ساخت اسکلت فلزی

اسکلت فلزی 

این مزیت را دارد که سرعت ساخت و اجرای پروژه بیشتر شده و ساخت سازه زودتر (حدود 5 – 6 ماه زودتر) به پایان می‌رسد. قیمت ساخت اسکلت فولادی بستگی به قیمت روز آهن آلات دارد. هزینه اجرای آن نیز به عوامل متعددی از جمله زیربنای کل پروژه و نوع سقف انتخابی در نظر گرفته شده وابسته است. در اجرای اسکلت فلزی، کارفرما باید مبلغ کل را یکجا هزینه کند. فاصله ستون‌ها در اسکلت فولادی بسته به شرایط سازه، می‌تواند بین 6 تا 9 متر در نظر گرفته شود. بکارگیری بادبند، یکی از مراحل ساخت ساختمان‌های فولای است که در جهت افزایش مقاومت این سازه‌ها در برابر نیروهای جانبی مثل زلزله استفاده می‌شود. از مزایا و معایب سازه های فولادی، می‌توان به مقاومت لرزه‌ای خوب و عدم مقاومت در دماهای 500 – 600 درجه سانتیگراد، اشاره کرد. اما این عدم مقاومت در برابر آتش را می‌توان با به کارگیری پشم شیشه، تا حد زیادی برطرف کرد.

ساختمان اسکلت فلزی (Steel structure) سازه‌ای فولادی و یکی از انواع اصلی سازه‌های ساختمانی است که اسکلت آن عمدتاً از مقاطع فولادی ساخته می‌شود. اسکلت فلزی  که به نام اسکلت فولادی یا سازه فلزی هم گفته می‌شود، به مجموعه‌ای از اعضای باربر در ساختمان‌سازی گفته می‌شود که از پروفیل‌‌های ساختمانی و ورق فولادی ساخته شده‌اند. آنچه که در مورد سازه‌های فلزی مهم است، اتصال فلزات و رفتاری است که فلزات پس از اتصال، از خود نشان می‌دهند. استفاده و اجرای این نوع اسکلت، برای سازه‌های بلند، بسیار مناسب است. تیرها، ستون‌ها، خرپا و سایر اجزای ساختمان، از ورق سیاه و مقاطع فولادی ساخته می‌شود. این مقاطع توسط جوش کاری، پیچ و مهره و پَرچ‌کاری به هم متصل می‌شوند. بنابراین، انواع اتصالات اسکلت فولادی به صورت زیر است:

1-اتصال جوش

2-اتصال پیچ و مهره ای یا فلنچی

3-اتصال پرچی (تقریباً در تمام نقاط جهان منسوخ شده است).

بهترین روش اجرای اسکلت فلزی جهت اتصال تیر به ستون، پیچ و مهره است. استفاده از روش اتصال جوشی در کشورهای اروپایی، فقط در مورد ساختمان های با متراژ و حجم کم قابل استفاده است؛ به این دلیل که اتصال به روش جوش، مقاومت کمتری دارد.

انواع سازه های فولادی

1-سازه فولادی خرپا

2-سازه فولادی معلق

3-سازه فولادی پوسته‌ای

4-سازه فولادی قابی

مصالح فولادی

مصالح مورد نیاز جهت ساخت اسکلت فولادی ساختمان شامل مقاطع زیر است:

ورق فولادی

قوطی پروفیل ساختمانی

تسمه ها

آرماتور

پرچ

پیچ و مهره

واشر

میل مهار

الکترود

این مصالح باید مطابق استانداردهای ملی ایران باشد. در صورتیکه برخی از مصالح مذکور مطابق استاداردهای ایران ساخته نشده باشد، باید یکی از استانداردهای معتبر بین المللی ترجیحاً استاندارد ISO را مورد استفاده قرار داد. بر اساس مقررات، مشخصات مکانیکی فولادهای مصرفی در ساختمان مطابق بندهای زیر است:

ضریب پواسون مصالح فولادی 0.3 در نظر گرفته می شود.

مدول الاستیسیته (ضریب ارتجاعی) مصالح فولادی 10⁶×2.1 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع (2.05 × 10⁵ N/mm² در نظر گرفته می‌شود.

تا جای ممکن، از ورق‌های با ضخامت بیش از 40 میلیمتر استفاده نشود. برای ورق ها و مقاطع با ضخامت بیش از 40 میلیمتر، تنش تسلیم باید کاهش داده شود.

مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی

مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی به صورت زیر است:

1-ساخت شالوده یا فنداسیون ساختمان

2-قرار دادن ستون های فولادی در محل بنا

3-نصب تیرها و ستون های فولادی

4-انتخاب نوع سقف.

5-ساخت بادبند یا مهاربند عرضی

6-تیغه چینی

7-نازک کاری

1- ساخت شالوده یا فنداسیون ساختمان

ساخت فونداسیون، اولین مرحله از مراحل ساخت ساختمان اسکلت فلزی است. در این مرحله، نوع فونداسیون، بر اساس ظرفیت تحمل خاکِ بنا تعیین می‌شود. اگر بارهای وارد بر فونداسیون، متوسط یا کم باشد، می‌توان از فونداسیون نواری و یا منفرد استفاده کرد. در صورتی که بارهای وارد بر پایه سازه زیاد باشد و از طرف دیگر استحکام خاک نیز کم باشد، بهتر  است از شمع یا فونداسیون گسترده استفاده شود. برای مسلح کردن بتن فونداسیون و تقویت مقاومت کششی، از میلگرد آجدار استفاده می‌شود.

2- قرار دادن ستون های فولادی در محل بنا

قرار دادن ستون‌های فولادی در محل ساخت بنا، از مهمترین مراحل ساخت یک سازه فولادی است. ستون‌های یک سازه فلزی می‌تواند از تیرآهن، هاش  ، تیرآهن لانه زنبوری، قوطی و ناودانی باشد. نکته مهم در نصب ستون، اتصال بین فونداسیون و ستون و شکاف بین این دو است. صفحات فولادی با توجه به پایه و اتصال ستون، تا انتهای ستون‌ها جوش داده می‌شوند.

3- نصب تیرها و ستون های فولادی

برای تیرها و ستون‌های پیش‌ساخته از تیرآهن و هاش، تیرآهن لانه‌زنبوری، قوطی پروفیل، ناودانی و نبشی استفاده می‌شود. تیر و ستون را به روش جوش و یا پیچ و مهره به هم متصل می‌کنند. تیرها معمولاً بار را از کف و سقف، به ستون‌ها انتقال می‌دهند. اندازه دهانه تیرها به طور معمول 3 – 9 متر می‌باشد. اندازه تیرها نیز تا 18 متر می‌رسد.

4- انتخاب نوع سقف در سازه های فولادی

در ایران عمدتاً از سقف تیرچه بلوک و سقف عرشه فولادی استفاده می‌شود. این دو نوع سقف، اغلب به صورت یک طرفه، بار را به تیرها انتقال می‌دهند. سیستم سقف از بارهای عمودی پشتیبانی می‌کند و عملکردی همانند دیافراگم دارد. سقف یوبوت، سقف تیرچه کرومیت، سقف روفیکس و سقف وافل انواع دیگر اسلب هستند که در بیشتر کشورهای پیشرفته مورد استفاده قرار دارند.

5- بادبند در اسکلت فلزی

بادبند یا مهاربند عرضی جهت مقاومت ساختمان در برابر نیروهای جانبی مثل باد و زلزله ساخته می‌شود. برای ساخت آن، به طور معمول از ناودانی یا نبشی به صورت دوبل یا تکی استفاده می‌شود. وظیفه بادبند، انتقال نیروهای جانبی به ستون‌ها است. مهاربندها به شکل‌های مختلفی ساخته می‌شوند: همگرا، واگرا، ضربدری، هفتی شکل، هشتی شکل و K شکل. انتخاب هر یک از این اشکال به نوع و میزان نیروهای وارده بر سازه بستگی دارد. عملکرد مهاربند فلنج عمدتاً جلوگیری از بی‌ثباتی فلنج پایینِ تیر و فلنج داخلی ستون است. مهاربند از یک طرف به فلنج پایینی تیر و از طرف دیگر به پرلین متصل می‌شود.

6- نازک‌کاری

نازک‌ کاری آخرین مرحله از مراحل ساخت یک سازه ساختمانی است. این مرحله شامل عایق کاری، اندود کاری، برق‌کاری، کانال کشی، کاشی‌کاری، سنگ کاری و سرامیک کاری، نقاشی و غیره می‌باشد.

فاصله ستونها در اسکلت فلزی

به طور کلی می‌توان گفت، اقتصادی‌ترین فاصله برای ستون‌های تحت بار استاندارد، 7.5 – 9 متر است. اگر این فاصله بیش از 9 متر در نظر گرفته شود، مصرف فولاد در سقف و جدار دیواره بیش از حد افزایش می‌یابد و هزینه کلی آن مقرون به صرفه نخواهد شد. بار استاندارد در اینجا 0.3 KN/m² برای سقف (بار زنده) و  0.5 KN/m² برای فشار باد است.

برای مواردی که بارگذاری مسأله اساسی و مهم است، بهتر است فاصله ستون‌ها کمتر شود. در چنین مواردی، فاصله ستونها در اسکلت فلزی، باید 6 – 7 متر باشد.

هنگام تنظیم فاصله ستون‌ها در اسکلت فولادی، در صورتی که نیاز است فاصله ستون‌ها نابرابر باشد، سعی کنید فاصله ستون دهانه انتهایی را کمتر از دهانۀ مرکزی تنظیم کنید. زیرا بار باد در دهانۀ انتهایی، بیشتر از دهانۀ مرکزی است. علاوه بر این، اگر از طراحی purlin استفاده می‌کنید، انحراف دهانۀ انتهایی و خم وسط دهانه، همواره باید بیش از سایر دهانه‌ها مورد توجه قرار گیرد. اگر دهانه‌های انتهایی کوچکتر در نظر گرفته شود، طراحی purlin سقف را آسان‌تر تر و مقرون به صرفه‌تر خواهد کرد.

ویژگی سازه های فولادی

عملکرد واقعی سازه‌های فولادی، تطابق بیشتری با محاسبات تئوری دارد. بنابراین، سازه حاصل از آن از قابلیت اطمینان بالاتری برخوردار است. فولاد دارای قابلیت اطمینان ساختاری بالایی است و در برابر ضربه و بارهای دینامیکی و عملکرد لرزه‌ای مقاومت بسیار خوبی دارد. از طرف دیگر، اسکلت فولادی در کارگاه ساخته می‌شود و در محل ساخت بنا، مونتاژ می‌گردد. همین امر سبب می‌شود تا دقت و سرعت کار بالاتر رود و دوره زمانی ساخت سازه کوتاه‌تر شود.

از دیگر ویژگی‌های سازه‌های فولادی، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

مقاومت لرزه‌ای بسیار خوب.

اسکلت فلزی برای دهانه‌های بزرگ با ارتفاع زیاد مناسب است.

خاصیت پلاستیکی و شکل‌پذیری مناسب فولاد و سازه فلزی حاصل از آن

خاصیت همگنی خوب و ساختار داخلی یکنواخت فولاد و در نتیجه سازه حاصل از آن

در برابر حرارت مقاوم است اما در برابر آتش مقاومتی ندارد. بنابراین، لازم است اسکلت با پشم شیشه عایق شود.

در برابر خوردگی مقاوم نیست؛ محیط‌های مرطوب به راحتی دچار زنگ زدگی و خوردگی می‌شود. بنابراین، باید از ضد زنگ استفاده شود و یا گالوانیزه یا رنگ‌آمیزی شود. برای سازه‌های سکوهای دریایی در آب دریا ، اقدامات خاصی مانند “حفاظت آندی از بلوک روی” برای جلوگیری از خوردگی لازم است.

مزایا

از مزایای چنین ساختارهایی می‌توان به وزن کم (سبک بودن اسکلت) و ساختار ساده آن اشاره کرد. در پروژه‌هایی که به مقاومت زیاد در برابر سایش نیاز است، استفاده ازورق ضد سایش باعث کاهش چشم گیرتر وزن سازه خواهد شد. کلیه اجزا در کارخانه ساخته می‌شود و در محل ساخت ساختمان، مونتاژ می‌شود؛ مونتاژ در محل آسان است. مقاومت و مدول الاستیسیته فولاد چند برابر بیشتر از سنگ و بتن است. در نتیجه، مقاومت لرزه‌ای یک سازه فولادی بیشتر از سازه بتنی بوده و این، یکی از تفاوت‌‌های سازه‌های فولادی با سازه‌های بتنی است.

از دیگر مزایا می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

کاهش قابل ملاحظۀ حجم ساختمان و کاهش فضای مرده

بالا بردن میزان سطح بنا در صورت استفاده از این روش ساخت و ساز

افزایش قابل توجه در سرعت پیشرفت پروژه

امکان اصلاح و رفع عیب در هر مرحله از پروژه بدون تخریب و از بین رفتن مصالح

افزایش کیفیت ساخت و کاهش پرتی مصالح

شرایط ساخت و اجرای اسکلت فلزی ساده است.

قابلیت تقویت‌پذیری و امکان مقاوم‌سازی چهارچوب اسکلت توسط جوش، پرچ یا پیچ کردن قطعات جدید یا اضافه کردن قسمت‌هایی به آن

قابلیت اجرا در مکان‌های شلوغ و کم حجم

معایب اسکلت فلزی چیست؟

تمایل قطعات تحت فشار به کمانش.

خوردگی فلز در شرایط جوی به ویژه در محیط های مرطوب.

اتصال قطعات فلزی توسط جوش ممکن است چندان مناسب نباشد.

بخش زیادی از هزینه ساخت و ساز باید همان ابتدای کار پرداخت شود.

کاهش مقاومت اسکلت فلزی در دماهای حدود 500 – 600 درجه سانتی‌گراد و در نتیجه به خطر افتادن تعادل و ایستایی ساختمان است .

البته بیشتر کاستی‌هایی که در بالا برشمرده شد، قابل رفع است. به عنوان مثال، می‌توان برای اتصال مقاطع فلزی به یکدیگر، از روش‌های دیگری غیر از جوشکاری استفاده کرد. شرایط جغرافیایی همواره به گونه‌ای نیست که رطوبت جَو بالا باشد. بخصوص در بیشتر شهرهای ایران که هوا خشک است، اجرای اسکلت فولادی مشکلی ایجاد نخواهد کرد. از طرف دیگر، اگرچه ممکن است در ابتدای کار هزینه‌ها به صورت یکجا و کلی پرداخت شود، اما با توجه به سرعت بالای پیشرفت کار، سازه به سرعت تکمیل شده و هزینه‌های اولیه جبران می‌شود.

ضد زنگ اسکلت فلزی ساختمان

برای از کم کردن چالش خوردگی در سازه‌های فلزی، لازم است تا اسکلت فولادی را با ضد زنگ پوشاند. برای این منظور، از ضد زنگ‌های نانو و الکیدی استفاده می‌شود. ضد زنگ نانو مزایای خوبی دارد؛ از جمله اینکه نیازی به سنباده‌زنی محل زنگ زده نیست و برای فلز، خاصیت ترمیم کنندگی دارد. برای رقیق کردن آن به محلول خاصی نیاز نیست و می‌توانید به راحتی از آب استفاده کنید. همچنین قیمت آن نسبت به نوع الکیدی مناسب‌تر است. ضد زنگ الکیدی در برابر حرارت مقاوم نیست. از طرف دیگر، بعد از مدتی کارایی خود را از دست می‌دهد و استشمام بوی آن نیز به لحاظ سلامتی تأثیر منفی بر سلامتی دارد.

قیمت اسکلت فلزی به چه عواملی بستگی دارد؟

قیمت اسکلت فلزی ساختمان به عوامل گوناگونی از جمله زیربنای کل پروژه، نوع سقف انتخابی و نوع اسکلت فولادیِ در نظر گرفته شده بستگی دارد. در اجرای اسکلت فولادی، کارفرما باید مبلغ کل را یکجا هزینه کند. به همین دلیل، بسیاری از کارفرمایان ترجیح می‌دهند جهت اجرای پروژۀ خود، به سمت اجرای اسکلت فلزی بروند. اسکلتی که به صورت سقف به سقف اجرا می‌شود و برای ساخت یک ساختمان مسکونی 7 طبقه، حدأقل شش ماه زمان می‌برد. اما امتیاز سازه فولادی نسبت به ساختمان اسکلت بتنی، سرعت بالای اجرا می‌باشد. طوریکه پروژه کارفرما حدود 5 – 6 ماه زودتر به پایان خواهد رسید. از طرف دیگر، کارفرما می‌تواند پول سرمایه‌گذاری خود را زودتر از پروژه بیرون آورد و به دلیل اتمام سریع‌تر پروژه، سود بیشتری به دست آورد. در ادامه، جهت درک بهتر هزینه ساخت اسکلت فولادی، ذکر یک مثال، ارائه شده است.

هزینه اجرای اسکلت فولادی به عوامل متعددی بستگی دارد؛ از جمله:

1-شهر و منطقه ای که پروژه در آن واقع شده است

2-زیربنای کلّ پروژه

3-نوع سقف انتخابی توسط کارفرما و مهندس طراح

4-نوع اسکلت فولادی درنظر گرفته شده

5-نوع اتصالات در نظر گرفته شده

6-قیمت روز آهن آلات؛ از جمله قیمت ورق و میلگرد

7-قیمت بتن

8-اجرت ساخت اسکلت توسط کارگاه‌های ساخت

موارد ذکر شده، مهم ترین عوامل بر مبلغ نهایی ساخت اسکلت فولادی است.