هــراز نـو: هنگام زلزله بارهاي مرده زندگي ما را تهديد مي‌كند. بارهاي مرده شامل مصالح سنگين در ديوارها، كف سقف ساختمان‌هاي كنوني و وسايل زندگي ما از آنجا كه ما نمي‌توانيم از وسايل مختلف مورد استفاده در زندگي‌مان بگذريم، بنابراين بايد ساختمان‌ها را سبك بسازيم، اين مسأله باتوجه به شرايط آب و هوايي شمال كشور از اهميت بالايي برخوردار است. از اين رو استفاده از سيستم نوين ساخت و ساز در صنعت ساختمان شمال كشور امري ضروري محسوب مي‌شود.
تاريخچه سازه‌هاي فولادي
استفاده از اعضاي فولادي سرد نورد شده در ساخت ساختمان‌ها از دهه 1850 ميلادي آغاز گرديد. با اين حال در آمريكا استفاده از اين مقطع در ساختمان‌سازي تا انتشار اولين ضوابط انجمن آمريكايي در سال 1946 (1946 AISI) گسترش زيادي پيدا نكرد. اولين استاندارد طراحي بر مبناي تحقيقات انجام يافته در دانشگاه كرنل سال 1939 و با پشتيباني AISI تدوين گرديد. در دهه‌هاي اخير استفاده از فولاد در بخش ساختمان به سيستم ساختماني ويژه به نام Light weight Steel Framing رهنمون شده است.
معرفي فولاد سرد نورد شده(LSF)
امروزه به دليل كيفيت مناسب ساخت اين روش (LSF) و سرعت بالاي آن در كشورهاي اروپايي، آمريكا، كانادا، كشورهاي اسكانديناوي و استراليا اين سيستم را بهترين گزينه جهت جايگزيني با روش‌هاي سنتي دانسته و از آن استفاده مي‌كنند. در ژاپن نيز به دلايل گفته شده و مقاومت بالا در برابر زلزله به عنوان روش بسيار مناسب جهت ساخت و ساز از آن ياد شده و استفاده مي‌گردد. .
ويژگي اين نوع ساختمان‌ها
| مزايا | نتايج |
| 1- سبكي | كاهش نيروهاي لرزه اي |
| 2- مقاومت و سختي بالا | رفتار ارتجايي سازه در زمان زلزله |
| 3- دقت بالا در اجراي جزئيات | عملكرد لرزه اي مناسب |
| 4- نصب سريع و آسان |
سادگي در پيش ساختگي و توليد انبوه,عدم نياز به قالب بندي ,عدم وجود تاخيرهاي ناشي از شرايط آب و هوايي در توليد و ساخت و نصب سازهكاهش قابل توجه زمان ساخت بازگشت سريع سرمايه اوليه اقتصادي شدن ساخت مسكن5- مقاومت بالا در برابر پوسيدگي و حمله موريانه هاكيفيت يكنواخت عدم اشتعال
قابليت بازيافت مصالحسازگاري با محيط زيست دوام و پايداري سازه و افزايش عمر مفيد ساختمان كاهش هزنه تعمير و نكهداري ساختمان
*مراحل ساخت
- شالوده
براي نصب ديوارها و برپايي سيستم LSF مطابق شكل(1) شالوده نواري به عمق 40 تا 50 سانتي‌متر اجرا مي‌شود. جهت نصب رانرهاي افقي بر روي شالوده نواري انكربولت‌ها در فواصل 40 يا 60 سانتي‌متري بعد از جا گذاری دیوارهابر روی شالوده استفاده می شود.
2.2. ديوار
اجزاء تشکيل دهنده ديوارهاي باربر و غير باربر سيستم ساختماني LSF استادها و رانرها مي‌باشند که به شكل پانلي بارهاي عمودي و جانبي را به تكيه‌گاه انتقال مي‌دهند ديوارهاي باربر به عنوان انتقال دهنده بارهاي عمودي ساختمان و به عنوان نگهدارنده نماي خارجي بنا و نيز جذب کننده بارهاي جانبي ساختمان از جمله باد و زلزله عمل مي‌نمايند. در صورتيکه ديوارهاي غير باربر معمولاً براي جدا سازي فضاهاي داخلي بنا مورد استفاده قرار مي‌گيرند. استادهاي فولادي را معمولاً از قبل براي عبور دادن تاسيسات (الکتريکي و ميکانيکي) سوراخ کاري مي‌كنند و اين استادها را معمولاً از بالا و پائين با فواصل 40 يا 60 سانتي‌متري به رانرها (عناصر اصلي افقي) اتصال مي‌دهند. در سيستم ساختماني LSF معمولاً ديوارها با اتصال دادن استادهاي فولادي به رانرهاي فولادي، بادبندي شده و با نصب پانل‌هاي گچي به شکل پانلي ساخته مي‌شوند. در صورت اضافه کردن بادبند اين شيوه ساخت براي مقاومت در برابر بارهاي جانبي، از جمله بارهاي حاصل از باد و زمين لرزه بسيار مناسب مي‌باشد. نمونه‌اي از ديوار LSF در شكل(2) ارائه شده است.
به منظور پوشش داخلي ديوار از گچ برگ، ورق ام دي اف، ورق پي وي سي، تخته‌هاي چوبي(OSB) و براي پوشش خارجي ديوار از Cement Board، ساندويچ پانل، Fiber Cement Board، روش Tilt Up يا استفاده از رابيتس و اجراي نماسازي‌هاي معمولي سنتي(آجركاري، نماي سنگي، فلزي و…) مي توان استفاده نمود. پوشش‌هاي اضافه شده در دو سمت ديوار سختي و مقاومت لرزه‌اي ديوار را تا 40% افزايش مي‌دهد[7]. نحوه‌ي اجراي پوشش‌هاي متداول در سيستم LSF در شكل(3) نشان داده شده است.
3.2. سقف
شيوه‌هاي اجرايي گوناگوني براي سقف‌ها و بام در سيستم LSF به کار گرفته مي‌شود به طوريكه انواع بام‌ها از فرم‌هاي ساده مسطح گرفته تا بام‌هاي متقاطع با شيب‌هاي غير مساوي قابل اجراء مي‌باشند. دو نوع از معمول‌ترين شيوه اجراي بام‌ها عبارتند از:
– خرپاهاي سقفي كه معمولاً از قسمت جلو تا عقب بنا را پوشش مي دهند.
– سيستم تيرريزي مسطح كه معمولاً بين تكيه‌گاه‌ها يا ديوارهاي باربر مشترك براي اجراي سقف‌هاي صاف استفاده مي‌شود.
در مناطقي كه وزش باد شديد داشته و يا زلزله خيز مي‌باشد، قاب سقف را بايد مهاربندي کرد. علاوه بر آن براي مقاومت در مقابل باد و بلند شدن بام بايد اتصال مناسبي بين ديوارهاي باربر و سقف انتخاب نمود. در شكل(4) تصاويري از اجراي سقف در سيستم LSF مشاهده مي‌گردد.
1.3. طراحي ساختمان دو طبقه با استفاده از سيستم‌هاي فولادي، بتني و LSF
استفاده از سيستم LSF در ساخت انواع ساختمان‌هاي 1 و 2 طبقه‌ي مسكوني، ويلايي، اداري، دفاتر تجاري كوچك، آموزشي و واحدهاي صنعتي به دليل مزاياي فراوان از جمله سبك بودن، اقتصادي بودن، مصرف كم مصالح ساختماني، افزايش فضاي مفيد داخلي، عملكرد صوتي مطلوب و اتلاف كم انرژي در بسياري از كشورهاي دنيا مرسوم مي‌باشد. در اين بخش يك ساختمان مسكوني دو طبقه با مساحت زيربناي 92 متر مربع در هر طبقه كه در منطقه‌ي با خطر لرزه‌خيزي زياد قرار دارد، با استفاده از روش‌هاي مورد نظر در اين مقاله طراحي شده و نتايج حاصل از روش‌هاي مختلف ساخت با يكديگر مقايسه شده است.
نتايج به دست آمده از طراحي اين پروژه در جدول شماره 2 ارائه شده است. لازم به ذكر است كه در محاسبه‌ي مقادير مندرج در جدول شماره 2، مصالح به كار رفته در شالوده‌ي ساختمان نيز در نظر گرفته شده است. همان‌طور كه ملاحظه مي‌شود استفاده از سيستم LSF منجر به كاهش قابل ملاحظه در وزن، نيروي زلزله، مصالح مصرفي و زمان صرف شده براي ساخت ساختمان شده است.
