قاب فولادی سبک

قاب فولادی سبک نوعی سیستم سازه است که در آن از فولاد سرد نورد شده گالوانیزه در ساخت سازه استفاده می‌شود. این سیستم همچنین به عنوان سازه‌های فولادی سبک، ساخت و ساز LSF یا Lightweight Steel Framing  یا سازه فولاد گالوانیزه شناخته می‌شود. این گونه سازه‌ها به علت سبک بودن و قابلیت اجرای دیوار خشک، مناسب برای مناطق زلزله خیز می‌باشد.

ساختمان‌های قاب فولادی سبک Lightweight Steel Framing موسوم به  (LSF)، به صورت خشک و به روش تولید صنعتی اجرا می‌شوند. قاب‌های فولادی سبک (LSF) که به وسیله نورد سرد تهیه می‌شود، یکی از انواع سیستم‌های ساختمانی مدرن می‌باشد که به وسیله این روش می‌توان ساختمان‌هایی را به صورت طبقات محدود (معمولاً تا ۵ طبقه) را اجرا کرد.

این اعضای ساختمانی از ورق‌های فولادی با مقاطع عمدتاً U,C و Z می‌باشد. این عناصر فلزی خود به عناصر سازه‌ای اعم از باربر و غیر باربر که وظیفه اصلی آن‌ها پایداری ساختمان است تقسیم می‌شوند. این سیستم با تکرار قطعات سبک در ساخت دیوارها و سقف‌ها و مانند ساختمان‌های چوبی اجرا می‌شود. اتصالات عمدتاً به صورت اتصالات پیچ و مهره است وجای قرارگیری پیچ‌ها به روش تولید صنعتی در کارخانه به دقت زیاد با مختصات دقیق و طبق طراحی انجام شده به وسیله دستگاه‌های مخصوص مشخص می‌شود. این سیستم یک سیستم سازه‌ای مستقل می‌باشد و برای پروژه‌های انبوه‌سازی، دفاتر و ساختمان‌های تجاری کوچک، ساختمان‌های چند طبقه، واحدهای صنعتی و سالن‌های ورزشی یک طبقه مناسب است. این سیستم قابل تلفیق با سیستم‌های سازه‌ای رایج را مانند بتنی یا فلزی را یه خوبی دارد و برای بالاتر بردن تعداد طبقات (بالاتر از ۵ طبقه) با استفاده از سیستم LSF از این سیستم‌های مختلط استفاده می‌شود. در ساخت و تولید این مقاطع به روش نورد سرد مطابق آیین‌نامه‌ها اشکال مختلف در ابعاد متفاوت با ضخامتی در حدود ۰٫۶ تا ۲٫۵ میلی‌متر از ورق‌های گالوانیزه نازک پدید می‌آید.

سه جز اصلی این ساختمان‌ها

• مقاطع متشکل از ورق‌های فولادی که به وسیله نورد سرد تهیه شده به عنوان سازه اصلی
• پانل‌های گچی دیوار خشک به عنوان پوشش در داخل ساختمان
• سمنت برد برای پوشش بیرونی خارجی ساختمان و بسته به نوع پروژه از لایه‌های عایق صوتی و حرارتی تشکیل می‌شود.

بررسی نقاط قوت و ضعف سیستم قاب سبک فولادی

در این سیستم سازه‌ای قطعات باربر وغیر باربر به دقت درون کارخانه تولید شده و در محل مناسب درون کارگاه نصب می‌شوند که روشی صنعتی درتولید قطعات پیش‌ساخته خواهد بود، از محاسن این روش سرعت بالا، دقت بالا، کیفیت بالا و کنترل کلیه استانداردها در تولید قطعات را می‌توان نام برد. از دیگر محاسن این روش و در صورت اجرای صحیح افزایش سرعت ساخت، کاهش وزن ساختمان، کاهش حجم عملات پی‌ریزی، سطح مفید تمام شده بیشتر، کاهش هزینه‌های حمل و نقل، انعطاف‌پذیری بیشتر فضاها، سهولت در اجرا، عدم نیاز به ماشین آلات سنگین، حذف جوشکاری و کیفیت بالای اتصالات را برشمرد. وزن سازه در این روش ۵۰٪ نسبت به سایر روش‌های رایج کمتر است و متعاقب آن کاهش نیروی زلزله وارد شده بر ساختمان نیز کمتر خواهد شد و با توجه به کمتر شدن وزن ساختمان بار وارده بر فونداسیون کمتر شده و کاهش ابعاد آن را سبب می‌شود.

