سازه فولادی سبک

مزایای سیستم قاب فولادی سبک

1 – کاهش وزن سازه: میزان وزن فولادی مصرفی در سیستم سازه ای قاب فولادی سبک نورد سرد حدود ۵۰ درصد وزن فولاد مصرفی در سازه های فولادی معمولی است.
2 – سهولت حمل و نقل و کاهش هزینه های آن.
3 – کیفیت مناسب، فولاد، دارای گره، پیچش یا معایب موضعی نیست.
4 – انعطاف پذیری در طراحی.
5 – امکان عبور تاسیسات.
6 – دوام بیشتر.
7 – حفظ محیط زیست.
8 – افزایش سطح مفید بناء.
9 – کاهش زمان ساخت.

محدودیت های سیستم قاب فولادی سبک

در مراحل طراحی باید از اندازه و چگونگی مدولها تبعیت کرد.
در ابعاد دهانه محدودیت وجود دارد. تعداد طبقات قابل ساخت با این سیستم محدود است – به نیروی کار متخصص نیازمند است – تامین قطعات فلزی گالوانیزه تولید شده در کارخانه هزینه نسبتا بالایی دارد.
معمول ترین اعضا در سیستم قاب فولادی سبک نورد سرد، ناودانیها و پروفیل های C شکل هستند که در ساخت اجزای سازهای سبک مانند ستونک (stude) و لاوک (runner) و پروفیل های سقف ((purlin صفحات دندانهای با موجدار و نیز پوشش سقف و کف به کار می روند.

سیستم ترونکو

واژه ترونکو به معنای الوار است. طرح اصلی سیستم ترونکو برگرفته از همان ساختمان های چوبی سنتی و متداول در آمریکا و کاناداست. که با الهام از این روش ولی با استفاده از مصالح و فناوری جدید به وجود آمده است. در سیستم تورنکو عنصر اصلی را قطعات لوله از جنس فولاد گالوانیزه تشکیل میدهد. لوله های گالوانیزه مورد استفاده در این سیستم همان الوارهای چوبی قدیمی با مقطع دایره است با این تفاوت | که این لوله ها توخالی هستند و به دلیل وجود هوا در داخل لوله ها، عایق های حرارتی مناسبی نیز به شمار می آیند.

مهاربندهای تسمه ای: صفحات سازهای قائم تشکیل شده در سیستم مذکور توسط تسمه های فولادی در دو جهت مهاربندی می شوند تا در برابر نیروی جانبی مقاومت کنند. این تسمه ها فولادی و از نوع گالوانیزه هستند و به وسیله پیچ و اتصال دهنده به سازه ساختمان متصل می شود.

ساده ترین و مناسب ترین راه برای پوشش نما در این سیستم، استفاده از پانل های پلی استایرن با چسب سیمان است که در یک طرف صاف و در طرف دیگر مواج است.

مزایای سیستم ترونکو

1.  سهولت سرعت ساخت و حمل و نقل.

2. انقباض و انبساط بسیار جزیی به دلیل ضخامت کم.

3. تبادل حرارتی کم به خاطر ضخامت کم و هوای موجود در داخل لوله.

4. مقاومت در برابر زلزله و باد (دلیل اصلی: سبکی و یکپارچگی).

5. قابل اجرا در هر اقلیم و فصل بدون نیاز به دمایی خاص.

6. امکان استفاده مجدد از آن.

7. هزینه بسیار کم.

8. مقاومت بالا در برابر صداهای هوابرد.

محدودیت های سیستم ترونکو

– ضرورت استفاده از اتصالات ۹۰ درجه (در بعضی کشورها اتصالات ۳۰ درجه و ۶۰ درجه نیز وجود دارد)؛ – حداکثر تعداد طبقات قابل اجرا با این سیستم دو طبقه و در موارد خاص سه طبقه است؛ این سیستم در دهانه کوچک قابل اجراست
استفاده از این سیستم برای ساختمان هایی با اهمیت متوسط تا دو طبقه و برای ساختمانهای آموزشی تا یک طبقه توصیه می شود.

