معرفی سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد (LSF)
قاب‌های فولادی سبک نورد سرد (LSF) یکی از انواع سیستم‌های ساختمانی است که برای اجرای ساختمان‌هایی با طبقات محدود (معمولاً تا ۵ طبقه) استفاده می‌شود. این سیستم از ورق‌های فولادی سردنوردشده به صورت مقاطع سازه‌ای برای تأمین پایداری ساختمان، صفحات و تخته‌های گچی به‌عنوان پوشش درونی، لایه‌های عایق حرارتی و صوتی، قطعات دیوارۀ خارج به‌عنوان نما و عناصر تکمیل‌کنندۀ ساختمان تشکیل می‌شود. این سیستم، به صورت اجرای خشک و اغلب با استفاده از اتصالات پیچ و به روش تولید صنعتی به‌کار گرفته می‌شود. کاربرد این سیستم به‌عنوان یک سیستم سازه‌ای مستقل، اغلب در انبوه‌سازی‌ها، ساختمان‌های چندطبقه، دفاتر و ساختمان‌های تجاری کوچک، واحدهای صنعتی و سالن‌های ورزشی یک‌طبقه است. این سیستم توانایی ترکیب‌شدن با اجزای سیستم‌های سازه‌ای دیگر، مانند دیوارهای سازه‌ای بتن‌آرمه را نیز داراست و می‌تواند در اجرای ساختمان‌های گوناگون به صورت سیستم سازه‌ای مختلط با طبقات بیشتر استفاده شود.
برای ساخت مقاطع فولادی سردنوردشده (LSF) مطابق آیین‌نامه‌های مربوط به این سازه‌ها، استفاده از اشکال مختلف مجاز است. این مقاطع به‌طور معمول دارای ابعاد متنوع بوده و محدودۀ 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 گالوانیزۀ نازک ساخته می‌شود، دیوارهای داخلی آن از گچ‌برگ‌ها و عایق‌های معدنی تشکیل می‌شود و دیوارهای خارجی آن با انواع روش‌ها ساخته می‌شود. عناصر فولادی در این سیستم هم به‌عنوان عناصر باربر و هم به‌عنوان اجزای غیرباربر استفاده می‌شوند. گچ‌برگ‌ها به‌عنوان پوشش و عایق‌های معدنی به‌عنوان عایق حرارتی و صوتی نیز عمل می‌کنند.
اعضای سازه‌ای سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد(LSF) از پروفیل‌های فولادی گالوانیزه‌ای تشکیل شده‌اند، که به‌وسیلۀ پرس‌کردن ورق‌های بریده‌شده و یا نورد این ورق‌ها توسط مجموعه‌ای از غلتک‌ها ساخته می‌شوند. اتصال سازۀ قاب فولادی سبک نورد سرد به شالوده به‌وسیلۀ اتصال مستقیم عناصر عمودی به شالوده یا به کمک یک کلاف افقی شکل می‌گیرد. اجزای قائم این سیستم به‌عنوان 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. اعضای عمودی در این سیستم با نام‌های وادار و ستونک شناخته می‌شوند. عناصر افقی (کلاف‌ها) نیز لاوک نامیده می‌شوند.
سقف سازۀ این ساختمان‌ها متشکل از تیرچه‌های فلزی سردنوردشده 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 به‌عنوان 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 آماده‌شدن و کنترل کیفیت کلیۀ قطعات پیش‌ساخته، براساس اصول استاندارد بسته‌بندی و به محل نصب ارسال شوند.
با اجرای صحیح و استفادۀ درست از این سیستم می‌توان به اهدافی مانند کاهش زمان ساخت، کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملیات پی‌سازی، افزایش سطح مفید بنا، کاهش هزینۀ حمل‌ونقل، انعطاف‌پذیری فضاها، سهولت اجرا، عدم نیاز به جرثقیل‌ها و ماشین‌آلات سنگین متعدد، کاهش فعالیت‌های اجرایی ساختمان و … دست یافت. در سازه‌های فولادی سبک نورد سرد و نیز در روند اجرای اسکلت ساختمان با این روش 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 به‌وسیلۀ دستگاه‌های مخصوص، بر روی بال و یا جان مقاطع، در مختصاتی که طراح تعیین کرده است، در کارخانه اجرا می‌شوند. از دیگر ویژگی‌های سازه‌های فولادی سبک نورد سرد امکان ساخت مقاطع با هر اندازه‌ای براساس نیازهای طرح است، درحالی‌که در مقاطع فولاد گرم‌نوردشده طراح باید از مشخصات مقاطع ساخته‌شدۀ موجود تبعیت کند. به‌طورکلی استفاده از سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد وزن سازه را تا ۵۰% کاهش می‌دهد. ازآنجاکه نیروی زلزله، نسبت مستقیم با جرم سازه دارد، این امر به کاهش نیروی زلزله در ساختمان منجر خواهد شد. کم‌شدن بار ساختمان علاوه بر مزایای بسیار، به صورت محسوس باعث کاهش ابعاد شالودۀ ساختمان نیز خواهد شد.
تاریخچۀ سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد
با اینکه تصور می‌شود سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد روش نوین و طریقۀ جدیدی برای ساختمان‌سازی است، اما قدمت آن بیش از ۱۰۰ سال می‌باشد. استفاده از سازۀ فولادی سردنوردشده در کشور انگلستان و ایالات متحدۀ امریکا به سال ۱۸۵۰ بازمی‌گردد. قطعات جدارنازک فلزی که در اوایل قرن نوزدهم در پل‌ها استفاده می‌شد، از اوایل قرن بیستم در صنعت هواپیماسازی به نحو گسترده‌ای مورداستفاده قرار گرفت. در جریان جنگ جهانی اول، تکنیک ساخت بدنۀ اتومبیل با خم‌کردن و شکل‌دادن ورقه‌های نازک به صورت سرد ابداع شد. تا سال ۱۹۲۰ پذیرفته‌شدن این سیستم به‌عنوان یک سیستم سازه‌ای هنوز در هاله‌ای از ابهام بود و مطالعه یا تحقیق گسترده‌ای بر روی آن انجام نشده بود.
در سال ۱۹۳۳ در نمایشگاه بین‌المللی عصر پیشرفت در شیکاگو با نام خانه‌ای برای آینده معرفی شد و تمامی اجزای سازه‌ای آن از فولاد نورد سرد بود. هوارد فیشر معمار ساختمان و مجری طرح ساخت این خانه‌ها بود. فیشر این نوع جدید خانه‌سازی را در پی تحقیقاتی که دربارۀ اتومبیل‌ها و واگن‌های راه‌آهن انجام داده بود، ابداع کرد. وی در اواسط سال ۱۹۳۲ شرکت جنرال هوس 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 با قاب فولادی سبک ساخت و به‌فروش رساند. در سال ۱۹۴۵ دولت امریکا بسیار مایل بود که خانه‌هایی ارزان و مناسب برای سربازهایی که از جنگ بازمی‌گردند، بسازد. به همین دلیل این شرکت توانست بیش از ۳۳ میلیون دلار از دولت وام بگیرد و سفارش ۲۰ هزار خانه را دریافت کند، هرچند موفق به ساخت بیشتر از ۲۵۰۰ خانه نگردید و ورشکست شد.
با اینکه از سال ۱۹۳۰ آیین‌نامه‌هایی برای طراحی و ساخت سازه‌های فولادی نورد گرم تدوین و منتشر شد، اما به دلیل تفاوت‌های بنیادی بین سازۀ 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 فولاد نورد گرم است.