امروزه به دلیل کیفیت مناسب ساخت و سرعت بالا و مقاومت عالی در برابر زلزله از آن در کشورهای انگلستان، آمریکا، کانادا، استرالیا، ژاپن استفاده می‌گردد.
ساختمان‌های پیش‌ساخته فولادی سبک (LIGHT WEIGHT STEEL FRAME) به ساختمان‌های LSF موسوم بوده که به صورت خشک و عمدتاً با استفاده از اتصالات پیچی بکار می‌روند.

ساز و کار طاق درمعماری باستانی

از آنجا که بسیاری از مصالح ساختمانی قدیمی (مانند سنگ و آجر) به رغم مقاومت مناسب در برابر تنش فشاری، توانایی کمی برای تحمل تنش کششی دارند، طرح قوسی شکل طاق می‌توانست بسیار مفید واقع شود. در یک طاق، بخش بسیار زیادی از بار عمودی فاقد لنگر خمشی بوده و بنابراین هیچ عضوی از طاق، تحت تنش کششی قرار نخواهد گرفت. با این حال آنچه درباره طاق‌ها ممکن است موجب فشار شود، تغییر تنش کششی به تنش برآمده از نیروهای رانشی است. این نیروی رانشی که همواره در راستای افق و به سمت بیرون فشار وارد می‌کند در دو سوی طاق جایی که طاق روی دیوارهای تکیه‌گاه خود می‌نشیند، به اوج می‌رسد که این فشار می‌تواند شکاننده باشد. این فشار با دو روش به خوبی چاره‌اندیشی شده ‌است:

• افزودن بر خمیدگی قوس (افراشتن هرچه بیشتر خیز طاق): این روش راهکاری کارامد برای کاستن و حتی حذف کامل نیروی رانشی شمرده می‌شود. از آنجا که با افراشته تر شدن خیز طاق و خمیدگی بیشتر قوس، نیروهای رانشی افقی رفته رفته جای خود را به نیروهای فشاری عمودی می‌دهند تیز کردن هرچه بیشتر طاق به پایداری هرچه استوارتر آن در برابر تنش‌های رانشی در راستای افق خواهد انجامید. با این همه این روش با محدودیت‌هایی روبرو است و این محدودیت افزوده شدن بر وزن سازه است که خود فشار فزاینده‌ای را بر کل سازه سربار می‌کند.
• افزودن بر پهنای جرز: در این روش دیوارها که نقش تکیه‌گاه دارند پهن‌تر ساخته می‌شوند که این موضوع به توان پایداری دیوار در برابر فشارهای رانشی طاق کمک شایانی می‌کند. گفتنی است که این پهنا خود بسته به نوع مصالح سازنده تغییر می‌کند. برای نمونه کمینه یک جرز برای یک دیوار آجری ۳۵ سانتیمتر (برابر با ۵ گره) و برای یک دیوار خشتی ۸۰ سانتیمتر (برابر با ۱۲ گره) است تا پایداری بایسته ایجاد شود. بنابراین  هر قدر از خمیدگی قوس کاسته شود و قوس به خط هموار نزدیک تر شود باید برای جبران تنش به بار آمده به پهنای جرز افزوده شود تا جایی که پایداری دوباره برقرار شود.

از آنجا که طاق گذشته از تیزی یا کفته بودنش در تکیه‌گاه خود که محل دوسیدنش روی دیوار است با فشاری معین از وزن خود روبرو است، از این رو می‌باید با پهنای مناسبی که توان حمل وزن را داشته باشد همراه شود. این پهنا که تَبَره خوانده می‌شود، در بخش دوسش طاق به دیوار که پاکار خوانده می‌شود اندازه‌ای پیمون شده دارد. این اندازه نسبتی با دهانه سازه برقرار می‌کند که در پیمون کمترین آن یک شانزدهم است. به این معنا که هرچه دهانه است تَبَره باید دست کم «یک شانزدهم» آن باشد. برای نمونه می‌توان به گنبد سلطانیه اشاره کرد که دهانه آن ۲۴ گز است که با این حساب جرز دیوارها یک و نیم گز گرفته شده‌است.

 

گاه در برخی سازه‌ها به خاطر عدم پیاده‌سازی درست و دقیق پیمون در برقراری تناسب میان پهنای تبره و اندازه دهانه و خیز طاق، شکست‌هایی در طاق ایجاد می‌شد که برخی معماران را به فکر استفاده از روشی دیگر برای ایجاد پایداری انداخته است. یکی از این روش‌ها کار گذاشتن یک عضو کششی مانند تیر چوبی یا آهنی در پائین‌ترین بخش قوس در فاصله میان دو پاکار است. با این همه این روش نوعی نقص در پیاده‌سازی کامل تناسب است.