سازه های پیش ساخته ال اس اف

تاریخچه سازه lsf

سازه فولادی سبک برای اولین بار در کشور انگلستان در سال 1886 مطرح شد و با گذشت زمان در کل جهان رواج پیدا کرد. این سازه در همان اوایل مورد توجه و استقبال استانداردهای بریتانیایی قرار گرفت و برای این سازه آیین نامه هایی را طراحی و ابلاغ کردند. سازه های lsf همزمان با سازه های چوبی ابداع شده است و نمونه های بسیار گوناگونی از هر دو این سازه ها در کشورهایی مانند آلمان و آمریکا قالب بندی و طراحی شد. در سال 1914 انگلستان مقطع استاد را در سازه lsf برای اولین بار ارائه داد و قالب بندی فلزی را شکل دادند. در سال1939 نیز تحقیقات گسترده ای در دانشگاه کرونل با مدیریت جورج وینتر آغاز کردند که نتایج این تحقیقات در سال 1946 باعث ارائه طراحی AISI شد.

هر ساله فناوری‌های نوینی وارد صنعت ساختمان می‌شوند که هدف از اجرا و توسعه بسیاری از آن‌ها به حداقل رساندن وزن سازه‌های فولادی و بتنی است. دستیابی به این مهم به ویژه برای کشورهای زلزله‌خیزی همچون ایران از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. سازه ‏ال اس اف (LSF) یکی از سیستم‌های ساختمانی مناسب برای دستیابی به این هدف است. ساختمانهای ال اس اف که  از شیوه های مدرن اجرای سازه می باشد که استفاده از آن از سال 1950 در برخی از کشورها از جمله کانادا، آمریکا، استرالیا و ژاپن آغاز گردید، ولی استفاده گسترده از آن از سال 1990 مورد توجه قرار گرفت. کارخانه های این سیستم در ایران برای اولین بار در سال 1385 راه اندازی شد

معرفی سازه  lsf

این سازه سبک که به صورت اختصار ال اس اف (Light Weight Steel Frame)نامیده می شود و از سیستم های نوین ساختمانی و از سیستم های مورد تایید مهندسان عمران در کشورهای توسعه یافته و مدرن می باشد.از این سازه برای حداکثر5 طبقه استفاده می شود که امروزه بسیار مورد توجه مهندسین عمران واقع شده است. در سازه ال اس اف از ورقه های فولادی نورد شده و صفحه های گچی در داخل و خارج ساختمان استفاده می شود. سازه ال اس اف را می توانید همراه با دیگر سازه ها نیز بکار ببرید وزن سازه lsf در مقایسه با دیگر سازه ها در حدود 50 درصد کمتر می باشد که این یک مزیت بسیار مهمی در برابر زلزله می باشد و شباهت بسیار زیادی به سازه چوبی دارد. این سازه بر اساس طراحی استاد و وادار و تراک می باشد که به کمک نیمرخ های فولادی گالوانیزه سرد نورد یک شمایلی از ساختمان مورد نظر طراحی می شود. سیستم قاب فلزی سبک، یک سیستم مستقل است و برای پروژه های انبوه سازی، ساختمان های کوچک، واحدهای صنعتی و سالن های ورزشی مناسب است. همچنین می توان این سیستم را با دیگر سیستم های سازه ای رایج بتنی و فلزی ترکیب کرد که بیش تر در زمانی انجام می شود که نیاز به بیش تر کردن تعداد طبقات وجود داشته باشد.

