طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF

طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF که یکی از اقتصادی ترین سیستم های ساختمانی است، از دهه ۱۹۵۰ در کشور های مختلفی نظیر کانادا و آمریکا مورد استفاده قرار گرفت. همزمان با توجه به مقاومت مناسب سازه LSF در برابر زلزله استفاده از این سیستم نوین ساختمانی در ژاپن نیز با استقبال همراه گردید.

در ایران نیز با توجه به این که کشور بر روی کمربند فعال زمین لرزه واقع شده است، طراحی و اجرای سیستم سازه فلزی سبک LSF مورد توجه قرار گرفته است. چراکه وزن کم سیستم سازه فولادی سبک (Lightweight Steel Frames) در مقایسه با سازه های موجود، موجب شده که نیروی زلزله کمتری به ساختمان وارد گردد. بنابراین وزن کم ساختمان ال اس اف به عنوان گزینه ای مناسب برای مناطق با مقاومت خاک کم، تلقی گردد.

اما به طورکلی در ایران طراحی LSF از سال ۱۳۸۰ شمسی به سبب استفاده از مقاطع نورد سرد فولادی و عدم وجود تنش های پسماند، امکان ایجاد مقاطع با مقاومت و سختی بالا، سرعت بالای اجرا و اقتصادی بودن فرآیند، مورد استفاده قرار گرفت.

محدود بودن منابع موردنیاز برای تامین مصالح ساختمانی و لزوم استفاده بهینه از مصالح و روند افزایشی قیمت مصالح موجب شده است که استفاده از مقاطع سرد نورد شده با استقبال بیشتری همراه باشد. چراکه مقاطع جدار نازک سرد نورد شده نسبت به مقاطع گرم نورد شده دارای نسبت مقاومت به وزن بالاتر و سادگی و سرعت تولید بیشتری هستند.

طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF

کاربرد های طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF

طراحی و اجرای سیستم سازه فولادی سبک LSF در انواع ساختمان ها مانند ویلا ها، ساختمان های مسکونی و اداری ، دفاتر و ساختمان های تجاری ، واحدهای صنعتی ، فضاهای کاربردی پیش ساخته به صورت Box System، هتل ها، هتل آپارتمان ها، مدارس ، دانشگاه ها، رستوران ها، کمپ های اقامتی و تفریحی ، ایجاد نیم طبقه در داخل سازه هایی با ارتفاع زیاد، بازسازی مناطق آسیب‌دیده از بلایای طبیعی ، انبوه سازی و … استفاده می شود.

مراحل طراحی تا اجرای سیستم سازه فولادی سبک LSF

برای طراحی تا اجرای سیستم سازه فولادی سبک LSF همانند سایر سیستم های رایج ساختمان سازی ، لازم است ابتدا طرح های معماری و سازه ای و سپس نقشه های اجرایی تهیه شده و براساس آن سیستم اجرا گردد اما هریک از این مراحل در ادامه به تفصیل بیان می گردد.

طراحی معماری سیستم سازه فولادی سبک LSF

در گام اول با توجه به نظر کارفرما و انعطاف پذیری قاب سبک فلزی و نبود محدودیت های ساختمان های معمول، پلان معماری سیستم سازه فولادی سبک LSF بر اساس نوع کاربری که می تواند مسکونی ، اداری ، تجاری و ... باشد، طراحی می گردد.

طراحی سازه ای سیستم سازه فولادی سبک LSF

سیستم سازه فلزی سبک LSF ، در دسته سیستم های دیوار باربر قرار می گیرد. به طوری که عناصر باربر ثقلی ساختمان ال اس اف متشکل از مقاطع منفرد و یا ترکیبی و عمدا C شکل و یا U شکل می باشند.

دیوار های سیستم سازه ال اس اف از آرایش اجزای عمودی عمدتاC  شکل به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتی متر که در بالا و پایین در داخل اجزای افقی U شکل مهار شده اند، تشکیل می شود.

سازه ال اس اف

اجزای باربر سقف سیستم سازه فلزی سبک LSF نیز عمدتا با استفاده از مقاطع منفرد و یا ترکیبی U C و Z شکل و به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتیمتر می باشد. سقف نهایی نیز غالبا به صورت شیبدار و با استفاده از خرپاهای متشکل از پروفایل های سرد نورد طراحی و اجرا می گردد.

در طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF بار های ثقلی توسط المان های سقف به المان های باربر وارد شده و نهایتاً توسط پی به زمین انتقال می یابند و کف های صلب نیز نیرو های جانبی وارده را به قاب ها و دیواره ها منتقل می کنند. به طوری که می توان با مهار کردن قاب ها در امتداد طولی و عرضی ساختمان ، به مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی دست یافت.

به عبارتی پس از این که طراحی پلان معماری مطابق نظر کارفرما در دستور کار قرار گرفت، با استفاده از نرم افزار SAP تمامی دیتیل ها و محاسبات شامل تعیین ابعاد قطعات بر اساس بار برف ، زلزله ، باد و سایر بار های مرده و زنده انجام می گردد. همزمان جانمایی و تعیین فواصل تیر و ستون نیز انجام می شود. البته اجزای مورد طراحی در سیستم سازه فولادی سبک LSF ، عمدتا نیمرخ های فلزی حاصل از نورد سرد ورق های فولادی با ضخامت های ۰٫۴۵ تا ۲٫۵ میلی متر می باشد.

در نهایت پس از تحلیل و طراحی اعضاء سازه ای و غیر سازه ای مطابق مباحث مقررات ملی ساختمان و نشریه ۶۱۲ و ۶۱۳ آیین نامه طراحی و اجرای سازه های فولادی سرد نورد ، نقشه های سازه ای ، نقشه های ساخت و جداول تولید برای استفاده های بعدی ارائه می گردد.

LSF سیستم سازه سبک فلزی 

اتصالات سیستم سازه فولادی سبک LSF

اتصالات سیستم سازه فولادی سبک LSF معمولا به صورت سرد و با پیچ های خودکار سر مته ای انجام می شود. در موارد محدود امکان استفاده از انواع اتصلات دیگر مثل پیچ و مهره ، پرچ یا جوش نیز مقدور می باشد.

مسیر عبور کلیه تاسیسات مکانیکی و برقی سازه ال اس اف تعبیه شده و به هنگام تولید با دستگاه های مربوطه، پانچ و سوراخ می گردد. در نهایت پکینگ لیست و اسمبلینگ لیست ساختمان ال اس اف جهت تعیین جزئیات مونتاژ قطعات در دستور کار قرار می گیرد.

طراحی فونداسیون سیستم سازه فولادی سبک LSF

در سیستم قاب سبک فولادی سرد نورد شده ال اس اف عمدتا جهت انتقال و توزیع نیرو های وارده از دیوار های باربر به خاک ، از فونداسیون های نواری و گسترده استفاده می شود.

اما در سازه هایی که تراز کف سازه از زمین طبیعی پایین تر است، لازم است دیوار های برشی در پیرامون طبقه زیرین و در زیر تمامی دیوار های باربر داخلی و خارجی اجرا گردد. همچنین لازم است سختی جانبی طبقه تحتانی بتن آرمه به نحوی طراحی و اجرا گردد که حداقل ده برابر سختی جانبی سیستم سازه فولادی سبک LSF فوقانی باشد.

لازم به ذکر است که در فونداسیون های نواری جهت تأمین بستر مناسب برای دیوار های غیر باربر، معمولا از دال بتنی در کف استفاده می شود.

طراحی سازه سبک فولادی سرد نورد LSF

اجرای دیوار های باربر سازه ال اس اف

دیوار ها در سیستم سازه فلزی سبک LSF شامل دیوار های سازه ای باربر و دیوار های غیرسازه ای می باشد. مونتاژ و پنلایزینگ دیوار های باربر در سیستم سازه فولادی سبک LSF را می توان در محل پروژه انجام داد اما در این حالت لازم است سطح تراز و شاسی کشی مناسب فراهم گردد. البته استفاده از ساختمان پیش ساخته ال اس اف و مونتاژ در کارخانه، که در آن مونتاژ سقف ها، دیوار ها و خرپا ها در کارخانه انجام می گردد نیز امکان پذیر است.

در نهایت دیوار های باربر سازه ال اس اف توسط مهارکننده های موقت (Anchor Bolt) در محل مشخص نصب می گردند و میل مهارها تعبیه شده در فونداسیون به دیوار های باربر متصل می شوند. همچنین مهاربند های قطری همزمان با اجرای دیوار های باربر اجرا شده و مهاربند های متشکل از صفحات برشی همزمان با اجرای پوشش دیوار ها اجرا می گردد.

اجرای سقف سازه LSF

سیستم سقف ساز ه ای ال اس اف شامل تیرچه ، سخت کننده های جان ، بست های تسمه ای ، بست های انسجام دهنده و انواع پوشش از قبیل صفحات سازه ای چوبی و فولادی می باشد. همچنین کاربرد سقف های فوم بتن و عرشه فولادی با رعایت ضوابط مربوطه امکانپذیر است.

پوشش سقف در سیستم سازه ای LSF عمدتا خشک بوده و یا از بتن درجا با ایجاد صلبیت در سقف اجرا می گردد.

سازه فولادی سبک

اجرای دیوار های غیر باربر سازه LSF

اجرای دیوار های غیر باربر در سیستم قاب سبک فولادی سرد نورد شده ال اس اف پس از اجرای سقف انجام می گردد. همچنین لازم است تمهیدات لازم جهت جلوگیری از مداخله این دیوار ها در باربری ثقلی و جانبی سازه اتخاذ گردد.

لازم به ذکر است که در سازه فولادی سبک ال اس اف ، فضای داخلی دیوار ها خالی می باشد و لازم است این فضای خالی را با عایق های حرارتی و صوتی همچون فوم پلی استایرن پر نمود.

مزایای طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF

طراحی سیستم سازه فولادی سبک LSF به عنوان یک سیستم نوین ساختمانی از مزایای بسیاری برخوردار است که در ادامه به تفصیل ذکر می گردد.

نسبت مقاومت به وزن بالا سازه ال اس اف

در سیستم سازه فولادی سبک LSF به دلیل بالاتر بودن نسبت مقاومت به وزن ، استفاده از این نوع سازه در شرایطی که طول دهانه بزرگتر باشد و یا جنس خاک زیر سازه سست باشد، توصیه می گردد.

عملکرد مناسب لرزه ای سیستم ال اس اف

به سبب وزن کم سازه و وابستگی نیروی زلزله به وزن و شکل پذیری مناسب این نوع از سازه ها، LSF به نسبت سازه های معمول دارای عملکرد مناسب تری می باشد.

سازه سبک فولادی ال اس اف

امکان استفاده در شرایط آب و هوای نامطلوب سازه ال اس اف

در سیستم سازه فولادی سبک LSF به سبب گالوانیزه بودن کلیه مقاطع ، مقاومت در برابر خوردگی و رطوبت مناسب تر بوده و در شرایط جوی شمال و جنوب کشور عمر مفید سازه بیشتر است. لذا دوام و پایداری سازه و عمر مفید سازه ال اس اف بیشتر است.

کیفیت یکنواخت سازه LSF

از آن جایی که مقاطع سیستم سازه فولادی سبک LSF در کارخانه با نظارت تکنسین های فنی تولید و برش داده می شوند، کیفیت محصول نهایی در مقایسه با ساخت و ساز معمول بسیار بالاتر می باشد.

امکان استفاده از این سیستم ساخت و ساز در تولید انبوه ساختمان

در سیستم سازه فولادی سبک LSF به لحاظ تولید و برش مقاطع و حتی امکان مونتاژ دیوار ها در کارخانه، تولید انبوه ساختمان با این روش بسیار اقتصادی بوده و سرعت بالایی دارد.

طراحی سیستم سازه سبک فلزی LSF

حمل و نقل آسان قطعات سازه های LSF

حمل و نقل مقاطع سازه LSF به سبب ابعاد کوچک مقاطع و وزن کم حتی به نقاط صعب العبور نیز میسر است.

قابلیت بازیافت بخش عمده مصالح سیستم ال اس اف

با توجه به این که اغلب اجزای سازه ای و غیر سازه ای در سیستم سازه فولادی سبک LSF به صورت پیچی اجرا می شوند، بازیافت آن ها به سهولت امکان پذیر است و پرت مصالح در این سیستم کم می باشد.

سهولت اجرای تاسیسات برقی و مکانیکی سیستم ال اس اف

در طراحی و اجرای سیستم سازه فولادی سبک LSF ، فضاهای استانداردی به جهت عبور سیم ها و لوله ها از داخل آن تعبیه می گردد که باعث تسهیل در نصب سیستم های الکتریکی و لوله کشی ها در داخل دیوار می گردد.

سازه سبک فلزی ال اس اف

قابلیت اجرای انواع نماها در سازه LSF

در سیستم سازه فولادی سبک LSF ، انواع نماهای آجری ، سنگی ، چوبی ، آلومینیومی ، سرامیکی و ... در نمای خارجی و رنگ کاری، نصب کاغذ دیواری و … در نمای داخلی وجود دارد.

سهولت اجرای اضافه اشکوب سیستم ال اس اف

یکی از مناسب ترین روش جهت جهت اضافه اشکوب سیستم سازه فولادی سبک LSF می باشد. چراکه امکان اتصال آسان آن به سازه زیرین، سرعت اجرای بالا و عدم استفاده از مصالح بنایی و ایجاد گرد و خاک موجب می شود که این فرآیند به سهولت و سرعت انجام پذیرد.

مقاومت مناسب در برابر آتش سیستم ال اس اف

در سیستم سازه فولادی سبک LSF تمام عناصر از استاندارد ضدحریق برخوردار می باشند.

اجرای دیوار سیستم سازه سبک فولادی LSF

معایب سازه LSF

سازه LSF به سبب نوع ماهیت سازه دارای معایب و محدودیت هایی است. به منظور جلوگیری از وقوع واکنش شیمیایی، فلزات غیرهمسان نباید در تماس مستقیم با اعضای قاب فولادی سبک قرار گیرند .سیستم سازه فولادی سبک LSF ، نباید در بتن مدفون گردد، مگر این که تمهیدات ویژه ای برای جلوگیری از خوردگی در نظر گرفته شود.

همچنین یکی از معایب سازه ال اس اف محدودیت تعداد طبقات اجرایی و نیاز به نیرو های متخصص می باشد.

 قیمت سازه ال اس اف

همانطور که اشاره گردید، افزایش عمر مفید ساختمان و بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان با توجه به کاهش وزن سازه در مقایسه با سازه های موجود، سرعت ساخت و قابلیت استفاده از این سیستم ساخت در صنعتی سازی و انبوه سازی، موجب شده است که توجه به طراحی و اجرای سیستم سازه فولادی سبک LSF بیشتر گردد.

اما قیمت گذاری سازه ال اس اف و به عبارتی تعیین قیمت هر متر مربع سازه ال اس اف ، به عوامل متعددی وابسته است به طوری که از عمده این عوامل موثر در هزینه سازه LSF می توان به مشخصات اسکلت ، پوشش سقف ، نمای داخلی و خارجی ، کفپوش ، پنجره ، درب و ... متفاوت است.

طراحی سیستم سازه فولادی سبک ال اس اف

به عنوان مثال انواع نماهای آجری ، سنگی ، چوبی آلمینیومی ، سرامیکی و ... در نمای خارجی ، و رنگکاری, نصب کاغذ دیواری ، کناف و PVC و … در نمای داخلی قابل اجرا است که اجرای هریک بر روی قیمت سازه های LSF موثر است.

علاوه بر موارد ذکر شده، تعداد طبقات و مساحت زیربنا نیز بر روی هزینه سازه سبک فولادی LSF موثر است.

از طرفی گاها به جای اجرای سازه سبک فولادی LSF ، از ساختمان پیش ساخته LSF استفاده می گردد که دارای سهولت و سرعت در نصب می باشد. لازم به ذکر است که قیمت ساختمان پیش ساخته LSF نیز برحسب ابعاد و اجزای سازه متفاوت است.