ساختمان سازه فولادی یک سیستم ساختمانی است که در آن قاب اصلی باربر، ستون ها، تیرها، خرپاها و مهاربندی ها به جای بتن مسلح، الوار یا بنایی از فولاد سازه ای ساخته می شود. این قاب کل بار مرده، بار زنده، بار باد و بار لرزه ای ساختمان را حمل می کند، در حالی که دیوارها، سقف و عایق ها به عنوان مواد پوششی غیر باربر متصل به اسکلت فولادی عمل می کنند. ساختمانهای سازههای فولادی اغلب زمانی انتخاب میشوند که یک پروژه به یک دهانه شفاف گسترده، برنامه نصب سریع، پایه سبکتر و دوام طولانیمدت تحت سیکلهای بارگذاری مکرر نیاز دارد.
رایج ترین قالب ها یک طبقه هستند سازه های فولادی قاب پورتال ، ساختمان های چند طبقه با اسکلت فلزی، ساختمان های خرپایی فولادی برای سالن های با دهانه وسیع و ساختمان های فولادی مدولار که از خلیج های پیش ساخته مونتاژ شده اند. گستره های معمولی روشن از 18 متر تا 60 متر بدون ستون های داخلی و ارتفاع لبه ها معمولاً از 4.5 متر تا 12 متر بسته به کاربری مورد نظر مانند انبار، کارگاه، آشیانه هواپیما، سالن ورزشی یا ساختمان کشاورزی است.
در مقایسه با ساخت و ساز بتن ریخته گری در محل، ساختمان سازه فولادی معمولاً کل دوره ساخت را کاهش می دهد 30 تا 50 درصد ، زیرا ستون ها، تیرها و پرلین های سقف در کارخانه ساخته می شوند و به جای ریختن و پخت در محل به یکدیگر پیچ می شوند. تقاضا برای ساختمانهای سازههای فولادی به طور پیوسته در بخشهای لجستیک، تولید و کشاورزی افزایش یافته است، که عمدتاً ناشی از نیاز به تأسیساتی است که میتوانند به سرعت ساخته شوند، بعداً اندازه آنها را تنظیم کنند، و با تغییر شکل یک کسبوکار جابهجا یا دوباره بفروشند.
این راهنما اجزای سازهای، انواع ساختمانها، درجههای فولادی، ملاحظات باد و لرزهای، محرکهای هزینه، حفاظت در برابر خوردگی، عایق، پروفیلهای روکش، درها و تهویه، فونداسیون، توالی مونتاژ، کنترل کیفیت، ایمنی سایت، کاربردهای صنعتی، قابلیت بازیافت، اشتباهات رایج سفارش، نگهداری طولانیمدت، و بخش پرسشهای متداول مفصل را پوشش میدهد.
تفاوت تعیین کننده بین یک ساختمان اسکلت فلزی و یک ساختمان بتنی یا بنایی معمولی در نحوه عبور بارها از قاب است. در سازههای فولادی، نیروها در اعضای باریک متصل به اتصالات مجزا، ستونها، تیرها، پرلینها و میلههای مهاربندی متمرکز میشوند، نه اینکه در یک توده پیوسته از بتن توزیع شوند. این اجازه می دهد تا همان ظرفیت باربری را با وزن بسیار کمتر خود بدست آورید.
فولاد سازه ای نسبت مقاومت به وزن بسیار بالاتر از بتن مسلح با ظرفیت بار قابل مقایسه است. یک ساختمان اسکلت پورتال فولادی با یک دهانه معین معمولاً وزن دارد 60 تا 70 درصد کمتر نسبت به یک قاب بتن مسلح معادل، که مستقیماً اندازه پی، هزینه پی و بار منتقل شده به خاک را کاهش می دهد. این مهم در سایت هایی با ظرفیت باربری ضعیف یا متغیر خاک است، جایی که ساختار سبک تر اجازه می دهد تا به جای شمع بندی عمیق از پایه های جدا شده ساده استفاده شود.
اعضای فولادی در یک محیط کارخانه کنترل شده با استفاده از پلاسما یا تجهیزات برش لیزری CNC برش داده میشوند، سوراخ میشوند و جوش داده میشوند و تلورانسهایی را در عرض چند میلیمتر در طول یک عضو چند متری نگه میدارند. این دقت به این معنی است که اتصالات محل پیچ و مهره در اولین بار به درستی تراز می شوند و باعث کاهش دوباره کاری می شود که در قالب بتن ریخته شده در محل رایج است، جایی که واریانس ابعادی به شدت به کیفیت قالب و تکنیک ریختن بستگی دارد.
از آنجا که اعضای فولادی در خارج از محل تولید می شوند در حالی که کار فونداسیون به صورت موازی انجام می شود، جدول زمانی کلی پروژه به طور قابل توجهی فشرده می شود. یک قاب بتنی باید منتظر نصب قالب، قرار دادن آرماتور، ریختن بتن و یک دوره عمل آوری قبل از ادامه طبقه یا خلیج بعدی باشد، در حالی که یک قاب فولادی را می توان تحویل و به محض نصب بولت های لنگر و رسیدن بتن فونداسیون به استحکام کافی، تحویل داد و نصب کرد.
از آنجایی که اتصالات فولادی به جای ریختهگری یکپارچه، پیچ و مهره میشوند، طرحهای داخلی را میتوان بعداً با اختلال بسیار کمتر تغییر داد. طبقات نیم طبقه، دهانه های اضافی، دهانه های درب جدید، یا تیرهای باند جرثقیل اغلب می توانند به یک ساختمان سازه فولادی موجود با آرماتورهای هدفمند اضافه شوند، چیزی که دستیابی به آن در یک قاب بتنی جامد بسیار مخرب تر و پرهزینه تر است.
ساختمان های سازه های فولادی در تعداد کمی از سیستم های سازه ای تثبیت شده قرار می گیرند که هر کدام برای دهانه، ارتفاع و مشخصات بار متفاوتی مناسب هستند. انتخاب زودهنگام نوع مناسب از طراحی مجدد پرهزینه در مراحل بعدی پروژه جلوگیری می کند.
در این نوع ساختمانها، سیستم مقاوم در برابر بار جانبی معمولاً یا یک قاب خمشی است، که در آن اتصالات ستون به تیر به اندازه کافی سفت و سخت است که در مقابل خمش بدون مهاربندی مورب مقاومت میکند، یا یک قاب مهاربندیشده، که در آن میلههای مورب یا اعضای زاویهای بارهای جانبی را حمل میکنند در حالی که اتصالات تیر-ستون سادهتر باقی میمانند. قابهای لحظهای خطوط دیوار را عاری از مهاربندیهای قابل مشاهده نگه میدارند، که مناسب ساختمانهایی است که به بازشوهای بزرگ در امتداد هر دیوار نیاز دارند، در حالی که قابهای مهاربندی شده معمولاً زمانی مقرون به صرفهتر هستند که برخی از دیوارها بتوانند اعضای مورب قابل مشاهده را در خود جای دهند.
| نوع ساختمان | بازه پاک معمولی | ارتفاع معمولی پیشرو |
|---|---|---|
| قاب پورتال | 18 - 40 متر | 4.5 - 9 متر |
| ساختار خرپا | 30 متر - 60 متر | 8 متر - 15 متر |
| قاب چند طبقه | 6 متر - 12 متر در هر خلیج | 3-4 متر در هر طبقه |
| قاب فضایی | 40 متر - 120 متر | 10-25 متر |
| ساختمان مدولار | 3 متر - 12 متر | 2.4 متر - 3.6 متر |
درجه فولاد مشخص شده برای اعضای اولیه و ثانویه ساختمان به طور مستقیم تعیین می کند که چه مقدار ماده برای حمل یک بار معین مورد نیاز است و خریدارانی که اصطلاحات درجه بندی پایه را درک می کنند می توانند قیمت ها را با دقت بیشتری مقایسه کنند.
اعضای قاب اولیه معمولاً در گریدهایی با حداقل قدرت تسلیم در اطراف مشخص می شوند 235 مگاپاسکال تا 355 مگاپاسکال بسته به استاندارد منطقه ای در حال استفاده، اغلب به عنوان Q235، Q355، S235، یا S355 برچسب گذاری می شود. درجه های قدرت تسلیم بالاتر اجازه می دهد تا از صفحه نازک تر برای همان بار استفاده شود و تناژ کلی کاهش یابد، اگرچه ورق نازک تر می تواند نسبت به کمانش موضعی حساس تر باشد و معمولاً به جزئیات سفت کننده دقیق تری نیاز دارد.
ضخامت صفحه فلنج ستون و تیرچه برای قاب های پورتال یک طبقه معمولی معمولاً از محدوده متفاوت است 6 میلی متر تا 20 میلی متر ، با صفحه وب کمی نازک تر از صفحه فلنج در بخش های جوش داده شده مخروطی. پرلین ها و کمربندها معمولاً از ورق فولادی با ضخامت بین 1.5 میلی متر تا 3 میلی متر ساخته می شوند، زیرا تقاضای دهانه و بار آنها بسیار کمتر از اعضای اولیه است.
ستون ها و تیرهای اولیه یا به صورت مقاطع استاندارد نورد گرم و یا به صورت قطعات جوشکاری شده ساخته می شوند که از صفحه صاف بریده شده و با جوشکاری زیرپودری اتوماتیک به هم متصل می شوند. مقاطع مخروطی جوش داده شده به سازنده اجازه می دهد که عمق اعضا را با لحظه خمشی در هر نقطه در امتداد قاب مطابقت دهد، که اغلب در مقایسه با بخش نورد گرم با عمق ثابت، صرفه جویی می کند، که یکی از دلایلی است که قاب های جوشی مخروطی بر بازار ساختمان پورتال میان دهانه تسلط دارند.
هر ساختمان سازه فولادی، صرف نظر از نوع، از مجموعه ای تکراری از اعضا ساخته شده است. درک آنچه که هر جزء انجام میدهد به خریداران کمک میکند تا نقشههای ساختاری را بخوانند و قیمتهای تولیدکنندگان مختلف را با شرایط مساوی مقایسه کنند.
ستون ها بارهای عمودی را از سقف به پایین به فونداسیون منتقل می کنند، در حالی که تیرهای تیر که گاهی اوقات تیرها نامیده می شوند، به صورت افقی یا در شیب بین ستون ها برای حمل بارهای سقف کشیده می شوند. اعضای اولیه معمولاً مقاطع H با نورد گرم یا مقاطع I مخروطی جوشی هستند که از مقاطع مخروطی برای مطابقت با نمودار لنگر خمشی و صرفه جویی در وزن فولاد در انتهای کم تنش عضو استفاده می شود.
براده ها در امتداد شیب سقف بین تیرها برای حمایت از ورق های سقف اجرا می شوند و حلقه ها در امتداد دیوارها بین ستون ها برای حمایت از روکش دیوار اجرا می شوند. اینها معمولاً مقاطع C یا مقاطع Z با فرم سرد هستند که به این دلیل انتخاب می شوند که شکل آنها را می توان برای حمل و نقل کارآمد تو در تو قرار داد و به این دلیل که سبک تر از مقاطع نورد گرم هستند و در عین حال بار کمتری را در قاب بندی ثانویه برآورده می کنند.
میلههای مهاربندی، مهاربندی زاویه یا مهاربند پورتال در برابر نیروهای جانبی ناشی از باد و فعالیتهای لرزهای مقاومت میکنند که قاب اصلی به تنهایی قادر به تحمل آن در جهت طول ساختمان نیست. بدون مهاربندی کافی، ساختمان سازههای فولادی میتوانند تحت بار باد به پهلو بپیچند، حتی اگر خود قابهای پورتال در جهت مقطع ثابت باقی بمانند.
صفحات پایه صفحات فولادی ضخیمی هستند که به پایین هر ستون جوش داده شده و از طریق پیچ های لنگر تعبیه شده در بتن به فونداسیون متصل می شوند. صفحه پایه بار ستون متمرکز را بر روی یک ناحیه فونداسیون بزرگتر پخش می کند و در طرح های قاب خمشی باید اندازه و پیچ شود تا در برابر لنگر خمشی و همچنین بار عمودی مقاومت کند، نه فقط یک واکنش عمودی ساده.
ساختمان هایی که نیاز به جابجایی مواد بالای سر دارند شامل تیرهای جرثقیل هستند که تیرهای باند جرثقیل نیز نامیده می شوند و بر روی براکت های متصل به ستون های اصلی نصب می شوند. بارگذاری جرثقیل باعث ایجاد تنش مکرر از نوع خستگی بر روی قاب میشود که با بار استاتیک باد یا برف متفاوت است، بنابراین ستونهای نگهدارنده جرثقیلها معمولاً سنگینتر هستند و در مقایسه با ستونها در ساختمانهای غیر جرثقیل با همان دهانه، از سختی بیشتری استفاده میکنند.
از آنجایی که ساختمانهای سازههای فولادی سبکتر از مشابههای بتنی هستند و اغلب دارای سقفهای با دهانه شفاف بزرگ هستند، بار باد و رفتار لرزهای نیاز به توجه دقیق در مرحله طراحی دارند تا اینکه به عنوان یک فکر بعدی در نظر گرفته شوند.
سقفهای عریض با شیب کم، مکش قابل توجهی را در سمت بادگیر و در گوشههای سقف در جریان بادهای شدید ایجاد میکنند، که میتواند از نیروی رو به پایین وزن خود سقف فراتر رود. اتصالات پرلین به تیرک و اتصال دهنده های ورق سقف در این مناطق معمولاً در فاصله نزدیک تر از میدان عمومی سقف مشخص می شوند تا در برابر فشار بالا بردن موضعی مقاومت کنند.
فولاد یک ماده انعطاف پذیر است، به این معنی که می تواند قبل از شکستگی به طور قابل توجهی تغییر شکل دهد، که به یک قاب فولادی با جزئیات به خوبی اجازه می دهد تا انرژی لرزه ای را از طریق تسلیم کنترل شده به جای شکست شکننده ناگهانی جذب کند. این شکلپذیری یکی از دلایلی است که اغلب ساختمانهای سازههای فولادی در مناطقی با فعالیت لرزهای معنیدار مورد توجه قرار میگیرند، مشروط بر اینکه جزئیات اتصال به گونهای طراحی شده باشد که تسلیم در یک مکان قابل پیشبینی و کنترل شده به جای یک گروه جوش یا پیچ که ممکن است ناگهانی خراب شود، ایجاد شود.
شیب سقف مستقیماً بر مقدار برف انباشته شده قبل از سر خوردن تأثیر میگذارد، بنابراین ساختمانها در مناطق برفی سنگین معمولاً از شیب تندتر یا فاصلهی تاقچههای سنگینتر نسبت به ساختمانهای دارای آب و هوای معتدل با دهانه یکسان استفاده میکنند. نادیده گرفتن دادههای بار برف منطقهای در طول طراحی یکی از رایجترین و پرهزینهترین اشتباهات در تهیه ساختمانهای فولادی است، زیرا مقاومسازی سقف برای بار برف کمتر از حد برآورد شده پس از ساخت، بسیار گرانتر از تعیین صحیح آن از ابتدا است.
انتخاب بین ساختمان اسکلت فلزی و ساختمان بتن آرمه معمولاً به نیازهای دهانه، برنامه ساخت و ساز، شرایط خاک سایت و انعطاف پذیری طولانی مدت برای گسترش یا پیکربندی مجدد بستگی دارد.
| عامل | سازه فولادی | بتن مسلح |
|---|---|---|
| سرعت ساخت | سریع، پیچ شده در محل | کندتر، پخت لازم است |
| حداکثر بازه شفاف | تا 60 متر یا بیشتر | معمولا زیر 20 متر |
| وزن سازه | پایه سبک تر و کوچکتر | پایه سنگین تر و بزرگتر |
| گسترش آینده | پسوند خلیج ساده | دشوار است، نیاز به تخریب دارد |
| رتبه بندی مقاومت در برابر آتش | به ضد حریق اضافه نیاز دارد | ذاتا بالاتر |
| راندمان تحمل وزن | نسبت استحکام به وزن بالا | نسبت قدرت به وزن کمتر |
| عملکرد آکوستیک | به آستر آکوستیک اضافه نیاز دارد | میرایی جرم طبیعی بالاتر |
بتن انتخاب قویتری برای زیرزمینها، سازههای نگهدارنده آب، هستههای مرتفعی است که به مقاومت ذاتی در برابر آتش بدون عایق ضد حریق اضافی نیاز دارند، و ساختمانهایی که جرم خود برای جداسازی صوتی یا میرایی ارتعاش مورد نظر است، مانند آزمایشگاههای خاص یا تأسیسات تولید دقیق.
هزینه ساختمان سازه های فولادی عمدتاً بر اساس تناژ فولاد، درجه پوشش سقف و دیوار، ضخامت عایق، الزامات بارگیری جرثقیل و دسترسی به سایت تعیین می شود. به عنوان یک محدوده برنامه ریزی کلی، یک انبار قاب پورتال تک طبقه بدون پوشش داخلی معمولاً بین آنها قرار می گیرد متری 45 تومان و 120 تومان برای اسکلت فولادی و پکیج روکش پایه، قبل از افزودن فونداسیون، درها، کارهای برقی و تزئینات داخلی. ساختمان هایی با طراحی بار برف سنگین تر، دروازه های جرثقیل، یا روکش ساندویچ پانل عایق شده به سمت انتهای بالایی آن محدوده یا فراتر از آن حرکت می کنند.
معمولاً از یک انبار قاب پورتال ساده با دهانه 24 متر و بارگذاری متوسط استفاده می شود 15 کیلوگرم تا 25 کیلوگرم فولاد در هر متر مربع از سطح کف پوشیده شده دهانههای وسیعتر، ظرفیت جرثقیل بالاتر، یا مناطق باد و برف سنگینتر، این رقم را گاهی به 35 کیلوگرم در متر مربع یا بیشتر افزایش میدهد، زیرا بخشهای تیر و ستون باید رشد کنند تا در برابر گشتاورهای خمشی بزرگتر مقاومت کنند.
روکش سقف و دیوار، عایق، ناودان، و چشمک زن معمولا نشان می دهد 30 تا 40 درصد از کل هزینه ساختمان تحویل داده شده، تقریباً قابل مقایسه با خود قاب فولادی است. انتخاب ورق های تک پوسته با پتوهای عایق مجزا ارزان تر از ساندویچ پانل های عایق است، اما ساندویچ پانل ها زمان کار در محل را کاهش می دهند و به طور کلی برای بازده حرارتی طولانی مدت عملکرد بهتری دارند.
هزینه ساخت سازه های فولادی در هر متر مربع به دلیل تفاوت در قیمت فولاد خام، نرخ نیروی کار، فاصله حمل و نقل از کارخانه ساخت و الزامات بار محلی باد یا برف، به طور قابل توجهی بین مناطق مختلف متفاوت است. پروژههای ساحلی که به مشخصات حفاظت در برابر خوردگی بالاتری نیاز دارند، یا مکانهای دورافتاده داخلی با هزینههای حمل و نقل بالا، معمولاً بالاتر از میانگین قیمت ملی قرار میگیرند، حتی زمانی که طراحی ساختمان خود استاندارد باشد.
مواردی که معمولاً از قیمت اولیه فقط قاب حذف می شوند عبارتند از تسطیح و تراکم محل، آرماتور فونداسیون و بتن، درهای پرسنلی و درهای غلتکی، ناودان ها و لوله های پایین، پانل های روشنایی سقف نیمه شفاف، و ناهمواری الکتریکی. خریدارانی که درخواست یک پیشنهاد قیمت برای پوشش این موارد دامنه دارند، از غافلگیری بودجه بعداً در پروژه جلوگیری می کنند.
فولاد سازه ای بدون پوشش زمانی که در معرض رطوبت و اکسیژن قرار می گیرد خورده می شود، بنابراین هر ساختمان سازه فولادی نیاز به سیستم پوششی متناسب با محیط خود دارد. انتخاب پوشش یکی از تصمیمات نادیده گرفته شده در فرآیند خرید است، با این حال تعیین می کند که قاب چند دهه قبل از نیاز به رنگ آمیزی اساسی دوام می آورد.
عملکرد پوشش معمولاً با استفاده از یک ضخامت سنج لایه خشک که بر حسب میکرون اندازه گیری می شود، در چندین نقطه در هر عضو پس از تکمیل پوشش تأیید می شود. یک پوشش گالوانیزه در محدوده 70 تا 100 میکرون برای مقاطع ساختاری معمول است، در حالی که یک سیستم دوبلکس ممکن است 70 میکرون روی را با 120 تا 160 میکرون لایه رنگی برای سختترین محیطها ترکیب کند.
سایتهای ساحلی، کارخانههای شیمیایی، و مکانهای دارای آلودگی صنعتی شدید، نرخ خوردگی را بهطور قابلتوجهی در مقایسه با سایتهای خشک داخلی تسریع میکنند، بنابراین مشخصات پوشش همیشه باید به جای یک پیشفرض عمومی، به محیط واقعی سایت اشاره کند. ساختمانی که در چند کیلومتری خط ساحلی قرار دارد یا در تأسیساتی که مواد شیمیایی خورنده را مدیریت می کند، معمولاً بالاترین رده حفاظتی موجود را تضمین می کند، زیرا هزینه افزایشی ارتقاء پوشش در مرحله طراحی در مقایسه با هزینه پوشش مجدد یک ساختمان اشغال شده سال ها بعد ناچیز است.
از آنجایی که پوشش ساختمان سازه های فولادی معمولاً از روکش فلزی نازک به جای سنگ تراشی ضخیم استفاده می شود، انتخاب عایق تأثیر بزرگی بر پایداری دمای داخلی و مصرف انرژی برای گرمایش و سرمایش دارد.
ساندویچ پانل ها یک هسته فوم سفت و سخت، معمولاً پلی اورتان یا پشم معدنی را بین دو پوسته فلزی نازک ترکیب می کنند. یک پانل هسته پلی اورتان 50 میلی متری معمولاً به یک انتقال حرارتی در اطراف دست می یابد 0.4 تا 0.5 W/m² K ، در حالی که یک پانل هسته 100 میلی متری می تواند این را تقریباً کاهش دهد 0.2 W/m² K کاهش معنیدار بارهای گرمایشی و سرمایشی در ساختمانهای تحت کنترل آب و هوا.
عایق پتویی فایبرگلاس که بین پرلین ها در زیر ورق های سقف تک پوسته گذاشته می شود، یک جایگزین کم هزینه است که عموماً برای ساختمان هایی که نیازهای شدید دمای داخلی ندارند، مانند انبارهای ذخیره سازی اولیه، مناسب است، اگرچه نسبت به پانل های ساندویچ که زمانی که در نقاط اتصال فشرده می شوند، عملکرد کمتری دارد.
هوای داخلی گرم و مرطوب که به سطح سرد ورق های سقف فلزی می رسد می تواند متراکم شود و روی کالاها یا تجهیزات ذخیره شده چکه کند، بنابراین یک لایه مانع بخار معمولاً در سمت گرم عایق پتویی نصب می شود تا از مهاجرت رطوبت به داخل عایق و حفره سقف جلوگیری کند. ساختمانهایی که کالاهای حساس به رطوبت را ذخیره میکنند یا در آب و هوای مرطوب واقع شدهاند، از یک مانع بخار پیوسته و خوب مهر و موم شده بسیار بیشتر از افزودن ضخامت عایق اضافی بهره میبرند.
پروفیل روکش فلزی انتخاب شده برای ورق های سقف و پانل های دیواری بر عملکرد ریزش آب، مقاومت در برابر باد و ظاهر بصری ساختمان سازه فولادی تمام شده تأثیر می گذارد.
پروفیلهای ذوزنقهای دارای تشتکهای پهن و مسطح بین دندههای بلند به شکل ذوزنقه هستند که استحکام خوبی برای فاصلههای طولانیتر از جنس شیشه و زهکشی آب کارآمد در سقفهای کم شیب میدهد. این پروفیل به دلیل تعادل هزینه، استحکام و عرض پوشش، پرکاربردترین انتخاب ورق سقف برای ساختمان های اسکلت فلزی صنعتی و کشاورزی است.
پانل های درز ایستاده از درزهای برجسته و مکانیکی به هم قفل شده به جای بست های باز استفاده می کنند که خطر ایجاد نشتی در نقاط اتصال را در طول زمان کاهش می دهد. این سیستم معمولاً برای هر متر مربع هزینه بیشتری نسبت به ورق بست های اکسپوز دارد، اما برای ساختمان هایی با شیب سقف بسیار کم یا مناطق با باد بالا که در آن عقب نشینی بست ها خطر بیشتری دارد، مورد علاقه است.
پانل های نیمه شفاف تقویت شده با فایبر گلاس را می توان در همان مشخصات ورق فلزی اطراف نصب کرد تا نور طبیعی روز را بدون اتصالات الکتریکی اضافی دریافت کند. کمک هزینه مشترک تقریباً است 2 تا 4 درصد مساحت کل سقف در پانل های نیمه شفاف، که معمولاً برای کاهش چشمگیر مصرف انرژی روشنایی روز در یک انبار بدون ایجاد افزایش حرارت بیش از حد کافی است.
بازشوها در پاکت ساختمان سازه فولادی باید از ابتدا در طراحی قاب برنامه ریزی شوند، زیرا بازشوهای بزرگ در و پنجره، مهاربندی پیوسته و طرح دور دیوار را که قاب برای پایداری جانبی به آن تکیه می کند، قطع می کند.
دربهای کرکرهای و درهای کشویی رایجترین نقاط دسترسی وسایل نقلیه و تجهیزات هستند، با تیرهای هدر بالای دهانه برای انتقال بار باد دیوار در اطراف دهانه به قاب اصلی طراحی شدهاند. دهانه های وسیع برای دسترسی کامیون ها یا درهای آشیانه هواپیما به اعضای قاب بندی اضافی و گاهی اوقات یک قاب پورتال اختصاصی برای حمل بارهای هدایت شده نیاز دارند.
یک دریچه خط الراس پیوسته در امتداد راس سقف، یا دریچه های توربین با فاصله، به هوای گرمی که به طور طبیعی در داخل ساختمان بالا می رود اجازه خروج می دهد و باعث کاهش دمای داخلی در ساختمان های بدون تهویه مطبوع مکانیکی می شود. این رویکرد تهویه غیرفعال به طور گسترده در ساختمانهای کشاورزی و انبارهای ذخیرهسازی عمومی استفاده میشود که در آنها حفظ دمای دقیق داخلی مورد نیاز نیست.
ساختمانهایی که دارای منابع حرارتی فرآیندی هستند، مانند تجهیزات تولیدی، اغلب روزنههای دیواری لووردار همراه با فنهای استخراج را اضافه میکنند تا هوای گرم را به طور فعال در سطوح بالا بیرون بکشند و در عین حال هوای جایگزین خنکتر را در نزدیکی سطح طبقه بکشند، که کنترل دمایی بسیار پایدارتری نسبت به تهویه پشته غیرفعال به تنهایی ارائه میکند.
اگرچه ساختمانهای سازههای فولادی سبکتر از جایگزینهای اسکلتبندی بتنی هستند، طراحی فونداسیون هنوز به شدت به ظرفیت باربری خاک محلی، سطح آب زیرزمینی و بارگذاری ستون ناشی از نیروهای باد و جرثقیل بستگی دارد.
متداول ترین شالوده برای ساختمان سازه های فولادی، یک پایه پد بتن مسلح ایزوله در زیر هر ستون است که بر اساس بارهای واکنش ستون محاسبه شده از تحلیل قاب اندازه می شود. در خاکی با ظرفیت باربری مناسب، پایه های پد سریع ترین و کم هزینه ترین گزینه فونداسیون هستند.
پیچهای لنگر تعبیهشده در فونداسیون باید دقیقاً مطابق با الگوی سوراخ صفحه پایه ارائهشده توسط سازنده فولاد باشد، زیرا یک گروه پیچ لنگر ناهمتراز پس از پخت بتن قابل اصلاح نیست. هماهنگی طرح تنظیم انکربولت بین پیمانکار فونداسیون و تامین کننده فولاد قبل از ریختن بتن یکی از مهمترین نقاط بازرسی کیفیت در کل پروژه است.
دال کف داخلی معمولاً یک عنصر ساختاری جدا از پایه ستون است که پس از نصب اسکلت فولادی و ضد آب بودن سقف ریخته می شود. ضخامت و تقویت دال کف به شدت به بارگذاری پیشبینیشده کف بستگی دارد، مانند بارهای پایه قفسهای یا بارهای چرخ لیفتراک، و باید بر اساس دادههای واقعی تجهیزات به جای پیشفرض صنعتی عمومی مشخص شود.
یک ساختمان معمولی سازه فولادی با اندازه متوسط، در محدوده 2000 تا 5000 متر مربع، پس از خشک شدن پایه ها، از ترتیب مونتاژ قابل پیش بینی پیروی می کند.
برای ساختمانی با این اندازه معمولاً نصب اسکلت فولادی در محل به تنهایی انجام می شود 3 تا 6 هفته با یک خدمه نصب معمولی، در حالی که تکمیل کامل شامل روکش، درها و خدمات معمولاً 4 تا 10 هفته دیگر بسته به محدوده تکمیل داخلی اضافه می کند.
شایعترین علل لغزش زمانبندی، پخت ناقص فونداسیون قبل از تحویل قاب، گم شدن یا نادرست بودن پیچها در حین نصب، روزهای وزش باد شدید که عملیات بلند کردن جرثقیل را متوقف میکند و تحویل دیرهنگام مواد روکشی است که قاب نصب شده را برای مدت طولانیتر از برنامهریزی شده در معرض هوا قرار میدهد. تأیید تعداد کامل پیچ و بست در لیست بسته بندی قبل از بسیج خدمه نصب، از رایج ترین این تأخیرها جلوگیری می کند.
ساختمانهای سازههای فولادی در طیف وسیعی از صنایع مورد استفاده قرار میگیرند، زیرا فناوری قاب اصلی یکسان را میتوان تقریباً با هر دهانه، ارتفاع و بار مورد نیاز تطبیق داد.
از آنجایی که اکثر اعضای ساختمان سازه های فولادی خارج از محل تولید می شوند، کنترل کیفیت مرحله ساخت تأثیر بسیار بیشتری بر عملکرد نهایی ساختمان دارد تا اینکه بازرسی سایت به تنهایی می تواند بعد از این واقعیت به آن توجه کند.
اتصالات جوش داده شده در اعضای اولیه، مانند اتصالات بین فلنج و صفحات وب در یک بخش مخروطی ساخته شده، معمولاً از طریق بازرسی بصری از نظر مشخصات جوش و برش، با آزمایش اولتراسونیک برای جوشهای با نفوذ کامل بحرانی برای تشخیص عیوب داخلی که از سطح قابل مشاهده نیستند، بررسی میشوند.
قبل از بستهبندی و حمل یک قاب، سازندگان معمولاً ستونها و تیرها را آزمایش میکنند، یا ابعاد حیاتی مانند طول کلی، فاصله سوراخ پیچ و صافی صفحه پایه را در برابر نقشههای تأیید شده اندازهگیری میکنند، و خطاها را در زمانی که اصلاح هنوز ساده است، نه بعد از رسیدن اعضا به محل، اندازهگیری میکنند.
ضخامت و چسبندگی پوشش معمولاً قبل از خروج اعضا از کارخانه بررسی میشود، زیرا عیوب مانند پوشش نازک در لبههای تیز یا عدم اتصال به قسمتهای جوش در یک محیط کارگاه کنترلشده به مراتب آسانتر و ارزانتر از پس از ایستادن قاب در محل، اصلاح میشوند.
برپایی ساختمان اسکلت فلزی شامل بلند کردن اعضای سنگین در ارتفاع است، بنابراین دنباله ای منظم از مهاربندی موقت و بلند کردن کنترل شده در طول فرآیند ضروری است.
ستون ها و تیرهای تازه ساخته شده ذاتاً تا زمانی که میله های مهاربندی دائمی به طور کامل کشیده نشوند ناپایدار هستند، بنابراین از مهاربندی کابلی موقت یا پایه ها برای ثابت نگه داشتن قاب نیمه ساخته شده در برابر وزش باد و حرکت جرثقیل در هنگام نصب استفاده می شود.
هر بالابر اصلی، بهویژه تیرهای با دهانه بلند یا خرپاها، از قبل با نقاط نصب صحیح، ظرفیت جرثقیل برای طول بوم و شعاع مورد نیاز، و تأیید اینکه سرعت باد در روز در محدوده عملیات سازنده جرثقیل برای عضوی که بلند میشود، برنامهریزی شده است.
اتصالات پیچ و مهره ای در بالای ستون ها و در امتداد دیوارهای سقفی به پرسنلی نیاز دارد که در ارتفاع کار کنند، بنابراین تا زمانی که حفاظت دائمی در برابر سقوط یا راهروهای دسترسی ایمن ایجاد شود، مهارها، نقاط لنگر و محافظ لبه ها در سرتاسر سقف و دیوار بالایی استفاده می شود.
فولاد سازهای یکی از بازیافتشدهترین مصالح ساختمانی در جهان است و این تأثیر مستقیمی بر ردپای محیطی ساختمانهای سازههای فولادی در طول چرخه عمر کامل آنها دارد. فولاد را می توان به طور مکرر بدون از دست دادن عملکرد مکانیکی ذوب کرد و به بخش های جدید تبدیل کرد، بر خلاف بتن که به طور کلی به جای اصلاح به عناصر ساختاری جدید، به سنگدانه های کم عیار تبدیل می شود.
فراتر از قابلیت بازیافت، ساختمانهای سازههای فولادی همچنین ضایعات مواد را در طول ساخت و ساز کاهش میدهند، زیرا اعضا بهاندازهای دقیق از کارگاه ساخت و ساز از قبل بریده شده و از قبل حفاری شده میرسند، و از ضایعات الوار قالببندی و بتن اضافی معمولی در ساختوساز ریختهشده در محل جلوگیری میکنند. در پایان عمر ساختمان، یک قاب فولادی را می توان جدا کرد و در بسیاری از موارد، به جای تخریب، مستقیماً در مکان جدید مجدداً استفاده کرد.
کربن تجسم یافته یک ساختمان سازه فولادی در مرحله تولید فولاد به جای فعالیت ساخت و ساز در محل متمرکز می شود، بنابراین مشخص کردن فولاد تولید شده با محتوای بازیافتی بالاتر، زمانی که این اطلاعات از طرف تامین کننده در دسترس باشد، می تواند به طور معنی داری رقم کربن مجسم شده ساختمان را بدون هیچ تغییری در طراحی سازه کاهش دهد.
تعدادی از اشتباهات قابل اجتناب بیشتر مناقشات و هزینه های بیش از حد مشاهده شده در پروژه های ساختمان سازی سازه های فولادی را تشکیل می دهند، و هر یک از آنها با مقدار کمی برنامه ریزی اولیه به راحتی قابل پیشگیری است.
یک ساختمان سازه فولادی در مقایسه با سایر انواع ساختمانها به تعمیر و نگهداری نسبتا کمی نیاز دارد، اما تعداد کمی از بررسیهای برنامهریزی شده عمر مفید را افزایش میدهند.
| مورد | فاصله بازرسی |
|---|---|
| بست های روکش سقف و دیوار | هر 12 ماه یکبار |
| ترخیص ناودان و لوله پایین | هر 6 ماه یکبار |
| وضعیت رنگ یا گالوانیزه | هر 3 تا 5 سال یکبار |
| بررسی گشتاور اتصال پیچ | هر 5 سال یکبار |
| بررسی فونداسیون و صفحه پایه | هر 5 تا 10 سال |
خونریزی قابل مشاهده زنگ زدگی از طریق لایه رنگ، انباشته شدن آب در قسمت های سقف کم شیب، بست های روکش شل شده که در باد می لرزد، و هرگونه افتادگی یا ناهماهنگی قابل مشاهده در اتصالات پیچ و مهره، نشانه هایی هستند که باید به جای رها شدن تا بررسی برنامه ریزی شده بعدی، باعث بازرسی سریع حرفه ای شوند.
با پوشش مناسب و نگهداری منظم، یک ساختمان سازه فولادی با طراحی خوب معمولا دوام می آورد 40 تا 60 سال یا بیشتر، با اینکه خود قاب اغلب از روکش اصلی بیشتر است، که ممکن است بعد از 20 تا 30 سال نیاز به تعویض داشته باشد.
بله. یکی از مزایای اصلی سیستم قاب پورتال پیچ و مهرهای این است که معمولاً میتوان سولههای اضافی را در یک انتهای ساختمان اضافه کرد، مشروط بر اینکه شالوده و قاب اصلی با در نظر گرفتن توسعه آینده یا با تقویت جزئی قسمت انتهایی طراحی شده باشد.
بله، به شرطی که قاب برای بار خاص برف سایت طراحی شده باشد و پاکت شامل عایق کافی باشد. طرحهای آب و هوای سرد معمولاً از پرلینهای سنگینتر و فاصلههای نزدیکتر برای کنترل انباشتگی بیشتر برف سقف استفاده میکنند.
مقاطع نورد گرم در دمای بالا به شکل I یا H شکل ضخیمتر تولید میشوند و برای ستونها و تیرهای اولیه استفاده میشوند، در حالی که بخشهای شکلدهی سرد از ورق فولادی نازکتر در دمای اتاق به شکل C یا Z میپیوندند و برای اعضای ثانویه سبکتر مانند پرلین و بند استفاده میشوند.
فولاد محافظت نشده در دمای بالا به سرعت استحکام خود را از دست میدهد، بنابراین ساختمانهایی که طبقات بالایی اشغال شده، انبار متراکم یا الزامات درجهبندی حریق خاص دارند، معمولاً به اعضای اولیه روکش آتشزا یا تخته آتشسوزی اضافه میکنند، در حالی که ساختمانهای ذخیرهسازی یک طبقه ساده اغلب نیازی به ضد حریق اضافی ندارند.
شرایط خاک می تواند هزینه پی را به طور قابل توجهی تغییر دهد. سایت هایی با خاک سفت و با زهکشی خوب اغلب فقط به پایه های ساده نیاز دارند، در حالی که سایت هایی با خاک رس نرم، سطح آب بالا یا مواد پرکننده ممکن است نیاز به شمع بندی یا اصلاح زمین داشته باشند که می تواند سهم قابل توجهی را به کل هزینه پروژه اضافه کند.
اکثر ساختمانهای سازههای فولادی با قاب پورتال از یک شیب سقف بین آنها استفاده میکنند 5 درجه و 10 درجه که زهکشی موثر آب باران را در برابر به حداقل رساندن حجم داخلی ساختمان و سطح روکش متعادل می کند.
از آنجایی که اسکلت فولادی به صورت الکتریکی پیوسته است و از طریق پیچ های لنگر به فونداسیون متصل می شود، می تواند به عنوان یک مسیر طبیعی موثر به زمین در هنگام اتصال به سیستم ارتینگ مناسب طراحی شده عمل کند و خطر آسیب موضعی را در مقایسه با ساختمانی که فاقد قاب رسانای پیوسته است کاهش دهد.
در بسیاری از موارد بله، از آنجایی که اتصالات پیچ و مهره ای را می توان باز کرد و اعضا را به یک سایت جدید منتقل کرد، مشروط بر اینکه اعضای اصلی بریده، سوراخ یا اصلاح نشده باشند که ظرفیت ساختاری آنها را به خطر بیندازد، و به شرطی که بارهای طراحی سایت جدید از آنچه که قاب موجود برای حمل طراحی شده است بیشتر نباشد.
شرایط گارانتی بسته به تامین کننده و اجزای سازنده متفاوت است، با ضمانتهای قاب فولادی سازهای که معمولاً از ضمانتهای ضد آب و ضمانت روکش فلزی و ضمانتهای پوشش جدا میشود، بنابراین خریداران باید هر دوره گارانتی را به صورت کتبی درخواست کنند نه اینکه فرض کنند یک ضمانت نامه یکپارچه کل ساختمان را پوشش میدهد.