سیستم ساختمانی پیش ساخته با قاب های سرد نورد شده (LSF) به شیوه اجرای طبقه ای
ساختمان های 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 بکار گرفته می شوند. این ساختمان ها از سه جزء اصلی شامل ورق های فولادی سرد نورد شده جهت تامین سازه، صفحات تخته گچی بعنوان پوشش رویه درونی و لایه عایق حرارتی و صوتی، تشکیل می شوند. کاربرد این ساختمان ها به عنوان یک سیستم سازه ای مستقل، اکثراً در انبوه سازی ساختمان های دو طبقه، دفاتر و ساختمان های تجاری کوچک، واحد های صنعتی و سالن های ورزشی در یک طبقه می باشد. به نظر می رسد این سیستم سازه ای توانائی ترکیب شدن با سیستم های سازه ای دیگر، همانند دیوار های بتن آرمه سازه ای را نیز دارا می باشد و می تواند در ساخت ساختمان های کوتاه مرتبه به صورت سیستم سازه ای مختلط بکار گرفته شود.
جهت ساخت مقاطع سرد نورد شده مطابق آیین نامه های مربوط به این ساز ه ها، استفاده از اشکال مختلف مجاز می باشد. این مقاطع معمولاً دارای ابعاد متنوع و محدوده تغییرات ضخامتی بین ۰٫۶ الی ۲٫۵ میلیمتر می باشند. اتصال سازه LSF به شالوده به واسطه یک کلاف افقی با مقطع C شکل صورت می گیرد. اجزاء قائم این سیستم به عنوان عضو باربر ستونی در بارهای ثقلی عمل می نمایند، برخی از این اعضا که دردهانه مهاربندی جانبی سازه قرار می گیرند علاوه بر بار ثقلی، متحمل نیرو های ناشی از با رهای جانبی نیز می شوند، این اعضا تحت نام وادار (stud) در این سیستم معرفی می شوند. سقف سازه این ساختمان ها متشکل از تیر چه های فلزی سرد نورد شده بوده که فواصل تیرچه ها با توجه به میزان ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف که می تواند تخته های چوبی، سیمانی و یا دال بتن آرمه باشد تعیین می شود. تیرها و تیرچه ها عمدتاً دارای مقاطع با اشکال C یا Z می باشند، پوشش سقف با دال بتن آرمه، در صورت تامین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه، می تواند بعنوان یک سقف مرکب بتنی فلزی طراحی شود. در ساختمان های LSF، به منظور باربری جانبی سازه در دو امتداد اصلی متعامد، از دهانه های باربر جانبی استفاده می شود که تحت عنوان (Load Bearing Wall) نامیده می شود. دهانه های باربر به چهار روش ایجاد میشود که عبارتند از: سیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری، سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک، سیستم دیوار باربر با پوششهای OSB، سیستم دیوار برشی بتن آرمه. در حال حاضر در کشور ایران استفاده از سیستم دهانه های مهاربندی شده با اعضای قطری برای ساختمان های تا دو طبقه مسکونی و سیستم باربر جانبی دیوار برشی بتن آرمه برای ساختمان های تا پنج طبقه مجاز می باشد. عملکرد صوتی دیوارها و سقف های ساخته شده با این سیستم در 
صورت رعایت تمهیدات لازم به راحتی پاسخگوی انتظارات تعیین شده در مقررات ملی ساختمان می باشد. پروفیل های سرد نورد شده مقاومت کمی در برابر حریق دارند و باید به خوبی محافظت شوند. یکی از دلایل کاربرد گچ به عنوان پوشش داخلی این سیستم ها، دستیابی به این هدف است. از عمده مزایای ساختمان های سبک فولادی (LSF)، کاهش جرم ساختمان می باشد که تاثیر فراوانی در جهت کاهش هزینه های ناشی از مصالح، نیروی انسانی و نیز زمان احداث پروژه ها خواهد داشت. به کارگیری این سیستم در ساختمان های ۵ طبقه کشور با رعایت تمهیدات خاصی مقدور بوده است. این سیستم در زمینه های انرژی، حریق، آکوستیک و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی قرار گرفته و کاربرد آن در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز می باشد.
مزایای سیستم ساختمانی سازه های فولادی سبک برای ساخت و ساز:
برای طراحان:
• انعطاف در طراحی برای وجود تنوع زیاد در شکل مقاطع فولادی جدار نازک و اجزایی که برای تکمیل این سیستم ساختمانی تولید می گردد، امکانات نامحدودی را برای طراح جهت ارائه ایده های مختلف طراحی، ایجاد می نماید. لذا طراح می تواند از این سیستم در انواع پروژه های ساختمانی با کاربریهای متنوع، بدون نیاز به تولید مقاطع و مصالح خاص، استفاده نماید.
• تنوع در مصالح نما (Variety of Finishes) سطوح بیرونی ساختمان باسیستم LSF، می تواند با انواع مصالح نمایی که معمار پروژه می خواهد، پوشش داده شود. از نماهای قابل استفاده میتوان به مصالح بنایی و آجر، انواع سنگ های نما، نماهای آلومینیومی، نماهای چوبی، مصالح سرامیکی، نمای PVC، و …. اشاره نمود. در سطوح داخلی ساختمان، پانل های گچی (Gypsum Wallboard) مستقیماً بر روی المانهای فولادی جدار نازک دیوار متصل می گردند.
• برآورده نمودن الزامات استانداردهای مربوط به عملکرد ساختمان سیستم سازه های فولادی سبک (LSF) به راحتی می تواند بالاترین ضوابط استانداردهای مربوط به طراحی سازه، انرژی، مقاومت در برابر آتش و عملکرد صوتی رابرآورده نماید.
• سیستم ساختمان مدرن سیستم LSF یک سیستم ساختمانی کاملاً سازگار با مدرن ترین سیستم های ساختمان سازی در دنیا می باشد.
برای سازندگان:
• سرعت در اجرای سیستم سیستم LSF، یک سیستم سریع و آسانی بوده و بدون استفاده از نیروهای کاری با تخصص بالا قابل اجرا می باشد. بدلیل سبک بودن وزن اجرای سازه های فولادی سبک نسبت به مصالح مرسوم دیگر، المانها به راحتی قابل حمل و نصب بوده ، در نتیجه سرعت کار بسیار بالاست. به طور معمول در سیستم های متداول یک تیم با تجربه چهار نفره قادر هستند تمام دیوارهای یک خانه سه اتاق خوابه را در یک روزنصب نمایند. این سرعت باعث می گردد که زمان اتمام پروژه به حداقل ممکن برسد.
• زمان توقف کم بدلیل اینکه این سیستم قابلیت نصب در تمام شرایط جوی مانند هوای خشک و در سرمای شدید را دارا می باشد و از طرفی زمان اندکی را برای نصب در کارگاه نیاز دارد، لذا به طور معمول می توان در تمام فصول سال و در تمام شرایط جوی این سیستم ساختمانی رانصب نمود.
• فعالیتهای موازی و بدون وقفه در بخشهای دیگر ساختمان به دلیل اینکه سیستم سازه ای ساختمان و پوشش خارجی آن بسیار سریع نصب می گردد، لذا بقیه فعالیتهای ساختمان مانند تاسیسات مکانیکی و برقی و نازک کاری سطوح داخلی، می توانند به طور مستقل و به موازات تکمیل شدن نمای بیرون انجام گیرند.
• سهولت در نصب سیستم های تاسیساتی کلیه کابلهای برق، لوله های آب و داکتهای تاسیساتی می توانند قبل از نصب پانلهای گچی سطوح داخلی به راحتی در فضاهای خالی موجود در داخل دیوارها اجرا گردند.
• نیاز کم به تجهیزات بدلیل اینکه قطعات ساختمانی سیستم LSF در قطعات سبک و قابل حمل توسط افراد، به کارگاه منتقل می گردد، لذا برای جابجایی و نصب این سیستم نیاز به ماشین آلات خاص نمی باشد. تجهیزات مورد نیاز برای نصب این سیستم محدود به یک سری تجهیزات پایه ای قابل حمل می باشد.
• نیاز به فضای کم کارگاهی بدلیل تحویل قطعات ساختمانی در زمان مقرر مورد نیاز و نیز آماده بودن اغلب قطعات برای نصب، فضای بسیار محدودی برای نگهداری قطعات نیاز بوده و انلاف مصالح نیز در حداقل ممکن می باشد. بنابراین اجرای سیستم در سایتهای کوچک ومحدود براحتی انجام می گیرد.
• ایمنی در محل کارگاه بدلیل سبک بودن قطعات، نیاز به تجهیزات و ماشین آلات خاص نبوده و سطح مورد نیاز برای کار نیز در فضای محدودی می باشد، لذا باعث می گردد که امنیت افراد و کارکنان به طور کامل در کارگاه تامین باشد.
• کاهش هزینه ها علاوه بر مزیت های فوق که باعث کاهش هزینه های اجرا میگردد، بدلیل عملکرد حرارتی خوب سیستم LSF حجم موتورخانه و ظرفیت سیستم گرمایش و سرمایش کم شده و باعث کاهش در هزینه های سیستم های تاسیساتی می گردد.
برای ساکنین:
• هزینه های بهره برداری کمتر سیستم LSF، هزینه بهره برداری کمتر ی را به ساکنین تحمیل خواهد کرد. به دلیل دوام بالای مصالح و نیز عملکرد حرارتی خوب این سیستم، ساکنین هزینه کمتری را برای تعمیرات و نیز سرمایش و گرمایش محیط ساختمان پرداخت خواهند نمود.
• عملکرد صوتی خوب عایق ها ی صوتی موجود در سیستم LSF، باعث کاهش شدت صوت ضربات (Impact Sound) و نیز عایق های صوتی تعبیه شده در فضاهای داخلی دیوار باعث کاهش صوت منتقل شده در فضاهای داخلی ساختمان می گردند. در این سیستم فضاهای داخلی ساختمان دارای ارامش و راحتی بالایی می باشند.
• محیط داخلی سالم بدلیل سازگار بودن مصالح مورد استفاده در این سیستم با محیط زیست انسانی، و بی اثر بودن مصالح، هیچگونه بخارات سمی در محیط وجود نخواهد داشت. با کنترل و مسدود نمودن روزنه های ورود هوا ، در این سیستم کیفیت هوای داخلی ساختمان قابل کنترل و مطبوع می باشد. مشکلاتی مانند جمع شدگی، کپک زدگی بر روی اجزای دیوارها، در این سیستم وجود نخواهد داشت.
• مقاومت در برابر آتش تمام مصالحی که در سیستم ساختمانی LSF مورد استفاده قرار می گیرد قابل اشتعال نبوده و دارای مقاومت بالا در برابر آتش می باشند. سیستم های ساختمانی LSF کلیه ضوابط استانداردهای معتبر را در زمینه عملکرد اتش بر آورد نموده و تائیدیه های لازم در این زمینه را دارا می باشند.
• مقاوم در برابر زلزله و طوفانهای شدید تجربه های قبلی در طوفانها و زلزله های گذشته نشان می دهد که سازه های LSF، دارای عملکرد بهتری در برابر بارهای زلزله و طوفان نسبت به سیستم های ساختمانی دیگر می باشند. بدلیل سبک بودن این سیستم ساختمانی، نیروی زلزله کمتری به آن اعمال می گردد.
برای محیط زیست (For the Sustainable Environment)
• مصالح کمتر و قابل بازیافت بودن اتلاف در هنگام ساخت ساختمان با سیستم LSF، کمترین اتلاف در مصالح وجود دارد و در انتهای عمر مفید ساختمان نیز، مصالح به کار برده شده در این سیستم قابل بازیافت می باشند.
• ترافیک و حمل و نقل کمتر بدلیل استفاده از مصالح پیش ساخته در این سیستم و کوتاه بودن زمان نصب آن، ترافیک و حمل و نقل کمتری در محل ساخت پروژه ایجاد خواهد شد.
مراحل اجرایی ساختمان هایLSF
مرحله اول– فونداسیون:
فونداسیون بناهای ساخته شده با روش LSF بسیار سبک بوده و به علت سبکی زیاد این سازه از سادگی خاصی بر خودار است و براساس طراحی مهندسین محاسب می توان از شالوده های نواری یا رادیه استفاده نمود، همچنین در این نوع فونداسیون قابلیت اجرای محل چاه ارت – لوله فاضلاب وسایر موارد دیده شده است.
مرحله دوم– اسکلت ساختمان (سازه های فولادی سبک )LSF:
این نوع سازه ها از طریق روش رول فرمینگ (نورد سرد) یا پرس ورق های بریده شده تولید و ساخته می شوند. جنس این سازه ها از ورق گالوانیزه به ضخامت های مختلف ۱ویا ۲ میلیمتر بوده و یکی از شاخص های این نوع سازه مقاومت در برابر اکسید شدن (زنگ زدگی ) می باشد. سطح مقطع این سازه ها اکثراً به صورت UوC می باشدکه توسط پیچ و پرچ به یکدیگر متصل می گردنند. کلیه سازه ها مونتاژ شده وبرش خورده به محل پروژه حمل می گردد ودر زمان بسیار کوتاه به یکدیگر متصل شده و آماده برای نصب پانلها و یا در اصطلاح سفت کاری ساختمان می گردنند. زمان اجراء استراکچر ساختمان ها با این روش بسیار کوتاه و حدوداً بین ۷ الی ۱۴ روز می باشد . در این نوع ساختمان ها وزن آهن مصرفی در هر متر مربع معادل ۳۰ تا ۴۵ کیلوگرم محاسبه گردیده است. قابلیت انعطاف پذیری و سازش با زمین های نا مساعد در سازه های فلزی نسبت به سازه های چوبی ۲۱ برابر و نسبت به سازه های بتونی ۱۰ برابر می باشد.
مرحله سوم– پوشش های خارجی وداخلی سقف – دیوار پوشش خارجی و داخلی سقف:
گزینه های مختلفی را می توان برای پوشش سقف نام برد به طور مثال ساندویچ پانل، ورقهای گالوانیزه با تنوع رنگی زیاد پوشش های مثل فایبر سمند رنگی ، روف تایل ، آکرا و …..انتخاب پوشش سقف با توجه به شرایط اب و هوایی قابل تغییر و انتخاب می باشد. و برای پوشش داخلی سقف می توان از سقفهای کاذب (کناف) – تایلهای گچی با روکش U.P.V.C یا گچبرگ و یا تایلهای آرمسترانگ نام برد.
پوشش دیوارهای داخلی و خارجی:
برای پوشش دیواره های داخلی می توان از پانلهای گجی – پانلهای سیمانی یا دیوار پوش MDF استفاده کرد که در طرح ها و ضخامتهای مختلف استفاده می گردد. این نوع پانلها به راحتی قابلیت نصب بر روی این نوع سازه را دارا می باشد. همچنین می توان نمای داخلی را با استفاده از کاغذ دیواری، رنگ روغنی یا پلاستیکی، بلکا و دیوار کوب های مختلف پوشش داد. و جهت عایق نمودن دیوارها نیز می توان از پشم سنگ و یا فوم پلی استایرن در بین سازه ها استفاده نمود. پوشش دیوارهای خارجی را می توان با استفاده از پانلهای سیمانی یا سمند برد، پانلهای چوبی یا پلی وود، پانلهای صنعتی (ساندویچ پانل، پانل دکوراتیو) پوششهای سنتی (سیمان، آجر نما و یا غیره ..) به راحتی به سازه ها نصب کرد. پانلهای سیمانی در طرح ها ی ساده و چوبی و سنگی با ضخامتهای بین ۸ تا ۱۲ میلیمتر در ابعاد متنوع تولید می گردد. این پانلها مقاوم در برابر شرایط جوی ناپایدار، ضربه پذیری و حمله موریانه ها بوده و از نظر زیبایی مانند چوب و از نظر مقاومت مانند سنگ در نمای بیرونی ساختمان جلوه می نماید. (مقاوم در برابر خش، سایش، غیر قابل پوسته شدن و ترک خوردن)
مرحله چهارم– تاسیسات الکتریکی و مکانیکی:
الف- تاسیسات برقی:
تاسیسات برقی شامل سیم کشی، کلید، پریز، تابلو برق، چاه ارت، خط تلفن و کابل تلویزیون که در این نوع ساختمانها به راحتی میسر می باشد. در این شیوه لوله های پلاستیکی از بالای سقف کاذب به میان فضای خالی دیوارها به محل قوطی ها که از پیش به وسیله پشت بند های مخصوص در محل مورد نصب شده اند کشیده می شوند.
ب- تاسیسات مکانیکی:
قابلیت استفاده انواع لوله های تاسیساتی سرد و گرم، فاضلاب، رادیاتورها، پکیج، ملزومات سرویس بهداشتی در انواع مختلف، اساس لوله های تاسیساتی با استفاده از سوپر پایپ و پی وسی فشرده می باشد، که در مقایسه با لوله های فلزی و چدنی از انعطاف و طول عمر بیشتری برخودار می باشند. برای سیستم تهویه مطبوع نیز می توان بسته به نظر کارفرما یا از پکیج یونیت و از سیستم تهویه مرکزی استفاده کرد.
مرحله پنجم– درب و پنجره درب ها:
الف- درب ها:
استفاده از انواع درب ها از نوع MDF-HDF-UPVC و آلومینیوم ضد حریق و ضد سرقت (چهارچوب درب ها از نوع فولاد با چوب می باشد.)
ب- پنجره:
استفاده از انواع پنجره های UPVC و یا آلومینیومی با شیشه های تک جداره و دو جداره در ضخامت و ابعاد و اشکال مختلف )
مرحله ششم– کفسازی – نقاشی و رنگ:
انواع سرامیک و کاشی، لمینت، پارکت، موزاییک و کف سیمانی در این نوع سیستم مورد استفاده قرار می گیرد.
الزامات سیستم ساختمانی قاب های سرد نورد شده (LSF) به شیوه اجرای طبقه ای:
۱- استفاده از سیستم ساختمان دیوار های باربر متشکل از قاب های سبک فولادی سرد نورد شده (سیستم LSF) تا هنگامی که آئین نامه طراحی این ساختمان ها توسط مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن انتشار نیافته است، تحت شرایط زیر مجاز می باشد.
الف) سیستم LSF به همراه مهاربند قطری حداکثر تا سه طبقه یا ارتفاع ۱۰ متر از تراز پایه در تمام مناطق لرز هخیز کشور مجاز بوده و طرح لرزه ای و سازه ای آن باید به ترتیب براساس استاندارد ASCE7-05 و آئین نامه AISI صورت گیرد.
ب) برای ساختمان های با شرایط غیر از موارد یاد شده در بند الف تا ارتفاع ۱۵ متر یا ۵ طبقه مدارک و مستندات مربوط به طراحی و محاسبات پروژه باید براساس استاندارد وآئین نامه ذکر شده در بند الف، انجام شده و به تائید مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن برسد.
۲- کنترل سازه در مقابل بار باد باید مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران انجام شود.
۳- بکارگیری حداکثر دهانه تا ۵ متر و حداکثر ارتفاع ناخالص (با احتساب ضخامت سقف) تا ۳٫۶ متر برای هر طبقه در این سیستم مجاز می باشد.
۴- رعایت ضوابط مندرج در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان طرح و اجرای ساختما نهای بتن آرمه در طراحی شالوده الزامی است.
۵- لازم است در محل اتصال بین سقف و دیوار به طریق مقتضی درگیری کافی ایجاد شود تا در محل اتصال، ظرفیت انتقال کلیه بار های ثقلی و جانبی داخل دیافراگم به دیوار ایجاد شود.
۶- اتصال اسکلت به شالوده باید از طریق ریش هگذاری میل مهار در شالوده و اتصال آن به ناودانی زیرین یا رانر بوسیله مهره صورت گیرد. میل مهار ها باید طوری طراحی و محاسبه شود که در تمام حالت های بارگذاری وارد بر سازه، از نظر کشش و برش جوابگو باشند.
۷- اتصال مهاربندی های تسمه ای قطری به عناصر متقاطع با آن ها در طول مهاربند ضروری است.
۸- مهاربندی های تسمه ای قطری در باربری جانبی باید به عنان اعضای صرفاً کششی در تحلیل و طراحی در نظر گرفته شوند.
۹- لازم است مهاربند یهای تسمه ای قطری با روش پی شکشیدگی به منظور رفع شل شدگی اولیه نصب شوند.
۱۰- تامین ضوابط دیافراگم صلب برای کلیه سقف ها با توجه به ضوابط موجود در استاندارد ۲۸۰۰ ایران توصیه می شود. در غیر اینصورت سازه و سقف باید با توجه به ضوابط آئین نامه های مربوطه طراحی گردد.
۱۱- در این نوع سیستم حداکثر بار مرده و زنده برای سقف ها نباید به ترتیب از ۳۵۰ و ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مربع تجاوز کند.
۱۲- کلیه اتصالات اعضای قائم به اعضای افقی باید به گونه ای باشند که مسیر انتقال بار قائم به نحو مطمئن در ارتفاع سازه تامین شود.
۱۳- ضوابط مربوط به اجزای اتصالی شامل پیچ و مهره، مطابق آئین نامه AISC و استاندارد AISI تامین شود.
۱۴- در صورت استفاده از اتصالات جوشی در محل کارخانه، رعایت ضوابط و مقررات مربوط به جوشکاری اعضای سرد نورد شده مطابق استانداردAISI و آیین نامه هایAWS و AISC الزامی است.
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- اتصال دیوار های غیر باربر و جداکننده ها به سیستم سازه ای باید به نحوی باشد که ضمن تحمل بار های وارده مانند طوفان، زلزله، ضربه (مطابق استاندارد ملی ایران به شماره ۱۱۲۷۲ ) و … مشارکتی در سختی جانبی سازه نداشته باشند.
