تعریف سیستم قاب سبک فولادی(Lightweight Steel Framing)

ساختمان‌های فولادی موسوم به قاب سبک فولادی (LSF) به صورت اجرای خشک و عمدتا با استفاده از اتصالات پیچی به روش تولید صنعتی اجرا می‌شود .
این ساختمان‌ها از سه جزء اصلی شامل مقاطع متشکل از ورق‌های فولادی سرد نورد شده برای سازه‌ای، صفحات تخته‌گچی به عنوان پوشش رویه درونی، صفحات سمنت برد برای پوشش بیرونی و لایه‌های عایق صوتی و حرارتی تشکیل می‌شود .این ساختمان‌ها از ورق گالوانیزه مناسب به صورت C یا Uو با ابعاد متنوع و ضخامت بین ۶/۰ تا ۲/۵ میلیمتر تشکیل می‌شود. سیستم ساخت قاب سبک فولادی Lightweight Steel Framing که به اختصار LSF می‌نامند، یک سیستم ساختمانی است، که برای اجرای ساختمان‌های عمدتاً کوتاه مرتبه و میان مرتبه (حداکثر تا ۵ طبقه) استفاده می‌شود و از سیستم‌های مورد تایید مهندسان عمران در کشورهای توسعه یافته و مدرن می‌باشد. این سیستم که شباهت زیادی به روش‌های ساخت ساختمان‌های چوبی دارد، بر اساس کاربرد اجزایی به نام اِستاد (Stud) یا وادار و تراک (Track) یا رانر شکل گرفته است و از ترکیب نیمرخ‌های فولادی گالوانیزه سرد نورد شده، ساختار اصلی ساختمان برپا می‌شود. مقاطع مورد استفاده در این سیستم U,C و Z است، که معمولاً با اتصالات سرد به یکدیگر متصل می‌شوند. هر دیوار از تعدادی اجزای عمومی‌C شکل (اِستاد) به فواصل ۴۰ تا ۶۰ سانتی‌متر، که در بالا و پایین به اجزای افقی ناودانی U یا C شکل (تراک یا رانر) متصل شده‌اند، تشکیل می‌شود. در صورتی که از مقاطع C شکل به عنوان تراک (رانر) استفاده شود، لازم است برش‌هایی در محل نصب اِستاد انجام گیرد. این سیستم در اکثر موارد با سقف سبک و به صورت موردی با انواع دیگر سقف اجرا می‌شود. تیر و تیرچه‌های این نوع سقف‌های سبک، همانند اِستاد و تراک‌های دیوارها است. سقف نهایی معمولاً از نوع شیب دار و با استفاده از خرپاهای فلزی ساخته شده از پروفیل‌های سرد نورد شده در نظر گرفته می‌شود (شکل زیر). قسمت‌های دیگر ساختمان نیز با استفاده از پروفیل‌های سرد نورد شده اجرا می‌شوند و با انواع مختلف تخته (گچی، سیمانی، چوبی، …) پوشیده می‌شوند. جزییات سقف هموار یا شیب‌دار پوشش نهایی این سیستم می‌تواند با انواع تخته‌های ساختمان از جمله تخته سیمانی، چوب، تخته گچی و یا مصالح بنایی، سفال و آردواز صورت گیرد.

تاریخچهLSF

سازه‌های فولادی سرد نورد(Cold-Formed Steel Structures)از سال‌های ۱۸۸۶ در انگلستان رواج یافتند. مقاطع مختلفی که اکثراً عملکرد غیر سازه‌ای یا در ترکیب با مصالح سازه‌ای به کار می‌رفتند مانند استفاده‌ی گسترده مقاطع و ورق‌های سرد نورد شده در کاربردهای صنعتی گرفته تا پوشش‌های بام‌ها و دیوارها و نماها و سقف‌ها از موارد استفاده قطعات فولادی سرد نورد بودند. از همان ابتدا، این مقاطع در استانداردهای بریتانیا (BS) جای گرفتند و با نگاه آیین‌نامه‌ای به طراحی و تولید آن‌ها نظام‌مند گردید.
قاب بندی چوبی که از قرن ۱۷ توسط مهندسان معماری امریکایی ابداع شده بود در همان سال‌های ۱۸۸۰ در حال ادغام با پروفیل‌های فولادی مقاطع قوطی شکل بودند. نمونه‌های متنوعی در بریتانیا و آلمان و آمریکا از این نوع قاب بندی ساخته می‌شد تا فولاد وارد قاب بندی ساختمان شود. 
در سال ۱۹۱۴ در انگلستان برای نخستین بار مقطع C شکل سرد نورد شده که در صنعت LSF به نام اِستاد Stud شناخته می‌شود در صنعت ساختمان‌های قاب بندی شده وارد گردید و قاب بندی فلزی را شکل داد. این قاب بندی با تقلیل وزن ساختمان‌های چوبی تا یک سوم آن، آغاز تحولی جدید در قاب‌های ساختمانی و گسترش صنعت جدیدی در ساختمان بود که با استقبال زیادی از مجامع مهندسی به ویژه در امریکا روبرو گردید.
در سال ۱۹۳۹ مؤسسه‌ی امریکایی فولاد و فلز(AISI) در دانشگاه کرونل و دانشگاه واشنگتن تحقیقات گسترده‌ای را با مدیریت پروفسور جورج وینتر (Georg WInter) آغاز نمود و در سال ۱۹۴۶ نخستین مجموعه از استاندارد طراحی سازه‌های سرد نورد از AISI منتشر شد که سرآغاز سلسله استانداردهای جهانی AISI گردید و امروزه تنها مرجع اساسی تمام استانداردهای دیگر کشورها در زمینه‌ی سازه‌های سرد نورد و دیگر آیین نامه‌های امریکا و کانادا می‌باشد. پس از امریکا، استرالیا استاندارد AS/NZ 4600 را بر مبنای آیین‌نامه AISI S-100 و استانداردهای زیرمجموعه‌ی آن تدوین نمود و از رهگذر این آیین نامه‌ها افریقای جنوبی و هند و ژاپن و در چندسال اخیر چین نیز آیین نامه‌های خود را تدوین نمودند. مجمع مهندسی انگلستان، آلمان، فرانسه، ایتالیا، سوئد نیز آیین‌نامه‌ی EURO Code 3 را تدوین کرد.
این نوع سازه‌ها که با عنوان علمی‌Cold-Formed Steel structuresشناخته می‌شوند (CFS) ، مجموعه‌ای بسیار متنوع و گسترده از انواع مقاطع فلزات سرد نورد شده در زمینه‌های گسترده‌ای از کاربردهای گوناگون در صنایع ماشین و ابزارسازی، اتومبیل، هواپیمایی، تسلیحات، ساختمان و بسیاری قطعات و موارد کاربردی را شامل می‌شوند. اما استفاده از این مقاطع سرد نورد در قاب بندی ساختمانی با عنوان قاب‌های فلزی کم ضخامت (Light gauge Steel Frame – LGSF / Gage Steel Frame – GSF)مرسوم گردیدند. 
در اواخر دهه‌ی ۸۰ قاب بندیLGSFتوسط طراحان و مهندسین خلاق با قاب‌های بتونی و فولادی مرسوم ترکیب گردید. مهندس معمار Abraham Rigtman با استفاده از سازه‌های سرد نورد در دیوارها و سقف‌های یک ساختمان ۶ طبقه در آلاباما مبدع واژه‌ای شد به نام قاب‌های فلزی سبک (Lightweight Steel Framing – LSF)، که در حقیقت اشاره داشت به نهایت سبک‌سازی در ساختمان. از سال ۱۹۹۲ متون متنوعی در ارتباط با LSF و روش‌های طراحی و اجرای آن در ساختمان منتشر گردید. می‌توان گفت LSF محدوده‌ی وسیعی از به کارگیری مصالح ساختمانی برای دست‌یابی به ۴ هدف عمده در صنعت ساختمان می‌باشد:
۱- سرعت در اجرا و بهره وری،
۲- افزایش مقاومت و پایداری بالا 
3- سبک‌تر کردن و کاهش جرم ساختمان
۴- افزایش میزان بازیافت مصالح
و اهداف سطح دوم بسیاری را در بر می‌گیرد که مصالح گوناگونی شامل فلزات سرد نورد، فولادهای گرم، بتن و چوب در آن نقش خاصی می‌یابند. با گسترش و توسعه‌ی میزان استفاده از قاب‌های سازه‌ای سردنورد ساختمانی در کشورهای امریکای شمالی و همچنین پیشرفت گسترده صنایع هوشمند و نرم افزارهای تولیدی و محاسباتی، CAD/CAMوارد تولید CFS گردید و تولید این نوع سازه‌ها با دقت و سرعت بسیار بالا و پیش ساخته سازی صنعتی راه توسعه‌ی آن در تمام جهان هموارتر گردید و LSF علاقمندان بسیاری در حوزه‌ی صنعت ساختمان از مهندسان معمار و سازه تا پیمانکاران بزرگ و کوچک را مجدوب خود ساخت.

