روش‌های ساخت سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد
سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد با روش‌های مختلفی قابل اجراست، که متداول‌ترین روش‌های آن عبارت‌اند از: مونتاژ در محل اجرا، سیستم برافراشتن و سیستم جعبه‌ای.
۱) مونتاژ در محل اجرا
در این روش مقاطع فولادی سردنوردشده به صورت برش‌خورده و شماره‌گذاری‌شده به محل اجرای طرح منتقل شده و در محل اجرا با اتصالات سرد به یکدیگر متصل می‌شوند. می‌توان یک دیوار را به صورت افقی روی زمین اجرا و سپس آن را بلند کرد و در محل خود، نصب نمود، یا قطعات را در محل نصب خود به هم وصل کرد. به طور معمول روش اول از دقت اجرای بیشتری برخوردار است.
۲) سیستم برافراشتن
مطالعات نشان می‌دهد روش ساخت قطعات دیوار و سپس بلندکردن و نصب آن که به روش برافراشتن مشهور است، برای اولین مرتبه در رم باستان و خاورمیانه استفاده شده است. ولی این روش به شکل کنونی در ابتدای قرن بیستم به‌کار گرفته شد و در نیمه‌های قرن بیستم پس از جنگ جهانی دوم به دلیل نیاز مبرم به سرعت در ساخت به اوج خود رسید. این روش در ابتدا بیشتر برای ساخت سازه‌هایی که در آن سرعت ساخت و اقتصاد اهمیت داشت، مانند مراکز تجاری اداری مورداستفاده بود. امروزه این سیستم برای تمامی ساختمان‌های با ارتفاع کم (تا چهارطبقه) استفاده می‌شود.
این روش برای ساخت انواع نماها، سقف‌ها و دیوارهای پیش‌ساخته یکی از بهترین روش‌ها محسوب می‌شود. در این روش ابتدا قطعۀ موردنظر مانند دیوار، قاب، قطعات نما و … در محل پروژه یا نزدیک آن بر روی زمین به صورت افقی اجرا و سپس به‌وسیلۀ جرثقیل به مکان موردنظر حمل و با استفاده از اتصالات سرد در محل موردنظر تثبیت می‌شود. به دلیل اجرای این سیستم بر روی زمین و دسترسی آسان برای کنترل کیفیت، دیوارهای اجراشده با این روش دارای کیفیت خوبی هستند.
۳) سیستم جعبه‌ای
این روش بیشتر برای ساخت فضاهای ساختمانی محدود و کوچک مانند سرویس‌ها یا کانکس‌ها استفاده می‌شود. در این روش سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد به صورت جعبه‌های پیش‌ساخته پس از انتقال به کارگاه کنار هم چیده شده و به یکدیگر متصل می‌شوند و در مرحلۀ بعد قطعات دیواره و سقف و دیوارهای داخلی اجرا می‌شوند و ساختمان به صورت واحدهایی در ابعاد کوچک تکمیل و قابل‌استفاده می‌شود.
روش‌های مقاوم‌کردن قاب‌های فولادی سبک در برابر نیروهای جانبی
برای تأمین باربری جانبی در سیستم قاب فولادی سبک از دهانه‌های باربر جانبی در دو امتداد عمود بر هم استفاده می‌شود، دهانه‌های باربر جانبی به یکی از این چهار روش ایجاد می‌شوند: دهانۀ مهاربندی‌شده با اعضای قطری، دیوار برشی با ورق فولادی نازک، دیوار برشی با دیواره‌های چوبی استاندارد و دیوار برشی بتن مسلح.
۱) دهانۀ مهاربندی‌شده با اعضای قطری
سیستم مهاربندی با اعضای قطری مشابه بادبندهای ضربدری سازه‌های فولادی متعارف است، با این تفاوت که تعداد دهانه‌های مهاربندی‌شده بیش از دو دهانۀ ابتدا و انتها است. در این سیستم اعضای فشاری در طول ساختمان توزیع شده و اعضای قطری نیز به آن‌ها متصل می‌شوند. این سیستم برای ساختمان‌های یک یا دو طبقه مناسب است.
۲) دیوار برشی با ورق فولادی نازک
عملکرد سیستم باربر جانبی با ورق فولادی نازک، مشابه سیستم مهاربندی‌شده است با این تفاوت که در این سیستم اعضای قطری حذف شده است و صفحۀ فولادی تمامی اعضای فشاری دهانه را پوشش می‌دهد. این سیستم هنوز در مرحلۀ تحقیق و بررسی از نظر رفتار سازه‌ای و نحوۀ طراحی مؤثرتر و پایدارتر است.