در سال ۱۸۵۵ انجمن آهن و فولاد امریکا تأسیس شد. در فوریۀ ۱۹۳۹ کمیته‌ای از انجمن آهن و فولاد امریکا مسئول تدوین آیین‌نامه‌ای برای سازه‌های فولادی نورد سرد شد. از جرج وینتر به‌عنوان پدر سازه‌های فولادی نورد سرد یاد می‌شود. اولین آیین نامۀ سازه‌های فولادی نورد سرد در سال ۱۹۴۶ با عنوان مشخصات فنی برای طراحی اعضای سازۀ فولادی چاپ شد. این آیین‌نامه به ورق‌های فولادی با ضخامت کمتر از سه شانزدهم اینچ محدود می‌شد. تنش تسلیم فولاد در این آیین‌نامه از ۱۲۰۰ تا ۲۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌مترمربع متغیر بود. ضریب اطمینان در این آیین نامه ۱٫۸۵ بود که بعدها مانند سایر سازه‌های فولادی به ۱٫۶۵ کاهش یافت.
برای پوشش دیوارها در سازه‌های اجراشده با قاب فولادی نورد سرد از گچ‌برگ استفاده می‌شد. گچ‌برگ‌ها در آن زمان شکننده، قابل‌احتراق و ناهموار بودند. اما در سال‌های بعد این مشکلات کاهش یافت و در سال ۱۹۵۵ نیمی از خانه‌ها با استفاده از گچ‌برگ‌ها و نیمی دیگر با توفال‌های 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 می شد. این نام‌های تجاری گوناگون هریک برای خود دارای جدول بارگذاری متفاوتی بودند. در سال ۱۹۹۰ مؤسسه‌هایی برای پایان‌دادن به این سردرگمی تأسیس شدند. در ساحل شرقی ایالات متحدۀ امریکا 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.
مؤسسۀ دیگری که برای کمک به مهندسان و ارائۀ ایده‌های جدید تشکیل شد، انجمن مهندسان سازه‌های فولاد سبک بود که در سال ۱۹۹۴ 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 اتحادیۀ سازندگان سازۀ فولادی پیوست و در اکتبر ۲۰۰۶ با نام جدید مؤسسۀ مهندسان سازه‌های فولادی نورد سرد به کار خود ادامه داد.
اجزای سازه‌ای تشکیل‌دهندۀ قاب فولادی سبک
اعضای این سیستم به صورت مقاطع سردنوردشده و در مواردی مقاطع ترکیب‌شده از چند عضو با اتصالات پیچی هستند.
۱) ستونک (وادار)
اعضای عمودی در این سیستم ستونک نام دارند و بارهای قائم را به شالوده انتقال می‌دهند.
۲) لاوک
اعضای افقی در این سیستم لاوک‌ها هستند که ستونک‌ها بر روی آن‌ها قرار می‌گیرند. انتهای ستون‌ها در تراز سقف هم به‌وسیلۀ همین اعضا به یکدیگر متصل می‌شوند.
۳) تیرچه
تیرچه‌ها بار کف را به لاوک‌ها انتقال می‌دهند.
۴) اتصال‌دهنده‌های داخلی دیوارها
این اعضای افقی موجب اتصال ستونک‌ها و رفتار یکپارچۀ این اعضا می‌شوند. تعداد و موقعیت قرارگیری اعضای افقی، کاملاً وابسته به طراحی ستونک‌ها است. این اعضای افقی معمولاً به هر دو طرف ستونک‌ها در یک تراز پیچ می‌شوند.
۵) سخت‌کنندۀ جان
این سخت‌کننده‌ها در نقاطی که بار متمرکز بر تیر وارد می‌شود، برای افزایش مقاومت و سختی جان تیر یا تیرچه اجرا می‌شوند.
۶) نبشی اتصال
برای اتصال اعضا به یکدیگر، درصورتی‌که اتصال مستقیم کافی نباشد، از نبشی اتصال بین این قطعات استفاده می‌شود.
۷) پیچ‌های اتصال‌دهنده
برای اتصال اعضا به یکدیگر از پیچ استفاده می‌شود. این پیچ‌ها در اندازه‌ها و شکل‌های مختلف موجودند. برای سوراخ‌کردن هم می‌توان از مته‌های مخصوص استفاده کرد. هریک از این پیچ‌ها برای شرایط خاصی استفاده می‌شوند.