استفاده از آن برای سالن اجتماعات، مساجد، فضاهای وسیع مانند سالن ورزشی و یا انبار مناسب نیست.

فرآورده های فولادی

تیر آهن نیمرخ I: معمول ترین نیمرخ در سازه فلزی است. انواع متداول آن شامل:
INP, NP: پروفیل خارجی شکل (تیر آهن نرمال معمولی) ، بال باریک.
IPE: پروفیل ایرانی شکل، بال نیم پهن.
IPB: تیرآهن بال پهن در انوا HEM, HEA, HEB.
عرض بال IPE بیشتر از INP است و وزن یک متر طول INP بیشتر از ۱ متر طول IPE است. فقط نیمرخ IPE از نوع ها در ایران تولید می شود.
نیمرخ U یا ناودانی: این نیمرخ به صورت تک در مقابل خمش ضعیف است و برای جبران این ضعف آن را در تیرهای مرکب و مشبک و همچنین به صورت جفت به کار میرود. نیمرخ ناودونی را به صورت UNP نمایش میدهند.

تیرهای لانه زنبوری: به منظور افزایش مقاومت خمشی تیر، ان لیکن با این عمل مقاومت برشی تیر کاهش می یاید. لذا برای جبران این نقیصه، جان تیر در پرشی متمرکز (به خصوص تکیه گاهها) باید توسط ورق جان از یک طرف تقویت شود. انواع تیر لانه زنبوری زنبوری: CIPE, CINE, CIPB .

ورق و تسمه: این مقاطع در ساخت قطعات مرکب مانند تیرهای مرکب و تقویت آنها مورد استفاده قرار می گیرند. ورق هایی که عرض آنها کمتر از mm ۱۶۰ است، تسمه نام دارد. ضخامت بیشتر از ۶/۳۵ میلی متر را پلیت و کمتر از ۶/۳۵ میلی متر (تا ۰/۲۵ میلی متر) را شیت می گویند.

شبک های جوش شده از مفتول (WWF: Welded Wire Fabric)

این شبکه از دو گونه مفتول عمود بر هم که به وسیله جوش مقاومتی در کارخانه به یکدیگر متصل شده، تشکیل شده است. (مفتول به میلگردهایی با قطر از ۴ میلی متر اطلاق می شود). این شبکه ها در دال ها، دیوارها و پوسته های نازکی استفاده می شود که امکان عملیات میلگردگذاری در آن نمی باشد. در سیستم پانل های سه بعدی، شبکه های جوش از مفتول «WWF» را به کار می برند.

موارد قابل توجه در خصوص فولاد

برای سخت کردن فولاد می توان از روش آب دادن استفاده کرد (فولاد خشکه را گرما میدهند تا سرخ شود و سپس آن را در آب سرد فرو می برند تا سخت و ترد شود.)، همچنین برای سخت تر کردن قسمتهایی مانند کله ریل که چرخها روی آن می لغزند، می توان آن را سرخ کرد سپس به آن کربن دمید تا پوسته روی آن کربن بگیرد و سخت شود.

اصلاح گرم؛ به عمل گرم کردن و آب دادن به منظور افزایش تنش تسلیم) و پخت مجدد (به منظور افزایش شکل پذیری و کاهش تردی) اصلاح گرم گفته می شود.

E (ضریب ارتجاعی) آلومینیوم ضریب ارتجاعی فولاد است، بنابراین میزان تغییر شکل آلومینیوم سه برابر فولاد خواهد بود.

• بتن مسلح، جهت افزایش مقاومت کششی بتن از میلگرد استفاده می کنند. (تغییرات حجمی بتن و فولاد در اثر تغییر درجه حرارت با هم برابرند.)

چدن در مقابل حرارت، رطوبت و نمکها از فولاد مقاوم تر است (چون دارای جنس سخت و ترد است) ولی فولاد شکل پذیری بالایی دارد، نیز فولاد جوش پذیر و چکش خوار است ولی چدن جوش پذیر نیست. افزون بر این مقاومت فشاری و کششی فولاد برابر است ولی مقاومت فشاری چدن نسبتا بسیار بالا و مقاومت کششی آن کم می باشد.

فولادهای معرفی شده براساس استاندارد آمریکا

• فولاد A7: برای پل سازی و ساختمان.
• A۳۷۳: فولاد کربن دار ساختمانی که بسیار قابلیت جوش دارد.
• فولاد ۳۶A : فولاد ساختمانی.
• A۴۴۵: فولاد با مقاومت زیاد ساختمانی.
• A۵۵۸: فولاد ساختمانی کم آلیاژ با استحکام زیاد و مقاوم در برابر خوردگی.
• A۳۴۲: فولاد با مقاومت زیاد ساختمانی. فولاد با مقاومت زیاد هم بسته منگنز و وانادیوم) ساختمانی.
• فولاد A۳۶ یکی از پر مصرف ترین فولادها بود که جایگزین فولاد A۷ شده است.

در پایین سازه های گنبدی یا مرکز سازه های چادری و در جاهایی که نیاز به حلقه کششی داریم معمولا از فولاد به عنوان حلقه کششی استفاده میشود.

آلومینیوم

فلزی است نقره ای رنگ با جلای فلزی، نرم، سبک و دارای قابلیت شکل پذیری زیاد که پس از فولاد پر مصرف ترین فلز صنعتی است. آلومینیوم خالص به علت نرمی و مقاومت کم در ساختمان مصرف نمی شود، بلکه از آلیاژهای آن استفاده می کنند.

سیلسیم: مناسب جهت ریخته گری و قابل جوش دادن، پایدار در برابر اثرات جوی دارای کاربرد در ساختن پنجره و درب.

مس: به منظور افزایش استحکام آلومینیوم به کار می رود. به طور کلی آلیاژهای آلومینیوم مصرفی در کارهای ساختمانی به دو گروه تقسیم می شوند:

الف: با مقاومت نسبتا کم که بیشتر برای ساخت ورق ساده یا موجدار پوشش شیروانیها، درزبندی، در زپوش و کارهای تزئینی استفاده می شود.

ب: با مقاومت زیاد که در قطعات باریر اصلی، کارهای ساختمانی و ساخت اسکلت سبک سازهها صورت نیمرخ های مختلف به کار می روند.

مزایای آلومینیوم برای مصارف ساختمانی

• سبکی وزن.
• زنگ نزن (مقاومت در برابر اکسید شدن و خوردگی زیادتر از چدن).
• قابلیت ریخته گری آلومینیوم و آلیاژهای آن.
• گرمارسانی (چهار برابر فولاد و دو سوم مس) و برق رسانی خوب.
• پایداری در برابر هوای خشک اکسیدهای کربن، گوگرد و جوهر شوره پرمایه.
• مقاومت در برابر سولفاتها.
• نسیت مقاومت به وزن بالا (از فولاد و بتن بیشتر است.).

معایب آلومینیوم برای مصارف ساختمانی

ضریب ارتجاعی کم و در نتیجه تغییر شکل زیاد آنها زیر بار. حساسیت در برابر افزایش گرما و تغییر محسوس در خواص مکانیکی در گرمای بیش از ۱۰۰ درجه سیلیسیوس. آب دریا، جوهر گوگرد، جوهر نمک، جوهر شوره کم مایه، قلیایی و ملات تازه آهک و ملات سیمان تازه بر آلومینیوم اثر می گذارند و آن را فاسد می کند، لذا عایق بر روی آن پاشیده می شود. اسید کربن، به ویژه جوهر گوگردی که در دوده است بر آلومینیوم اثر کرده و سولفات آلومینیوم تولید می شود. بنابراین نباید در ساخت دودکش از ورق آلومینیوم استفاده کرد.

• گرچه روی سطح فلز آلومینیوم پس از گذشت زمان لایه نازکی از اکسید آلومینیوم یا ألومین تشکیل می شود و این اکسید، فلز را از عوامل جوی حفظ می نماید، بهتر است ضخامت این لایه را به کمک جریان الکتریسیته و قرار گیری آن در آند افزایش داد تا آسیب پذیری آن در برابر خراش و عوامل جوی کاهش یابد؛ این عمل را آندایز کردن آلومینیوم مینامند.

از ورق های نازک آلومینیوم برای پوشش عایق حرارتی و نم بندی آنها و بازتاب گرما بهره گیری می شود. از گرد آلومینیوم در ساختن رنگ آلومینیومی استفاده میشود و همچنین با گرد روی بتن گازی سبک میسازند.

در یکی از روشهای سیستم ساختمانی قاب بتنی پیوسته (روش قاب تونلی) که در آن دیوارها و سقف ها به صورت یکپارچه و هم زمان بتن ریزی می شوند. به نام سیستم نیم تونلی با میز پرنده، جنس میز پرنده نیز از آلومینیوم سبک است.
مقاومت آلومینیوم را با نورد سرد می توان افزایش داد. وزن ویژه آلومینیوم دوزن ویژه فولاد است.

مس

فلزی است سرخ رنگ، جلاپذیر، نرم با وزن ویژه۸/۹ تن بر متر مکعب. همچنین مزایا و معایب مس شامل قابلیت چکش خواری خوب. ورق و میله آن (در حالت سرد) خوب تا میشود و ترد نمیباشد؛ – می توان آن را جوش داد و به سادگی لحیم کرد؛ – مس گداخته هوا می گیرد و هنگام سرد شدن همه آن را پس نمیدهد و حباب هوا در مس باقی می ماند؛ – برق رسانی مس از فلزات دیگر بیشتر است و همچنین گرمارسانی خوبی دارد. مس در مجاورت هوا اکسید می گردد و یک پوسته نازک اکسید مس سیاه رنگ روی آن را می پوشاند. اسیدها مس را می خورند اما مس در برابر اسیدهای موجود در گازها و دوده از آهن و روی پایدارتر است. مس در برابر ملات های تازه پایدار است (برخلاف آلومینیوم). جوهر سر که در مس اثر می کند. از این رو خوراکیهای ترش و شور را نباید در ظرفهای مس و برنجی نگه داشت. این فلز به حالت خالص در طبیعت یافت میشود.

آلیاژهای مس

مفرغ یا برنز= مس + قلع.

برنج= مس + روی.

ورشو = مس + نیکل، روی (به رنگ سفید یا سفید با ته رنگ زرد).

از مس و آلیاژهای آن که انواع برنج و مفرغ است در آب بندی، درزبندی، کارهای زینتی، ساختن قطعات شیرآلات و یراق آلات و لوله سازی استفاده میشود.

سرب (pb)

فلزی است به رنگ خاکستری مایل به آبی و به آسانی بریده میشود و خراش بر می دارد. همچنین سرب سنگین ترین و نرم ترین فلز صنعتی است. ۱-۷. ویژگی های سرب می توان به آسانی آن را شکل داد و به صورت سرد قابلیت برش، چکش خواری، تا خوردن، نورد و منگنه را دارد و می توان آن را لحیم کرد و جوش داد.

ملات تازه سیمان و ملات تازه آهک در سرب اثر می کند و چنانکه بخواهیم سرب را در همسایگی ملا سیمان یا ملات آهک مصرف کنیم، بهتر است روی سرب را قیر اندود کرده یا آن را با برگ پلاستیک نازک بپوشانیم.
ملات گچ در سرب اثر ندارد. ورق سرب به عنوان فلز عایق های پیش ساخته و همچنین آب بندی سر ناودانیها و کنج های بام کاربرد دارد. در جداره فضاهایی که در آنها پرتوهای رادیواکتیو موجود است، از سرب استفاده میکنند. از ورق سربی در تراز کردن خرپاها و تیرهای فولادی به عنوان زیرسری استفاده می شود. از کنف و سرب نیز جهت اتصال لوله های چدنی بهره می گیرند.

روی(zn)

فلزی است (سفید) با ته رنگ آبی جلادار و وزن ویژه ۷/۱۴ تن بر متر مکعب. این فلز با گرما دیدن بیش از فلزهای دیگر باز می شود.

ملات های تازه سیمان، آهک و گچ روی آن اثر می کنند و نباید به روی با فولاد روی اندودشده أهن سفید یا گالوانیزه) بچسبند، پس باید برگهای روی یا آهن سفید را قیر اندود کرد یا آنها را با مقوای قیری یا برگ پلاستیک پوشانید.

اسیدها و بازها بر آن اثر می کنند. روی در هوای نمناک زنگ می زند. زنگ روی سفید رنگ است و چون در آب حل نمی شود، شسته نشده و سطح روی را می پوشاند و زنگ زدگی به مغز فلز نمی رسد.

از روی برای پوشاندن قطعات فولادی (به منظور جلوگیری از زنگ زدن قطعه فولادی که به آن آهن سفید (گالوانیزه) استفاده می کنند.

قلع (sn) و نیکل (Ni) و منیزیم (Mg)

فلزی به رنگ سفید نقره ای جلادار و نرم بوده که به آسانی شکل می گیرد. به آسانی شکل می گیرد، به گونهای قلع را می توان ریخت و لحیم کرد بی آنکه نیازی به گرم کردن باشد؛ – قلع در برابر آثار جوی پایدار است و اکسید نمی شود اما قلع آبکی از هوا اکسیژن می گیرد و اکسید می شود. برای حفاظت، فولاد را قلع اندود می کنند که حلبی نام دارد. همچنین آلیاژ مس و قلع را برنز (مفرغ) می نامند. لوله های آب گرم سربی را نیز قلع اندود می کردند تا آبهای معدنی در سرب اثر نکند.

نیکل فلزی است سخت، به رنگ سفید نقره ای جلا دار و با وزن ویژه۸/۵۸ تن بر متر مکعب. در برابر آثار جوی، قلیایی و بسیاری از اسیدها پایدار است. نیکل به عنوان ألیاژ در فولاد ضد زنگ و همچنین آلیاژ به دست آمده با مس و آهن و غیره، به دلیل چکش خواری، سختی، مقاومت در برابر پوسیدگی و پایایی در حرارت بسیار بالا از اهمیت صنعتی بسزایی برخوردار می باشد.

منیزیم فلزی است به رنگ سفید نقره ای و بسیار سبک که در گرمای ۶۵۰ درجه آب می شود، زود اکسید می شود و اسیدها بر آن اثر دارند ولی در برابر قلیایی ها پایدارست.

نتیجه گیری

از سرب، قلع، روی، مس و آلومینیوم به صورت ورقهای نازک در لایه میانی قشرهای عایق رطوبتی پیش ساخته نیز استفاده می شود. بتن و ملات تازه سیمان در آلومینیوم اثر می کنند، لذا باید پیش از جا گذاشتن آلومینیوم در ملات و بتن روی را قیر اندود کرده یا با مقوای قیری و یا کاغذ روغنی پوشاند.

کروم، تأب کششی فولادی را افزایش می دهد و از زنگ زدگی آن جلوگیری می کند. با اضافه کردن ۱۲ درصد کروم، فولادی ضد زنگ و بسیار شفاف می سازند. این ورق فولادی زنگناپذیر stainless steel نام دارد. کروم از فلزات مقاوم در برابر پوسیدگی و بسیار سخت و ضد خش می باشد.

تیتانیوم: این فلز با وزن متوسط، مقاومت مکانیکی خوبی دارد، نیز از نظر مقاومت در برابر خوردگی به صورت فوق العاده در برابر اکسید شدن و مواد خورنده مقاوم است ولی به راحتی شکل نمی گیرد.