۳) دیوار برشی با پوشش دیوارهای چوبی استاندارد
تفاوت این سیستم با سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک استفاده از صفحات چوبی استاندارد که از تراشه‌های چوبی جهت دار (او.اس.بی) ساخته شده است به‌جای صفحات فولادی است. با توجه به بالابودن مقاومت برشی و سبکی این صفحات نیروی زلزله در محاسبات ساختمان به نحو مؤثری کاهش می‌یابد.
۴) دیوار برشی بتن مسلح
این روش در عمل به‌کارگیری سیستم متداول در سازه‌های بتن مسلح یعنی استفاده از دیوار برشی بتنی برای تأمین مقاومت در برابر نیروهای جانبی در ساختمان‌های قاب فولادی سبک نورد سرد است. در این روش تمامی نیروی جانبی توسط دیوار برشی بتن مسلح تحمل می‌شود.
نکات ضروری برای طراحی معماری، سازه و تأسیسات
۱) کنترل سازه در مقابل بار باد و درنظرگرفتن سیستم مقاوم در مقابل بارهای جانبی ناشی از زلزله بر مبنای مقررات ملی ساختمان و مبحث ششم (بارهای وارد بر ساختمان) الزامی است.
۲) رعایت مباحث مقررات ملی ساختمان و استانداردهای ملی در تمامی مراحل طراحی الزامی است.
۳) کلیۀ اتصالات اعضای قائم به اعضای افقی باید به گونه‌ای باشند که یکپارچگی اعضا در ارتفاع سازه تأمین شود.
۴) رعایت مشخصات فولاد سردنوردشده براساس استاندارد ASTM الزامی است.
۵) ضوابط مربوط به اجزای اتصال شامل پیچ خودکار، پیچ و مهره باید مطابق آیین‌نامه و استاندارد AISI تأمین شود.
۶) در صورت استفاده از اتصالات جوشی، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای سردنوردشده مطابق استاندارد AISI و آیین‌نامۀ AWS الزامی است.
۷) طراحی کلیۀ اجزا و اتصالات باید براساس استاندارد AISI و طرح سازه‌ای و لرزه‌ای آن براساس آیین‌نامه‌های ASCE7 و IBC2003 و ویرایش‌های بعد از آن انجام شود.
۸) رعایت ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه) و آیین‌نامۀ ACI318 و ویرایش‌های پس از آن برای طراحی دیوارهای برشی بتن مسلح الزامی است.
۹) سقف این سیستم متشکل از تیرچۀ فلزی و دال بتن مسلح فوقانی به صورت یک مقطع مرکب است که باید براساس ضوابط مقاطع مرکب (مطابق آیین‌نامۀ AISC) و مقررات دال‌های بتن مسلح (بر مبنای آیین‌نامۀ ACI) طراحی شود.
۱۰) به‌کارگیری مصالح بنایی در دیوارهای خارجی و داخلی مجاز نیست. حداکثر وزن دیوار در جداکننده‌های داخلی نباید بیشتر از ۵۰ کیلوگرم بر مترمربع و در دیوارهای خارجی نباید بیشتر از ۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع باشد.
۱۱) باید تمهیدات لازم به منظور عدم مشارکت پانل‌های غیرباربر و جداکننده‌ها در سختی جانبی سازه صورت پذیرد.
۱۲) لازم است تمهیدات لازم متناسب با شرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده در محل اجرای طرح صورت پذیرد.
۱۳) الزامات مربوط به صرفه‌جویی در مصرف انرژی باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان رعایت شود.
۱۴) درصورتی‌که عایق حرارتی به صورت پرکننده اجرا شود، باید نوع و ضخامت عایق، مقاومت حرارتی موردنیاز را تأمین کند.
۱۵) به منظور کاهش اثر پل حرارتی، لازم است فاصل ستونک‌ها و لایۀ خارجی جداره با نوعی عایق حرارتی متراکم پر شود.
۱۶) لازم است ملاحظات کامل هوابندی در جداره‌های داخلی و خارجی، بازشوها و همچنین محل نصب اجزای اتصالی نظیر پیچ و مهره، با توجه به اقلیم موردنظر و نیز خطر میعان به‌عمل آید.
۱۷) رعایت مبحث سوم مقررات ملی ساختمان در خصوص حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات مربوط به مقاومت جداره‌ها در مقابل حریق با درنظرگرفتن ابعاد ساختمان، کاربری و وظیفۀ عملکردی اجزای ساختمانی الزامی است.
۱۸) صدابندی هوابرد (جداکننده‌های بین واحدهای مستقل و پوستۀ خارجی ساختمان) و صدابندی سقف، باید مطابق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تأمین شود.
۱۹) کلیۀ مصالح و اجزا در این سیستم از حیث دوام، خوردگی، معیارهای زیست‌محیطی، بهداشتی و غیره باید با رعایت مقررات ملی ساختمانی ایران و یا آیین‌نامه‌های معتبر بین‌المللی شناخته‌شده و موردتأیید به‌کار گرفته شوند.
نکات اجرایی
در اجرای سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد باید به نکات اجرایی زیر توجه کرد:
۱) برای اتصالات عناصر فولادی اصلی به ستونک‌ها و لاوک‌ها، از پیچ‌های شمارۀ ۳۰ الى ۲۰۰ میلی‌متر و برای اتصال تیر به پایه‌ها از ناودانی استفاده می‌شود.
۲) تمام ستونک‌ها (پایه‌های) تحمل‌کنندۀ بار، باید در انتها به طور کامل درون لاوک‌ها (ناودانی‌های افقی) قرار گیرند.
۳) از پیچ‌های شمارۀ ۸۶ الی ۲۵۴ میلی‌متر برای فولاد ضخیم‌تر استفاده شود.
۴) از پیچ‌های با سطح مقطع کوچک برای سخت‌کننده استفاده شود.
۵) پیچ‌ها باید با حداقل فاصلۀ مرکزی ۱۲ میلی‌متر از یکدیگر نصب شوند.
۶) برای اتصال قطعات چوبی به فولاد از پیچ شمارۀ ۸ و نقطۀ راهنما (برای اتصال چوب به فولاد) استفاده می‌شود.
۷) پیچ‌های خودسوراخ‌کننده با سر مخروطی برای واردشدن به چوب و ایجاد اتصال بدون ایجاد ترک در عضو چوبی استفاده شود.
۸) برای اتصال قطعات غیرفولادی از پیچ‌های مخصوص استفاده شود.
۹) از پیچ‌های سرتخت نیز برای نفوذ در جسم بدون ایجاد برآمدگی در سطح نهایی استفاده شود.
۱۰) پیچ‌های پوشش‌ها باید قبل از اینکه سطح پوشش را به داخل فشار دهند، آن را سوراخ کرده و از آن عبور کنند.
۱۱) برای اتصالات صفحات گچی به فولاد از پیچ‌های سرتیز مخروطی شمارۀ ۱۵۲ میلی‌متر با نام پیچ تیغه استفاده شود.
۱۲) از یک تعیین‌کنندۀ عمق برای جلوگیری از ایجاد خسارت به صفحۀ گچی استفاده شود.
۱۳) برای چوب‌هایی با ضخامت بیشتر از ۴ میلی‌متر از پیچ‌های مخروطی خودسوراخ‌کننده استفاده شود.
۱۴) همیشه باید از جدابودن لوله‌های مسی از اسکلت فلزی به‌وسیلۀ عایق‌های پلاستیکی و یا دیگر روش‌های مجاز اطمینان حاصل شود.
۱۵) از عایق‌های پلاستیکی، واشرها و یا دیگر روش‌های حفاظتی باید برای محافظت از پوشش‌های پلاستیکی کابل‌های برق هنگامی که از سوراخ‌های اعضای سازه‌های فولادی سبک عبور می‌کنند، استفاده شود.
۱۶) تمام اجزای ساختمانی باید به صورت عمودی به محل اجرای پی حمل شوند، مگر اینکه حمل افقی از خصوصیات عضو مربوطه محسوب شود.
۱۷) از قراردادن لوله‌ها در دیوارهای خارجی پرهیز شود، زیرا ممکن است با اعضای ساختمانی برخورد داشته و یا ارزش دمایی دیوار را کاهش دهد.
۱۸) لوله‌کشی‌ها باید حتی‌الامکان داخل زمین و دیوارهای داخلی انجام شود.
۱۹) ایمنی در همۀ مراحل نصب قطعات و برپایی سازه رعایت شود.
