قاب فولادی سبک

قاب فولادی سبک چیست؟

قاب فولادی سبک یکی از روش هایی است که در سبک­ سازی و اجرای سریع و ساده ساختمان­ ها مورد استفاده قرار می گیرد. نماهای سنتی و متداول بسیار سنگین بوده و یکپارچگی مناسب و مقاومت کافی را در برابر بارهای جانبی ندارند و می­توانند در زمان وقوع زلزله بسیار خطرآفرین باشند. از سوی دیگر، حمل و انتقال نماهای پیش‌­ساخته مشکل و پرهزینه بوده و برای نصب این قطعات فراهم نمودن تمهیدات لازم از قبیل ماشین‌­آلات سنگین و جرثقیل‌­ها ضروری است.

استفاده از قاب فولادی سبک به عنوان تکیه­‌گاهی مقاوم برای نمای ساختمان­‌ها می‌­تواند امکان اجرای نمای ساختمان­‌ها را با سهولت و سرعت میسر نماید. علاوه بر امکان اجرای دیوارهای خارجی با استفاده از قاب فولادی سبک، دیوارهای داخلی ساختمان و سایر اجزای غیرسازه­ای نیز می‌­توانند با استفاده از این روش با حداقل وزن و به سرعت اجرا شوند.

از آن­جا که در اجرای ساختمان­‌های بلند مرتبه و برج‌ها نیز کاهش بار مرده ساختمان دارای اهمیت ویژه و فراوان است، استفاده از عناصر فولادی نورد سرد که دارای اجزای سبک و پیش‌­ساخته است، برای اجرای دیوارهای داخلی و خارجی و کاهش بارها در ساختمان­‌های بلند بسیار مفید است. در ساختمان­های صنعتی نیز می­توان از مقاطع فولادی سبک به عنوان عناصر غیرسازه‌­ای بهره گرفت.

این سیستم ساختمانی از جهاتی با سازه‌های LSF دارای شباهت است. برای آشنایی بیشتر با این روش ساخت و ساز می‌توانید مقاله سیستم ساختمانی LSF را مطالعه کنید.

قاب فولادی سبک

سیستم قاب سبک نورد سرد

به انگلیسی: Light Gauge Steel Frames

قاب­‌های فولادی سبک نورد سرد، یکی از انواع سیستم­‌های ساختمانی است که برای اجرای ساختمان­‌هایی با طبقات محدود (معمولاً تا ۵ طبقه) استفاده می‌­شود.

این سیستم از ورق­‌های فولادی سرد نورد شده به صورت مقاطع سازه­‌ای برای تأمین پایداری ساختمان، صفحات و تخته‌های گچی (صفحات روکشدار گچی، گچ برگ) به عنوان پوشش درونی، لایه­‌های عایق حرارتی و عایق صوتی، قطعات دیواره خارجی به عنوان نما و عناصر تکمیل کننده ساختمان تشکیل می‌­شود. این سیستم به صورت اجرای خشک و اغلب با استفاده از اتصالات پیچ و به روش تولید صنعتی به کار گرفته می­‌شود.

کاربرد قاب فولادی سبک

کاربرد این سیستم به عنوان این سیستم سازه‌­ای مستقل، اغلب در انبوه­‌سازی­‌ها، ساختمان‌­های چند طبقه، دفاتر و ساختمان‌­های تجاری کوچک، واحدهای صنعتی و سالن­های ورزشی یک طبقه است. این سیستم سازه­‌ای توانایی ترکیب شدن با اجزای سیستم­‌های سازه­‌ای دیگر، مانند دیوارهای سازه­‌ای بتن­‌آرمه را نیز داراست و می‌­تواند در اجرای ساختمان‌­های گوناگون به صورت سیستم سازه­‌ای مختلط به طبقات بیشتر استفاده شود.

قاب فولادی سبک

روش تولید

برای ساخت و تولید مقاطع فولادی سرد نورد شده مطابق آیین­‌نامه­‌های مربوط به این سازه­‌ها استفاده از اشکال مختلف مجاز است. این مقاطع به طور معمول دارای ابعاد متنوع بوده و محدوده تغییرات ضخامت آنها بین ۰٫۶ الی ۲٫۵ میلیمتر است.

