وبلاگ
سازه فلزی چیست؟
سازه فلزی چیست؟
به تمام دست سازهای مهندسی در ابعاد کوچک و بزرگ سازه فلزی گفته میشود. سازههای فلزی با ساخت پلهای قوسی چدنی پا به عرصه صنعت گذاشتند و اکنون بسیاری از سازههای مشهور جهان مانند برج ایفل، گلدن گیت، برج خلیفه دبی و … با استفاده از سازههای فلزی ساخته شدهاند. امروز سازه فلزی در ساخت خانه پیش ساخته هم کاربردهایی پیدا کرده اند. در ادامه به معرفی انواع سازه فولادی پرداخته شده است.
انواع سازه فلزی کدام است؟
انواع سازه فلزی یا فولادی را بسته به نوع تحمل نیروها وارده بر آن به چهار دسته کلی سازههای قابی یا قاب بندی شده، پوستهای، معلق و خرپایی تقسیم میکنند. در ادامه به تفصیل به هر دسته از سازههای فلزی پرداخته شده است.
- سازه قابی یا قاب بندی شده (Framed structure)
- سازه پوستهای (Shell structure)
- سازه معلق (Suspension structure)
- سازه خرپایی (Truss structure)
سازه فلزی قابی یا قاب بندی شده
سازه فلزی قابی (Framed structure) از رایج ترین انواع سازه فلزی است و آن را میتواند به تمام سازههایی که اسکلت آنها با استفاده از پروفیلهای آی (I) شکل فولادی ساخته شده است نسبت داد.
این نوع سازه فلزی برای ساخت سازههای مرتفع، برجها، ساختمانهای مسکونی، سازه های صنعتی، سازههای ورزشی و سولهها کاربرد زیادی دارد. ساختمان اسکلت فلزی یک نوع متداول از سازه فلزی قابی است که میتواند به آن اشاره کرد.
همانطور که از نام سازه فلزی قابی برمیآید. این سازه تنها بخش اسکلت، قاب یا چارچوب سازه را تشکیل میدهد و بخشهای دیگر آن مانند سقف و دیوارها از مصالح ساختمانی دیگر میتواند استفاده شود. البته گاهی از سقفهای فولادی با نام تجاری سقف عرشه فولادی نیز برای سازههای فلزی قابی استفاده میشود که با توجه به بودجه و طراحی سازه انجام میگیرد.
مزایای سازه فلزی قابی نسبت به بتن
از مزایای سازه فلزی قابی نسبت به رقیب بتنی آن در ساختمانهای کم طبقه میتواند به این موارد اشاره کرد. سازه فلزی قابی ازآنجاییکه در کارخانه سرهم شده و در محل نسب میشود، نظارت بیشتری روی مراحل ساخت آن وجود دارد.
معایب سازه فلزی قابی نسبت به بتن
همانطور که میدانید آهن هنگامیکه در معرض هوای مرطوب قرار میگیرد، پوسیده شده و زنگ میزند که باید بلافاصله پس از نصب سازه فلزی قابی اقدام به رنگ آمیزی آن با رنگهای ضد زنگ کرد.
از سوی دیگر مقاومت کم سازههای فلزی در برابر آتش سوزی نیز باید در نظر گرفته شود. با بالا رفتن دما آهن دچار تغییر شکل شده که موجب ریزش آوار میشود. خوشبختانه برای این شرایط نیز تمهیداتی پیشبینی شده است که اجرای پوششهای بتنی، گچی یا پلیمری ضد آتش از مهمترین آنهاست.
انواع سازه اسکلت فولادی قابی
انواع سازه قابهای فلزی به دو دسته قاب ساده و قاب خمشی تقسیم میشوند که از آن ها برای مقابله با نیروهای جانبی وارد بر سازه هم چون نیروی حاصل از زلزله استفاده میشود. سیستم قاب ساده به سیستمی گفته میشود که کلیه اتصالات در آن به شکل مفصلی بوده و امکان مبادله لنگر وجود ندارد.
در این سیستم وظیفه قاب تنها انتقال بارهای مرده و زنده به فونداسیون است. از سوی دیگر وظیفه قاب خمشی مقاومت در برابر نیروهای جانبی بوده و به انواع گوناگون مانند قاب خمشی معمولی، متوسط و ویژه تقسیم میگردند.
سازههایی که ساختار اسکلتی آنها از قابهای فولادی ساخته میشود، دسته بندیها و انواع زیادی را شامل میشوند که در زیر به مهمترین موارد کاربردی و همچنین انواع اتصالات آنها اشاره شده است.
ساختار سیستم قاب فولادی سولهها و کارگاههای صنعتی
سولهها و کارگاههای به کارگاههای با اسکلت فلزی سبک و سنگین تقسیم بندی میشوند. سیستم سازه ای این کارگاهها عمدتاً از ستونهای فولادی، تیرهای اصلی یا رفترها، استرات، لاپه یا زد (Z)، سینه بند و بادبندهای عمودی و سقفی و سایر اجزا تشکیل شده است.
ساختار اصلی قاب فولادی این سازه به شکلی است که میتواند تک دهانه، چند دهانه و یک طبقه یا چند طبقه بوده و طول اقتصادی آنها نیز حدود 24-30 متر است.
قاب خمشی یا قاب صلب
قاب صلب، قاب پیوسته یا قاب خمشی، یکی از انواع سیستمهای مورد استفاده برای اجرای سازه های قاب فولادی است. در این سیستم، انتهای اعضای باربر سازه توسط اتصالات صلب به یکدیگر متصل میشوند. از اینرو، امکان دوران نسبی اعضای سازه قاب خمشی فولادی در محل اتصالات وجود ندارد.
به این ترتیب، در صورت اعمال بار بر روی سازه، اجزای مختلف آن مانند یک جسم واحد در برابر تغییر شکل و لنگرهای خمشی مقاومت میکنند.
سازه فولادی قاب خمشی، از استحکام خوبی در برابر بارهای عمودی و جانبی بهره میبرد. صلبیت این نوع سازه قابی توسط صلبیت یا سختی خمشی مجموعه تیرها و ستونها تامین میشود.
سازه فولادی قاب خمشی معمولا دارای دهانههایی بین 12 تا 30 متر، اتصالات پیچی یا جوشی و پروفیلهای I شکل است.
بر اساس تغییر شکلهای غیر الاستیک مورد انتظار، نوع اتصالات مورد استفاده، سطح کنترل کیفیت و کاربری (میزان لرزهخیزی محدوده) به انواع زیر تقسیم میشود:
- قاب خمشی ساده یا OMF
- قاب خمشی متوسط یا IMF
- قاب خمشی ویژه یا SMF
از سیستم قاب صلب میتوان برای ساخت سازه های فولادی با فضای آزاد بزرگ، ارتفاع زیاد و دهانههای بلند استفاده کرد.
سازه قاب فولاد نور سرد یا سازه قاب فولادی سبک
قاب فولادی سبک (Light Steel Frame) یا سیستم LFS یکی از سیستمهای جدید ساختمانسازی با کاربریهای مختلف است. طی فرآیند نورد سرد، ورقهای نازک فولاد گالوانیزه به پروفیلهای ساختمانی مورد نیاز برای اجرای المانهای باربر و غیر باربر سازه تبدیل میشوند.
سازه فولادی پیش ساخته
انواع سازه فلزی یا فولادی پیش ساخته، سازههایی هستند که اسکلت (اعضای اصلی و اتصالات) آنها در کارخانه آماده میشود. این سازهها اغلب برای اجرای سریع ساختمانهای وسیع با دهانه بلند نظیر انبارها مورد استفاده قرار میگیرند. سیستم قاب پیش ساخته در اجرای ساختمانهای مسکونی یک طبقه و کم ارتفاع نیز کاربرد دارد.
سازه قاب فولادی سبک، از محبوبترین روشهای اجرای این سیستم است. سازه فولادی پیش ساخته برای مقاومت در برابر بارهای سقف و باد طراحی میشود. کیفیت و صلبیت اتصالات این نوع سازه، تعیین کننده عملکرد آن است.