ساخت و تولید مقاطع این سیستم به روش نورد سرد و مطابق آیین نامه ها در اشکال و ابعاد مختلف با ضخامت بین 0.6 تا2.5 میلی متر با استفاده از ورق های گالوانیزه نازک انجام می شود.سقف های این سازه بسیار سبک و معمولا به صورت شیب دار می باشند و با استفاده از خرپای های فلزی ساخته می شوند. در بقیه قسمت های ساختمان نیز مصالحی همانند سنگ، آجر نما و PVC مورد استفاده قرار می گیرد. هم چنین دیوارهای داخلی نیز کاغذ دیواری و رنگ آمیزی روی پانل های گچی طراحی می شوند. از پروفیل های C ، U و Z در این سیستم استفاده می شود که در آنها توسط پیچ و مهره یا پیچ های سر ویفر (خود حفاری) بهم متصل می شوند. فضای درونی نیز هیچ تفاوتی با ساختمان‌های معمولی ندارد و با انواع نماها از قبیل سنگ, آجر نما, نمای PVC , چوبی یا آلمینیومی, رنگ, کاشی, سرامیک و … بر روی این دیوار قابل اجرا است و از داخل نیز همانند دیوارهای معمول امکان اجرای رنگ, کاغذ دیواری و … بر روی پانلهای گچی وجود خواهد داشت. فضای درون دیوار نیز با عایق صوتی و حرارتی مناسب پر می گرددال اس اف (LSF) در واقع سیستم‌های پیش ساخته یا مودولاری هستند که از مقاطع فولادی جدار نازک (LGS) ساخته شده‌اند. این مقاطع فولادی در واقع ورق‌های کم ضخامت فولادی دارای پوشش‌های گالوانیزه هستند. این ورق‌ها با استفاده از دستگاه‌های مخصوص و روش ساخت رولی، نورد شده و به صورت پروفیل‌های سبک در ابعاد مختلف تولید‌ می‌شوند. این سازه‌های پیش ساخته فولادی عمدتاً به صورت خشک و با استفاده از اتصالات پیچیده اجرا می‌شوند. ضخامت سازه های ال اس اف با عرض پروفیل متغیر معمولا 89 الی 308 میلی متر است. استفاده از این نوع موجب شده تا ال اس اف در بازار ساخت وساز جایگزین بتن و سازه های فلزی یا هر نوع سازه هایل دیگری شده باشد.

اجزا تشکیل دهنده

• ورق‌های فولادی سرد نورد شده جهت تأمین سازه
• صفحات تخته گچی به‌عنوان پوشش درونی
• لایه عایق حرارتی و صوتی

نحوه اجرای سازه lsf

در اجرای سازه lsf همانند دیگر سازه ها در مرحله اولیه کار یک طرح شماتیک و ماکتی از ساختمان مورد نظر کارفرما ساخته می شود؛ که در این طرح اولیه سعی بر آن شده است که مقاومت های بادی و زلزله و ضخامت ستون ها و تیر تعریف شده باشد هم چنین تمام راه های اتصالی آب و برق و فاضلاب به ساختمان مشخص شده باشد؛ که بعد از این مرحله نوبت به پی ریزی و اسکلت سازی می رسد. دیوار های ساختمان تو خالی ساخته می شوند و داخل این فضا را می توان با بتن سبک پر کرد که عایق خوبی برای انرژی و صدا می باشد. مرحله بعدی پوشش های خارجی و داخلی سقف می باشد و مرحله آخر تاسیسات برقی، مکانیکی، درب و پنجره است.

در اجرای این سازه ها،بخش عمده ی کار(حدود60_70درصد) به طراحی و تولید مربوط می شود که بصورت تمام اتوماتیک و بدون دخالت دست در کارخانه انجام می پذیرد،30 الی 40درصد باقی مانده ی کار که مربوط به بخش اجرایی است به عوامل مختلفی بستگی دارد از قبیل:

• دانش وتکنولوژی شرکت مجری
• آشنایی کامل با استانداردها و الزامات اجرایی مربوطه
• تجربیات شرکت مجری
• داشتن مهندسین کارآزموده و متخصص و کارگران مجرب و آموزش دیده
• شناخت درست مجری نسبت به مصالح و متریال مدرن در کار
• استفاده از ابزار و ماشین آلات مخصوص و …

شالوده یا فونداسیون:

ابتدا شالوده یا فونداسیون به صورت نواری یا گسترده اجرا می شود ودرون آن رول بولت ها یا پیچ های انتظاربه شکل های میلگردی یا عصایی در فواصل معین (بسته به نوع بولت ها از 20 سانتیمتر تا 240 سانتیمتر) کار گذاشته می شود،شالوده می بایست به نحوی طراحی شود که تمامی بارهای وارده را به شکل صحیح انتقال دهد. معمولا ابعاد شالوده به نوع و ارتفاع ساختمان و مقدار بار وارده و ظرفیت باربری خاک بستگی دارد. طبق محاسبات کارشناسان و متخصصین به علت سبکی وزن سازه،در ساختمان های کوتاه مرتبه وتک طبقات،نیازی به مسلح کردن پی ساختمان نمی باشد ولی در دوطبقه و یا بیشتر،پی ساختمان کاملا” مسلح می شود. در زمینه ی اجرای شالوده هیچ گونه محدودیتی در رابطه با توپوگرافی و جنس و شیب زمین وجود ندارد و در هر شرایطی قابل اجرا می باشد. پس از اجرای فونداسیون،تمامی سطح آن توسط عایق های رطوبتی ایزوله می شود.

نصب پروفیل کف خواب(رانر) به شالوده:

در این مرحله پروفیل را روی بولت ها قرار داده و بولت ها را از درون سوراخ های رانر رد کرده واز بالا مهره می کنیم. از خصوصیات بارز این بولت ها اینکه،در بتن به هیچ عنوان زنگ نمی زنند و خورده نمی شوند و هرکدام از آنها توانایی تحمل 2500 کیلوگرم نیروی فشاری،کششی و خمشی را دارند. تمامی پیچ های مورد استفاده در این سازه ها، از نوع سرمته ی بالدار می باشد که غیرقابل بازگشت می باشند و در لرزه ها و عوامل فشاری بدرستی نیروها را به فونداسیون منتقل می کند.

نصب دیوارها:

پس از اجرای فونداسیون نوبت به نصب دیوارها می‌رسد. همان‌طور که در بالا اشاره شد برای نصب دیوار‌ها و ثابت نگه‌داشتن آن‌ها از انکربولت‌هایی استفاده می‌شود که در داخل فونداسیون قرار گرفتند. دیوارها در این سازه‌های سبک مسئول تحمل بارهای جانبی و ثقلی هستند.دیوارهای باربر را با استفاده از نوعی از مهار کننده‌های موقت در محل مشخص شده نصب می‌کنند. در ساختمان‌های ‏ال اس اف (LSF) به منظور باربری جانبی سازه از دهانه‌های باربر جانبی یا همان دیوارهای باربر استفاده‌ می‌شود. میله‌های مهار نصب شده در پی در این مرحله به دیوارهای باربر متصل‌ می‌شوند. نصب دیوارهای غیر باربر هم که تاثیری بر سازه و ساختار آن نخواهد گذاشت عمدتاً بعد از نصب انجام‌ می‌شود.

اجرای سقف:

در اجرای سقف در سازه‌های ‏ال اس اف (LSF) معمولاً روش‌ها و سبک‌های مختلفی را در پی‌ می‌گیرند. خرپا‌های سقفی و سیستم تیر ریزی مسطح پرکاربردترین شیوه‌های اجرای سقف هستند. پوشش سقف عمدتاً به صورت خشک یا بتن درجا اجرا‌ می‌گردد. ساخت این سازه‌ها به طور عمده متشکل از تیرچه‌های فلزی سرد نورد شده هستند که فاصله آن‌ها با توجه به میزان ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف تعیین می‌شود.

پوشش‌های داخلی و خارجی:

در پوشش‌های خارجی و یا همان نما‌ می‌توان از انواع مصالح سنتی و یا مدرن استفاده کرد. پوشش‌های خارجی را‌ می‌توان به‌صورت تر و ملات و یا به صورت خشک به اجرا درآورد. در پوشش دیوار‌ها در فضاهای داخلی نیز‌ می‌توان از مصالح مختلفی همچنین کاغذ دیواری، رنگ، دیوارپوش، انواع کاشی و گچ استفاده کرد. در پوشش کف نیز‌ می‌توان از انواع پارکت، موکت و کف‌پوش استفاده کرد. عایق‌کاری دیوار‌های داخلی و خارجی نیز عمدتاً با استفاده از ورق‌های پلی استایرن به ضخامت ۵ سانتی‌متر صورت می‌گیرد.

اجرای تأسیسات برقی و مکانیکی:

تأسیسات مکانیکی به کار رفته در سازه‌های ‏ال اس اف (LSF) شامل لوله‌کشی و سیستم تهویه مطبوع‌ می‌شود. لوله‌کشی این سازه‌ها به طور عمده از لوله‌های سوپر پایپ و پی‌وی‌سی فشرده استفاده‌ می‌کنند که نسبت به لوله‌های فلزی و چدنی از مقاومت و انعطاف بسیار بالاتری برخوردار هستند. نصب و اجرای سیستم تهویه نیز بر اساس نظر و سلیقه کارفرما صورت‌ می‌گیرد.

تأسیسات برقی نیز شامل سیم‌کشی، انواع کلید و پریز، تابلوهای برق و خطوط تلفن و تلویزیون است. اجرا و نصب تأسیسات برقی در این نوع سازه‌ها به دلیل پیش ساخته بودن آن‌ها و وجود فضای خالی میان دیوار‌ها به راحتی هر چه تمام تر صورت‌ می‌گیرد.

نصب درب و پنجره:

در نصب درب و پنجره نیز سعی‌ می‌شود که از انواع درب‌های مدرن از جمله پی‌وی‌سی و آلومینیوم ضد حریق و ضد سرقت استفاده شود.

کاربرد سازه ‏ال اس اف

• ساختمان‌های مسکونی چند واحدی حداکثر تا 5 طبقه
• مجموعه‌های ورزشی
•  ساختمان های آموزشی
• کارخانه‌ها
• کارگاه‌های صنعتی
• ساخت نیم‌طبقه در فضاهای دارای ارتفاع زیاد
• اضافه کردن طبقات در پشت‌بام به ساختمان
• ساخت شهرک‌های مسکونی در مواقع لزوم در حداقل زمان ممکن
• ساخت خوابگاه های کوچک و مناسب برای دانشجویان
• ساخت موتل های بین راهی
• ساخت اقامتگاه هایی برای زائرین در شهرهای مذهبی
• بازسازی مناطق زلزله زده
• ساخت اقامتگاه های موقتی برای افراد زلزله دیده

به طور کلی ساخت هر سازه و ساختمانی که با محدودیت طبقه مواجه است.

هزینه ی سازه lsf

این یک اشتباه بزرگ و فاحش است که بگوییم هزینه ساخت اسکلت بتنی یا فلزی در یک ساختمان کمتر از هزینه ی سازه سبک ال اس اف است. در یک برآورد مهندسی جهت اجرای اصولی کار برابر آیین نامه مربوط به مبحث بتن و فولاد و دستورالعمل های اجرایی، به طور معمول هزینه ی ساخت اسکلت بتنی یا فولادی ساختمان با شرایط مشابه نسبت به سازه سبک ال اس اف اگر حدود 10درصد بیشتر نباشد کمتر از آن نخواهد بود.

باید به این نکته توجه داشته باشیم که در یک پلان مشابه ( 2 واحد در 3 طبقه جمعا 6 واحد ) برای ساخت یک ساختمان 3- 5 طبقه با 100 مترمربع زیر بنا واریانت های زیر بررسی شد:

1. واریانت اول: اسکلت بتنی با سیستم قاب خمشی ساده و سقف مشابه تیرچه بلوک : مصرف کل سیمان: 5/20 تن – مصرف کل فولاد: 4 تن
2. واریانت دوم: اسکلت فلزی با سیستم مفصلی و سقف کامپوزیت: مصرف کل سیمان: 5/11 تن – مصرف کل فولاد: 8/5 تن
3. واریانت سوم: احداث سازه فلزی یکپارچه سبک (LSF) : مصرف کل سیمان: 2/5 تن – مصرف کل فولاد: 8/2 تن

طول مدت زمان بیشتر جهت اجرای صحیح و اصولی کار به همراه هزینه‌های بالاسری لازم از دیگر موارد قابل ذکر و تاثیر گذار در هزینه تمام شده اسکلت بتنی و فولادی به شمار می‌رود. مدت زمان عملیات اجرایی اسکلت بتن تقریبا 5برابر بیشتر از سازه سبک ال اس اف است و طول این زمان نیازمند هزینه‌های بالاسری مربوط میباشد.

منظور از هزینه های بالاسری:

1. هزینه‌های بالاسری عمومی
2. هزینه‌های بالاسری کار

شامل دستمزد پرسنل ،اجاره ها در مدت زمان انجام پروژه و سایر خدمات از قبیل بیمه افراد، عوارض و بخش هزینه‌های عمومی که نسبت به موقعیت و حجم پروژه متغییر است و در برخی موارد قابل پبش بینی نمی باشند.

جهت مقایسه هزینه تمام شده سازه بتنی و فلزی در شرایط مشابه با استفاده از میانگین اعداد و ارقام نتایج حاصل را به اتفاق بررسی میکنیم.

در نتیجه هزینه تمام شده سازه‌های سبک LSF در حدود متری 270 تا 300 هزارتومان براورد می‌شود.

مزایای سازه ال اس اف

سازه  lsf دارای مزایا و اهمیت بسیار زیادی در مقایسه با دیگر سازه ها می باشد؛ که از جمله آنها می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کیفیت بالا و یکنواختی محصول نهایی
• سبک و مناسب در برابر زلزله چرا که نیروی زلزله وارد شده بر آن بسیار کمتر می باشد
• دارا بودن استانداردهای جهانی مصرف انرژی
• سرعت اجرایی بسیار بالا
• حمل و نقل آن به تمامی نقاط کشور بسیار آسان می باشد
• مصالح به کار رفته در آن قابلیت بازیافت دارند
• تناسب و تطابق فرهنگی نمای داخل ساختمان با ساختمان های سنتی
• آسان بودن استفاده از تاسیسات برقی و مکانیکی
• ایمنی کاری بیشتر و نیاز به فضای کاری کمتر
• داشتن عایق مناسب برای صدا
• داشتن عایق مناسب برای مصرف انرژی در دیواره ها و سقف
• هم چنین مدت زمانی که برای ساخت یک ساختمان با سازه lsf  نیاز می باشد بسیار کم بوده و این امر سبب شده است که این سازه نظر سرمایه گذاران بسیاری را به سوی خود جذب نماید.
• اغلب مصالح مورد استفاده در این سیستم  و کل مصالح پرتی قابل بازیافت هستند.
• مقاوم در مقابل خوردگی ، کج شدگی و ایجاد ترک
• میتوانند با طولهای دقیق مورد نیاز سفارش داده شوند
• مصالح مورد نیاز برای ساخت این سیستم حداقل 60% سبک تر از مصالح مرسوم هستند
• جهت گیری این سازه به سمت تکنیک پانل های پیش ساخته است که دیوارهای ساختمان در محل کارخانه و تحت شرایط کنترل شده مونتاژشده و سپس به محل سایت جهت نصب منتقل می گردند.
• در زمان شکل دهی و ساخت  ، یک سری سوراخهای استاندارد در جان این مقاطع ایجاد می نمایند که عبور دادن سیم ها و لوله ها از داخل این سوراخها باعث ایجاد تسهیل در نصب سیستم های تاسیساتی در داخل دیوار می گردد.
• وزن این سیستم سازه ای در مقایسه با سیستم سنتی حدود 30% آن می باشد.

با توجه به وزن کم این سیستم ، فونداسیون مورد نیاز بصورت شناژ فقط در زیر دیوارهای باربر با حداقل ابعاد مورد استفاده در فونداسیونها میباشد و در زیر دیوارهای داخلی از یک دال بتنی به ضخامت حدود 10سانتیمتر استفاده می شود

1-سرعت بالا در اجرا و نصب

استفاده از ال اس اف موجب می شود که روند ساخت ویلا سریعتر و با کیفیتی تضمینی انجام شود. این کار خود سبب شده تا سرمایه افراد و کسانی که در ساخت و ساز فعالیت دارند سریعتر بازگردانده شود. بالا رفتن سرعت موجب می شود که ویلا با کیفیتی مناسب و با دقت بهتری در ساخت و نصب سازه های ال اس اف ساخته شود.

2- کیفیت بالای محصول نهایی

کیفیت بالای سازه های ال اس اف به این علت می باشد که در کارخانه با روش های جدید و علمی تر ساخته و برش داده می شود. پس از ساخت سازه ها در کارخانه این موارد توسط تکنیسین های فنی نصب شده و این خود موجب می شود که ویلا با کیفیتی مناسب و اصولی تر ساخته شود.

3- مقاوم بودن و سبکی ال اس اف در مقابل زلزله

کشور ایران بر روی کمر بند زلزله جهانی قرار دارد و چند مدت یکبار این اتفاق در یکی از نقاط کشور اتفاق می افتد. ساخت یک ویلای مناسب با سازه های ال اس اف این اطمینان را به ساکنین خواهد داد تا با خیالی آسوده بتوانند در محل مورد نظر زندگی کنند و از بلایای طبیعی ترسی نداشته باشند.

وزن این سازه ها معمولا 25% سازه های معمولی می باشد. در نتیجه به این علت نیروی کمتری از زلزله را به خود جذب می کند.

4- بالا رفتن کیفیت اجرای اتصالات

برخلاف سازه های سنتی به مانند بتن و سایر فلز ها، سیستم ال اس اف با روشی ساده در اتصالات می تواند بسیار ایمن تر از موارد قدیمی در هنگام بروز مشکلاتی از قبیل زلزله باشد.

5- ال اس اف و استاندارد های جهانی مصرف انرژی

به علت عایق بندی دیواره های سیستم ال اف اس “LSF” در صد انتقال انرژی در ویلاهایی که با آن ساخته شده اند بسیار کمتر است و این مورد برخلاف روش های ساخت سنتی در دراز مدت موجب کاهش هزینه های گرمایشی و سرمایشی می شوند.

6- حمل و نقل آسان در هنگام روند ساخت ویلا

سبکی و ابعاد کوچک مقاطع ال اس اف موجب شده تا در روند ساخت و ساز حمل و نقل آسوده داشته باشند و سریع به محل مورد نظر برسند. این ویژگی سبب شده تا حمل و نقل این سازه ها از جاده های صعب العبور هم مناسب باشد.

7- بالا بودن مقاومت در برابر تغییرات محیطی و جوی

تعیین منطقه مناسب در ساخت و ساز ویلا با این نوع سازها ساده می باشد. جنس گالوانیزه سازه های ال اس اف موجب شده تا ویلای های ساخته شده در مناطق نامناسب محیطی مقاومت بالایی داشته باشند. گالوانیزه بودن آن موجب بالا رفتن مقاومت دیواره ها و اجزای ویلا در برابر خوردگی و رطوبت شده است.

8_دوست محیط زیست

در سازه های چوبی برای احداث یک ساختمان نیاز به قطع تعداد زیادی درخت می باشد، همچنین برخی از مصالح ساختمانی قابل بازیافت نمی باشد ولی در این سیستم اسکلت فولادی کاملا قابل بازیافت بوده و همچنین برای تولید سازه می توان از فولاد بازیافت شده استفاده نمود.( سالانه حدود 435 میلیون تن فولاد در جهان بازیافت می شود که معادل 150 برج ایفل در روز می باشد.)

      معایب سازه lsf

در کنار تمامی مزیت هایی که سازه lsf دارد می توان به برخی از معایب این سازه به صورت زیر اشاره کرد:

•  محدودیت طبقه (حداکثر تا 5 طبقه می توان از این سازه استفاده کرد)
• نیاز به مهندسین خبره و با تجربه و متخصص در سازه ال اس اف (که متاسفانه تعداد این افراد بسیار کم می باشد)
• بالا بودن هزینه های قطعات فلزی گالوانیزه
• در ابعاد دهانه محدودیت وجود دارد که گاها این مشکل با نظارت معمار برطرف خواهد شد.
• امکان اکسید شدن سازه های فلزی
• آسیب دیدن شدید سازه های فلزی در شرایط آتش سوزی
• از اصلی ترین معایب سازه  lsfمی توان به نبود تیم های حرفه ای و نیز بالا بودن هزینه آن اشاره نمود.
• در ابعاد دهانه محدودیت وجود دارد که گاها این مشکل با نظارت معمار برطرف خواهد شد.