سازه های فولادی پیش ساخته چیست و مزایا و معایب آن کدامند؟
سازه‌های فولادی پیش ساخته از روش‌های محبوب ساخت و ساز به شمار می ایند. این سازه‌های که ساختاری کاملاً فلزی دارند با توجه به ویژگی‌هایی که دارند، از یک سری مزایا و معایب برخوردارند. در این مقاله از کارگشا بیشتر به ساز فولادی پیش ساخته پرداخته شده است.
سازه فولادی پیش ساخته چیست؟
به سازه فولادی که تمام قطعات و اعضای آن اعم از ستون‌ها، تیرها، باد بندها و راه پله به طور کامل در کارگاه ساخت مصنوعات فلزی ساخته می‌شود و تنها متصل کردن قطعات و اعضای سازه را به هم و برپایی بر روی فنداسیون، در محل اجرا صورت می‌گیرد سازه فولادی پیش ساخته گفته می‌شود.
این گروه از سازه‌ها شامل ساختمان‌های با سازه فولادی از یک طبقه تا ساختمان‌های مرتفع (سی طبقه و بالاتر)، ساختمان‌های صنعتی کوچک و بزرگ، سوله‌ها و انبارها تا نیروگاه‌های حرارتی و پل‌های فلزی بزرگ و کوچک می‌شوند.
محاسبه و طراحی سازه‌های فولادی پیش ساخته توسط مهندسین محاسب صورت گرفته و پس از آن مجری، سفارش ساخت سازه را به کارخانه تولید سازه فولادی پیش ساخته را می‌دهد. پس از ساخت اعضای سازه، در قالب قطعات ساخته شده به محل اجرا (روی فونداسیون) حمل شده و سازه فولادی پیش ساخته برپا (مونتاژ) می‌شود.
کارگاه ساخت سازه فولادی پیش ساخته چیست؟
کارگاه ساخت سازه‌های پیش ساخته مکانی محصور و مسقف با محوطه‌ای متناسب با امکانات و تجهیزات مناسب برای عملیات برش کاری، جوشکاری، سوراخ کاری، خم کاری، با نیروی انسانی ماهر می‌باشد.
انواع نقشه سازه فولادی پیش ساخته
با مطالعه نقشه اصلی سازه فولادی، سه تیپ نقشه محاسباتی، کارگاهی، و نقشه‌های نصب برای سازه‌های فولادی پیش ساخته تهیه خواهد شد.
نقشه‌های محاسباتی
نقشه‌های محاسباتی شامل مشخصات کلیه پروفیل‌ها و مقاطع سازه از قبیل ابعاد کلی مقاطع، فاصله محور تا محور ستون‌ها و تراز زیر تیرها و سایر ابعاد و اندازه‌های سازه و اجزای آن می‌شوند. نقشه‌های محاسباتی باید به قدری کامل باشند به نحوی که بتوان نقشه‌های کارگاهی را از روی آنها تهیه نمود.
نقشه‌های کارگاهی
نقشه‌های کارگاهی به منظور دسترسی سریع و آسان به اطلاعات نقشه‌های محاسباتی تهیه می‌شوند. این نقشه‌ها دارای جزئیات مفصل‌تری نسبت به نقشه‌های محاسباتی هستند.
در این گروه از نقشه‌ها برای هر عضو یک شماره تعیین می‌شود و جزئیات دقیق هر عضو با ذکر کلیه اندازه‌ها و ابعاد هندسی و نیز شکل قطعات به کار رفته در نقشه قید می‌گردد. همچنین تمام اتصالات بکار رفته با ذکر مواردی چون نوع جوش، تعداد، اندازه، پیچ و مهره به طور کامل ترسیم می‌شود.
نقشه‌های نصب
نقشه‌های نصب نقشه‌هایی هستند که به منظور استفاده در موقع نصب سازه تهیه می‌شوند. از این نقشه‌ها با توجه به شماره‌های تعیین شده برای قطعات و اعضای سازه و موقعیت هر قطعه و هر عضو هنگام نصب و مونتاژ استفاده می‌گردد.
اجزای سازه فولادی چگونه ساخته می‌شوند؟
روال ساخت قطعات در کارخانه با مطالعه نقشه‌های سازه آغاز می‌شود. کنترل نوع جوش‌ها و ضخامت ورق‌ها، کنترل طول عرض قطعات عمودی، کنترل طول افقی قطعات مایل (در سوله‌ها) و دیگر کنترل‌ها در این مرحله یعنی مطالعه نقشه‌های سازه صورت می‌گیرد.
تیپ بندی اعضای سازه از قرار مشخص کردن تعداد اعضای تیپ و مانند هم، مهم‌ترین مرحله در نقشه‌های کارگاهی می‌باشد. سفارش تهیه مواد اولیه جهت ساخت اعضای سازه پس از متره کردن نقشه‌های کارگاهی صورت می‌گیرد.
مطابق نقشه‌های کارگاهی و جدول تیپ بندی اعضای سازه، شکل و تصویر قطعات بر روی ورق‌ها الگو شده و برش می‌خورند در کارگاه‌ها و کارخانه‌های تولید اعضا و قطعات فولادی سازه از روش‌های پیشرفته برش فلزات مانند برش لیزری، برش حرارتی با شعله گاز و برش سرد با قیچی اره و گیوتین استفاده می‌شود.
اجزای سازه فولادی پیش ساخته
مهم‌ترین اجزای سازه‌های فولادی پیش ساخته شامل مورا دزیر است.
- پیچ‌های مهاری داخل بتن پی
- ستون‌ها به همراه صفحات کف ستون‌های متصل به آنها
- تیرها
- مهار بندها
- خرپاها
- لاپه ها
- دستک‌ها و کنسول‌ها
- پیچ و مهره
- پرچ
- پین‌ها و اتصالات
قطعات اعضایی که با ورق‌های فولادی ساخته می‌شوند با الگو کردن دقیق آنها بر روی ورق‌ها آغاز می‌شود. این کار باید طوری صورت گیرد که ورقه‌های فولادی کمترین پرت را داشته باشند. از آنجا که هنگام نصب در محل اجرای سازه از اتصالات پیچ و مهره‌ای استفاده می‌شود.
لذا قطعاتی که در قالب فلنچ به دو سر اعضای سازه نصب می‌شوند، باید سوراخ‌های منطبق بر هم داشته باشند تا هنگام نصب تمامی پیچ و مهره‌های هر سر اتصال، بر روی هم قرار گیرند و پیچ‌های آنها به سهولت و بدون هیچ گونه گیری از هر دو سوراخ بر روی هم منطبق شده عبور کنند.
روش اجرای سازه فولادی پیش ساخته
فرایند اجرای سازه‌های فولادی پیش ساخته را می‌توان در چند مرحله زیر خلاصه کرد.
- مرحله اول؛ ساخت اجزای سازه فولادی
- مرحله دوم؛ تمیز کردن سطح قطعات و اجزا
- مرحله سوم؛ جوشکاری قطعات به یکدیگر
- مرحله چهارم؛ آماده سازی سطوح
- مرحله پنجم؛ رنگ آمیزی سطوح
- مرحله ششم؛ نصب اجزای سازه فولادی پیش ساخته
تمیز کردن قطعات
در بالا به روش ساخت اجزا و قطعات سازه‌های فولادی پیش ساخته پرداخته شد. تمیز کردن قطعات باید با دقت صورت گیرد زیرا نقش مهمی در استحکام اتصالات صورت گرفته دارد.
جوشکاری قطعات سازه فولادی پیش ساخته
پس از تمیز کردن سطح قطعات برش خورده از آلودگی و روغن، ساخت اعضای سازه شروع می‌شود. ابتدا با خال جوش اعضا، مونتاژ اولیه می‌گیرد و پس از کنترل‌های ابعادی و موقعیتی پلیت‌ها و ورق‌های برش خورده، جوش کامل روی عضو صورت می‌گیرد.
ترتیب جوشکاری هر عضو باید طوری باشد که به کشیدگی و پیچیدگی قطعات فولادی بر اثر حرارت زیاد در یک ناحیه از عضو نیانجامد لذا باید جوشکاری در سطح قطعه به طور یکنواخت و متعادل صورت پذیرد.
قطر الکترود مورد استفاده در جوش قطعات، متناسب با نوع و وضعیت جوش، آمپر جوش، نوع الکترود، نوع درز، ضخامت ورق مورد اتصال و مهارت جوشکار دارد.
پیش گرمایش و حفظ دمای کافی بین پاس‌های جوشکاری برای جلوگیری از ترک خوردگی جوش بسیار موثر و ضروری است و دمای لازم قطعه برای جوش به رده فولاد مبنا، فرایند جوش و ضخامت ضخیم‌ترین قطعه جوش شونده بستگی دارد.
بعضی از اعضا مانند ستون‌ها در چند قطعه ساخته شده و در محل اجرا روی هم نصب می‌شوند و برخی دیگر مانند پل‌های باربر و غیر باربر در یک قطعه ساخته و نصب می‌شوند.
در مواردی که دو یاچند عضو تشکیل یک مجموعه اعضا را می‌دهند، مانند تیرها و ستون‌هایی که تشکیل یک قاب را می‌دهند، پیش مونتاژ یک مجموعه کامل برای اطمینان حاصل شدن از درستی ابعاد و اندازه‌ها و گونیا بودن کل مجموعه ضروری است.
اتصال قطعات ستون‌ها به یکدیگر و محل وصله آنها و نیز صفحه زیر آنها که در این قسمت اتصال دو قطعه با تماس مستقیم انجام می‌شود، مقدار رواداری‌های برشکاری در اجزای ستون را باید در نظر گرفت.
در این حالت باید سطح تماس اتصالاتی که بر روی هم قرار می‌گیرند بسیار صاف باشد و در غیر اینصورت قبل از مونتاژ باید سصوح تماس آنها را کاملاً صاف کرد که این کار را ماشین کاری می‌نامند. ماشین کاری توسط دستگاه‌های فرز مخصوص انجام می‌گیرد.
از آنجا که جوشکاری قطعات سازه‌های پیش ساخته در محل کارگاه ساخت اعضای سازه صورت می‌گیرد لذا بر روی اعضای در حین ساخت، برش کاری، سوراخ کاری، جوش کاری و کنترل‌ها و آزمایش‌های استاندارد و اصولی انجام می‌گیرد و این یکی از نقاط قوت ساخت اعضای سازه فولادی در کارگاه و کارخانه نسبت به ساخت سازه فولادی در محل اجرا است.
آماده سازی سطوح اجزای سازه فولادی پیش ساخته
آماده سازی سطوح اعضای ساخته شده با تمیز کاری و پاشش مواد ساینده، بهترین روش برای از بین بردن اکسیدهای حاصل از رطوبت محل، رنگ‌های قدیمی با چسبندگی کم و اکسیدهای حاصل از نورد، می‌باشد. اگر مقدار زنگ و رنگ‌های با چسبندگی کم زیاد باشد، بهتر است ابتدا با تراشیدن آنها، حجم مواد زاید را کم کرد و سپس عملیات آماده سازی با مواد ساینده را آغاز نمود.
انواع روش آماده سازی سطوح سازه فولادی پیش ساخته
درجات مختلف کیفیت آماده سازی سطوح اعضای ساخته شده شامل موراد زیر است.
- ماسه پاشی خفیف
- ماسه پاشی عمیق
- ماسه پاشی عمیق‌تر و حاصل شدن سطح نقره‌ای فولاد
رنگ آمیزی سازه فولادی پیش ساخته
پس از آماده سازی سطوح، برای حفاظت در مقابل اکسید شدگی و خوردگی، کلیه سطوح، رنگ آمیزی می‌شوند مگر در موارد نادری که سطحی از سازه فولادی در مجاورت با بتن قرار می‌گیرد که لازم نیست رنگ شود. در این عملیات باید نکات زیر را مورد توجه قرار داد.
- رنگ مصرفی باید کاملاً سطح مورد نظر را پوشش داده و برای جلوگیری از سوسماری شدن و شره کردن روی پوشش، رنگ‌های آستر و رویه از یک کارخانه تهیه شوند.
- رنگ آمیزی سطوح بزرگ باید با اسپری بدون هوا صورت گیرند و تنها برای لکه گیری استفاده از قلم مو مجاز خواهد بود.
- رنگ آمیزی در محیطی سربسته باید صورت پذیرد.
- از قطعات تازه رنگ شده در برابر گرد و خاک باید محافظت نمود.
- رنگ آمیزی قطعات ساخته شده به شرط دمای مناسب، باید تا 24 ساعت پس از آماده سازی سطوح انجام گیرد.
- سطوح لبه‌هایی که در آینده جوش خواهند شد باید در فاصله 5 سانتی متری از خط جوش رنگ آمیزی متوقف گردد.
- چنانچه هنگام عملیات نصب رنگ قطعات صدمه ببینند، سطوح مورد نظر باید تمیز گردیده و با رنگ متناسب با رنگ قبلی پوشش داده شوند.
- رنگ آمیزی در هوای سرد، تاریک، و دارای درصد رطوبت بالا مجاز نیست (در رطوبط بیش از 80 درصد و اختلاف دمای محیط و نقطه شبنم کمتر از 5 درجه سانتیگراد رنگ آمیزی ممنوع است).
نصب اجزای سازه فولادی پیش ساخته
پس از مرحله ساخت و رنگ آمیزی اعضای ساخته شده سازه فولادی پیش ساخته، موقع نصب آنها فرا می‌رسد. نصب هر قطعه از اعضای سازه با توجه به شماره آن در موقعیت مشخص شده طبق نقشه نصب، صورت می‌پذیرد.
ترتیب مراحل نصب قطعات و اجرای اتصالات در کل سازه مطابق نقشه نصب و دستورالعمل تهیه شده توسط محاسب نقشه صورت می‌گیرد. قطعاتی که خود ایستا نباشند برای نصب، نیاز به مهار موقت مطمئن دارند که به نحو استانداردی ثابت بمانند.
جهت بارگیری، حمل، بار اندازی، جابه جایی و نصب قطعات ساخته شده سازه فولادی، باید گیره‌هایی به تعداد مناسب و دارای مقاومت کافی بر روی آنها نصب گردند. برای حفاظت از قطعات رنگ شده هنگام حمل، استفاده از مواد نرم مانند چند لایه گونی کنفی یا چوب‌های دو تراش در لابه لای قطعات روی هم قرار گرفته جهت جلوگیری از ساییدگی بر روی هم، الزامی است. و قطعاتی که تا موقع نصب به هر دلیلی دچار آسیب شده‌اند باید قبل از نصب ترمیم و سپس نصب شوند.
در خصوص بلت های پیش بینی شده در سطح پی که ستون‌ها را به آنها متصل می‌کنند، باید قبل از بتن ریزی از نظر فاصله محور تا محور و تراز سطح و فاصله بلت ها نسبت به هم کنترل دقیق به عمل آید.
تراز کف ستون‌ها توسط مهره‌های قابل تنظیم در زیر آنها و پر کردن زیر کف ستون‌ها با ملات مقاوم و بدون وا رفتگی صورت می‌گیرد. پر کردن ملات زیر ورقه‌های کف ستون‌های نصب شده هنگامی صورت می‌پذیرد که بخش قابل قبولی از سازه تراز، شاقول، همبر و مهاربندی شده باشد.
هنگام ساخت و رنگ آمیزی اعضای سازه فولادی در کارگاه یا کارخانه رعایت نکات ایمنی و استفاده از وسائل ایمنی شامل ماسک تنفسی، کلاه، لباس، دستکش و عینک ایمنی و جوشکاری و پوتین ایمنی مخصوص و نیز روپوش ضد ضربه الزامی است.
هنگام نصب و برپایی سازه علاوه بر موارد ذکر شده استفاده از کمربند ایمنی برای کار بر روی ارتفاع ضروری می‌باشد. در شرایط جوی نامساعد مانند طوفان، بوران، کولاک و گرد و غبار کار متوقف می‌گردد. قطعات سازه فلزی به هنگام نصب نباید به یخ و برف و دیگر مواد لغزنده آغشته باشند.
تخلیه قطعات آماده نصب از روی کامیونت و کامیون‌های تریلردار کفی، باید توسط جرثقیل‌های متناسب با وزن قطعات صورت گیرد و از تخلیه توسط نیروی انسانی جدا" خودداری گردد.
با توجه به اینکه قطعات و اعضای سازه‌های فولادی پیش ساخته در محیطی با شرایط استاندارد و تجهیزات پیشرفته برای ساخت به همراه نیروی انسانی ماهر تولید می‌شوند لذا تفاوت زیادی بین کیفیت چنین ساختی با ساخت اعضای سازه در پای کار وجود خواهد داشت.
