شیوه برآورده کنند، ازنظر عملکردی نتیجه مناسب به دست می آید.

برخی از ویژگی های طرح معماری مناسب برای سازه ال اس اف

به دلیل سیستم دیوار باربر در این نوع سازه ها، هرچه تراکم دیوارها بیشتر و فاصله آن ها از یکدیگر کمتر باشد، طول دهانه باربر کاهش یافته و رفتار سازه در زمان بارگذاری بهتر خواهد بود.

کم بودن تعداد و طول بازشوها در سیستم دیوار باربر، عملکرد مطلوب سازه و کاهش هزینه ساخت را به همراه دارد.

سقف شیب دار به منظور کاهش بار مرده و بار برف در هنگام نامعلوم بودن طراحی سازه موجود برای اضافه بنا، گزینه مناسبی است.

همان گونه که بیان شد در ماشین آلات تولید سازه ال اس اف از نقشه هایی اجرایی به عنوان داده ورودی استفاده می شود که این امر مستلزم همخوانی داشتن دستگاه تولید با نرم افزار طراحی و تولید نقشه است.

شرکت های سازنده ماشین آلات تولید، نرم افزار طراحی که با آن مطابقت داشته باشد را نیز ارائه می دهند. Framecad شرکتی نیوزلندی است که درزمینه ی تولید سخت افزار و نرم افزار تولید سازه های سبک فولادی فعالیت می کند.

نرم افزارهای ارائه شده از سوی این شرکت Framecad Structure و Framecad Detailer بوده که هر یک هدف خاصی را دنبال می کنند. در ایران نرم افزارهای یادشده توسط نماینده شرکت آموزش و ارائه می شود.

نرم افزار Framecad Structure برای طراحی سازه های سبک فولادی (ال اس اف) است و با محیطی مشابه Autocad مدل سازی، تحلیل و طراحی در آن صورت می گیرد.

آغاز کار در نرم افزار با انتخاب آیین نامه تحلیل و طراحی است و برخی از آیین نامه و استاندارد های معتبر دنیا در این بخش قابل برگزیدن است که در ایران از IBC2009 در بارگذاری و IBC2012LRFD در طراحی استفاده می شود.

محاسبه نیروی زلزله نیز به صورت تحلیل طیفی با دارا بودن دونقطه 0/2 و 1 ثانیه صورت می گیرد. بررسی زمین شناختی مکان سازه و تهیه طیف طرح و استخراج این دونقطه از روی طیف و محاسبه این مقادیر با استفاده از آیین نامه انتخابی، سبب نزدیکی این نقاط به واقعیت می گردد. به سبب نبود این داده ها در بیشتر پروژه ها راهکار جایگزینی به کار می رود به این منوال که ضریب زلزله با حداکثر ضرایب اطمینان بر اساس استاندارد 2800 محاسبه گردیده و سپس با متناظر نمودن با ضریب IBC 2009، مقادیر لازم به دست آید.

بی شک روش بیان شده از واقعیت فاصله خواهد داشت اما به دلیل آن که حداکثر ضرایب اطمینان در محاسبه ضریب زلزله دیده می شود، می توان آن را به عنوان شاخص قابل قبولی برای محاسبه و اعمال نیروی زلزله در نظر گرفت.

در ضمن سبکی سازه ال اس اف سبب می شود که نیروی زلزله به طورمعمول در ترکیب بار حاکم نقش کم رنگ تری نسبت به نیروی باد بازی نماید و بااین وجود زلزله خیز بودن منطقه سبب می شود که روش بیان شده به عنوان راهکار مناسبی برای محاسبه این نیرو برگزیده شود.

پس از مدل سازی دیوارها و سقف، نقشه های ابتدایی طراحی به دست می آید که جزئیات آن را می توان با توجه به الزامات پروژه چون شرایط اجرا یا معماری داخلی به صورت دستی ویرایش و فایل خروجی را برای نرم افزار FramecadDetailer تهیه نمود. در نرم افزار Framecad Detailer از خروجی به دست آمده برای تهیه نقشه های ساخت و اجرا استفاده می شود و تمام جزئیات المان ها ویرایش پذیر است و خروجی آن به صورت فایل 3 بعدی سازه (wrl) و فایل برای دستگاه تولید به دست می آید.

نرم افزار Framecad Detailer ویژه ی مدل سازی فضایی سازه ها و ویرایش نقشه ها، بدون تحلیل و طراحی است و اطلاعات لازم و کافی را برای تولید مقاطع با دستگاه فراهم می سازد.

طراحی سازه LSF با استفاده از نرم افزارهای معمول چون SAP2000 نیز صورت می گیرد که با در نظر گرفتن مسائل زیر این روش سبب فاصله گیری مدل سازی از واقعیت موجود شده و نیازمند تأمل و بازنگری است.

پیچیده و زمان بر بودن مدل سازی سازه ال اس اف به دلیل مشارکت المان های متعدد

عدم توانایی در مدل سازی مقاطع دوبل این نوع سازه، که سبب استفاده از جداول یا نرم افزارهایی جهت دستیابی به مشخصات لازم برای تعریف عمومی مقاطع می شود.

میسر نبودن مدل سازی و طراحی محدوده اتصال چون محل تقاطع دو دیوار باربر و استفاده از ترفندهای جایگزینی چون لینک و اتصالات نیمه مفصلی که اطلاعات آن معمولاً غیردقیق است.

برنامه نویسان نرم افزار Framecad Structure در تلاش هستند که خروجی کاربردی برای نرم افزارهای طراحی مانند SAP2000، به دست آورند که بتوانند موجب نزدیکی طراحی این نرم افزار با نرم افزارهای عمومی طراحی گردند.

مطالب گرد آوری شده تجربه اندوخته شده ای است که بدون کاستی نبوده و برای تکمیل و ویرایش آن دانش، تجربه و همراهی شمارا خواهان است.