ویژگی‌های معماری
به‌طورکلی برای استفاده از این سیستم در عملکردهای گوناگون معماری محدودیتی وجود ندارد و این روش پاسخگوی نیازهای طراحی و معماری انواع مختلف ساختمان‌ها می باشد. اما باید به این نکته دقت کرد که با توجه به قرارگرفتن اعضا در فواصل معین و مشخص از یکدیگر، درصورتی‌که طراحی با درنظرگرفتن این ویژگی انجام گیرد، زمان و هزینۀ ساخت به طور قابل‌توجهی کاهش پیدا می‌کند. این سیستم امکان ایجاد دهانه‌های دلخواه، تعویض و جابه‌جایی قطعات و ایجاد تغییرات پس از ساخت را فراهم می‌کند. بیشترین مورد استفادۀ این سیستم در ساختمان‌های مسکونی کم‌ارتفاع است.
دهانه هاى باربر به چهار روش ایجاد مى شود که عبارتند از :
- سیستم دهانه هاى مهاربندى شده با اعضا قطرى
- سیستم دیوار برشى با ورق فولادى نازک
- سیستم دیوار باربر با پوشش هاى OSB
- سیستم دیوار برشى بتن مسلح
در حال حاضر در کشور ایران استفاده از سیستم دهانه هاى مهاربندى شده با اعضا قطرى براى ساختمان هاى تا دو طبقه مسکونى و سیستم باربر جانبى دیوار برشى بتن مسلح براى ساختمان هاى تا چهار طبقه مسکونى مجاز است. اینرسى حرارتى کم این سیستم، آن را براى استفاده دایم مانند ساختمان هاى مسکونى با مشکلاتى روبه رو مى سازد، ولى در عین حال عملکرد آن براى سایر ساختمان ها با کاربرى منقطع مناسب است.
عملکرد صوتى دیوارها و سقف هاى ساخته شده با این سیستم در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتى پاسخ گوى انتظارات تعیین شده در مقررات ملى ساختمان است. مواد تشکیل دهنده LSF بار حریق ندارند ولى پروفیل هاى سرد نورد شده مقاومت کمى در برابر حریق دارند و باید به خوبى محافظت شوند. یکى از دلایل کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلى این سیستم ها، دست یابى به این هدف است.
از عمده مزایاى ساختمان هاى سبک فولادى(LSF) کاهش جرم ساختمان است که تاثیر فراوانى در جهت کاهش هزینه هاى ناشى از مصالح، نیروى انسانى و نیز زمان احداث پروژه ها خواهد داشت. به کارگیرى این سیستم در ساختمان هاى ۵ طبقه کشور با رعایت تمهیدات خاصى مقدور است وبه نظر مى رسد به عنوان یک گزینه در انبوه سازى می تواند موفق باشد، مشروط بر آن که به لحاظ عملکرد سازه ا ى، طراحى و اجراى آن، محدودیت ها و ضوابط موجود در سایر آئین نامه ها بررسى و براى کشور تدوین و تهیه شود.
قدر مسلم آن که اصلاحاتى در خصوص مقاطع ستونى، اعضاء قطرى مهاربند و نیز اتصالات این سیستم مورد نیاز است، که باید به نحو شایسته ا ى به آن پرداخته شود. این سیستم در زمینه هاى انرژى، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابى قرار گرفته و کاربرد آن در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز است. سیستم سازه های فولادی سبک (LSF) امروزه به دلایل بی شماری در سطح جهان مورد استفاده قرار گرفته است. اصلی ترین عامل در این سازه ها ، مقاطع فولادی جدار نازک (LGS) می باشد.
مزایای مقاطع فولادی جدار نازک
۱۰۰ درصد مصالح زائد که در طول ساخت با سیستم سازه های فولادی سبک ایجاد می شوند قابل بازیافت هستند. مقاطع فولادی جدار نازک مقاطعی بسیار مقاوم در برابر خوردگی ،کج شدگی و ایجاد ترک می باشند. می توانید مقاطع مورد نیاز برای ساخت ساختمان با سیستم (LSF)را مطابق با طول های دقیق مورد نیاز سفارش داده و با این کار حجم عملیات و تعداد کارگر مورد نیاز در محل سایت مورد نظرتان را کاهش دهید و در عین حال پرت مصالح را به حداقل ممکن برسانید.
مصالح مورد نیاز برای ساخت این سیستم حداقل ۶۷ درصد سبک تر از مصالح مرسوم در ساخت و ساز می باشد. سازه های فولادی سبک به سمت تکنیک پانل های پیش ساخته (Panelization) پیش می روند که در این روش دیوارهای ساختمان در محل کارخانه و تحت شرایط کنترل شده تولید و مونتاژ شده و سپس به محل سایت جهت نصب انتقال داده می شوند، در نتیجه سرعت نصب با این سیستم در محل کارگاه افزایش می یابد.
در پروسه شکل دهی و ساخت مقاطع فولادی جدار نازک یک سری سوراخ های استاندارد درون این مقاطع ایجاد می نمایند که مناسب عبور دادن سیم ها و لوله ها ازداخل این سوراخ ها و باعث تسهیل در نصب سیستم های الکتریکی و لوله کشی ها در داخل دیوار می گردند. برخی از این مزایا به شرح زیر است:
۱) انعطاف پذیری
این مقاطع می توانند به صورت اعضای تکی و یا به صورت پانل های آماده شده در کارخانه،به سایت انتقال داده شوند. تنوع ضخامت و ابعاد مقاطع جدار نازک امکان انعطاف پذیری زیادی را در مرحله طراحی برای شما ایجاد می نمایند.به عنوان نمونه درطراحی یک سیستم خاص که ارتفاع تیرچه ها باید محدود شود، بدون اینکه لازم شود فواصل المانهای کف و یا دیوار راتغییر دهید،می توانید باتغییر ضخامت مقطع جدار نازک ،پاسخگوی محدودیت ها باشید.
۲) بادوام بودن
در مقاطع فولادی جدار نازک جمع شدگی و تغییر شکل و کج شدگی مقطع وجود ندارد بنابراین مشکلات ایجاد شده برای پانلهای چوبی و پانل های گچی متصل شده به این اجزای فلزی به حداقل ممکن کاهش می یابد. همچنین فلز یک ماده غیرارگانیک است و بنابراین درمقابل رطوبت و هجوم حشرات مقاوم بوده و چرخش ،کج شدگی،جداشدگی،ترک و خزش در آن ایجاد نخواهد شد.
۳) وزن سبک
مقاطع فولادی جدار نازک به دلیل سبک بودن به راحتی قابل حمل و جابجایی در محل کارگاه بوده و لذا هزینه مربوط به کارگر را کاهش می دهد.
۴) قوی بودن مقاطع
این مقاطع و سیستم سازه ای در مقابل بالاترین نیروهای زلزله و باد مقاومت می کنند.
۵) ثبات در ابعاد
فلز ماده ای ارگانیک است که در مراحل مختلف شکل می گیرد،بنابراین مقاطع کاملا صاف،و هم شکل بوده و دارای کیفیت یکسانی هستند.
۶) مقاوم در برابر آتش
مقاطع فولادی غیر قابل اشتعال هستند، نمی سوزند و باعث گسترش حریق در فضاهای مختلف ساختمان هم نمی گردند. بنابراین استفاده از آن باعث کاهش هزینه بیمه برای مالکان می شود. در مقاله سیستم سازه‌ای LSF ـ عایق‌بندی حرارتی، به تفصیل به این موضوع پرداخته شده است.
۷) مقاومت
مقاطع فولادی جدار نازک سرد نورد شده، در مقایسه با دیگر مصالح ساختمانی دارای بالاترین نسبت مقاومت به وزن میباشند.
طراحی بسیار آسانتر نسبت به انواع دیگر سازه ها، تولید پیش ساخته، عملیات اجرایی کمتر، تسریع در نصب، کاهش قابل توجه هزینه های اجرایی ساختمان، نیروی کار بسیار کمتر، کاهش مصرف انرژی، راحتی بسیار زیاد در تعمیر و نگهداری، پایداری سازه ای و رفتار لرزه ای بسیار مناسب، توانایی تغییر و جابجایی آسان در بخش های سازه و ساختمان، تخریب بسیار آسان، تعدادی از مزایای این سیستم ساختمانی می باشند.
۸) عایق‌بندی صوتی
یکی از مهم‌ترین ضرورت‌ها در طراحی کف‌ها و دیوارها در مجتمع‌های مسکونی و ساختمان‌هایی مانند هتل‌ها عایق بندی صوتی است، حتی لازم است در خانه‌های ویلایی و تک‌خانوار نیز بین فضاها، عایق‌بندی صوتی انجام شود. اگرچه تأمین شرایط عایق‌بندی صدا در یک طرح به هزینه‌های ساخت آن می‌افزاید، ولی مشکلات ناشی از عدم عایق‌بندی صدا در درازمدت منجر به عدم مطلوبیت ساختمان و درنتیجه عدم رضایت ساکنان ساختمان می‌شود. در مقاله سیستم سازه‌ای LSF ـ عایق‌بندی صدا به طور کامل به انتقال صوت در دیوارهای سیستم قاب فولادی سبک پرداخته شده است.
الزامات طراحى و اجرا براى سیستم هاى ساختمانى قاب هاى سبک فولادى سرد نورد شده (LSF)
۱- در مناطق با خطر نسبى کم، متوسط و زیاد (مطابق آئین نامه۲۸۰۰ ایران) استفاده از این سیستم سازه ا ى به عنوان قاب ساختمانى ساده به همراه دیوار برشى بتن مسلح حداکثر در پنج طبقه یا ارتفاع ۱۸ متر از تراز پایه بلامانع است.
۲- استفاده از این سیستم در مناطق با خطر نسبى کم، متوسط و زیاد) مطابق آئین نامه ۲۸۰۰ ایران) تا حداکثر دو طبقه یا ارتفاع ۷/۲۰ متر از تراز پایه، با اجراى مهاربندى قطرى بلامانع است.
۳- به کارگیرى این سیستم در مناطق لرزه خیز با خطر نسبى بسیار زیاد(مطابق آئین نامه ۲۸۰۰ ایران) مجاز نیست.
۴- به کارگیرى حداکثر دهانه ۵ متر و حداکثرا رتفاع ناخالص (باا حتساب ضخامت سقف ۶۰/۳ (متر براى هر طبقه در این سیستم مجاز است.
۵- طراحى کلیه اجزاء و اتصالات بر اساس استانداردهاى AISI و طرح سازه ا ى و لرزه ا ى آن بر اساس آئین نامه های IBC 2003 ASCE ۷-۰۵ و ویرایش هاى بعد از آن انجام گیرد.
۶- کنترل سازه در مقابل بارباد بر مبناى مقررات ملى ساختمان ایران مبحث ششم و با در نظر گرفتن سیستم مقاوم در مقابل بارجانبى ناشى از زلزله که در بندهاى ۱ و ۲ آورده شده است انجام شود.
۷- رعایت حداکثر بار زنده و مرده به‌ترتیب ۲۵۰ کیلوگرم بر مترمربع و ۳۵۰ کیلوگرم بر مترمربع براى سقف‌ها الزامى است.
۸- رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استاندارد ASTM الزامى است.
۹- رعایت ضوابط فصل ۲۱ آئین‌نامه ACI 318 -05 براى طراحى دیوارهاى برشى بتن مسلح الزامى است.
۱۰- تأمین ضوابط دیافراگم صلب براى کلیه سقف ها الزامى است.
۱۱- کلیه اتصالات اعضاى قائم به اعضاى افقى می باید به گونه ا ى باشند که یک پا رچگى اعضا در ارتفاع سازه تأمین شود.
۱۲- ضوابط مربوط به اجزاء اتصالى شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره باید مطابق آئین‌نامه. AISC و استاندارد AISI تأمین شود.
۱۳- در صورت استفاده از اتصالات جوشى، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکارى اعضاء سرد نورد شده مطابق استاندارد AISI و آئین‌نامه‌هاى AISC و AWS الزامى است.
۱۴- سقف ساز ه اى این سیستم متشکل از تیرچه فلزى و دال بتن مسلح فوقانى به صورت مقطع مرکب است که می باید بر مبناى ضوابط مقاطع مرکب آئین نامه AISC و دال هاى بتن مسلح بر مبناى آئین نامه تأمین ACI شود.
۱۵- به کارگیرى مصالح بنایى در دیوارهاى خارجى و داخلى مجاز نیست. حداکثر وزن مترمربع سطح دیوار تمام شده در جداکننده‌هاى داخلى نباید بیشتر از ۵۰ کیلوگرم بر مترمربع و در دیوارهاى خارجى نباید بیشتر از ۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع باشد.
۱۶- لازم است تمهیدات لازم به منظور عدم مشارکت پانل هاى غیر باربر و جداکننده ها در سختى جانبى سازه صورت پذیرد.
۱۷- لازم است تمهیدات لازم متناسب با شرایط مختلف اقلیمى و محیط هاى خورنده ایران صورت پذیرد.
۱۸- کلیه مصالح و اجزاء در این سیستم اعم از معمارى و سازه ا ى از حیث دوام، خوردگى، زیست محیطى و غیره می بایستی بر مبناى مقررات ملى ساختمان ایران و یا آئین نا مه هاى ملى یا معتبر بین ا لمللى شناخته شده و مورد تأیید، به کار گرفته شود.
۱۹- الزامات مربوط به انرژى باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملى ساختمان رعایت شود.
۲۰- در صورتى که عایق حرارتى به صورت پرکننده اجرا شود، باید نوع و ضخامت عایق، مقاومت حرارتى مورد نیاز را تأمین کند.
۲۱- برای کاهش اثر پل حرارتى، لازم است حد فاصل وادارها (Stud) و لایه خارجى جداره با نوعى عایق حرارتى متراکم پر شود.
۲۲- لازم است ملاحظات کامل هوابندى در جداره هاى داخلى و خارجى، بازشوها و هم چنین محل نصب اجزاء اتصالى نظیر پیچ و مهره، با توجه به اقلیم مورد نظر و نیز خطر میعان به عمل آید.
۲۳- رعایت مبحث سوم مقررات ملى ساختمان درخصوص حفاظت ساختمان ها در مقابل حریق و هم چنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربرى و وظیفه عملکردى اجزاى ساختمانى الزامى است.
استفاده از قاب فولادی سبک به‌عنوان جزء غیرباربر
سبک‌سازی و اجرای سریع و ساده یکی از مهم‌ترین اهداف در اجرای ساختمان‌ها به‌شمار می‌رود. 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 فراهم‌نمودن تمهیدات لازم از قبیل ماشین‌آلات سنگین و جرثقیل‌ها ضروری است.
استفاده از قاب فولادی سبک به‌عنوان 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 به‌سرعت اجرا شوند.
ازآنجاکه در اجرای ساختمان‌های بلند نیز کاهش بار مردۀ ساختمان دارای اهمیت 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 به‌عنوان عناصر غیرسازه‌ای بهره گرفت.
دیوارهای غیرباربر از نوع قاب فولادی سبک نورد سرد
صفحات دیواری سبک که از سیستم قاب‌های فولادی سبک نورد سرد منشعب می‌شوند، قابل‌استفاده در اکثر سیستم‌های ساختمانی است. این صفحات دیواری از ستونک یا وادار و لاوک یا تیرچه تشکیل می‌شود. به عبارت دیگر ساختار اصلی دیوارها از ترکیب مقاطع فولادی گالوانیزۀ نورد سرد، برپا می‌شود. مقاطع مورداستفاده در این دیوارها معمولاً به شکل C است که با اتصالات مکانیکی به یکدیگر متصل می‌شوند.
هر دیوار از تعدادی اجزای عمودی C شکل ستونک یا وادار به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتی‌متر که در بالا و پایین به اجزای افقی ناودانی‌شکل، U یا C شکل (لاوک یا تیرچه) متصل شده‌اند، تشکیل می‌شود. درصورتی‌که از مقاطع C شکل به‌عنوان لاوک استفاده شود، لازم است برش‌کاری در محل نصب ستونک یا وادار انجام گیرد.
این سیستم، قابلیت بالایی برای نصب عایق حرارتی دارد. عایق حرارتی را به دو روش می‌توان بین وادارها نصب کرد. در روش اول، وادارها هم‌راستا اجرا می‌شوند و عایق حرارتی، در فضای بین آن‌ها قرار می‌گیرد. در روش دوم، وادارها هم‌راستا اجرا نمی‌شوند و عایق حرارتی به صورت زیگزاگی بین آن‌ها حرکت می‌کند. در این حالت، وادارها به صورت پل حرارتی عمل نخواهند کرد و عایق‌کاری در شرایط بهتری انجام می‌شود. یکی دیگر از راه‌های عایق‌کاری دیوارها، نصب یک لایۀ حرارتی صلب در طرف خارجی قاب فلزی است.
عایق صوتی، از افزودن تختۀ گچی یا سیمانی در دو طرف عایق حرارتی (پشم شیشه) تأمین می‌شود. از دیگر روش‌های ایجاد عایق صوتی در یک طبقه، استفاده از دیوارهای جداکننده با دو قاب مجزا از یکدیگر و نیز استفاده از وادارهای آکوستیکی است.
ورق‌های نسبتاً نازک فولاد گالوانیزه در برابر آتش دارای مقاومت کمی هستند و از این نظر باید محافظت شوند. به‌طورکلی ساختارهای متشکل از مقاطع فولادی نورد سرد در برابر آتش به‌سرعت دچار تغییرشکل می‌شوند و فرومی‌ریزند. محافظت این ساختارها در برابر آتش به‌وسیلۀ تخته‌های گچی که بر روی چارچوب فولادی نصب می‌شوند، قابل‌تأمین است. به‌طورکلی، با توجه به کاهش قابل‌ملاحظۀ وزن و اتلاف اندک مصالح نسبت به شیوه‌های متداول و قابلیت انطباق این سیستم با مقررات ملی ساختمان، کاربرد این نوع دیواره‌های سبک غیرباربر داخلی در پروژه‌های انبوه‌سازی مسکن و انواع دیگر ساختمان‌ها مناسب است.
الزامات طراحی و اجرا برای دیوارهای غیرباربر از نوع قاب فولادی سبک
۱) کلیۀ مصالح و اجزا در این سیستم باید بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران و با رعایت آیین‌نامه‌های معتبر بین‌المللی شناخته‌شده و موردتأیید به‌کار گرفته شود.
۲) رعایت مبحث سوم مقررات ملی ساختمان در خصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق الزامی است.
۳) طراحی دیواره‌های خارجی و اتصالات مربوطه در مقابل بار باد باید مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارد بر ساختمان) انجام گیرد.
۴) حداکثر وزن دیواره‌های خارجی به ۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع و پانلهای داخلی به ۵۰ کیلوگرم بر مترمربع محدود می‌شود.
۵) درنظرگرفتن تمهیدات لازم برای مشارکت‌نکردن این دیواره‌ها در سختی جانبی سازه الزامی است.
منبع: www.sakhtemoon.com, فنّاوری‌های نوین ساختمانی، محمود گلابچی، حامد مظاهریان، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱٫
