سازه فلزی - اسکلت فلزی
امروزه ساخت و ساز در دو شکل کلی صورت میگیرد ساخت و ساز با سازه های بتنی و استفاده از سازه فلزی برای ساخت اسکلت فلزی بنا ، سازه های بتنی بیشتر استفاده میشوند، اما دانستن اینکه ساخت اسکلت فلزی چه مزایایی بر سازه های بتنی دارد میتواند راهگشای بسیاری از سوال های ما باشد. استفاده از اسکلت فلزی در ساختمان‌ها پیشینه‌ای طولانی دارد. در ابتدا برای اجرای چنین سازه‌هایی از چدن استفاده می‌شد اما پس از مدتی آهن کم‌کربن یا همان آهن چکش‌خوار جای چدن را گرفت. با استفاده از اسکلت فلزی ساخت سازه‌هایی با طرح‌ها و شکل‌های مختلف و متنوع امکان‌پذیر شد. چدن و آهن کم‌کربن هم به مرور جای خود را به فولاد دادند. امروزه فولاد بیشترین کاربرد را در اسکلت فلزی ساختمان‌ها دارد؛ تا جایی که گاه به جای به کار بردن عبارت «اسکلت فلزی و سازه فلزی» از «اسکلت فولادی» استفاده می‌کنند. مزایای سازه فلزی باعث شده از آن به صورت گسترده در ساخت سوله‌ها و ساختمانهای بزرگ استفاده کنند. این نوع اسکلت در شلوغ‌ترین و کم‌حجم‌ترین مکان‌ها هم قابل اجراست و به همین دلیل در شهرهای بزرگ با استقبال خوبی از طرف معماران و مهندسان سازه مواجه شده است. اسکلت فلزی کیفیت ساخت را بالا برده و پرتی مصالح را پایین می‌آورد.
اسکلت فلزی - سازه فلزی چیست؟
اسکلت فلزی یا سازه فلزی متشکل از فولاد، تیر و ستون می باشد. ستون های سازه اسکلت فلزی به دو صورت عمودی و افقی قرار گرفته اند و امروزه پیکر ساختمان های زیادی در سطح شهرهای کشور را پوشش داده اند. بنیادی ترین مصالح به کار رفته در اسکلت فلزی فولاد می باشد که در حال حاضر از پراهمیت ترین مصالح در صنایع ساخت و ساز به شمار می رود. از حائز اهمیت ترین مزایای فولاد که موجب گردیده تا در اسکلت فلزی به کار برده شود مقاومت بالا، جوش پذیری، شکل پذیری، خم پذیری، همگن بودن و ارتجاعیت محسوب می شود. به کار بردن اسکلت فلزی در سازه ها و ساختمان ها موجب گردیده تا از وزن کمتری بهره ببرند و در برابر هرگونه ضربه، فشار و عوامل بیرونی نظیر زلزله مقاومت و استحکام بیشتری نشان دهند. پس می توان گفت سازه های دارای اسکلت فلزی دارای رفتار نسبی بهتری می باشند .مزایای اسکلت فلزی و سازه فلزی
● کاهش قابل ملاحظه وزن ساختمان در نتیجه کاهش قابل توجه نیروی زلزله ● کاهش حجم فونداسیون به علت کاهش وزن کلی سازه ● بالا بردن چشم گیر سرعت پیشرفت پروژه ● امکان بازرسی و تست های غیر مخرب در کلیه مراحل انجام عملیات ● بالا بردن میزان سطح زیر بنا با کاهش سطح مقطع سازه ● امکان اصلاح و رفع عیب در هر مرحله بدون تخریب و از بین رفتن مصالح ● امکان انجام عملیات در شرایط مطلوب کارخانه و در نتیجه دقت و کیفیت بالا و مطلوبسازه فزی از لحاظ کاربرد:
● سازه فلزی صنعتی سازه های فلزی صنعتی با دوام‌تر از سایر سازه‌ها می‌باشند و برای جلوگیری از زنگ زدگی با ترکیبات آلومینیوم پوشش داده میشوند. از آن‌جا که حفاری، برش، جوش در سایت تولید انجام میشود و قبل از ارسال به محل ساخت مونتاژ می‌گردند ارزان‌تر و بسیار سریع‌تر هستند. روند ساخت و ساز با ساختمان فولادی پیش مهندسی شده سریع‌تر از ساخت و ساز طبیعی می‌باشد.مزایا استفاده از سازه فلزی صنعتی
1. وزن خالص کمتر نسبت به دهانه بزرگتر 2. اجرای سریع پروژه و ساخت و ساز سریع 3. ساختمان سبز، محافظ محیط زیست 4. نصب و راه اندازی سریع و راحت 5. صرفه جویی در نیروی انسانیویژگی های سازه فلزی صنعتی
1. ایمن، عایق صوتی و حرارتی، ضد آتش 2. مقرون به صرفه، نصب و راه اندازی آسان و سریع که تا حد زیادی باعث کاهش زمان ساخت و ساز میشود. 3. دوام، ساختار آسان در تعمیر و نگهداری، که میتوان برای بیش از ۵۰ سال استفاده شود 4. ظرفیت حمل، مستحکم در برابر باد قوی و عملکرد لرزه‌ای و بارهای برف سنگین ● سازه های فلزی مسکونی ● سازه های فلزی اداری ● سازه های فلزی تجاریسازه فلزی از لحاظ شکل ساختار:
● سازه فلزی قاب بندی شده: که مجموعه ای از اعضای محوری، خمشی و یا محوری خمشی اند. ● سازه فلزی پوسته ای: منابع نگهداری مایعات و گازها که نیروی محوری حاکم است. ● سازه فلزی فضا کار : که در آن نیروی کششی و فشاری حاکم است.
سازه‌های فولادی از لحاظ نوع اتصالات:
● اسکلت فلزی جوشی ● اسکلت فلزی پیچ و مهره ● اسکلت فلزی پرچی( که تقریبا استفاده از آن منسوخ شده )اسکلت فلزی جوشی:
جوشکاری فرایندی است که در آن دو قطعه فلز بوسیله حرارت به یکدیگر جوش می خورند تا یک اتصال بوجود آید. جوشها برای ساخت اتصالات، جهت انتقال نیرو بین اعضای سازه و همچنین برای انتقال دادن تنشهای محاسباتی از یک قسمت عضو ساخته شده به قسمتهای دیگر به کار می روند. قوانین و ضوابط جوشکاری در ساختمان سازی بوسیله انجمن امریکایی جوشکاری " AWS " و ایین نامه جوش ایران به صورت مدون گردآوری شده است. این مجموعه بصورت آیین نامه ای در زمینه جوشکاری در ساخت ساختمانهای فولادی و همچنین مشخصات جوشکاری در پل ها، بزرگراه ها و راه آهن ها گردآوری شده است. دستیابی به اتصال جوشی مناسب و رضایت بخش، احتیاج به روند سازمان یافته دارد که از طراحی اتصال و انتخاب روش جوشکاری شروع شده و با انجام عملیات جوشکاری و بازرسی آن پایان می یابد. طراح سازه باید از عوامل موثر در کیفیت جوشکاری مطلع بوده وآن ها را در طرح اتصالات خود به کار گیرد. در این روش که تمامی اتصالات به وسیله جوش صورت می پذیرد نیز همانند روش پیچ و مهره دارای مزایا و معایبی هست .سیستم جوشکاری معمولا یا در محل کارگاه با استفاده از پروفیل های ساختمانی توسط پرسنل جوشکار حرفه ای صورت می گیرد و یا ابتدا اسکلت مورد نظر در محل کارخانه سازنده اسکلت فلزی و سوله از نوع تیر ورق ساخته شده و به محل کارگاه انتقال می یابد و قطعات ساختمان نظیر تیر های اصلی، ستون و … به وسیله جوش به یکدیگر متصل می شوند . نحوه صحیح اجرای اسکلت فلزی در جهان به روش تولید در کارخانه می باشد، بدین صورت که طبق نقشه محاسباتی اسکلت فلزی به صورت المان تیر ورق در کارخانه برش می خورد و نحوه جوش قطعات چه در تیر، ستون و سایر اتصالات توسط دستگاه جوش زیر پودری و یا جوش آرگون و co2 با کیفیت بسیار بالاتر نسبت به جوش در محل پروژه صورت میگیرد و کیفیت و مقاومت جوش توسط تیم مهندسین کنترل کیفیت مربوطه بررسی و در انتها در صورت لزوم از طریق روش تست جوش غیر مخرب مجددا چک می شود.
تست های غیر مخرب عبارتند از
1. ازمایش و بررسی چشمی Vt .۲ ازمایش مایع نفوذ پذیر Pt . ۳ ازمایش التراسونیک Ut ۴ .ازمایش رادیولوژی Rtاسکلت فلزی پیچ و مهره
اسکلت فلزی پیچ و مهره - یکی از مهم ترین اجزای سازه های فولادی که وظیفه ی انتقال نیروهای اعضا به یکدیگر و به تکیه گاه ها را بر عهده دارد، اتصالات میان اعضا می باشد. اتصالات پیچی به دلیل سرعت بسیار بالا در اجرا و اطمینان از رفتار آن ها، از بهترین انواع اتصال در سازه های فولادی بوده که در سال های اخیر مورد توجه فراوان قرار گرفته است.انواع اتصالات پیچ و مهره ای:
به طور کلی اتصالات پیچ و مهره ای در اسکلت فلزی پیچ و مهره به دو دسته تقسیم می شوند: 1. اتصالات اتکایی اسکلت فلزی پیچ و مهره در عملکرد اتکایی، پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می گیرد و مهره بسته می شود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد میشود، قطعات اتصال لغزش پیدا می کنند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه های اتصال وارد می شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ می گردد. در اتصالات اتكایی پس از لغزش صفحات، انتقال بارهای وارده بر اتصال توسط تركیبی ازعمل اصطكاكی و اتكایی در پیچ و در بدنه سوراخ انجام میگیرد که مقاومت اصطكاكی جزیی بین اعضا عموماً ناشی از محكم بستن مهره های پیچ ها می باشد. معیار طراحی در اتصالات اتكایی مقاومت اتصال است. این اتصال تنها برای حالت بارگذاری ثقلی است و در طرح لرزه ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این نوع اتصال هیچ نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد نمی شود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله ی کارگر کفایت می کند. 2. اتصالات اصطکاکی اسکلت فلزی پیچ و مهره هنگامی که در یک اتصال مهره پیچ پس از محکم شدن اتصال بیشتر پیچانده شود و به عبارت دیگر در پیچ نیروی پیش تنیدگی از طرف مهره پیچ بر روی ورق های اتصال وارد می شود. با اعمال نیروی پیش تنیدگی، پیچ تحت کشش قرار گرفته و با اعمال بار، بین صفحات اتصال اصطکاک به وجود می آید که باعث عدم لقی و کارکرد کامل اتصال می شود. در مواردی که قرار است هیچ گونه لغزشی تحت اثر بارهای سرویس بین ورق های اتصال رخ ندهد از اتصالات اصطکاکی استفاده می شود.انواع پیچها:
1- پیچهای معمولی: پیچ های معمولی از فولاد نرمه با کربن کم ساخته می شوند. این پیچ ها در استاندارد ASTM با علامت A307 نشان داده می شوند. حد گسیختگی این گونه از پیچها حدود 4200 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. از جمله این پیچها میتوان 3.6 ،4.6 ، 4.8، 5.6 را نام برد که بر اساس استاندارد DIN آلمان، عدد اول مقاومت نهایی پیچ و عدد دوم بیانگر تنش تسلیم پیچ بر حسب کیلوگرم بر سانتی متر مربع است. 2- پیچ های پر مقاومت: پیچ های پر مقاومت از فولاد نرمه با کربن متوسط ساخته می شوند. این پیچ ها در استاندارد ASTM با علامت A325 و A449 و A490 نشان داده می شوند. تنش تسلیم پیچ های A325 و A449 حدود 5600 تا 6300 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است و پیچ های A490 که از نوع آلیاژ دار می باشند تنش تسلیم حدود 8000 تا 9000 کیلوگرم بر سانتی متر مربع را دارند. بر اساس استاندارد DIN آلمان پیچ های 8.8، 10.9، 12.9 و 14.9 جزء این دسته از پیچ ها محسوب می شوند.مزایای اتصالات پیچی:
● سرعت نصب و مونتاژ بالا ● امکان باز نمودن سازه ها و استفاده مجدد ● نیاز به نیروی کمتر حرفه ای نسبت به اتصالات جوشی ● بی سرو صدا بودن هنگام نصب و اجرا ● محدودیت کم برای شرایط محیطی کار ● عدم محدودیت در اعضای اتصال ● بالا رفتن کیفیت ساختایرادات احتمالی که ممکن است در زمان ساخت و نصب اتصالات پیچی به وجود آیند عبارتند از:
● تغییرقطر و اندازه سوراخ ها ● عدم رعایت فاصله مناسب پیچ ها و سوراخ ها از لبه ورق اتصال ● دور یا نزدیکی سوراخ ها نسبت به هم ● عدم تامین نیروی پیش تنیدگی پیچ ها ● نامتقارن سفت کردن پیچ های اتصال
مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی
مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی ممکن است برای بسیاری از دست اندرکاران حوزه عمرانی و یا کسانی که علاقه‌مند به موضوعات مرتبط با ساختمان سازی هستند، مهم باشد. ساختمانهای اسکلت فولادی با هر نوع طرح معماری سازگار هستند و به طور معمول در انواع پروژه‌های ساختمانی (مسکونی، تجاری، اداری و موارد بیشتر) مورد استفاده قرار می‌گیرند. درست است که سازه‌های قاب فلزی بسیار بادوام، قابل اعتماد و مقرون به صرفه بود و در برابر زلزله مقاوم هستند، ولی اگر مراحل ساخت آن به درستی انجام نگیرد و بر طبق استانداردها و قوانین اجرا نشوند، خطرآفرین خواهند بود. به طور معمول سازه فولادی به سیستمهای ساختمانی اطلاق میشوند که در آن المان‌های عمودی و افقی که قاب‌ها را تشکیل می‌دهند از فلز ساخته شده باشند. مراحل ساخت سازه‌های فلزی به شرح زیر است: • نقشه برداری سایت • تهیه نقشه معماری • تهیه نقشه تاسیسات و برق • تهیه نقشه سازه • اجرای فونداسیون • نقشه برداری از فونداسیون و تهیه نقشه ازبیلت فونداسیون • تهیه نقشه های ساخت ( شاپ) • ساخت اسکلت • نصب ستون ها ، تیر ها بادبند ها • اجرای سقف • نازک کاری و نماساختفونداسیون ساختمان پیچ و مهره ای
ساختمان پیچ و مهره ای با ساخت فونداسیون یا پی آن آغاز میشود. به طور کلی، انواع فونداسیون مورد نیاز برای ساختار باید براساس ظرفیت تحمل خاک بنا انتخاب و طراحی شود. در بررسی خاک از اکتشاف سطحی و زیرسطحی برای ارزیابی وضعیت خاک که ساختار قاب فولادی در آن استوار است استفاده میشود. به عنوان مثال، هنگامی که بارهای متوسط یا کم به پایه منتقل میشود، توصیه میتواند استفاده از پی منفرد و یا نواری باشد. این نوع پی‌ها بارهایی را به خاک انتقال می‌دهند که توانایی پشتیبانی از بارهای منتقل شده را دارند. اگر استحکام خاک ضعیف باشد و بار تحمیلی زیاد! بهتر است از فونداسیون گسترده یا شمع استفاده شود. فونداسیون‌ها با استفاده از نقشه‌های سازه میلگرد گذاری شده و بتن ریزی میشوند.ساخت ستون فولادی ساختمان پیچ و مهره ای
یکی از مهم‌ترین مراحل ساخت ساختمان پیچ و مهره ای اسکلت فلزی، قرار دادن ستون‌های فولادی است. ستون‌های فلزی اغلب با IPE، IPB دوبل یا مقاطع ساخته شده box ، I با سایزهای مختلف برحسب میزان بار وارده از سوی تیرهای اصلی انتخاب میشوند فاصله بین بیس پلیت و فونداسیون نیز توسط گروت پُر میشود.نصب تیرهای فلزی ساختمان پیچ و مهره ای
مقاطع مختلف تیر پیش ساخته اعم از IPE و IPB، قوطی، ناودانی، نبشی و یا لانه‌زنبوی به صورت تک یا دوبل در طی مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی مورد استفاده قرار می‌گیرند. تیرها معمولاً بارها را از کف و سقف به ستون‌ها منتقل می‌کنند. اعضای تیر فولادی میتوانند تا ۱۸ متر طول داشته باشند، اما معمولی‌ترین اندازه دهانه تیرها از ۳ متر تا ۹ متر می‌باشند. اتصال بین تیر و ستون اغلب به دو روش جوش و پیچ انجام میگیرد. اما از نظر سازهای اتصال تیر به ستون انواع مختلف وجود دارد که بر اساس نوع و میزان بار تعیین میشود، به عنوان مثال، اتصال مفصلی برای عدم حضور نیروی خمشی و اتصال گیردار به دلیل حضور نیروی خمشی کاربرد دارد. همچنین تیرها به دو نوعِ تیرهای اصلی و فرعی تقسیم میشوند، که بار تیرهای فرعی به تیرهای اصلی وارد میشود.سیستم ها ی سقف
انواع مختلفی از سیستمهای سقف ساختمان پیچ و مهره ای وجود دارند که میتوانند در ساخت سازه‌های فلزی مورد استفاده قرار گیرند. بعد از ساخت تیرها، حال نوبت انتخاب نوع سیستم سقف و اجرای آن است. نه تنها سیستمهای سقف از بارهای عمودی پشتیبانی می‌کنند بلکه عملکردی به مانند دیافراگم‌ها دارند و در اثر استفاده از بادبندها، در برابر بارهای جانبی (زلزله و باد) مقاومت می‌کنند. نمونه‌هایی از انواع سقف که در ایران بسیار محبوب هستند را میتوان به سقف تیرچه بلوک و عرشه فولادی اشاره کرد. هر دو این سقفها از نظر سازه ای عملکردی مشابه دارند و اغلب به صورت یکطرفه بار را به تیرها انتقال می‌دهند.ساخت بادبندی
یکی دیگر از مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی ، اختصاص دادن بادبندها است. از بادبند یا مهاربندی عرضی برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی اعم از زلزله و باد استفاده میشود. بادبندها، نیروهای جانبی را به ستون منتقل می‌کنند. مقطع فولادی مورد استفاده در بادبندها نیز معمولاً ناودانی یا نبشی به صورت تک یا دوبل می‌باشند. همچنین از طریق جوش و با استفاده از پلیت (صفحه فلزی) از یک سمت به بادبند و از سمت دیگر به ستون یا تیر متصل میشوند. شکل مهاربندی بست به نوع و میزان نیروهای وارده انتخاب میشوند که معمولاً به انواع ضربدری، همگرا، واگرا، K شکل، هشتی شکل (۸) و هفتی شکل (۷) هستند.نازک کاری
به اجرای قاب فولادی و اعضایی که نقش سازهای دارند، سفت کاری می‌گویند. ولی در این قسمت صحبت ما درباره اعضای غیرسازه‌ای هستند که معمولاً با عنوان نازک کاری شناخته میشوند. مراحل نازک کاری ساختمان هم در سازه‌های اسکلت فولادی و هم در سازه‌های اسکلت بتنی مشابه است. این مراحل شامل عایق کاری، اندودکاری، برق کاری، کانال کشی، دیوارسازی خارجی و داخلی، کاشی کاری، نصب تأسیسات، سنگ کاری، نماسازی، نقاشی و موارد دیگر می‌باشند.هزينه ساخت اسکلت فلزی
معمولا هزينه ساخت اسکلت فلزی نسبت به وزن آهن آلات مصرفی و با در نظر گرفتن موارد تاثير گذار ديگر مانند حجم پروژه، نوع طراحی و روش های اجرايی متناسب با آن، برآورد و محاسبه می شود. ● نو ع طرا حی سازه ● مدت زمان اجرا متناسب با موقعيت و حجم پروژه ● مقدار ابزار، ماشين آلات و نيروی انسانی مورد نياز ● موقعيت مکانی پروژه از نظر مسافت راه، شرايط جوی و محيطی کار و تاثير آن در قدرت مانور پرسنل و ماشين الات ● ميزان دقت مورد نياز و حساسيت کار در نوع طراحی و روش اجرايی متناسب و ... از جمله عواملی هستند که در تعیین هزينه ساخت اسکلت فلزی و دستمزد کار تاثیرگذار می باشد. در پروژه های ساختمانی هزينه تمام شده يک سازه فلزی با توجه به موارد ذکر شده بستگی به دو عامل زير دارد. ● قيمت فولاد نسبت به نوع و مقدارآهن آلات ● دستمزد کار نسبت به طراحی پروژه و شرايط اجرايی