معماری LSF

سازه‌های قاب فلزی سبک LSF به سبب ساختار مدولاری که دارند راه حل بسیار ایده‌آلی برای معماران حرفه‌ای می‌باشند. مدولاریزاسیون ساختمان‌ها امروزه در جهت افزایش سرعت مدیریت ساخت، به حداقل رساندن نخاله‌ها و پرت مصالح ساختمانی، صرفه جویی اقتصادی و تأثیر بصری آن از نظر زیبایی شناسی، دارای اهمیت بسیار زیادی می‌باشد. به طوری که سازندگان مصالح در کشورهای پیشرفته با هماهنگی یکدیگر درحال مدول کردن تمام مصالح ساختمانی هستند تا از سازه گرفته تا نازک کاری ساختمان از الگوهای مدولار یکسانی پیروی نمایند. سازه‌های LSF و کلاً سازه‌هایی که به صورت فریمینگ (قاب‌های مدولار) نظیر سازه‌های چوبی یا سازه‌های فضایی می‌باشند دارای ماهیت مدولار بوده و هماهنگی بسیار دقیقی با طراحی مدولار دارند.
برخی مهندسین و کارفرمایان نا آشنا به اصول سازه‌های قاب فلزی سبک LSF در نگاه نخست تصور می‌کنند این نوع سازه‌ها به دلیل شکل سازه‌ای آن قابلیت انطباق چندانی با انواع معماری‌های بومی‌یا سبک‌های مختلف معماری نداشته باشد. اکثر دیدگاه‌ها به گوشه‌های تیز و ساختار چهارگوش خشن معطوف می‌شوند و نمی‌توانند تصور درستی از انعطاف پذیری فوق العاده بالای سازه‌های قاب فلزی سبک LSF برای انواع سبک‌های معماری و طراحی‌های انعطاف پذیر با هر نوع سلیقه‌ای را داشته باشند.
این دغدغه همواره از ۵۰ سال قبل تا کنون مهندسین و طراحان مختلف را به چالش کشیده است تا با ارائه‌ی طرح‌های گوناگون از معماری کلاسیک تا معماری مدرن، قابلیت‌های سازه‌های LSF را به تصویر بکشند. توانایی انعطاف پذیری معمارانه‌ی سیستم سازه‌های LSF در به تصویر کشیدن سبک‌های گوناگون معماری از معماری یونیک و رومن تا اوج آن در معماری باروک و معماری عصر جدید بعد از رنسانس و معماری مدرن و پست مدرن در الگوهای جدید و شناسه‌های قرن ۲۱، همگی وسعت توانمندی‌ها و پتانسیل‌های معمارانه‌ی سیستم ساختمانی LSF را در پرداختن به تمام الگوها و ظرافت‌ها و زیبایی‌های سبک‌های گوناگون معماری را تا حد اعلای خودش به تصویر می‌کشد به طوری که هیچ گونه نقصانی در اجرای هیچ یک از الگوهای سبک‌های گوناگون معماری و ظرافت‌های بصری و زیبایی شناسانه و هنری معمارانه در این سیستم مشاهده نمی‌شود.

مزایایLSF

سیستم ساختمانی LSF دارای مزایای بسیاری نسبت به سازه‌های متعارف از قبیل سازه‌های بتنی و فولادی رایج می‌باشد. طراحی بسیار آسان‌تر نسبت به دیگر سازه‌ها، تولید پیش ساخته، عملیات اجرایی کمتر، سرعت در نصب، کاهش قابل توجه هزینه‌های اجرایی ساختمان، نیروی کار بسیار کمتر، کاهش مصرف انرژی، راحتی بسیار زیاد در تعمیر و نگهداری، پایداری سازه‌ای و رفتار لرزه‌ای بسیار مناسب، توانایی تغییر و جابجایی آسان در بخش‌های سازه و ساختمان، تخریب بسیار آسان، بازیافت کامل تمام مصالح به کار رفته و فقدان نخاله در حین ساختمان و پس از تخریب تعدادی از مزایای این سیستم ساختمانی می‌باشند؛ اما باید توجه داشت که مزیت هر پدیده‌ای در شرایط خود قابل سنجش هست و هیچ پدیده‌ای همانطور که خود محض نبوده و اصل عدم قطعیت در مورد آن‌ها صادق است، دارای مزایای محض نبوده و همواره مزایای آن‌ها مطلق می‌باشند.

