وقتی مردم در مورد ساختمان‌ها فکر می‌کنند، اغلب ارتفاع سازه، زیبایی نما و شاهکارهای معماری آن را در نظر می‌گیرند. در حالی که این ساختارها می‌توانند بسیار چشمگیر باشند، اما حقیقت این است که «جلوه‌های ظاهر آن‌ها همانند پوست و گوشتی می‌مانند که استخوان‌ها را پوشانده‌اند!». در صنعت ساخت‌وساز، استخوان‌ها تمثیلی از اسکلت ساختمان هستند که وظیفه حفظ تعادل و پایداری سازه را بر عهده دارند. در واقع، هیچ بنایی بدون اسکلت ساخته نمی‌شود، یا بهتر است بگوییم: «کدام انسانی را سراغ دارید که بتواند با پوست و گوشت یک قدم راه برود؟»؛ با ویکی ساختمون همراه باشید.
اسکلت ساختمان چیست؟
اسکلت یک سازه، قابی است که از شبکه‌ای منظم از ستون‌ها و تیرهای متصل به یکدیگر ساخته می‌شود تا به عنوان پایه‌ای برای پشتیبانی از کل ساختار عمل کند. اسکلت ساختمان در اصل وظیفه حفظ تعادل و پایداری را سازه را بر عهده دارد تا ساختمان بتواند در طول عمر خود، در برابر بارهای وارده مقاومت کند.
مفهوم امروزی اسکلت ساختمان در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم معرفی شد و امکان احداث سریع ساختمان‌ها مانند آسمان خراش‌های اولیه را فراهم کرد. این امر باعث شد كه دیوارهای بیرونی دیگر نقش باربر نداشته باشند و بتوانند داخل ساختمان را به فضاهای انعطاف پذیرتری تبدیل كند.
اسکلت ساختمان را می‌توان نوعی سیستم «تیر ستون» نیز نامید. بارهای عمودی (مرده و زنده) و جانبی (باد و زلزله) را به فونداسیون ساختمان منتقل می‌کند. این مورد به میزان صلبیت اتصال بین تیر و ستون بستگی دارد، تا نیروهای خمشی به درستی جذب و منتقل شوند. اما این موضوع لزوماً به این معنا نیست که باید همه سازه‌ها از سیستم تیر ستون بهره ببرند. برای ساختمان‌هایی که در مناطق امن قرار دارند (گسل زلزله ندارند) و نهایت در دو طبقه اجرا می‌شوند، اسکلت ساختار می‌تواند از این قاعده خارج باشد.
انواع اسکلت ساختمان
اسکلت سازه اغلب به موار زیر تقسیم بندی می‌شوند:
اسکلت فلزی (Steel Frame)
از فولاد می‌توان برای ساخت اسکلت یک ساختمان استفاده کرد که معمولاً از ستون‌های عمودی و تیرهای افقی تشکیل شده است که به وسیله پرچ، پیچ و یا جوش به یکدیگر متصل می‌شوند. تیرهای فلزی اعضای سازه‌ای افقی هستند که در برابر بارهایی که به صورت جانبی در محور خود اعمال می شوند مقاومت می‌کنند. ستون‌های فولادی اعضای سازه‌ای عمودی هستند که بارهای عمودی را منتقل می‌کنند.
ساخت قاب فولادی معمولاً در ساختمان‌های مرتفع (برج و آسمان خراش)، سازه‌های صنعتی، انبارها، ساختمان‌های مسکونی و موارد دیگر کاربرد دارد. مزایای این نوع اسکلت ساختمان شامل موارد زیر است:
- استحکام بالا دارد.
- وزن نسبتاً کمی دارد.
- توانایی فاصله دهی در مسافت‌های بزرگ (فاصله دو دهانه) وجود دارد.
- سرعت نصب و اجرای آن بالا است.
- طیف گسترده‌ای از بخش های ساختاری آماده را دارد (فولاد از قبل آماده است).
- در برابر نیروهای پویا مانند باد و زلزله مقاوم است.
- با هر نوع شکل و نوع کاربری ساختمان سازگار است.
- برای طیف گسترده‌ای از روش‌های اتصال مناسب است (صلب یا مفصلی).
افزودن مهاربند (بادبند) به قاب فولادی، پایداری آن را در برابر بارهای جانبی مانند بار باد و فشار لرزه‌ای افزایش می‌دهد. همچنین، اتصالات بین تیرها و ستون‌ها اغلب صلب در نظر گرفته می‌شوند تا بتوانند نیروی خمشی را تحمل کرده و انتقال دهند.
اسکلت بتن (Concrete Frame)
یک قاب بتنی یک شکل معمول از اسکلت ساختمان است که شامل شبکه‌ای از ستون‌ها و تیرهای متصل به یکدیگر است. تیرها اعضای افقی قاب هستند که بار سقف را به ستون‌ها منتقل می‌کنند. ستون‌ها نیز اعضای عمودی قاب هستند و عنصر اصلی باربری ساختمان محسوب می‌شوند و بارهای تیرها را به پی منتقل می‌کنند.
از آنجا که بتن از استحکام کششی کمی برخوردار است، به طور کلی نیاز به تقویت دارد. میلگرد (Rebar) که به عنوان فولاد تقویت کننده (یا فولاد تقویتی) نیز شناخته می‌شود، نوار فولادی یا مش مشبکی از استیل است که برای تقویت بتن در تنش کششی استفاده می‌شود. ترکیب بتن و فولاد را «بتن مسلح یا بتن آرمه» می‌گویند.
مزایای استفاده از اسکلت ساختمان بتنی
- اسکلت بتنی در مقایسه با سایر مصالح، مقاومت فشاری بالایی دارد.
- با توجه به وجود آرماتور، بتن مسلح می‌تواند در برابر تنش کششی مقاومت بالایی داشته باشد.
- در برابر آتش و رطوبت مقاومت بالایی دارد.
- سیستم ساختمان بتن آرمه از هر سازه دیگری با دوام‌تر است.
- بتن آرمه به عنوان یک ماده سیال می‌تواند از لحاظ اقتصادی در اشکال و قالب‌های تقریباً بی حد و حصر شکل گیرند.
- هزینه نگهداری بتن مسلح بسیار کم است.
- از آنجا که بتن مسلح می تواند به هر شکل مورد نیاز قالب ریزی شود، در اجزای سازه‌های پیش ساخته بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. این اعضای صلب بوده و حداقل انحراف را دارند.
- در مقایسه اسکلت فولادی، بتن آرمه برای احداث سازه نیاز به نیروی کار کمتری دارد.
اعضای بتنی را می‌توان با استفاده از قالب شکل داد. قالب های سنتی با استفاده از چوب ساخته می‌شوند، اما قالب فلزی هم اکنون از محبوبیت بیشتری برخوردار است. بتن یا در محل کارگاه و یا از طریق تراک میکسر به محل ساختمان حمل می‌شود. نحوه بتن ریزی و عمل آوری از جمله مراحل مهم نگهداری از بتن است.
اسکلت قاب فولادی سبک LSF
سیستم قاب بندی فولادی سبک LSF از چندین عنصر جداگانه متصل به یکدیگر جهت شکل دادن و پشتیبانی از ساختمان تشکیل شده است. هنگامی که صحبت از ساختمان‌های مدولار می‌شود، سازه‌های فلزی سبک می‌توانند انتخاب برتر باشند.
با وجود عناصر فولادی ساخته شده از گالوانیزه سبک، برای اهداف غیر سازه‌ای در ساختمان‌های بزرگ‌تر، قاب فولادی سبک به ویژه در ساختمان‌های مسکونی دو یا سه طبقه، انتخابی عالی است.
سیستم قاب بندی قاب فولادی سبک، کلیه نیازهای معماری را برآورده می‌کند. بنابراین استفاده از آن در ساختمان های مسکونی، مدارس، بیمارستان‌ها، هتل‌ها و موارد دیگر می‌توانند راحت و کاربردی باشد.
مزایای استفاده از اسکلت قاب فولادی سبک LSF
- قاب‌های فلزی سبک خارج از سایت (پیش ساخته) تولید می‌شود و به مصرف کنندگان این امکان را می‌دهد تا بتوانند برحسب استانداردهای پروژه، محصول خود را سفارش دهند.
- سرعت اجرا و نصب آسانی دارد.
- بر خلاف سایر سیستم‌ها، LSF را می‌توان در شرایط نامساعد آب و هوایی نیز اجرا کرد.
- به دلیل سبک وزن بودن، فشار کمتری به فونداسیون ساختمان وارد می‌شود.
- این سیستم از عملکرد حرارتی عالی و یکپارچگی برخوردار است.
- از بسیاری جهات، این سیستم یک انتخاب زیست محیطی عالی است که طول عمر کاربری ساختمان را بالا می‌برد.
- هزينه‌های تعمير و نگهداری ساختمان را کاهش می‌دهد.
- در برابر پوسيدگی و حمله موريانه‌ها مقاومت بالایی دارد.
اسکلت ساختمانی CFT
این اسکلت کامپوزیت بوده و از مقطع قوطی، مربعی یا لوله‌ای با مرکزیت بتن ساخته می‌شود. به عبارتی، بتن درون مقطع فلزی پُر می‌شود تا یک عنصر کامپوزیت را تشکیل دهد. پوسته فولادی باعث اعمال تنش به بتن شده و آن را تقویت می‌کند. هم از نظر فشاری و هم کششی، چنین ساختاری می‌تواند در برابر انواع بارهای مختلف، مقاومت بالایی از خود نشان دهد.
مزایای استفاده از اسکلت CFT
- اسکلت CFT تا حدود ۱۵ تا ۲۰ درصدی هزینه تمام شده ساخت و ساز را کاهش می‌دهد.
- به میزان ۲۵ تا ۳۰ درصدی فولاد به کار رفته در ساختمان را نیز کاهش می‌دهد.
- در برابر بار محوری و خمشی مقاومت بالایی دارد.
- در حدود 30 درصد زمان ساخت را کاهش می‌دهد (نسبت به سازه فولادی و بتنی).
- در برابر زلزله عملکرد فوق العاده‌ای دارد.
- در برابر آتش و انفجار مقاومت بالایی دارد.
- دارای تکنولوژی نیمه و تمام اتوماتیک در فرآیند تولید است.
کلام آخر
پر استفاده‌ترین و محبوب‌ترین سیستم‌های اسکلت ساختمانی را در بالا شرح دادیم. اما این مورد حائز اهمیت است که چندین نوع اسکلت ساختمانی دیگر مانند اسکلت چوبی، سنگی و موارد دیگر نیز وجود دارند که در برخی از مناطق دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ایران، به جرات می‌توان گفت که چیزی نزدیک به 90 درصد ساختمان‌ها با کاربری‌های مختلف، دارای اسکلت بتنی و فلزی هستند.