مزایای سیستم قاب فولادی سبک
بخشی از مزایای اصلی سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد عبارت‌اند از:
۱) وجود آیین‌نامه‌های متعدد: آیین‌نامه‌های متعددی برای طراحی و اجرای این سیستم سازه‌ای تهیه شده است که موجب سهولت و دقت در طراحی، ساخت، نصب، اجرا، کنترل کیفیت و نگهداری این سیستم سازه‌ای می‌شود.
۲) کاهش وزن سازه: میزان وزن فولاد مصرفی در سیستم سازه‌ای قاب فولادی سبک نورد سرد حدود ۵۰ درصد وزن فولاد مصرفی در سازه‌های فولادی معمولی است.
۳) سهولت حمل‌ونقل: اجزای فولادی به صورت دسته یا پالت درآمده و با یک جرثقیل می‌توان تخلیۀ آن‌ها را در محل اجرای طرح به‌راحتی انجام داد.
۴) کیفیت مناسب: ازآنجاکه فولاد دارای گره، پیچش و یا معایب موضعی نیست و تولید قطعات همواره از نظر ابعادی به صورت دقیق بوده و تحت اندازه‌های از پیش تعیین شده صورت می‌گیرد، کیفیت مناسب و مطلوب قابل دستیابی است.
۵) انعطاف‌پذیری در طراحی: اعضای سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد در اندازه‌های مختلف موجود و در صورت لزوم قابل‌تولید بوده و طراح از آزادی عمل زیادی برخوردار است.
۶) امکان عبور تأسیسات: به دلیل امکان ایجاد سوراخ و یا حفره‌هایی در اعضا، تأسیسات به‌راحتی از داخل اعضا عبور می‌کنند.
۷) دوام بیشتر: قاب فولادی سبک نورد سرد نسبت به مصالح سنتی دارای دوام بیشتری است و در مقایسه با روش‌هایی مانند ساختمان‌های چوبی در برابر حشرات و جانوران موذی مقاوم است.
۸) حفظ محیط زیست: اکثر مواد مورداستفاده در سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد قابل بازگشت به طبیعت است.
محدودیت‌های سیستم قاب فولادی سبک
سیستم قاب فولادی سبک ساخته شده با قطعات سردنوردشده علی‌رغم مزایای بسیار، محدودیت‌هایی نیز دارد که مهم‌ترین آن‌ها عبارت‌اند از:
۱) در مراحل طراحی باید از اندازه و چگونگی مدول‌ها تبعیت کرد.
۲) در ابعاد دهانه، محدودیت وجود دارد.
۳) تعداد طبقات قابل ساخت با این سیستم محدود است.
۴) به نیروی کار متخصص و آموزش‌دیده نیاز است.
۵) تأمین قطعات فلزی گالوانیزۀ تولید شده در کارخانه، هزینۀ نسبتاً بالایی دارد.
مطالعۀ موردی یک پروژۀ تولید انبوه مسکن
در یک طرح تأمین مسکن مناسب برای کارکنان یک سازمان بزرگ و گستردۀ نظامی و برای اجرای خانه‌هایی با مساحت زیربنای ۲۰۰ مترمربع به صورت دوطبقه با سه اتاق خواب همراه با پارکینگ، پس از بررسی طرح‌های متعدد و پیشنهادهای گوناگون، بهترین گزینه استفاده از سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد تشخیص داده شد. عناصر سازه‌ای هر واحد مسکونی طی مدت چهار هفته ساخته شد و کل ساخت در مدت ۶۰ روز به‌اتمام رسید. برای سهولت ساخت، دیوارها در کارگاه ساخته و به محل پروژه انتقال داده شده و در آنجا نصب شدند. ریز کارها به شرح ذیل بود:
۱) اجرای بتن مگر، نصب میلگردهای انتظار و بتن‌ریزی شالوده
۲) نصب پانل‌های طبقۀ اول
۳) نصب تیر و تیرچه‌های کف طبقۀ بالا و اجرای سقف طبقۀ اول
۴) نصب پوشش کف طبقۀ بالا
۵) نصب دیوارهای طبقۀ بالا
۶) اجرای سازۀ سقف طبقۀ بالا
۷) نصب اعضای زیر سقف
۸) اجرای پوشش سقف
۹) اجرای نمای طبقۀ اول و طبقۀ بالا
۱۰) اجرای تیغه‌های داخلی
منبع: فنّاوری‌های نوین ساختمانی، محمود گلابچی، حامد مظاهریان، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱
