ساختمان‌های اسکلت فلزی نوع جدیدی از سازه‌ها هستند که در آن کل ساختمان از فولاد ساخته شده است. این سازه عمدتاً شامل تیرهای فولادی، ستون‌ها، خرپاها و سایر قطعات ساخته شده از فولاد با دیوارهای نازک و صفحات فولادی است که با جوشکاری، پیچ و مهره یا پرچ بین قطعات متصل می‌شود.
اجرای فونداسیون ساختمان را به متخصصان خبره کارگشا بسپارید.
سازههای اسکلت فلزی به طور گسترده در ساخت ساختمان‌های متعارف شهری، کارخانه‌های بزرگ، ورزشگاه‌ها، آسمان خراش‌ها و سایر موارد استفاده می‌شوند. ساختمان‌های فولادی راه حل‌هایی مقرون به صرفه، با دوام و با نگهداری کم هستند. برای شناخت بیشتر سازههای اسکلت فلزی با مقاله دیگری از ویکی ساختمون همراه باشید.
تعریف اسکلت فلزی
اسکلت فولادی (Steel Frame) یک اسکلت ساختمانی است که در آن ستون‌ها و تیرهای فولادی به عنوان عوامل اصلی باربری سازه در نظر گرفته می‌شوند. ساخت اسکلت فلزی به دلایل زیادی برای انواع پروژه‌ها گزینه مناسبی است؛ این سیستم سازه‌ای به دلیل دوام، توان مالی و پایداری در صنعت ساخت‌وساز به وفور استفاده می‌شود.
اجزای سازههای فولادی را می‌توان به سرعت در خارج از محل ساخت و سپس در صورت نیاز به محل اجرا منتقل کرد. نیازهای کار در محل را به حداقل رساند و تاثیر متغیرهایی که می‌توانند پروژه را به تأخیر بیاندازند (مانند آب و هوای نامساعد) را کاهش داد.
تاریخچه اسکلت فلزی
فرآیند بسمر در سال ۱۸۵۵ تولید فولاد را کارآمدتر کرد و فولادهای ارزان قیمتی که دارای استحکام کششی و فشاری بالا و شکل پذیری خوبی بودند، از سال ۱۸۷۰ در دسترس قرار گرفتند؛ اما چدن و فرفورژه همچنان بیشتر تقاضا برای محصولات ساختمانی با آهن را برآورده می‌کردند. این مهم عمدتاً به دلیل مشکلات تولید فولاد از سنگ معدن قلیایی بود.
این مشکل توسط سیدنی گیلکریست توماس در ۱۸۷۹ حل شد. در سال ۱۸۸۰ بود که دوران ساخت و ساز بر اساس فولاد نرم آغاز شد. در آن تاریخ، کیفیت فولادهای تولید شده جوابگوی نیازهای صنعت بودند. ساختمان بیمه شیکاگو که در سال ۱۸۸۵ تکمیل شد، اولین سازه‌ای بود که از ساختار اسکلت فلزی استفاده می‌کرد. از آن زمان به بعد، سازه فولادی در جهان گسترش پیدا کرد.
جزئیات ساخت اسکلت فلزی
در زیر جزئیات اساسی در مورد ساختار اسکلت فولادی آورده شده است تا بتوانید به راحتی با نحوه عملکرد یک سیستم تیر-ستونی آشنا شوید:
فونداسیون
برای حمایت از قاب فولادی، باید یک پایه محکم وجود داشته باشد. نوع فونداسیون مورد استفاده بستگی به ظرفیت باربری خاک دارد. معمولاً پیمانکاران برای استخراج سطح و زیر سطح زمین از مهندسی خاک استفاده می‌کنند تا نحوه استقرار قاب فولادی را تعیین کنند.
اگر فقط بار کم تا متوسط وجود داشته باشد، به فونداسیون نواری نیاز است. این نوع فونداسیون می‌تواند بارهای منتقل شده را تحمل کند. با این حال، اگر مقاومت خاک به حد برابری نرسد و به تحمل باربری زیادی نیاز داشته باشد، مهندسان باید از پی گسترده (رادیه ژنرال) یا شمع استفاده کنند.
ستون
هنگامی که فونداسیون اجرا شد، نوبت اجرای ستون‌های فولادی است. نوع ستون فلزی مورد استفاده نیز به بار تحمیل شده بستگی دارد. ستون‌ها پیش ساخته هستند و از کارخانه به محل کارگاه ارسال می‌شوند. ستون‌ها از مقاطع IPE (تکی یا دوبل)، IPB (تکی یا دوبل)، قوطی و غیره ساخته می‌شوند.
هنگام نصب ستون‌ها، باید یک اتصال قوی بین ستون و فونداسیون وجود داشته باشد. در انتهای ستون‌ها، صفحات پایه مربع یا مستطیل شکل به نام «صفحه بیس پلیت» برای تقویت ارتباط و توزیع یکنواخت بار به فونداسیون استفاده می‌شوند.
مطلب پیشنهادی: اسکلت ساختمان چیست؟ از فلزی و بتنی تا LSF و CFT
تیر
تیرها اعضای افقی هستند که برای انتقال بار از سقف به کف از طریق ستون‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. محدوده تیرهای فولادی بین ۳ تا ۹ متر است اما برای ساختارهای بلندتر و گسترده‌تر می‌تواند تا ۱۸ متر نیز برسد. تیرهای فولادی از انواع تیرآهن‌ها مانند IPE IPB، لانه زنبوری و غیره ساخته می‌شوند.
بسته به نوع باری که وارد می‌شود، اتصالات مختلف برای ستون به تیر وجود خواهد داشت. اگر اتصالات بیشتر بارهای عمودی را تحمل می‌کنند، یک نوع اتصال ساده نیز کافی است اما برای بارهای عمودی که شامل نیروی پیچشی است، باید از سیستم‌های پیچیده‌تری استفاده کرد.
سقف
می‌توان سقف ساختمان را همزمان با نصب تیرها اجرا کرد. سیستم کف همچنین به تحمل بار عمودی سازه کمک می‌کند. با این حال، سقف‌ها همچنین می‌توانند برخی از ضربه‌ها را از بارهای جانبی با کمک مهاربندها تحمل کنند. سقف‌ها می‌توانند از نوع تیرچه بلوک یا سقف عرشه فولادی ساخته شوند.
مهاربندی (بادبند)
مهاربندی به جذب نیروی جانبی کمک می‌کند. همچنین برخی از بارهای جانبی را از سازه به ستون منتقل می‌کند. مهاربندی که به بادبندی نیز معروف است اغلب با استفاده از مقاطع ناودانی یا نبشی تکی یا دوبل و به شکل سیستم‌های مهاربندی مختلف اعم از واگرا، همگرا، K شکل و غیره به کار گرفته می‌شود.
مزایای اسکلت فلزی
فولاد می‌تواند برحسب یک اندازه مشابه، نسبت به چوب و بتن بار زیادی را تحمل کند. در عمل، این بدان معناست که فولاد کمتری برای ارائه همان مقدار پشتیبانی لازم است. پیامدهای این کاهش را می‌توان در استفاده از مصالح، کاهش هزینه‌های حمل و نقل مواد، کاهش نیروی کار و غیره مشاهده کرد. به طور کلی، این نوع اسکلت ساختمانی به دلیل داشتن فواید زیر محبوبیت زیادی دارد:
طول عمر
فولاد می‌تواند بیشتر از چوب یا بتن دوام بیاورد، با این فرض که به درستی نگهداری شود. برخلاف چوب، فولاد با افزایش سن دچار شکستگی، ترک خوردگی یا خزش نمی‌شود. در برابر حمله حشرات آسیب پذیر نیست و فاقد تخلخل است، بنابراین کپک نیز نمی‌تواند در آن رشد کند.
در صورت افزایش رطوبت، تاب نمی‌خورد، پوسیده و منبسط نمی‌شود. با این حال، از تماس فلز با آب باید جلوگیری کرد زیرا ممکن است باعث خوردگی آن شود. فولاد در برابر حرارت نیز مقاومت کمی دارد. برای محافظت از فولاد در برابر آب، باید از مواد مقاوم در برابر آتش و مقاوم در برابر آب استفاده شود.
تطبیق پذیری
استفاده از فولاد امکان طراحی خلاقانه و مبتکرانه را فراهم می‌آورد. معماران و طراحان از این قابلیت برای ایجاد سازه‌هایی استفاده می‌کنند که نه تنها از نظر زیبایی بلکه از نظر ساختاری نیز مناسب هستند.
اسکلت فلزی همچنین امکان ایجاد ساختمان‌هایی با دهانه بزرگ مانند سالن‌های سرپوشیده و کابین هواپیما و همچنین توانایی ساخت آسمان خراش‌های بسیار بلند، پل‌ها و سایر سازه‌ها را فراهم می‌آورد.
پایداری
استفاده از مدلسازی کامپیوتری قبل از ساخت، میزان تولید ضایعات فولادی را کاهش می‌دهد. فولاد همیشه قابل بازیافت است زیرا مجدداً ذوب می‌شود و دوباره در قالب جدید تولید می‌شود.
این مهم ویژگی فوق العاده فولاد است که مشکلات زیست محیطی ناشی از عدم بازیافت مواد را ندارد. عدم بازیافت بتن و تولید گازهای گلخانه‌های ناشی از تولید سیمان، مواردی هستند که فولاد را به متریالی محبوب برای ساخت اسکلت فلزی تبدیل می‌کنند.
ایمنی
استحکام کششی قاب‌های فولادی به آنها اجازه می‌دهد تا در طیف وسیعی از پدیده‌های طبیعی مانند طوفان، فعالیت‌های لرزه‌ای و بار ناشی از باد به خوبی عمل کنند. فولاد همچنین در برابر انفجار و ضربه نیز عملکرد بهتری دارد.
فولاد غیر قابل احتراق است، بنابراین خطر آتش سوزی ندارد، اما بر خلاف بتن، استحکام آن در معرض دمای شدید، ممکن است به خطر بیفتد. با این حال، بتن در کشش ضعیف است، بنابراین باید با تقویت فولاد، مقاومت کششی آن را افزایش داد.
سرعت ساخت
اجزای سازههای فولادی به سرعت و راحتی در محل نصب می‌شوند. قاب‌های فولادی پیش ساخته هستند و به محل کارگاه حمل می‌شوند. بعد از رسیدن قطعات فولادی، اکنون مراحل اجرای اسکلت فلزی آغاز می‌شود. همچنین، سازه فلزی نیازی به قالب بندی ندارد اما اتصال قطعات سازه‌ای باید در نهایت دقت و مهندسی شده انجام شود.
مطلب پیشنهادی: اسکلت فلزی پیچ و مهره، خوب یا بد؟ نکات اجرایی به همراه ویدئو
مقرون به صرفه
از آنجا که قاب‌های فولادی خارج از محل کارگاه ساخته می‌شوند، نیروی کار در محل را می‌توان بین ۱۰ تا ۲۰ درصد کاهش داد. تعداد کمتر نیروهای کاری نیز به معنای کاهش هزینه‌های ساخت است؛ اما با شرایط بد اقتصادی و افزایش قیمت آهن آلات، هزینه ساخت افزایش پیدا می‌کند. بنابراین، مقدار هزینه تمام شده به شرایط بازار و نوع پروژه بستگی دارد.
حداکثر سازی فضا
با استحکام بیشتر، طول دهانه‌ها در سازه اسکلت فلزی می‌توانند فاصله بیشتری از یکدیگر داشته باشند. فضای وسیع‌تر امکان طراحی انعطاف پذیرتری را فراهم می‌آورد. اگرچه بتن نیز مستحکم است اما با افزایش طول، مشکلات مربوط به بتن ریزی و حفظ یکپارچگی مخلوط بتنی وجود دارد.
قاب‌های فولادی، مزایای بسیار دیگری نیز به همراه دارند. آنها می‌توانند در هر شرایط آب و هوایی ساخته شوند و به راحتی با تغییرات ناگهانی در طراحی سازه سازگار شوند. همچنین با فرض در دسترس بودن قاب برای بازرسی، نگهداری آنها آسان‌تر است.
معایب ساخت اسکلت فلزی
سازههای فلزی دارای چندین عیب هستند که معمولاً به آنها اشاره می‌شود:
۱- هدایت حرارتی بالا
راندمان بالا در هدایت گرما یکی از معایب اصلی فولاد است. هنگامی که گرما از طریق ستون‌های فولادی منتقل می‌شود، می‌توان مقدار عایق کاری دیوارها را تا نصف کاهش داد که این خبر خوبی برای حفظ انرژی در ساختمان نیست. در مواردی که از ساختار اسکلت فلزی استفاده می‌شود، باید اقدامات عایق کاری ساختمان انجام شود تا با هدایت حرارتی فولاد مقابله کند.
۲- کاهش انعطاف پذیری
یکی از مزایای استفاده از اجزای سازه چوبی، قابلیت تنظیم آنها در محل است. یک عضو چوبی را می‌توان به اندازه مورد نظر برش داد یا اعضای بتنی را در ابعاد مختلف بتن ریز کرد. بدیهی است که این امر در مورد فولاد اتفاق نمی‌افتد.
اندازه گیری فولاد باید به طور دقیق از قبل محاسبه شود زیرا یک سازه فولادی در شکل نهایی خود به محل تحویل داده می‌شود. اگر یکی از قطعات در اندازه درست تهیه نشده باشد، کل ساختار قاب فولادی دچار مشکل می‌شود.
۳- مقاومت پایین در برابر رطوبت
یکی از ویژگی‌های منفی سازه اسکلت فلزی، مقاومت پایین در برابر رطوبت است. رطوبت باعث زنگ زدگی و خوردگی فلز می‌شود. همین امر هزینه نگهداری سازه فولادی را افزایش می‌دهد. استفاده از مواد ضد رطوبت و ضد آتش می‌تواند هزینه های ساخت سازه فلزی را افزایش دهد.
مطلب پیشنهادی: مراحل اجرای فونداسیون اسکلت فلزی همراه با عکس
انواع اتصالات در سازههای اسکلت فولادی
۳ اتصال معمول در ساختمان‌های اسکلت فلزی وجود دارند که عبارتند از:
اتصال جوش
اتصال جوش یکی از روش‌های پر طرفدار اتصال اعضای فلزی به یکدیگر است. برای این موضوع می‌توان از انواع جوش مانند لب به لب، جوش همپوشانی، جوش گوشه و غیره استفاده کرد. نظارت دقیق بر جوشکاری و استخدام جوشکارهای ماهر، بسیار مهم است.
اتصال پیچ و مهره
اتصال پیچ و مهره‌های اصطکاکی با مقاومت بالا به طور گسترده‌ای در اتصالات سازههای فولادی صنعتی و ساختمانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها مناسب‌ترین روش اتصال برای تحمل بارهای دینامیک هستند.
نکته: در گذشته از اتصال پرچ نیز استفاده می‌شد که به دلیل عدم برآورده کردن نیازهای طراحی، دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.
انواع ساختمان سازههای اسکلت فلزی
۱- سازه فولادی قاب پورتال
در ساخت قاب فولادی پورتال از فولاد نورد گرم یا جوش داده شده، فولاد C/Z نورد سرد و لوله‌های فولادی به عنوان اجزای اصلی تحمل کننده نیرو، استفاده می‌شود. کل ساختار دارای سقف‌ها و دیوارهای سبک هستند اما همچنان قاب فلزی مهمترین اِلمان تحمل کننده بار است. قاب پورتال رایج‌ترین شکل ساختار سبک فولادی است.
۲- سازه قاب اسکلت فلزی
ساختار قاب فولادی از تیرها و ستون‌های فولادی تشکیل شده است که این اعضا می‌توانند بارهای عمودی و افقی را تحمل کنند. ستون‌ها، تیرها، مهاربندها و سایر المان‌ها به صورت محکم یا لولایی به هم متصل شده‌اند تا طرحی انعطاف پذیر ایجاد کنند. این مهم به طور گسترده در ساختمان‌های چند طبقه و بلند مرتبه، ساختمان‌های اداری تجاری، مراکز کنفرانس و سایر ساختمان‌ها استفاده می‌شود.
۳- سازه خرپایی فولادی
ساختار خرپایی فولادی از چندین میله متصل به هم در دو سر هر میله تشکیل شده است. می‌توان آن را به عنوان خرپای فضایی نیز در نظر گرفت. خرپا به طور کلی از آکورد فوقانی، آکورد پایینی، میله عمودی، توری مورب و تکیه گاه بین خرپایی تشکیل شده است. مقدار فولاد مورد استفاده در خرپاها کمتر از دیگر سازههای فولادی است. همچنین، سیستم خرپا برای ساختمان‌های متعارف شهری مناسب نیست.
هزینه ساخت سازه اسکلت فلزی
ممکن است از خود بپرسید، هزینه یک ساختمان فولادی چقدر است؟ در حالی که ما می‌توانیم محدوده قیمت مشخصی را ارائه دهیم اما فولاد یک محصول پیچیده است و عوامل متعددی بر هزینه سازه اسکلت فلزی تأثیر می‌گذارند. در حقیقت، قیمت ساخت سازه فولاد تابع عوامل زیر است:
- نرخ ارز
- میزان عرضه و تقاضا
- قیمت مواد اولیه
- نرخ جهانی آهن
- شرایط اقتصادی کشور
- ابعاد و مقیاس پروژه
در هر صورت، مواردی مانند هزینه طراحی سازه، هزینه مصالح ساختمانی، هزینه نیروی کار، هزینه عملیات اجرایی، هزینه های مربوط به امور قراردادی و مشاوره‌ای و موارد دیگر، هزینه کل سازه فولادی را تشکیل می‌دهند. برای طراحی، ساخت و استعلام قیمت احداث یک سازه ساختمان اسکلت فلزی از خدمات آنلاین کارگشا استفاده کنید.
سخن آخر
سازه اسکلت فلزی یکی از سیستم‌های ساختمانی است که پایه و اساس ساختمان‌های امروزی را تشکیل می‌دهد. به دلیل آنکه این نوع اسکلت سازه‌ای دارای مزایای بسیاری است، از آن در احداث ساختمان‌های متعارف شهری، ساختمان‌های بلند مرتبه، ساختمان‌های صنعتی، انبارها و غیره استفاده می‌شود؛ اما مهم است که سازه اسکلت فولادی توسط مهندس محاسب طراحی و از طریق تیم عملیاتی، به شکلی اصولی و مقرراتی اجرا شود.
