تعریف فولاد سرد ساخت
فولاد سرد ساخت (cfs) یا فولاد سرد نورد شده، برخلاف فولاد نورد گرم ، از شکل دهی ورقهاي فولادي در دماي محیط تا دستیابی به شکل مقطع موردنظر تولید میگردد.
انواع مقاطع فولادي سرد ساخت
اعضاي سازهاي فولادي سردساخت را میتوان به دو دسته عمده تقسیم بندي کرد:
-
- اعضاي سازهاي منفرد
- پنلهاي فولادي
اعضای سازه‌ای منفرد
مقاطع ناودانی C شکل،Z شکل، نبشی ها، مقاطع کلاهی، مقاطع I و T شکل و اعضاي لوله اي، اشـکال متداول مورد استفاده میباشند. معمولاً عمق مقاطع قاب بندي سازهاي از mm50 تا mm 300 و ضخامتشان از 0/5 تا حدود mm 6 تغییر مـیکنـد. در بعضی از موارد، عمق این اعضاء ممکن است تاmm 450 و ضخامتشان تـا mm 15و یـا بیشـتر نیـز برسـد. مقـاطع فولادي سردساخت ضخیم که در سازه هایی همچون تیرهاي انتقال نیرو و تابلوهاي نصب شده در بزرگراه ها بکار برده میشوند، داراي ضخامتی بین 20 تا mm 25 می باشند.
پنل‌های فولادی
دست هاي دیگر از مقاطع سردساخت که در شکل نشان داده شده اند، پنلهاي فولادي کنگرهاي یا موجدار میباشـند. این مقـاطع عمومـاً در سـاخت سـقف هـا، کـفهـا و دیوارهـا کـاربرد دارنـد. بعضـی از پنل‌هـاي کنگـرهاي عمیـق بـا سخت کننده‌هاي جان تقویت میشوند.پنلهاي فلزي نه تنها مقاومت سازهاي مورد نیاز براي باربري را فراهم میسـازند بلکه سطح مورد نظر براي ایجاد سقف ها، کفها و یا قالبهاي بتنی را نیز ایجاد میکنند.
شیوه فرآوری قطعات CFS
قطعات CFS در صنعت ساختمان معمولاً از ورق فولادي گالوانیزه بر اساس استانداردهایی نظیر 2989 BS تهیـه و تولید میشود. این استانداردها شامل اطلاعات مربوط به ترکیب شیمیائی، خواص مکانیکی، گواهینامه آزمایشات، نـوع، اندازه، ابعاد و رواداری‌ها میباشند. براي فرم دادن ورق فولادي، آن را به صورت نواري از بین یک سري غلتک هـا عبـور می دهند، این حرکت در بین غلطک ها سبب تغییر شکل ورقها می شود و تعداد غلطک هـاي بکـار رفتـه بسـتگی بـه پیچیدگی قطعات دارند. ماشین‌هاي مربوطه، دستگاه رول فرم نامیده میشود.
این قطعات را می توان قبل یا بعد از عبور دادن در بین غلتک ها برش داده شود. این شیوه عمل معمولاً در حجم بالا و با دقت زیاد توسط کامپیوتر کنترل می شود. قطعات با طول هاي کوتاه و مقدار محدود را می توان بوسیله پرس نیز فرم داده و یا خم کرد. این تکنیک معمولاً براي قطعات ساده (مثل نبشی و C شکل) مناسب می باشد. سوراخ کاری‌هایی نیز در مرحله فرم دادن ورق هاي فولادي انجام می شود که براي کارگذاري تأسیسات در بنا انجام می شود.
