هر آنچه در مورد سازه ال اس اف باید بدانید

سیستم سازه LSF چیست؟

سازه lsf سازه های نورد سرد هستند که به صورت صنعتی تولید می شوند و از جنس ورق گالوانیزه می باشند. مقاومت سازه lsf بر اساس تعدد اعضای بار بر می باشد که در صورت ضعف اجرا و یا در حین بهره برداری عضوی به درستی عمل نکند بقیه اعضا قابلیت تحمل خود را حفظ می کنند. در این روش دیوارها باربر بوده و قابلیت اجرا تا 4 طبقه را دارند.

ضخامت ورق های آن بر حسب نوع کاربری متفاوت بوده و از ۰٫9 تا ۲ میلی متر متغیر می باشد. اندازه قطعات در جان آن 9۰ تا 15۰ میلی متر است و مقاطع آن با توجه به کاربری  ساخته می شوند. ابتدا در سال ۱۹۴۶ با تدوین آیین نامه هایی وارد صنعت ساختمان شد . اما به دلیل عدم صرفه اقتصادی، زیاد متداول نگردید ولی از سال ۱۹۹۰ به دلیل گرانی چوب و افزایش توجه به محیط زیست، کاربرد فراوانی یافت. از این رو امروزه این روش در کشور هایی چون آمریکا ، کانادا ، ژاپن بصورت عمده مورد استفاده قرار می گیرد . در ایران نیز در سالهای اخیر توسط تعدادی شرکت ساختمانی خصوصی عرضه می گردد.

اجزای تشکیل دهنده هر پانل سازه های LSF:
۱) Stud (اعضای قائم باربر)
۲) Joist ( اعضای خمشی سقف)
۳) Track (اعضای همبند قاب)
۴) Flat strap (اعضای باربر جانبی)

 

سیستم های مهار بندی جانبی:
۱) سیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری
۲) سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک
۳) سیستم دیوار باربر با پوششهای پانل های چوبی O.S.B
۴) سیستم دیوار برشی بتن آرمه.
در حال حاضر در ایران برای ساختمانهای تا 4 طبقه مسکونی از سیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری و برای ساختمانهای بیش از 4 طبقه از سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن آرمه مجاز می باشد.

مراحل اجرا سیستم ال اس اف:
• اجرای فونداسیون سازه به صورت نواری
• اجرای اسکلت ساختمان
• نصب پانل های پوشش خارجی
•پوشش های داخلی سقف و دیوار
• تاسیسات مکانیکی و برقی
• درب و پنجره
• عملیات نازک کاری

مزایای سازه ال اس اف :
• وزن سبک اسکلت ساختمان و متریال های مورد استفاده
• مقاومت مطلوب سازه در برابر زلزله
• دقت بالا در اجرای جزییات
• اجرای سریع و آسان
• عدم نیاز به قالب بندی در اسکلت ساختمان
• عدم توقف در ساخت و نصب در همه شرایط های آب و هوایی
• مقاومت بالا در برابر پوسیدگی و حمله موریانه
• حمل و نقل آسان
• قابلیت عدم اشتعال
• کاهش هزینه انرژی و عایق بندی با وجود مصالح نوین
• قابل بازیافت

معایب سازه ال اس اف:
معایب خاصی برای این روش وجود ندارد که در ساخت ویلا از آن استفاده نکرد، اما نکات زیر باید رعایت شود:
۱- با توجه به نازک بودن ضخامت ورقها مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی ندارند که این مشکل با نصب پانل های محافظ گچی تا حد زیادی حل می گردد.
۲- در حمل و نقل آن دقت نمود، چون در صورت آسیب دیدن قابل استفاده نیستند و قطعه مورد نطر باید جهت ساخت مجدد سفارش داده شود.
۳- کنسولی بدون ستون در این مدل سازه نمیتوان استفاده کرد. دهانه بسیار بزرگ هم نمیتوان از این سازه استفاده کرد. حتمی باید از سازه ترکیبی استفاده نمود

 

آیین نامه های طراحی سازه ال اس اف:
۱- آمریکا ASD&LRFD) AISI&2003)
۲- استرالیا و نیوزلند AS/NZS 4600:2005
۳- انگلستان : (BS 5590 -8(2003
۴- اروپا : ENV 1993 – ۱-۳:۱۹۹۶
۵- ایران : آیین نامه ۲۸۰۰ و مباحث مقررات ملی ساختمان

مقایسه ویژگی های اسکلت LSF با فولادی و بتنی
لازم به ذکر است که در محاسبه ی مقادیر مندرج در جدول مصالح به کار رفته در شالوده ی ساختمان (فونداسیون) نیز در نظر گرفته شده است.
1- همان طور که ملاحظه می شود با استفاده از این سیستم کاهش قابل ملاحظه ای در وزن، نیروی زلزله، مصالح مصرفی و زمان صرف شده برای ساخت ساختمان شده است. نسبت به ساختمان بتنی و فولادی نیروهای لرزه ای را به ترتیب ۴۰ % و ۳۰ % کاهش می دهد.
2–  میزان برش پایه نسبت به سیستم بتن مسلح ۵۵% ونسبت به سیستم فلزی ۳۸٫۱% کمتر است.
3- بیش ترین تغییر مکان مرکز جرم بام در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۵۶٫۲ % و نسبت به سیستم فلزی ۳۸٫۱% کاهش می یابد.
4- میزان وزن کل ساختمان در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۷۲٫۸% و در مقایسه با سیستم فلزی ۵۸٫۷ درصد کاهش می یابد.
5- میزان وزن اسکلت ساختمان در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۷۲٫۴% و در مقایسه با اسکلت فلزی ۵۵٫۸% کاهش می یابد.
6- مقدار فولاد و آرماتور مصرفی در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۲۴٫۵% و در مقایسه با سیستم فلزی ۵۴٫۳% کاهش یافته است.
7- میزان بتن مصرفی در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۷۸٫۹% و در مقایسه با سیستم فلزی ۵۶% کاهش می یابد.
8- به طور کلی استفاده از این سیستم منجر به کاهش پنجاه درصدی در زمان ساخت سیستم خواهد شد.

---

مقایسه مصرف فولاد در اسکلت های  مختلف 
(مقدار فولاد و آرماتور مصرفی در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۲۴٫۵% و در مقایسه با سیستم فلزی ۵۴٫۳% کاهش یافته است)

مقایسه مصرف بتن در اسکلت های مختلف
(میزان بتن مصرفی در مقایسه با سیستم بتن مسلح ۷۸٫۹% و در مقایسه با سیستم فلزی ۵۶% کاهش می یابد)

مقایسه هزینه ساخت در سیستم های مختلف

کاهش هزینه نیروی کار، نیاز کم به تجهیزات ، هزینه های بهره برداری کمتر نسبت به دیگر سیستم ها ، نیاز کمتر به استفاده از مصالح و قابل بازیافت بودن مصالح ساختمانی . بررسی موردی یک ساختمان سه طبقه نشان می دهد که استفاده از اسکلت ال اس اف فولادی به جای دیوارهای سنگین بنایی، موجب کاهش وزن ساختمان تا میزان حدود ۶۰ درصد وکاهش نیروی زلزله تا میزان حدود ۵۷ درصد شده است.

بنابراین استفاده از این سازه در ساخت ویلا بسیار مناسب میباشد و این نباید شما را به ساخت ویلا ارزان قیمت برساند بلکه نسبت به ویلا  که می خواهید بسازید و متریالی که استفاده کنید مناسب تر و در زمان کمتری انجام می شود.

سایر توضیحات تکمیلی:
مقاطع فولادی ال اس اف ، مقاطع فلزی سرد نورد شده ای می باشند که با استفاده از ورقهای فولادی و با استفاده از روش Roll Forming شکل دهی می شوند. داشتن ضخامت یکنواخت در عرض مقاطع و استفاده از روش Roll Forming برای ساخت آنهاست که باعث می گردد، تولید در حجم بسیار بالا و با کیفیت مناسب و یکنواخت انجام گیرد. مقاطع فولادی جدار نازک ، سبک بوده و به راحتی قابل حمل می باشد . بخش های مختلف ساختمان را به راحتی می توان با این مقاطع مونتاژ نمود. این عوامل باعث می گردد که عملیات ساخت با این سیستم بسیار سریع باشد.

سیستم ساختمانی قابهای سبک فولادی سرد نورد شده LSF :
ساختمان‌های پیش ساخته فولادی سبک (light weight steel frame) موسوم به LSF به صورت اجرای خشک و عمدتاً با استفاده از اتصالات پیچی و به روش تولید صنعتی به کار گرفته می‌شوند . این ساختمان‌ها از سه جزء اصلی شامل ورق‌های فولادی سرد نورد شده جهت تأمین سازه، صفحات تخته گچی و سیمانی به عنوان پوشش رویه درونی و خارجی و لایه های عایق حرارتی و صوتی، تشکیل می‌شوند.

کاربرد این ساختمان‌ها به عنوان سیستم سازه ای مستقل، اکثراً در احداث اضافه طبقه، ساخت و ساز سریع انواع ویلا، انبوه سازی ساختمان‌های دو طبقه، دفاتر و ساختمان‌های تجاری کوچک، واحد های صنعتی و سالن‌های ورزشی در یک طبقه می‌باشند. این سیسنم سازه ای توانایی ترکیب شدن با سیستم‌های سازه ای دیگر، همانند دیوارهای بتن‌آرمه سازه ای را نیز دارا می‌باشد و می‌تواند در ساخت ساختمان‌های کوتاه مرتبه به صورت سیستم سازه ای مختلط به کارگرفته شود. جهت ساخت مقاطع سرد نورد شده مطابق آیین نامه های مربوط به این سازه‌ها استفاده از اشکال مختلف مجاز می‌باشد.

این مقاطع معمولاً دارای ابعاد متنوع و محدوده تغییراتی ضخامتی بین ۰٫۶ الی ۲٫۵ میلی متر می‌باشند. اتصال سازه LSF به شالوده به وسیله یک کلاف افقی با مقطع c شکل می‌باشد. اجزاء قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل می‌نمایند. برخی ازاین اعضا که در دهانه مهاربندی جانبی سازه قرار می‌گیرند علاوه بر بار ثقلی متحمل نیرو های ناشی از بارهای جانبی می‌شوند. این اعضا تحت نام وادار (stud ) در این سیستم معرفی می‌شوند.

سقف سازه این ساختمان‌ها متشکل از تیرچه های فلزی سرد نورد شده بوده که فواصل تیرچه‌ها با توجه به میزان ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف که می‌تواند به صورت شیبدار و یا مسطح از با استفاده از انواع پوشش های متداول سفالی، ساندویچ پنل، انواع ورق، تخته های چوبی،سیمانی و یا دال بتن‌آرمه باشد، تعیین می‌شود. تیرها و تیرچه‌ها عمدتاً دارای مقاطع با اشکال c یا z می‌باشند، پوشش سقف با دال بتن‌آرمه، در صورت تأمین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه، می‌تواند به عنوان یک سقف مرکب بتنی فلزی طراحی شود. در ساختمان‌های LSF به منظور باربری جانبی سازه در دو امتداد اصلی متعامد، از دهانه های باربر جانبی استفاده می‌شود که تحت عنوان (Load Bearing Wall) نامیده می‌شوند.

دهانه های باربر به ۴ روش ایجاد می‌شود که عبارتند از:
سیستم دهانه‌های مهاربندی شده با اعضای قطری، سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک، سیستم دیوار باربر با پوش‌های OSB، سیستم دیوار برشی بتن‌آرمه.
در حال حاضر در کشور ایران استفاده از سیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای ساختمان‌ها تا ۲ طبقه مسکونی و سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن‌آرمه برای ساختمان‌های تا 4 طبقه مجاز می‌باشد. عملکرد صوتی دیوارها و سقف‌های ساخته شده با این سیستم در صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتی پاسخگوی انتظارات تعیین شده در مقررات ملی ساختمان می‌باشد. پروفیل‌های سرد نورد شده مقامت کمی در برابر حریق دارند و باید به خوبی محافظت شوند. یکی از دلایل کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلی ساختمان‌ها، دستیابی به این هدف است.

از عمده مزایای ساختمان‌های سبک فولادی LSF کاهش جرم ساختمان می‌باشد که تاثیر فراوانی در جهت کاهش هزینه های ناشی از مصالح،نیروی انسانی و نیز زمان احداث پروژه‌ها خواهد داشت. این سیستم در زمینه های انرژی، حریق، اکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی قرار گرفته و کاربرد آن در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز می‌باشد.

الزامات طراحی اجرا برای سیستمهای ساختمانی قابهای سبک فولادی سرد نورد شده LSF :
۱- در مناطق با خطر نسبی کم ،متوسط و زیاد(مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) استفاده از این سیستم سازه به عنوان قاب ساختمانی ساده به همراه دیوار برشی بتن مسلح حداکثر در ۵ طبقه یا ارتفاع ۱۸ متر از تراز پایه بلامانع است.
۲ استفاده از این سیستم در مناطق با خطر نسبی کم ،متوسط و زیاد(مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران) تا حداکثر ۲ طبقه یا ارتفاع ۷٫۲۰ متر از تراز پایه، با اجرای مهاربندی قطری بلا مانع است.
۳- به کارگیری این سیستم در مناطق لرزه خیز با خطرنسبی بسیار زیاد(مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ایران)مجاز نیست .
۴- به کارگیری حداکثر دهانه ۵ متر و حداکثر ارتفاع ناخالص (با احتساب ضخامت سقف) ۳٫۶۰ متر برای هر طبقه در این سیستم مجاز است.
۵- طراحی کلیه اجزا ء اتصالات در این سیستم بر اساس استاندارد AISI و طرح سازه ای و لرزه ای آن بر اساس آیین نامه های ASCE-05و IBC2003 و ویرایش‌های بعد از آن انجام گیرد.
۶- کنترل سازه در مقابل بار باد بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران مبحث ششم و با در نظر گرفتن سیستم مقاوم در برابر بار جانبی ناشی از زلزله که در بندهای ۱ و ۲ آمده است انجام شود.
۷- رعایت محدودیت حداکثر بار مرده و زنده به ترتیب ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مربع و ۳۵۰ کیلوگرم بر متر مربع برای سقف‌ها الزامی است.
۸- رعایت مشخصات فولاد سرد نورد شده بر اساس استاندارد ASTM الزامی است.
۹- رعایت ضوابط فصل ۲۱ آیین نامه ACI-318-05 و ویرایش‌های پس از آن برای طراحی دیوارهای برشی بتن مسلح الزامی است.
۱۰- تأمین ضوابط دیافراگم صلب برای کلیه سقف‌ها الزامی است.
۱۱- کلیه اتصالات اعضای قائم به اعضای افقی می‌باید به گونه ای باشد که یکپارچگی اعضا در ارتفاع سازه تأمین شود.
۱۲- ضوابط مربوط به اجزاء اتصالی شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره می‌بایستی مطابق آیین نامه AISC و استاندارد AISI تأمین شود.
۱۳- در صورت استفاده از اتصالات جوش، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای نورد شده مطابق استاندارد AISI و آیین نامه های AWS و AISC الزامی است.
۱۴- سقف سازه ای این سیستم متشکل از تیرچه فلزی دال بتن مسلح فوقانی به صورت مقطع مرکب است که می‌باید بر مبنای ضوابط مقاطع مرکب مطابق آیین نامه و دال‌های بتن مسلح بر مبنای آیین نامه ACI تأمین شود.
۱۵- به کارگیری مصالح بنایی در دیوارهای خارجی و داخلی مجاز نمی‌باشد. حداکثر وزن متر مربع دیوارتمام شده در جداکننده های داخلی نبایستی بیشتر از ۵۰ کیلوگرم بر متر مربع و در دیوارهای خارجی نبایستی بیش از ۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع باشد.
۱۶- لازم است تمهیدات لازم به منظور عدم مشارکت پانل‌های غیر باربر و جداکننده‌ها در سختی جانبی سازه صورت پذیرد.
۱۷- لازم است تمهیدات لازم متناسب باشرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران صورت پذیرد.
۱۸- کلیه مصالح و اجزا در این سیستم اعم از معماری و سازه ای از حیث دوام، خوردگی، زیست محیطی و غیره می‌بایستی بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران یا آیین نامه های ملی یا معتبر بین المللی شناخته شده و مورد تایید، به کار گرفته شود.
۱۹- الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث ۱۹ مقررا ت ملی ساختمان رعایت شود.
۲۰- در صورتی که عایق حرارتی به صورت پرکننده اجرا شود، باید نوع و ضخامت عایق، مقاومت حرارتی مورد نیاز را تأمین کند.
۲۱- به منظور کاهش اثر پل حرارتی، لازم است حدفاصل وادارها (stud) و لایه خارجی جداره با نوعی عایق حرارتی متراکم پر شود.
۲۲- لازم است ملاحظات کامل هوابندی در جداره های داخلی و خارجی، بازشو ها و همچنین محل نصب اجزای اتصالی نظیر پیچ و مهره ،با توجه به اقلیم مورد نظر و همچنین خطر میعان به عمل آید.
۲۳- رعایت مبحث سوم مقررات ملی ساختمان درخصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق با درنظر گرفتن ابعاد ساختمان، کاربری و وظیفه عملکردی اجزای ساختمانی الزامی است.
۲۴- صدابندی بردهای جداکننده بین واحد های مستقل و پوسته خارجی ساختمان و صدابندی سقف بین طبقات می‌بایست طبق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تأمین شود.
۲۵- اخذ گواهی نامه فنی برای محصول تولیدی، پس از راه اندازی خط تولید کارخانه، از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن الزامی است.