| جدول 2- نتايج به دست آمده از مقايسه ويژگي‌هايي سيستم LSF با سيستم ساختمان فولادي و بتني ساختمان 2 طبقه | ||||
| پارامترهاي مهم | سيستم LSF | سيستم سازه فولادي معمولي | سيستم سازه بتني | |
| جهت X | جهت Y | |||
| مقدار فولاد و آرماتور مصرفي (Kg/m^2) | 25.12 | 55 | 33.25 | |
| مقدار بتن مصرفي (Kg/m^2) | 240.4 | 546.5 | 1140.4 | |
| وزن اسكلت ساختمان Ton)) | 4.53 | 10.25 | 112.25 | |
| وزن كل ساختمان Ton)) | 86.4 | 209.18 | 317.6 | |
| برش پايه ساختمان در زلزله (Ton) | 16.1 | 24 | 26 | 36.2 |
| بيشترين تغيير مكان مركز جرم پشت بام cm)) | 0.78 | 1.67 | 0.26 | 1.78 |
| زمان صرف شده براي سفت كاري (day) | 25 | 60 | 75 | |
| زمان صرف شده براي نازك كاري (day) | 35 | 120 | 120 | |
| پرت مصالح (Kg/m^2) | 2 | 100 | 150 | |
5.لازم به ذكر است كه براي اجراي هر متر مربع از سيستم LSF در حدود 300 كيلوگرم ماده‌ي اوليه نياز بوده و ضايعات به جاده مانده كمتر از 2 تا 3 كيلوگرم خواهد بود. اين در حالي است كه در سيستم‌هاي سنتي ماده‌ي اوليه برداشت شده از طبيعت بيش از 1000 كيلوگرم مي‌باشد كه حداقل 100 كيلوگرم ضايعات ساختماني غير قابل بازيافت به دنبال خواهد داشت. به اين ترتيب در صورتي كه به عنوان مثال سالانه صد‌هزار مترمربع ساختمان با سيستم LSF اجرا شود منجر به صرفه جويي قابل توجهي در استفاده از منابع ملي (حدود هفتاد هزار تن مصالح ساختماني) خواهد شد.
- نتيجهگيري
با توجه به مباحث مطرح شده در قسمت‌هاي قبل، و مثال‌هاي متعددي كه از اجراي پروژه‌هاي مختلف با استفاده از سيستم LSF و سيستم‌هاي فولادي و بتني ارائه شد، از اين مقاله نتیجه زير به دست مي‌آيد:
– مزاياي زياد سيستم LSF از جمله عملكرد لرزه‌اي مطلوب، اقتصادي بودن، سازگاري با محيط‌زيست، صرفه‌جويي در مصرف مصالح و زمان كم صرف شده براي ساخت اين سيستم را به يكي از كاراترين و پرطرفدارترين سيستم‌ها براي ساخت انواع بناها به ويژه واحدهاي مسكوني در دنيا تبديل نموده است. استفاده از اين سيستم در صنعت ساخت و ساز كشور سبب ايمن و اقتصادي شدن ساختمان‌ها شده و امكان توليد انبوه و به موقع مسكن را فراهم مي‌نمايد.
استفاده از روش‌ها و فناوري‌هاي نوين ساخت و ساز به خصوص در بخش مسكن در كشورمان ايران نيز چندي است كه به صورت جدي مورد توجه مسئولين و دست‌اندركاران بخش ساختمان قرار گرفته است. با توجه به كمبود جدي مسكن در كشور و اينكه هرم جمعيت در كشور بر گروه سني 15 تا 30 سال كه (جمعيت در شرف ازدواج بوده و 35% جمعيت كشور را تشكيل مي‌دهد) متمركز است، دولت مطابق با بند 31 قانون اساسي موظف است اقدامات لازم جهت تامين مسكن مورد نياز را انجام دهد. نگاهي به وضعيت صنعت ساختمان در كشور و نيازهاي فعلي در بخش مسكن كه بر اساس برآوردها و محاسبات انجام شده توسط سازمان گسترش و نوسازي صنايع ايران ضرورت توليد سالانه 1.5 ميليون واحد مسكوني در سال را تبيين مي‌نمايد، نشان‌دهنده لزوم بهره‌گيري از روش‌ها و فناوري‌هاي نوين به جاي روش‌هاي سنتي ساخت ساختمان در كشور مي‌باشد
دكتر وثوقي فرد
صدیقه شفیعی
شرکت ابنیه پارس
[1] Studs
[2] Runners or Tracks
منابع :
Cold-formed steel design textbook,fourth edition
Structural design of low-rise buildings in cold-formed steel,reinforced masonry and structural timber
AISI D101-09
مقاوم سازي لرزه اي سازه اي كوتاه در ايران،دكتر وثوقي فرد
الان کی دو طبقه میسازه؟
با تشکر از سرکار خانم مهندس شفیعی فر به خاطر تهیه مطلب فوق و آرزوی توسعه صنعتی سازی در صنعت ساختمان کشور