اجرای سیستم قاب فولادی سبک از نظر مراحل اجرا تفاوت چندانی با اجرای ساختمان­‌های چوبی ندارد. در این سیستم، دیوارها و سقف­‌ها با تکرار قطعات سبک ساخته می­‌شوند. سیستم سازه‌­ای ساختمان­‌های قاب فولادی سبک از ورق‌­های فولادی گالوانیزه نازک ساخته می­‌شود، دیوارهای داخلی آن از گچ­ برگ‌­ها و عایق‌­های معدنی تشکیل می‌­شود و دیواره‌ای خارجی آن با انواع روش­‌های متداول ساخته خواهد شد.

عناصر فولادی در این سیستم هم به عنوان عناصر باربر و هم به عنوان اجزای غیرباربر استفاده می‌­شوند. گچ ­برگ‌­ها به عنوان پوشش و عایق­‌های معدنی به عنوان عایق حرارتی و صوتی نیز عمل می­‌کنند.

اعضای سازه­ای سیستم­ قاب فولادی سبک نورد سرد (Cold Formed Steel, CFS) از پروفیل­‌های فولادی گالوانیزه‌­ای تشکیل شده­‌اند که به وسیله پرس کردن ورق­‌های بریده شده و یا نورد این ورق­‌ها توسط مجموعه‌­ای از غلتک‌­ها ساخته می‌­شوند.

روش اجرا قاب فولادی سبک

اتصال سازه قاب فولادی سبک نورد سرد به شالوده به وسیله اتصال مستقیم عناصر عمودی به شالوده یا به کمک یک کلاف افقی شکل می‌­گیرد. اجزای قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل می­کند، برخی از این اعضا که در اطراف مهاربندی سازه برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی قرار می­‌گیرند، علاوه بر بار ثقلی، متحمل نیروهای ناشی از بارهای جانبی نیز می‌­شوند، عناصر افقی (کلاف­ها) نامیده می‌­شوند.

سقف سازه­ این ساختمان‌­ها متشکل از تیرچه­‌های فلزی سرد نورد شده است. فواصل تیرچه‌­ها با توجه به میزان ظرفیت باربری آنها و ابعاد قطعات پوشش سقف که می­تواند تخته­‌های چوبی، سیمانی و یا دال بتن مسلح باشد، تعیین می‌­شود. تیرها و تیرچه‌­ها اغلب دارای مقاطعی با اشکال C یا Z هستند. پوشش سقف با دال بتن مسلح در صورت تأمین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه می‌­تواند به عنوان یک سقف مرکب بتنی فلزی استفاده شود. در این روش، قطعات سازه­ای و غیرسازه­ای می‌توانند در کارخانه و با دقت، سرعت و کیفیت بالا تولید و پس از آماده شدن و کنترل کیفیت کلیه قطعات پیش‌­ساخته براساس اصول استاندارد بسته‌بندی و به محل نصب ارسال می‌­شوند.

مزایا

با اجرای صحیح و استفاده درست از این سیستم می­توان به اهدافی مانند کاهش زمان ساخت، کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملیات پیش ­سازی، افزایش سطح مفید بنا، کاهش هزینه حمل و نقل، انعطاف ­پذیری فضاها، سهولت اجرا، عدم نیاز به جرثقیل­ و ماشین­ آلات سنگین متعدد، کاهش فعالیت­‌های اجرایی ساختمان و… دست یافت.

در سازه­‌های فولادی سبک نورد شده و نیز در روند اجرای اسکلت ساختمان با این روش همانند روش اسکلت پیچ و مهره‌ای، عملیات جوشکاری حذف می­‌شود و علاوه بر جلوگیری از بروز مشکلات احتمالی ناشی از نواقص جوشکاری، کیفیت ساخت، سرعت و دقت نصب بسیار بالا می‌­رود. در این سیستم، تمام اتصالات از نوع پیچ و مهره می‌­باشد. سوراخ‌­های مربوط به اتصالات، همزمان با تولید مقاطع فولادی و با دقت بسیار زیاد به وسیله دستگاه‌­های مخصوص بر روی یال و یا جان مقاطع در مختصاتی که طراح تعیین کرده است در کارخانه اجرا م‌ی­شوند

از دیگر ویژگی­‌ها و مزایای سازه­ای فولادی سبک نورد سرد امکان ساخت مقاطع با هر اندازه­‌ای براساس نیازهای طرح است، در حالی که در مقاطع فولاد گرم نورد شده، طراح باید از مشخصات مقاطع ساخته شده موجود تبعیت کند.

قاب فولادی سبک

مقاومت

به طور کلی استفاده از سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد وزن سازه را تا ۵۰% کاهش می­‌دهد. از آنجا که نیروی زلزله، نسبت مستقیم با جرم سازه دارد، این امر به کاهش نیروی زلزله در ساختمان منجر خواهد شد. کم شدن بار ساختمان علاوه بر مزایای بسیار به صورت محسوس باعث کاهش ابعاد شالوده ساختمان نیز خواهد شد.

جدول زیر به عنوان نتیجه یک تحقیق علمی با هدف مقایسه وزن فولاد مصرفی درسیستم­‌های سازه‌­ای گوناگون، وزن سازه در چند سیستم مختلف برای یک ساختمان معین را نشان می‌­دهد.

نوع سیستم
قاب فولادی خمشی نورد گرم قاب فولادی مهاربندی شده نورد گرم قاب فولادی سبک نورد سرد
۷٫۳۶ ۹٫۳۱ ۴٫۱۷

تاریخچه

با اینکه تصور می‌­شود سیستم­ قاب فولادی سبک نورد سرد روشن نوین و طریقه جدیدی برای ساختمان­سازی است، اما قدمت آن بیش از ۱۰۰ سال می­باشد. استفاده از سازه فولادی سرد نورد شده در کشور انگلستان و ایالات متحده به سال ۱۸۵۰ باز می­گردد. قطعات جدار نازک فلزی که در اوایل قرن نوزدهم در پل­ها استفاده می­شد، از اوایل قرن بیستم در صنعت هواپیماسازی به نحو گسترده­ای مورد استفاده قرار گرفت. در جریان جنگ جهانی اول، تکنیک­های ساخت بدنه اتومبیل با خم کردن و شکل دادن ورقه­های نازک به صورت سرد ابداع شد. تا سال ۱۹۲۰ پذیرفته شدن این سیستم به عنوان یک سیستم سازه­ای هنوز در هاله­ای از ابهام بود و مطالعه یا تحقیق گسترده­ای بر روی آن انجام نشده است.

در سال ۱۹۳۳ در “نمایشگاه بین ­المللی عصر پیشرفت” در شیکاگو طرحی به نام “خانه ­ای برای آینده” معرفی شد که تمامی اجزای سازه­ای آن از فولاد نورد سرد بود. “هوارد فیشر” معمار ساختمان و مجری طرح ساخت این خانه ­ها بود. فیشر این نوع جدید خانه­ سازی را در پی تحقیقاتی که درباره اتومبیل­ ها و واگن­ های راه ­آهن انجام داده بود، ابداع کرد. وی در اواسط سال ۱۹۳۲ شرکت “جنرال هاوس” را تأسیس کرد. در طول جنگ جهانی دوم، صنعت اجرای ساختمان­های فولادی سبک پیشرفت محسوسی کرد. در سال ۱۹۴۰ شرکت “لوسترون همز” بیش از ۲۵۰۰ خانه فولادی سبک ساخت و به فروش رساند.

با اینکه از سال ۱۹۳۰ آیین­ نامه­ هایی برای طراحی و ساخت سازه­های فولادی نورد گرم، تدوین و منتشر شد، اما به دلیل تفاوت­های بنیادی بین سازه فولادی نورد گرم و قاب­های فولادی نورد سرد امکان استفاده از این آیین­نامه­ها برای قاب­های فولادی نورد سرد وجود نداشت. برای مثال به دلیل ضخامت بسیار کم مقاطع فولادی نورد سرد، بار کمانشی مقاطع فولادی نورد سرد بسیار کمتر از بار کمانشی مقاطع فولادی نورد گرم است.