تاریخچه و دلایل به کارگیري سیستم ساختمانی LSF
فولاد فرم داده شده در حالت سرد یا CFS از سال هاي 1850 در کشورهاي انگلستان و آمریکا با بکارگیري در ساخت لوازم منزل و اتومبیل آغاز شد ولی تا قبل از جنگ جهانی اول در ساختمان سازي بکارگرفته نمی شد از سالهاي 1930 به بعد بکارگیري قطعات فولادي CFS در ساختمانهاي تجار و صنعتی شروع شد اما به دلیل ارزانی چوب نتوانست بـا آن به عنوان سیستم رایج مسکن سازي رقابت اقتصادي کند. از سالهاي1990 به گـران شـدن چـوب و مطـرح شـدن مشکلات زیست محیطی در صنعت ساختمان سازي سبب گردید کـه سیسـتم سـاختمانی LSF کـه بـا اسـتفاده از قطعات فولاد CFS از نوع گالوانیزه بر پا میگردد، براي ساخت واحدهاي مسکونی بکارگرفته شود. این سیستم ساختمانی تا بحال توانسته در کشورهاي مختلفی گواهینامه ساخت در چند طبقه دریافت نماید و منجملـه در ایران فعالیتهاي سنگینی در این حوزه مخصوصا در شهر پرنـد انجـام پذیرفتـه اسـت. تاریخچـه مختصـري از سـیر تحولات این سیستم در کشور هاي مختلف ذیلا ارائه میگردد.
در شمال آمریکا چوب براي قرنها به دلیل فراوانی، دسترسی آسان،و ارزانی نسبت به دیگر مصالح ساختمانی وهمچنـین راحتی اجراء به عنوان مهمترین مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار می گرفت. اما از سال ،1930 با توجه به ملاحظات زیست محیطی و تلاش براي اقتصادي کردن فعالیـت هـاي سـاخت و سـاز سـاختمان، تحقیقـات گسـترده اي جهـت جایگزین نمودن مصالح ساختمانی سنتی نظیر چوب با مصالح ساختمانی نو و نیز روش هـاي نـوین سـاخت در آمریکـا شروع شد بطوریکه میتوان میتوان آنرا سرآغازي براي بکارگیري قطعات CFS در صنعت ساختمان سازي آمریکـا نیـز تصور نمود.
از سالهاي 1960 سازندگان ساختمان از قطعات سبک فـولادي (قطعـات CFS (در دیوارهـاي غیـر بـاربر جداکننده در ساختمانهاي بلند مرتبه استفاده می نمودند ولی تا سال 1990 بکارگیري قطعات CFS در بخشهاي دیگر رواج نیافت و نتوانست در ساخت و ساز مسکن مورد مقبولیت گسترده قرار گیرد. مهمترین دلیل آن هزینه بالاي ساخت و ساز مسکن با قاب فولادي سبک (دو برابر گرانتر از سیستم چوبی) بود. از 1960 بدلیل تنزل قابـل توجـه در کیفیـت چوب و ارزان شدن تدریجی قیمت فولاد، این سیستم مورد توجه متخصصین، مسئولین و سازندگان ساختمان قرار مـی گیرد.
در کشور ژاپن بیشتر ساختمانهاي شهري قبل از جنگ جهانی اول، از چوب ساخته می شد و اغلب این نوع ساختمانها در دوران جنگ جهانی اول و دوم در اثر آتش سوزي ویران گردیدند. بعد از جنگ جهانی دوم دولت ژاپن براي سامان دهی ساخت و ساز در کشور و فعال کردن کارخانجات تولید کننده مسکن وزارت ساختمان را در این کشور تأسیس نمود. این وزارتخانه براي تأمین مسکن مورد نیاز، سیاست هاي جدیدي را براي طراحی، تولید و ساخت مسکن مطرح نمود.
از آن جمله، پیش ساخته نمودن ساخت و ساز ساختمان با استفاده از مصالح ساختمانی غیر آتشزا، کوتـاه کـردن مـدت زمان عملیات ساختمانی در کارگاه و نهایتاً تلاش براي محافظت از منابع چوب بود. با توجه به ایـن دیـدگاه بکـارگیري قطعات فولادي سرد نورد شده CFS، در بخش مسکن خیلی سریع پذیرفته شده و صنعت فولاد ژاپن اقدام به سـاخت ورق فولادي با ضخامت نازك جهت جایگزین نمودن قطعات چوبی می کنند. بخش عمده پذیرش سریع قاب فـولادي سبک در ژاپن را شیوه هاي رایج ساخت و ساز ساختمان در این کشور می دانند که همخوانی مناسبی بـا ایـن سیسـتم داشته به گونه اي که صرفا با جایگزینی فولاد سرد ساخت به جاي چوب کلیه امکانات و از آن مهمتر مقبولیت فرهنگی سیستم سنتی در خدمت سیستم جدید قرار میگیرد. لذا از سالهاي 1950 به بعد سهم سیسـتم LSF در سـاخت و سـاز مسکن ژاپن ( براساس کل مساحت زیربنا) افزایش قابل توجهی می یابد
بکارگیري سیستم ساختمانی LSF براي ساخت و ساز مسکن بعد از جنگ جهـانی دوم در اسـترالیا هـم آغـاز شـد. در صورتیکه پیش از آن ساخت و ساز مسکن عمدتاً با استفاده از قاب چوبی ( مثل آمریکا و کشورهاي اروپائی) انجـام مـی شد. در ادامه تحولات ساختمان سازي در آمریکا در این کشور نیز تحولاتی صورت گرفت. هدف عمده از بکارگیري این سیستم در استرالیا بهبود تولیدات مصالح ساختمانی و استفاده از قطعات پیش ساخته در ساخت و ساز مهندسی بود. وجود این نگرش در شیوه هاي ساخت وساز تأثیرات زیادي بر افزایش مقاومت اسکلت ساختمانها، کوتاه شدن زمان سـاخت و ساز، کم کردن هزینه هاي اجراء و بحداقل رساندن ضایعات ساختمانی در کارگاهها داشت. این سیستم در کشور استرالیا به همین دلایل رشد بسیاري کرده است وهم اکنون بهترین ماشین آلات رول فرم در دنیا در انحصار استرالیا میباشد.
در برخی دیگر از کشورهاي اروپائی و آسیائی نیز از LSF در ساخت و ساز ساختمان استفاده می شود. از آن جمله مـی توان به کشورهاي سوئد، فرانسه، هلند، پرتغال و کره جنوبی اشاره نمـود. در کشـور سـوئد چـوب رایـج تـرین مصـالح ساختمانی براي ساخت مسکن بوده است. اما بدلیل کاهش متوسط عمر درختان از دهه 90 سازندگان ساختمان اقدام به جایگزین کردن سیستم ساختمانی LSF با سیستم چوبی رایج در بخـش مسـکن نمودنـد.
در حـال حاضـر از سیسـتم LSF براي ساخت خانه هاي تک واحدي، آپارتمانی چند طبقه، مدارس و دفاتر اداري استفاده می شود. در کشور هلند نیز استفاده از فولاد در ساخت و ساز مسکن تا قبل از 1990 خیلی محدود بود. در سال 1989 بنیاد تحقیقات ساختمان هلند SBR، پتانسیل استفاده از سیستم LSF را براي خانه سازي مـورد بررسـی قـرار داد و نتیجـه ایـن بررسـی هـا مشخص نمودکه به کارگیري این سیستم ساختمانی، تسهیل در طراحی و فوائد زیست محیطی را براي ساختمان سازي بدنبال دارد ولی کمی گرانتر از سیستم خانه سازي با قاب چوبی تمام می شود. در کشور فرانسه، مثل دیگـر کشـورهاي اروپائی سیستم هاي رایج ساخت و ساز واحدهاي مسکونی براساس دیوارهاي باربر از مصالح ساختمانی بتنـی یـا بنـائی بود.
ولی در سال هاي اخیر از سیستم ساختمانی LSF در حد محدود براي بلوکهاي آپارتمانی و خانه هاي تک واحدي استفاده می شود. در کشور کره، آجر و بتن تا قبل از سال 1996 بعنوان مصالح ساختمانی رایج بـود بـه طوریکـه از قطعـات فـولادي در استراکچر ساختمان ها هرگز استفاده نمی شد از طرفی %90 از خانه هاي یک و دو طبقه از دیوار آجري باربر و بقیه بـا استفاده از سیستم چوبی ساخته می شد و ساختمان هاي آپارتمانی (شش تا سی طبقه) از بتن مسلح درجا اسـتفاده مـی گردید. در فوریه 1996 ، شرکت POSCO براي اولین بار احداث حدود 700 ویلا در دو تا پنج طبقه در شـهر فوانـگ(Pohang) را با استفاده از سیستم ساختمانی LSF آغاز نمود که این امر سر آغاز حرکت وسـیعی در ایـن زمینـه در کره بوده است.
مروري بر اجزاء تشکیل دهنده سیستم هاي LSF
مروري بر اجزاء تشکیل دهنده سیستم هاي LSF در این بخش ارائه میگردد. با فرض اینکه خوانندگان این جـزوه تـا حد مناسبی با این سیستمها آشنائی دارند، مرور ارائه شده بسیار مختصر است.
1.دیوارها
اجزاء تشکیل دهنده دیوارهاي بـاربر و غیـر بـاربر سیسـتم سـاختمانی LSF اسـتادها (Studs) و رانرهـا یـا تراک‌هـا (Tracks or Runners) می باشند. که به شکل پانلی بارهاي عمودي و جانبی را به تکیه گاه انتقـال مـی دهنـد. دیوارهاي باربر بعنوان انتقال دهنده بارهاي عمودي ساختمان و بعنوان نگهدارنده نماي خارجی بنا و نیـز جـذب کننـده بارهاي جانبی بنا از جمله باد و زلزله عمل می نماید. در صورتیکه دیوارهاي غیر باربر معمولاً براي جداسازي فضـاهاي داخلی بنا مورد استفاده قرار می گیرند. استادهاي فولادي را معمولاً از قبـل بـراي عبـور دادن تأسیسـات (الکتریکـی و مکانیکی) سوراخ کاري می کنند و این استادها را معمولاً از بالا و پائین به رانرها (عناصر اصلی افقی) اتصال می دهند.
در سیستم ساختمانی LSF معمولاً دیوارها با اتصال دادن استادهاي فولادي به رانرهاي فـولادي، بادبنـدي شـده و بـا نصب پانل هاي گچی به شکل پانلی ساخته می شوند. در صورت اضافه کردن بادبند این شیوه ساخت براي مقاومت در برابر بارهاي جانبی، از جمله بارهاي حاصل از باد و زمین لرزه مناسـب تشـخیص داده شـده اسـت. نعـل درگـاه هـا در سیستم ساختمانی LSF معمولاً به شکل تیر I که از دو مقطع C شکل (پشت به پشت چسبیده) تشکیل شده است، در جان استادهاي مخصوص بنام Kingstud نصب و اجراء می شوند.
2.سقفها
شیوه هاي اجرایی گوناگونی براي سقفها و بام در سیستم ساختمانی LSF بکار گرفته مـی شـود. از فـرم هـاي سـاده مسطح و بام هاي متقاطع با شیب هاي غیر مساوي قابل اجراء می باشند. دو نوع از معمول ترین آنها عبارتند از:
– خرپاهاي سقفی : معمولاً از قسمت جلو تا عقب بنا را پوشش می دهند.
– سیستم تیرریزي مسطح : معمولاً بین تکیه گاهها یا دیوارهاي باربر مشترك براي اجراي سقفهاي صاف استفاده مـی شود.
شیوه هاي عایق بندي بام در سیستم ساختمانی LSF به دو صورت امکان پذیر می باشند:
– ساخت و ساز بام سرد: در حالتی که قطعات فولادي بام بالاتر از لایه عایق بندي (حرارتی و رطوبتی) بام در قسـمت خارجی بنا قرار گرفته باشند . آن را بام سرد می نامند.
– ساخت و ساز بام گرم : در حالتی که عایق بندیها در بالاي قطعات فولادي ( تیرریزي) قرار گرفتـه باشـند آن را بـام گرم می نامند. این شیوه اجراي بام از ایجاد میعان در سقف جلوگیري می کند.
در ساخت و ساز سقف هاي میانی (طبقات) در سیستم ساختمانی LSF تیرریزیها معمـولاً در امتـداد اسـتادهاي دیـوار (معمولاً بین 400 تا 600 میلیمتر) انجام می گیرد. این فواصل با در نظر گرفتن ظرفیت باربري و ابعاد قطعات پوششـی (پانل گچی) دیوارها و سقف ها طراحی و اجراء می شوند. قطعات فوق معمولاً با اشکال c و یا z سـاخته و اجـراء مـی شوند. پوشش این نوع سقفها معمولاً با بتن ریزي و یا با نصب تخته هاي چوبی، انجام می شود. در منـاطقی کـه وزش باد شدید داشته و یا زلزله خیز می باشد، قاب سقف را باید مهار بندي کرد. علاوه بر آن براي مقاومـت در مقابـل بـاد و بلند شدن بام باید اتصال مناسبی بین دیوارهاي باربر و سقف انتخاب نمود. سه نوع مهاربندي براي تیرریزیهـاي سـقف معمول می باشد که عبارتند از:
مهاربندي بشکل x : این مهاربندي را قطري یا جناغی نیز می نامند. این نوع مهاربندي را بین تیرها، با استفاده از پیچ تعبیه مینمایند.
– پشت بند تیرها: پشت بند تیر ها قطعات کوچکی از استادها می باشند که دو تیر را درجان خود بهم دیگـر اتصـال مـی دهند.
– مهار بندي با نصب تسمه مستقیم : در این روش تسمه فولادي نسبتا باریکی اجزاء قاب را به هم متصل مـی نمایـد.
براي پوشش نهائی بام در سیستم ساختمانی LSF می توان از مصالح ساختمانی متنوعی اسـتفاده کـرد. مصـالح رایـج عبارتند از سفال و یا پوشش با ورق هاي فلزي گالوانیزه رنگی.
3.شیوه نماسازي خارجی
امکان اجراي نماهاي رایج در کشور با استفاده از مصالح ساختمانی معمول یکی از بارزترین محسنات سیستم ساختمانی LSF می باشد. نماهایی مانند نماي آجري، سیمانکاري و نماي سنگی و دیوارپرده اي با ورق هاي فولادي براي نماي تمام شده در این سیستم قابل اجراء می باشد. لذا نماي سیستم LSF ظاهري مثل سـاختمانهاي معمـول در کشـور را خواهد داشت.
در این روش اجراي نما بدلیل اتصال مناسب و مطمئن قطعات سنگین در بخش خارجی بنا به قاب ها، در زمان وقوع زلزله، براحتی از بنا جدا نشده و در صورت تخریب، آوار این قطعات به خارج از بنا ریزش میکند و به همـین دلیل مشکل جانی براي ساکنین بوجود نمی آورد.
با این روش ساخت و ساز امکان کارگـذاري عـایق حرارتـی در لایـه میانی دیوارهاي خارجی براحتی امکان پذیر خواهد بود و سبب صرفه جوئی در سوخت مصرفی ساختمان خواهد گردیـد. براي اتصال دادن نماي آجري به استادها می توان از اتصالات سبک فولادي بنام بست دیواري که به استادها پیچ و از طرف دیوار در لابلاي ملات آجر چینی قرار می گیرد استفاده کرد.