دیوارهای غیرباربر سبک پیش ساخته LSF:
صفحات دیواری سبک که از سیستم ساختمانی قاب‌های سبک سرد نورد شده منشعب می‌شوند قابل کاربرد در اکثر سیستم‌های ساختمانی می‌باشند. این صفحات دیواری بر اساس کاربرد اجزایی به نام ( stud) وادار و ( track) تیرچه شکل گرفته است و ساختار اصلی دیوارها از ترکیب نیمرخ های فولادی گالوانیزه سرد نورد شده،بر پا می‌شود.
مقطع مورد استفاده در این دیوارها c شکل می‌باشد که معمولاً با اتصالات مکانیکی به یکدیگر متصل می‌شوند. هر دیوار از تعدادی اجزای عمودی شکل وادار به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتی متر که در بالا وپایین به اجزای افقی ناودانی شکل U یا C شکل تیرچه متصل شده‌اند، تشکیل می‌شوند. در صورتی که از مقاطع C شکل به عنوان تیرچه استفاده شود، لازم است برش کاری در محل نصب وادار انجام شود.

این سیستم قابلیت بالایی برای نصب عایق حرارتی دارد. عایق حرارتی را به دو روش می‌توان بین وادارها نصب کرد. در روش اول، وادارها هم راستا اجرا می‌شوند و عایق حرارتی، در فضای بین آن‌ها قرار می‌گیرد. اجرا در روش دوم، وادارها هم راستا اجرا نمی‌شوند و عایق حرارتی به صورت زیگزاگ بین آن‌ها حرکت می‌کند. در این حالت وادارها به صورت پلی حرارتی عمل نخواهند کرد و عایق کاری در شرایط بهتری انجام می‌شود. یکی دیگر از راه های عایق کاری دیوارها نصب یک لایه حرارتی صلب در طرف خارجی قاب فلزی است.
عایق صوتی از افزودن تخته گچی یا سیمانی در دو طرف عایق حرارتی (پشم شیشه، پشم سنگ یا فوم پلی اورتان) 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 می‌باشد.

ورق‌های نسبتاً نازک فولاد گالوانیزه در برابر آتش دارای مقاومت کمی بوده و از این نظر باید محافظت شوند در غیر اینصورت ساختارها از نوع LSFدر برابر آتش به سرعت دچار تغییر شکل شده و فرو خواهند ریخت. محافظت از این ساختارها در مقابل آتش به وسیله تخته های گچی که بر روی چهارچوب فولادی نصب می‌شود قابل تأمین است.
به طور کلی با توجه به کاهش قابل ملاحظه وزن و اتلاف اندک مصالح نسبت به شیوه های متداول وقابلیت انطباق این سیستم با مقررات ملی ساختمان، کاربرد این نوع دیوارهای سبک غیر باربر داخلی برای انبوه سازی مناسب می‌باشد.