در سال ۱۸۸۵ انجمن آهن و فولاد آمریکا تأسیس شد. در فوریه ۱۹۳۹ کمیته­ای از انجمن آهن و فولاد آمریکا مسئول تدوین آیین­نامه­ای برای سازه­های فولادی نورد سرد شد. از جرج وینتر به عنوان پدر سازه­های فولادی نورد سرد یاد می­شود. اولین آیین­نامه­ سازه­های فولادی نورد سرد در سال ۱۹۴۶ با عنوان «مشخصات فنی برای طراحی اعضای سازه فولادی» چاپ شد. این آیین­نامه به ورق­های فولادی با ضخامت کمتر از سه شانزدهم اینچ محدود می­شد. تنش تسلیم فولاد در این آیین­نامه از ۱۷۰۰ تا ۲۳۰۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع متغیر بود. ضریب اطمینان در این آیین­نامه ۸۵/۱ بود که بعدها مانند سایر سازه­های فولادی به ۶۵/۱ کاهش یافت.

برای پوشش دیوارها در سازه­های اجرا شده با قاب فولادی نورد سرد از گچ­برگ استفاده می­شد. گچ­برگ­ها در آن زمان شکننده، قابل احتراق و ناهموار بودند، اما در سال­های بعد این مشکلات کاهش یافت و در سال ۱۹۵۵ نیمی از خانه­ ها با استفاده از گچ­ برگ­ها و نیمی دیگر با توفال ­های گچی ساخته می­شدند.

به مرور زمان به دلیل پیدایش نام­های تجاری جدید در صنعت فولاد نورد سرد برای مهندسان و معماران یافتن و تصمیم­گیری در مورد یک محصول مشخص و استاندارد مشکل­تر می­شد. این نام­های تجاری گوناگون هر یک برای خود دارای جدول بارگذاری متفاوتی بودند. در سال ۱۹۹۰ مؤسسه­ هایی برای پایان دادن به این سردرگمی تأسیس شدند. در ساحل شرقی ایالات متحده آمریکا انجمن ملی سازندگان فولاد با رویکرد معماری شکل گرفت. در ساحل غربی «انجمن سازندگان سازه­های فلزی سبک» تشکیل شد. سعی این شرکت­ها یکپارچه­سازی محصولات شرکت­های مختلف بود. در سال ۲۰۰۰ این دو مؤسسه ادغام شدند و «انجمن سازندگان سازه­های فولادی سبک» را تشکیل دادند.

مؤسسه دیگری که برای کمک به مهندسان و ارائه ایده­های جدید تشکیل شد، «انجمن مهندسان سازه­های فولاد سبک» بود که در سال ۱۹۴۴ در سانفرانسیسکو تأسیس شد. این مؤسسه در ابتدا تنها ۱۴ عضو داشت، ولی طی ۱۰ سال اعضای آن به ۸۰۰ نفر رسید. در سال ۲۰۰۵ این مؤسسه به «اتحادیه سازندگان سازه فولادی» پیوست و در اکتبر ۲۰۰۶ با نام جدید «مؤسسه مهندسان سازه­های فولادی نورد سرد» به کار خود ادامه داد.

قاب فولادی سبک

ویژگی‌های معماری

به طور کلی برای استفاده از این سیستم در عملکردهای گوناگون معماری، محدودیتی وجود ندارد و این روش پاسخگوی نیازهای طراحی و معماری انواع مختلف سازمان­ها می­باشد، اما باید به این نکته دقت کرد که با توجه به قرار گرفتن اعضا در فواصل معین و مشخص از یکدیگر در صورتی که طراحی با در نظر گرفتن این ویژگی انجام گیرد، زمان و هزینه ساخت به طور قابل توجهی کاهش پیدا می­کند.

این سیستم امکان ایجاد دهانه­ های دلخواه، تعویض و جابه­جایی قطعات و ایجاد تغییرات پس از ساخت را فراهم می­کند. بیشترین مورد استفاده این سیستم در ساختمان­ های مسکونی کم ارتفاع است.

تفاوت با LSF

تفاوت اصلی این روش و LSF در این است که از سازه LSF فقط برای ساخت ساختمان‌های یک الی ۲ طبقه می‌توان استفاده کرد اما سیستم قاب فولادی سبک یا CFS برای اجرای ساختمان­‌هایی با طبقات بیشتر (معمولاً تا ۵ طبقه) استفاده می‌­شود.

فهرست
error: این محتوا تحت حفاظت است