اسکلت فلزی (فولادی)

سازه های فلزی به سازه هایی گفته می شود که عمده مصالح مورد استفاده در آنها به منظور تحمل و انتقال نیروها از فلز (فولاد) ساخته شده است. امروزه اجرای اسکلت فلزی که به آن سازه فولادی نیز گفته می شود، یکی از متداول ترین انواع اسکلت ساختمان می باشد. سرعت بالای اجرا و وزن کم سازه از جمله مزایای ساختمان های با اسکلت فلزی می باشد.

انواع اسکلت فلزی از نظر نوع اتصالات

در اجرای اسکلت فلزی به منظور اتصال اجزا به یکدیگر از جوش، پیچ و مهره و یا پرچ استفاده می گردد که از این بین اسکلت فلزی جوشی و اسکلت فلزی پیچ و مهره متداول تر می باشند.

اسکلت فلزی جوشی

یکی از رایج ترین روش های اتصال قطعات فلزی در سازه های فولادی، استفاده از جوش می باشد. برای اجرای این نوع از سازه ها در ابتدا باید از مقاومت زمین محل پروژه و عدم نشست آن اطمینان حاصل نمود. اسکلت فلزی جوشی ساده بوده و پیچیدگی خاصی ندارد، اما در عین حال از اهمیت بالایی برخوردار بوده و برای اجرای آن باید از نیروهای متخصص استفاده نمود. اجرای این نوع از سازه ها غالبا در ساختمان های کوچک و مکان های نسبتا خلوت متداول می باشد.

اسکلت فلزی پیچ و مهره

اسکلت پیچ و مهره ای نسبت به اسکلت فلزی با جوش از پیچیدگی بیشتری از نظر طراحی برخوردار می باشد. اما در عین حال سرعت اجرا و همچنین مقاومت بالاتری نسبت به اسکلت های فلزی جوشی دارد. از دیگر مزایای سازه فلزی پیچ و مهره می توان به کیفیت بالاتر ساخت، ایمنی و پایداری، مقاومت بیشتر در برابر آتش سوزی نسبت به جوش، بی سر و صدا بودن اجرا و … اشاره نمود. امروزه استفاده از این نوع سازه های فولادی به نحو چشمگیری افزایش یافته است.

روش های طراحی اسکلت فلزی

به منظور طراحی سازه اسکلت فلزی از روش طراحی تنش مجاز (ASD) و طراحی حالت حدی (LRFD) استفاده می گردد. تفاوت این دو روش در ضرایب در نظر گرفته شده به منظور طراحی سازه می باشد. به نحوی که در روش تنش مجاز که یکی از سنتی ترین روش های طراحی سازه های فولادی است ضریب اطمینان کاهش احتمالی مقاومت اعضا و نیز افزایش احتمالی بارهای وارده در یک مرحله اعمال می گردد. اما در روش طراحی اسکلت فولادی به روش حدی (LRFD) بر خلاف روش تنش مجاز، افزایش بار به کمک ضرایب بار و کاهش مقاومت به کمک ضرایب کاهش مقاومت اعمال می گردد. در هر دو روش تحلیل سازه غالبا بر اساس تحلیل خطی انجام می شود.

مراحل اجرای اسکلت فلزی

مراحل اجرای سازه های فلزی به شرح زیر می باشند:

اجرای پایه و فونداسیون

اولین مرحله در اجرای یک سازه، اسکلت ساختمان بتنی آن می باشد. نوع فونداسیون اجرایی در اسکلت فلزی با توجه به مقاومت خاک بستر تعیین می گردد. به طوری که در پروژه های با مقاومت مناسب خاک، فونداسیون اجرایی غالبا از نوع سطحی و در خاک های با مقاومت پایین فونداسیون به صورت عمیق اجرا می گردد. شایان ذکر است که پیش از اجرای فونداسیون به منظور مسطح نمودن سطح کار از یک لایه بتن مگر به ضخامت ۱۰ تا ۱۵ سانتی متر استفاده می کنند. در واقع بتن مگر، بتنی با عیار کم سیمان می باشد که محل خاکبرداری را برای عملیات آرماتوربندی مهیا می کند.

پس از اجرای بتن مگر، آرماتوربندی فونداسیون بر اساس نقشه های اجرایی انجام شده و بعد از آن قالب بندی با استفاده از قالب های چوبی، فلزی و … انجام می شود. پس از قالب بندی نیز به منظور اتصال صفحه ستون، آرماتورهای بولت در محل های تعیین شده قرار داده می شوند. در آخرین مرحله از اجرای فونداسیون اسکلت فلزی ساختمان ، بتن ریزی انجام می شود.

نصب ستون های اسکلت فلزی

پس از اجرای فونداسیون ، ستون های سازه فلزی اجرا می شوند. این مرحله یکی از مهم ترین مراحل اجرای اسکلت فلزی بوده که بدین منظور غالبا از IPB، IPE، قوطی و ناودانی تک و دوبل و … استفاده می گردد. ستون های مورد استفاده در اجرای سازه های فلزی معمولا به صورت پیش ساخته می باشند. انتخاب این مقاطع وابسته به مقدار بار وارده از سوی شاه تیر می باشد.

مهم ترین نکته در نصب ستون ها، اتصال بین پایه، ستون ها و شکاف آنها است. با توجه به پایه و اتصالات ستون، بیس پلیت تا انتهای ستون جوش داده می شود. در واقع بیس پلیت ها به منظور افزایش سطح تماس ستون با پی مورد استفاده قرار می گیرند. زیرا ستون های فلزی دارای مقاومت بالایی در برابر تنش های وارده می باشند اما بتن از این قابلیت برخوردار نیست. در نتیجه استفاده از بیس پلیت ها موجب توزیع نیروهای ستون در حد قابل قبول برای بتن می شود. شایان ذکر است که مطلوب ترین شکل بیس پلیت ها در ساخت اسکلت فلزی ساختمان ، مربعی و مستطیلی می باشد.

تیر ریزی و اجرای سقف

غالبا از تیرها در سازه به منظور انتقال بارهای کف و سقف به ستون استفاده می گردد. به طور کلی می توان تیرها را به دو دسته تیرهای فرعی و تیرهای اصلی تقسیم بندی نمود. بار تیرهای فرعی به شاه تیر انتقال یافته و تیرهای اصلی بار سقف وارد بر تیرهای فرعی را به ستون هایی که بر روی آن قرار دارند انتقال می دهند. تیرهای مورد استفاده در اسکلت فلزی به صورت پیش ساخته و از نوع IPE، IPB، قوطی، ناودانی و … می باشد. شایان ذکر است که به منظور افزایش مقاومت تیرها می توان آنها را با استفاده از شابلن و هواگاز به شکل لانه زنبوری در آورد.

باید توجه داشت که پس از نصب تیرها در جای خود، باید آنها را بلافاصله در پایین بر روی پاشنه خود جوش نمود. جوش های اجرا شده نباید به صورت خال جوش باشد، در واقع می توان گفت جوش محل تماس تیر با پاشنه ستون ها باید به صورت کامل اجرا گردد. زیرا در غیر این صورت امکان سقوط تیرهای بالایی وجود دارد. ساخت و نصب تیرها به روش هایی همچون کشویی، مفصلی، فلنچی، اسپالیسی و … انجام می شود که انتخاب هر یک از این روش ها وابسته به نوع سازه می باشد. به منظور اتصال تیرهای اسکلت فلزی نیز می توان از جوش، پیچ و مهره و یا پرچ بهره جست. پس از نصب تیرها، سقف سازه های فولادی اجرا می گردد. از متداول ترین سقف های مورد استفاده در ایران سقف های تیرچه بلوک و عرشه فولادی می باشند.

نصب بادبند

در ساخت اسکلت فلزی ساختمان از بادبندها به منظور مهار نیروهای جانبی (همچون باد و زلزله) استفاده می شود که مابین تیر و ستون قرار می گیرند. اجرای بادبندهای ساختمان اسکلت فلزی از اهمیت بالایی برخوردار بوده و ابعاد آن وابسته به مقدار نیروی وارد بر بادبند می باشد. به طور مثال در طبقات پایین تر ساختمان به دلیل شدت بیشتر بار زلزله از مقاطع بزرگتری برای اجرای بادبند استفاده می گردد. شایان ذکر است که محل برخورد پروفیل بادبندهای ضربدری باید توسط یک پلیت به صورت مناسب مهار گردد.

مزایای اجرای اسکلت فلزی

• سازه های فلزی از عملکرد خوبی در برابر بارهای پیش بینی نشده برخوردار می باشند.
• بهره برداری و استفاده بلند مدت از ساختمان اسکلت فلزی در صورت نگهداری مناسب آنها، به دلیل دوام و استحکام بالای این سازه ها امکان پذیر می باشد.
• اجرای اسکلت فلزی ساختمان ضمن برخورداری از سرعت مناسب، آسان می باشد. همچنین امکان تقویت اجزای فولادی در صورت ضعیف بودن آنها وجود دارد.
• ساختمان های فولادی در مقایسه با سازه های با اسکلت بتنی از وزن کمتری برخوردار بوده و سبک تر می باشند.
• از این نوع اسکلت می توان به منظور ساخت سازه های طویل بهره جست. زیرا ضمن دارا بودن مقاومت بالا از نسبت مقاومت به وزن بیشتری نسبت به سازه های بتنی برخوردارند.
• به دلیل تولید اسکلت فلزی تحت نظارت دقیق، این اجزا از خواص یکنواختی برخوردار می باشند.
• سازه های فولادی به دلیل قابلیت شکل پذیری بالا از مقاومت بالایی در برابر تنش، ضربه و نیروهای دینامیکی برخوردار می باشند. همچنین مقاومت این سازه ها در برابر عواملی همچون انفجار بالاست.
• در مقایسه با سازه های بتنی، ساختمان های با اسکلت فلزی از فضای پرت کمتری برخوردارند.

معایب اجرای اسکلت فلزی

• به طور کلی فولاد در برابر حرارت ضعیف بوده و در نتیجه با افزایش حرارت مقاومت اسکلت فلزی کاهش می یابد، به طوری که در دماهای حدود ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتی گراد تعادل سازه به هم می خورد.
• قطعات فلزی نیاز به محافظت در برابر عوامل جوی و خوردگی دارند که غالبا هزینه این نگهداری و محافظت زیاد می باشد.
• یکی از نقاط ضعف سازه های فولادی تمایل به کمانش در اعضای فلزی تشکیل دهنده آن به  دلیل کوچک بودن ابعاد آنها می باشد.
• یکی از بزرگترین ضعف های سازه های با اسکلت فولادی اجرای جوش نامناسب برای اتصالات می باشد.

اشکالات اجرایی اسکلت فلزی

برخی از اشکالات اجرایی سازه های فولادی به شرح زیر می باشد:

• مطابق نبودن طول جوش اجرایی با محاسبات و دستورالعمل های آیین نامه ای به منظور اتصال دو پروفیل به یکدیگر در ستون مرکب و همچنین اتصال ورق تقویتی به ستون
• استفاده از پروفیل های غیر ساختمانی و نامنطبق با استانداردهای ایران
• عدم اجرای مناسب وصله تیرها، ستون ها و بادبندها
• کافی نبودن ابعاد و ضخامت صفحات زیرسری و کم بودن تعداد پیچ های مهاری و قطر آنها
• جا به جایی احتمالی صفحه ستون ها در حین بتن ریزی و عدم قرار گیری ستون ها در جای مناسب خود
• عدم اجرای اتصال گیردار در امتداد بدون بادبند
• اجرای ضعیف جوش سر بالا و سرازیر شدن حوضچه در هنگام جوشکاری
• عدم اتصال دو نیمرخ به یکدیگر در طول اعضای بادبندی با مقاطع زوج
• اتصال نامناسب اعضای بادبندی به صورت خارج از مرکز
• عدم اجرای گروت و خالی بودن زیر کف ستون

قیمت اسکلت فلزی

قیمت اجرای اسکلت فلزی در یک سازه وابسته به مقدار آهن مصرفی، حجم پروژه، نوع طراحی سازه های فولادی، دستمزد اجرای سازه فولادی ، مقدار بتن مصرفی در پی و سقف ها و … می باشد. همچنین نوع اتصال اجزا به یکدیگر بر روی هزینه های تمام شده تاثیرگذار است. به طور قطع قیمت اسکلت فلزی پیچ و مهره با قیمت اسکلت فلزی جوشی متفاوت خواهد بود. اما به طور کلی می توان گفت که در ساختمان های با متراژ و تعداد طبقات یکسان، غالبا قیمت اجرای سازه فولادی بیشتر از سازه بتنی می باشد.

علاوه بر اجرای اسکلت، عمران مدرن ارائه دهنده انواع خانه های پیش ساخته دائمی نیز می باشد. به منظور استعلام قیمت خانه پیش ساخته ۸۰ متری ، 50 متری و … می توانید با کارشناسان عمران مدرن در ارتباط باشید.

برای مطالعه بیشتر:

اسکلت فلزی یا بتنی

بتن مسلح

دستگاه برش میلگرد برقی

اجرای سازه بتنی