مزایای سیستم ساختمانیLSF

» مزایای اقتصادی LSF:
1- کاهش هزینه‌های اجرایی ساختمان به دلیل سرعت اجرا
۲- کاهش هزینه‌ها در مصالح مصرفی حین ساختمان
۳- کاهش هزینه‌های انرژی در طول بهره برداری ساختمان
۴- بازگشت سرمایه پس از تخریب با بازیافت سازه و مصالح ساختمان
۵- کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری به دلیل راحتی سرویس
۶- اجرا و رسیدن سریع به دوره بهره برداری و بازگشت سریع سرمایه

» مزایای فنی LSF:
1- سبکی بسیار زیاد ساختمان LSF نسبت به ساختمان‌های فولادی، بتنی و رفتار سازه‌ی مناسب
۲- قابلیت‌های اجرایی گوناگون بسته به نوع و شرایط پروژه به صورت:
۱) ساخت درجا در محل پروژه Stick-Built،
۲) قاب‌های پیش ساخته Precast Frame, Prefabricated, Panelized, Cassette 
3) اتاق پیش ساخته Modular
3- سرعت اجرایی بالا به دلیل پیش ساخته یا مدولار بودن، بهره برداری سریع
۴- عایق کاری حرارتی ساختمان بسته به نوع و شرایط اقلیمی‌پروژه
۵- عایق کاری صوتی ساختمان بسته به نوع طراحی و کاربری
۶- عمر مفید ساختمان تا ۱۰۰ سال به دلیل:
۱) برقراری شرایط پایداری سازه‌ای در حوادث طبیعی مانند زلزله و توفان به دلیل سبکی و مقاومت بالا
۲) کندی روند فرسودگی سازه به دلیل پوشش زینک ۲۷۵ و ۱۸۰ (G90 و G60)
3) کاهش بسیار زیاد خستگی سازه و ساختمان با شرایط طراحی سازه‌ای و معماری
۷- فقدان آوار و قطعات کشنده یا آسیب زا در حین زلزله یا تخریب ساختمان 
8- فقدان نخاله‌های ساختمانی در حین اجرای پروژه
۹- راحتی بسیار در عبور و نصب تأسیسات الکتریکال و مکانیکال
۱۰- راحتی دسترسی به تمام قسمت‌های سازه‌ای جهت تعمیر و نگهداری
۱۱- راحتی بسیار در ایجاد تغییرات معماری و سازه‌ای پس از بهره برداری
۱۲- کنترل راحت سازه، مقوم سازی و رفع بسیار آسان ایرادات و نواقص سازه‌ای
۱۳- فقدان نفوذ آب و رطوبت و حشرات موذی

مزایای LSF در مسیر توسعه پایدار:
۱- فقدان نخاله‌های ساختمانی آوار پس از تخریب و عدم آلودگی زیست محیطی
۲- ایجاد سیکل مصرفی و دوره‌ی حیات مجدد مصالح و کاهش نیاز به تولید مصالح از منابع جدید
۳- کاهش مصرف انرژی و گردش اقتصادی در تولید مصالح نو و کاهش هزینه‌های تولید و مصرف
۴- کاهش آلایندگی جوی و زیست محیطی ناشی از تولید مصالح ساختمانی آلاینده نظیر سیمان و فولاد
۵- حذف مصرف و هدر رفت آب و حفظ مؤثر منابع آبی در دوره‌ی کارگاه ساختمانی
۶- افزایش دوره‌ی حیات و بهره برداری پایدار ساختمان و حفظ منابع ملی و مالی

متن کامل مقاله را از لینک زیر دانلود کنید:

LSF-Epoxy shiraz

انیمیشن مراحل ساخت LSF: