اسکلت فلزی چیست؟

اسکلت فلزی متشکل از فولاد، تیر و ستون می باشد. ستون سازه به دو صورت عمودی و افقی قرار گرفته اند. مهمترین مصالح به کار رفته در اسکلت فلزی فولاد می باشد که در حال حاضر از پراهمیت ترین مصالح در صنایع ساخت و ساز به شمار می رود. از مهمترین ویژگی و مزیت فولاد که موجب گردیده تا در اسکلت فلزی به کار برده شود مقاومت بالا، جوش پذیری، شکل پذیری، خم پذیری، همگن بودن و ارتجاعیت محسوب می شود.

به کار بردن این سازه در سازه ها و ساختمان ها موجب گردیده تا از وزن کمتری بهره ببرند و در برابر هرگونه ضربه، فشار و عوامل بیرونی نظیر زلزله مقاومت و استحکام بیشتری نشان دهند. پس می توان گفت سازه های دارای اسکلت فلزی دارای تعادل نسبی بیشتری می باشند.

مزایای ساختمان های فلزی

مقاومت بالا : مقاومت فولاد بالا بوده و نسبت مقاومت به وزن آن از بتن بزرگتر است . این موضوع در سوله های با دهانه های بزرگ و ساختمان های مرتفع و ساختمانهائی که بر روی زمینهای سست احداث می شوند ، از اهمیت بیشتری برخوردار است . مقاومت متعادل مصالح : مقاومت فولاد در کشش و فشار یکسان و در برش نیز خوب و نزدیک به کشش و فشار است . در تغییر وضع بارها ، نیروی وارده فشاری و کششی قابل تعویض بوده و مقاطع به خوبی عکس العمل نشان می دهند . ولی مقاومت بتن در فشار مناسب بوده و در کشش و یا برش کم است . پس اگر مناطقی تحت نیروی کششی قرار گرفته و مسلح نشده باشند ، تخریب می شوند.

خواص ارتجاعی : به علت همگن بودن فولاد ، خواص ارتجاعی محاسباتی آن با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد . فولاد تا محدوده وسیعی از تنشها از قانون هوک بخوبی پیروی می کند . بعنوان مثال ، ممان اینرسی یک مقطع فولادی را می توان با اطمینان در محاسبات وارد نمود . حال اینکه در مورد بتن این ارقام خیلی معین و قابل اطمینان نیستند .

ضریب نیروی لرزه ای : در قالبهای بتن مسلح به علت وزن بیشتر ، ضریب نیروی لرزه ای از قابهای فلزی بزرگتر است .

شکل پذیری : یکی از خواص مهم مصالح فلزی شکل پذیری آنهاست . فلزات قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است و نیروهای دینامیکی و ضربه ای را تحمل نمایند ، در حالیکه بتن ترد و شکننده بوده و عملکرد آن در مقابل این نیروها بسیار ضعیف است .

خواص یکنواخت : فولاد در داخل کارخانه و تحت نظارت دقیق تهیه می شود ، لذا خواص آن بر خلاف بتن یکنواخت است . اطمینان در یکنواختی خواص مصالح باعث انتخاب ضریب اطمینان کوچکتر می شود که این به نوبه خود منجر به صرفه جویی در مصرف مصالح می شود .

دوام: دوام فولاد بسیار خوب است . اگر در نگهداری ساختمانهای فلزی دقت کافی صورت گیرد ، برای سالیان متمادی قابل بهره برداری خواهند بود .

پیوستگی مصالح : قطعات فلزی عموما با توجه به مواد متشکه آن پیوسته و همگن هستند ، ولی در قطعات بتنی در هر زلزله به پوشش بتنی روی میلگرد صدمه وارد می گردد . ترکهائی که در پوشش بتن پدید می آید ، موجب ضعف قطعه شده و احتمال دارد که ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی تخریب شود .

وزن کم : ‌میانگین وزن اسکلت فولادی بین 250 تا 390 کیلوگرم بر مترمربع و یا 80 تا 130 کیلوگرم بر مترمکعب است ، درحالی که در ساختمانهای بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم بر مترمربع یا 160 تا 250 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد .

اشغال فضا :‌ در دو ساختمان مشابه از نظر ارتفاع و ابعاد ، ستون ها و تیرهای ساختمان فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمان بتنی هستند ، یعنی سطح اشغال اسکلت یا فضای مرده در ساختمانهای بتنی بیشتر است .

امکان مقاوم سازی : اعضاء ضعیف ساختمان فلزی (در اثر محاسبات اشتباه ، تغییر مقررات و ضوابط ، اجراء و …. ) را می توان با اضافه نمودن قطعات جدید ، تقویت نمود ، ولی در مورد اسکلت بتنی این عمل به راحتی قابل انجام نمی باشد .

شرایط آسان ساخت و نصب : تهیه قطعات فلزی در کارخانه و نصب آن در محل ، در هر شرایط جوی با اعمال تهمیدات لازم قابل انجام است . در مورد ساختمانهای بتنی محدودیتهای بیشتری در این رابطه وجود دارد .

سرعت اجرا : سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به قطعات بتنی بسیار بیشتر است .

پرت مصالح : با توجه به اینکه قطعات اسکلت فلزی در کارخانه تولید می شود ، میزان هدر رفتن مصالح نسبت به تهیه و بکارگیری بتن کمتر است .

معایب ساختمانهای فلزی

ضعف در برابر حرارت : مقاومت فلز با افزایش دما کاهش می یابد . اگر دمای اسکلت فلزی به حدود 600 درجه سانتی گراد برسد ، تعادل ساختمان به خطر می افتد .

خوردگی فلز در مقابل عوامل خارجی : ساختمان های فلزی در مقابل عوامل جوی دچار خوردگی شده و از ابعاد مفید آنها کاسته می شود . ضمنا مخارج نگهداری و محافظت آنها هم زیاد است .

تمایل قطعات فشاری به کمانش : با توجه به اینکه تعداد قطعات فلزی زیاد بوده و ابعاد آنها معمولا” کوچک است ، تمایل به کمانش در این قطعات زیاد بوده و این موضوع یک نقطه ضعف محسوب می شود .

جوش نامناسب : استفاده از پیچ و مهره و تهیه قطعات در کارخانه ، اقتصادی ترین و فنی ترین کار می باشد که در کشور ما برای ساختمانهای متداول انجام چنین کاری مقدور نیست . استفاده از جوش برای اتصالات ، بعلت مهارت کم جوشکاران ، قدیمی بودن ماشین آلات ، عدم کنترل دقیق توسط مهندسین ناظر ، گران بودن هزینه آزمایش جوش و …… برزگترین ضعف اسکلتهای فلزی می باشد.

مراحل ساخت اسکلت فلزی

هر اسکلت فلزی از قسمت‌ های مختلفی تشکیل شده است که برای نصب آن باید آموزش ‌ها هم به‌ صورت تئوری و هم به ‌صورت عملی انجام شود. معمولاً سازمان فنی و حرفه ‌ای در این زمینه در هر استان از کشور در بعضی از زمان‌ های سال دوره‌ های مهارتی را برگزار می‌ کند. در این مقاله نیز ما به‌ صورت مختصر برای آشنایی شما موارد مهم در هر زمینه را توضیح خواهیم داد. اصول کلی نصب اسکلت فلزی بر اساس استاندارد های نوشته‌ شده و آیین ‌نامه ‌های مهندسی برای ساخت سازه ‌های مختلف آورده شده است که می ‌توانید از این مراجع نیز استفاده کنید.

نصب بولت‌ های صفحه‌ ستون در اسکلت فلزی

اولین و مهم ‌ترین مرحله برای بالا بردن یک ساختمان نصب اسکلت فلزی است و اولین قطعات این اسکلت شامل بولت ‌های صفحه ‌ستون می ‌باشد که باید به طور دقیق در محل خود یعنی آکس صفحه ‌ستون ‌ها نصب شوند. برای اینکه محل نصب این صفحات با دقت بالایی انجام شود و نیاز به جابجایی مجدد آن‌ ها نباشد، باید از دوربین‌ های نقشه‌ برداری برای مکان‌ یابی آن‌ ها استفاده کرد. از طرفی بولت ‌ها باید طوری در مکان خود قرار بگیرند که وقتی بتن ‌ریزی روی آن ‌ها انجام شد از جای خود تکان نخورده و جابه‌ جا نشوند. این کار با استفاده از شابلون مخصوص صفحه ستون و چهار پایه تثبیت بولت به‌ راحتی انجام می ‌شود. این شابلون صفحه‌ ای با ابعاد مشابه صفحه ستون است که جنس چوبی یا فلزی دارد و برای ثابت کردن بولت ‌ها و نصب دقیق صفحه ستون اصلی استفاده می‌شود.

روش دیگر نصب صفحه ستون اصلی به ‌طور دقیق روی فونداسیون است که در این روش ابزاری مانند جرثقیل نیاز است و به همین دلیل زمان‌ بر خواهد بود. از طرفی در این روش مشکلات اجرایی بیشتری وجود دارد و اگر دقت زیادی در اجرای آن نشود، ممکن است بعداً برای نصب تیرها با مشکل مواجه شوید.  نکته آخری که باید هنگام نصب بولت ‌ها در نظر داشته باشید این است که قبل از بتن‌ ریزی قسمت ‌های رزوه شده هر بولت باید کاملاً به گریس آغشته شده و با گونی یا نایلون بسته شوند. این کار باعث می‌ شود بعد از بتن ‌ریزی باز و بسته کردن مهره‌ های صفحه ستون به‌ راحتی انجام شود.

ساخت و نصب ستون‌ ها در مسیر نصب اسکلت فلزی

وقتی اسم ستون به گوش ما می ‌رسد واژه ‌هایی مثل مقاومت، تکیه ‌گاه و پایداری به ذهنمان خطور می ‌کند. زیرا ستون ‌ها همیشه نماد استحکام و پابرجا بودن هر چیزی هستند. بنابراین در مرحله بعدی نصب اسکلت فلزی شما باید یاد بگیرید که چگونه ستون ‌ها را به ‌درستی نصب کنید تا ساختمان پایداری از نظر مهندسی داشته باشیم. وظیفه اصلی ستون ‌ها در هر سازه انتقال بارهای وارد شده به پی یا فونداسیون آن می‌ باشد، بنابراین باید طوری نصب شوند که این نقش را به ‌خوبی ایفا کنند. بهترین نوع مقاطع برای ستون ‌ها از نظر مهندسی مربعی شکل و H شکل هستند. این مقاطع مقاومت بالاتری نسبت به شکل ‌های دیگر دارند و برای زدن ستون‌ ها هم از مقاطع نورد تک و هم از نوع مرکب آن ‌ها استفاده می‌ شود. نوع مرکب معمولاً برای تحمل نیروهای فشاری بیشتر و لنگرهای خمشی وارد شده بر ستون استفاده می ‌گردد، بنابراین اینکه از چه ستونی استفاده کنیم به بار کل سازه بستگی دارد.

نصب بولت‌ های صفحه‌ ستون در اسکلت فلزی

مثلاً برای ساخت مقطع IPE دوبل روی یک سطح صاف دو تیرآهن را طوری باید قرار دهید که بال تیرآهن ‌ها به سمت بالا قرار بگیرند. سپس اول وسط و انتهای بال‌ ها را به هم جوش داده و سپس ستون را برگردانده و وجه زیرین را به همین ترتیب جوش دهید. این کار از پیچیدگی ستون به خاطر حرارت جوشکاری جلوگیری می ‌کند. همچنین ممکن است نیاز باشد که با ورق ‌های تقویتی برای بارهای بیشتر ستون ‌ها را مقاوم‌ سازی کنید. بعد از ساخت ستون‌ های مورد نظر طبق نقشه اجرایی آن ‌ها را در مکان دقیق خود قرار داده و جوشکاری آن را تکمیل می ‌کنیم. سپس باید زنگ‌ زدایی و رنگ ‌آمیزی ستون‌ ها را انجام دهید تا کار ستون ‌ها تکمیل شود. ممکن است برای برخی از پروژه‌ ها ستون‌ ها در مکان پروژه آماده شوند و در بعضی از پروژه‌ ها در کارگاه ساخته می‌ شوند. این موضوع بیشتر به مکان پروژه و نظر کارفرما بستگی دارد.

اگر ستون ‌ها دقیقاً به صفحه ستون به ‌صورت عضوی واحد متصل نشود، باید قبل از نصب ستون ‌ها محل دقیق نشیمن ستون با جوش دادن نبشی و ورق ‌های سخت ‌کننده روی کف ستون مشخص شوند تا ستون ‌ها دقیقاً در محل طراحی ‌شده قرار بگیرند. بعد از قرارگیری نیز باید با استفاده از شاقول تراز ستون کنترل‌ شده و بعد جوش را انجام دهیم. در غیر این ‌صورت احتمال سقوط ستون با کوچک‌ ترین باد وجود دارد.  نکته پایانی در نصب ستون‌ ها این است که اگر ارتفاع ستون ‌ها بیشتر از 12 متر بود و باید ارتفاع ستون‌ های موجود را افزایش دهید، همه مراحل قبلی را دوباره برای اتصال ستون بعدی باید انجام دهید.

ساخت و نصب تیرها برای تکمیل نصب اسکلت فلزی

بعد از ستون ‌ها به سراغ ساخت و نصب تیرها می ‌رویم. ساخت و نصب تیرها به‌ طور مستقیم به نوع اتصال شامل جوشی، پیچی یا پرچی و همچنین گیردار بودن یا ساده بودن اتصالات بستگی دارد. هنگام نصب تیرها باید به نکاتی مانند طول جوش، طول تیرها، رعایت رواداری‌ های تیر، نوع جوش، بعد جوش، نوع پیچ‌ های مورد نیاز، الکترود مورد نیاز برای جوش و … توجه کامل داشته باشید.  برای ساخت و نصب تیرها معمولاً یکی از چهار روش کشویی، اسپالیسی، مفصلی و فلنجی بسته به شرایط پروژه و نظر کارفرما یا پیمانکار انتخاب می ‌شود. ساده ‌ترین روش در میان این چهار تا روش کشویی است که در نصب اسکلت فلزی کاربرد بیشتری دارد.

نصب بادبندها در اسکلت فلزی

بادبندها وظیفه مهار نیروهای جانبی اضافی مانند نیروی باد و زلزله را به عهده دارند. بنابراین یک نوع مصالح مقاوم‌ سازی به شمار می‌ آیند و به همین دلیل از اهمیت ویژه ‌ای برخور دارند و باید دقیقاً طبق نقشه اجرا شوند تا عملکرد صحیحی داشته باشند. نصب بادبندها با توجه به نوع بادبند و اسکلت فلزی انجام می ‌شود. پروفیل ‌های مشخص ‌شده برای بادبندها باید دقیقاً در محل خود قرار گرفته و جوشکاری ‌های لازم برای آن‌ ها انجام شود. معمولاً قطعات بادبندها بر اساس نوع آن بین ستون ‌ها و تیرها جوش داده می‌ شوند.

کنترل نهایی نصب اسکلت فلزی

بعد از کامل شدن مراحل نصب اسکلت فلزی باید کنترل نهایی توسط پیمانکار و مهندسین ناظر انجام شود. در این کنترل نکات زیادی مانند چک ‌لیست ‌های ساخت و نصب اسکلت فلزی، استانداردهای مورد نیاز برای نصب اسکلت فلزی، بررسی اندازه‌ ها و محاسبات انجام ‌شده باید در نظر گرفته شوند.

مراحل اجرای اسکلت فلزی ساختمان دوطبقه

در ادامه به ارائه اطلاعاتی در زمینه نحوه اجرا و مراحل اجرای اسکلت فلزی در ساختمآن‌های چند طبقه پرداخته شده است که توجه شما را به آن جلب می‌کنم.

گودبرداری

گودبرداری مرحله‌ای است که چه در سازه‌های فولادی و چه در سازه‌های بتنی باید اجرا شود. اصولاً گودبرداری تا رسیدن به زمین بکر انجام می‌گیرد و برای سازه‌هایی که طبقه زیر زمین در آن‌ها ساخته می‌شود، گودبرداری بیشتر نیز انجام می‌شود.

بتن ریزی (بتن مگر)

پس از گودبرداری و نمونه برداری از خاک و انجام آزمایشات مکانیک خاک، نوبت به بتن ریزی می‌رسد. این بتن ریزی به منظور حفاظت از بتن پی و ایجاد یک سطح صاف برای ادامه روند ساخت، انجام می‌شود. بتن مگر همان‌طور که گفته شد، باید یک سطح صاف برای ادامه کار را فراهم کند به همین دلیل از عیار سیمان کمی برخوردار است تا بتواند به راحتی روان شود و سطوح را بپوشاند و در نهایت سطح صافی به دست دهد.

آرماتور بندی

پس از مرحله اجرای بتن مگر و نگهداری از آن، نوبت به آرماتوربندی می‌رسد. آرماتور بندی در هر دو سازه‌های بتنی و فولادی مشاهده می‌شود و یک ضرورت است. پس از آرماتوربندی، مشخص کردن جای صفحات نصب ستون‌ها و قالب گیری انجام می‌شود. این مرحله در دو نوع سازه تفاوتی ندارد. لازم به ذکر است که آرماتور بندی باید طبق اصول استاندارد مقررات ملی ساختمان صورت گیرد.

بتن ریزی (بتن پی)

پس از آرماتور بندی و قالب گیری، عملیات بتن ریزی آغاز می‌شود. این مرحله از بتن ریزی به منظور اجرای پی انجام می‌شود. بتن مورد استفاده از آنجایی که حجم کمی دارد، می‌تواند در کارگاه آماده شود و یا از شرکت‌های بتن سازی خریداری شود. در هر صورت پیش از اجرای بتن، باید میکسر باید به خوبی بتن را مخلوط کرده باشد تا از همگن بودن بتن اطمینان پیدا کنیم.

بتن در این مرحله باید از فاصله نزدیک روی آرماتورها ریخته شود و پس از هر مرحله بتن ریزی باید با ویبراتور، عملیات مخلوط و همگن کردن انجام شود. به منظور عدم خوردگی بتن و ایجاد ترک باید سطح آن مرطوب نگه داشته شود که به این مرحله نگهداری از بتن گفته می‌شود. پس از گیرش اولیه بتن، قالب‌ها از آن جدا می‌شوند و روند نگهداری و مرطوب کردن بتن ادامه پیدا می‌کند.

صفحه گذاری

صفحه گذاری فرآیندی است که در آن صفحات فولادی که تیرها روی آن‌ها سوار می‌شوند، بر روی آرماتورهای مخصوص محکم می‌شوند. بخشی از عملیات صفحه گذاری که هواگیری نام دارد، در زمانی که بتن هنوز کامل خشک نشده است انجام می‌شود. در مرحله هواگیری مقدار زیادی بتن شل زیر صفحات فولادی ریخته می‌شود و سپس صفحات در جای خود با فشار پیچ می‌شوند تا هیچ فضای خالی در زیر صفحات باقی نماند.

لازم به یاد آوری است که وجود فضای خالی زیر صفحات، باعث می‌شود زمانی که ستون‌ها اجرا می‌شوند با افزایش وزن، نشستی در ستون‌ها اتفاق بیفتد، به همین منظور از بتن شل زیر آن‌ها برای هواگیری استفاده می‌شود.

اجرای ستون‌ها

برای اجرای ستون‌ها از تیر آهن استفاده می‌شود که به کارخانه سفارش داده می‌شود. برای اجرای ستون‌ها ابتدا ارتفاع ستون را اندازه گیری کرده و تیر آهن‌ها را به مقدار مورد نیاز در می‌آورند و سپس تیرآهن‌های با شمار کمتری را با استفاده از صفحات فلزی برای اجرای طبقه دوم به تیر آهن‌های طبقه اول جوش می‌دهند. این کار برای کاهش بار مرده ساختمان و کاهش ضخامت ستون‌ها انجام می‌شود.

وقتی تیرها آماده شدند، با استفاده از جرثقیل به صورت عمودی در می‌آیند و در محل خود یعنی صفحات فلزی که در مرحله آرماتور بندی و صفحه گذاری، برای این کار آماده شده بودند، محکم می‌شوند. اتصال ستون به صفحه معمولاً با روش جوشکاری یا پیچ مهره انجام می‌شود. نا گفته نماند که در روی صفحات نیز از قبل نبشی‌هایی به منظور اتصال بهتر ستون به صفحه پیچ داده شده‌اند.

اجرای تیرها

تیرها قطعات فلزی بلندی هستند که ستون‌ها را به هم وصل می‌کند و در ادامه روند کار با اجرای عملیات تیرچه ریزی، کف یا سقف سازه روی تیرها سوار می‌شود. تیرآهنی که برای تیرها استفاده می‌شود متفاوت از تیرآهنی است که برای ستون‌ها استفاده می‌شود. برای اجرای تیرها ابتدا تیرها را به منظور ایجاد مقاومت بیشتر به صورت لانه زنبوری در می‌آورند. در این مرحله با استفاده از شابلون و دستگاه برش هوا گاز، برش‌هایی به شکل شش ضلعی روی بدنه تیرآهن در فواصل مشخص ایجاد می‌کنند تا مقاومت تیر را افزایش دهند، سپس از صفحات شش ضلعی باقیمانده برای اتصال تیر به ستون‌ها استفاده می‌شود.

اجرای بادبندها

می‌توان گفت که آخرین مرحله از اجرای اسکلت فلزی اجرای بادبندها است. معمولاً برای اجرای بادبندها از ناودانی‌های جفت و تک استفاده می‌شود و به صورت ضربدری از محل اتصال ستون و تیر به هم به محل اتصال ستون و تیر بعدی وصل می‌شود. در انتها نیز در محل تقاطع بادبندها از صفحات فلزی به منظور مقاومت هرچه بیشتر اسکلت در برابر نیروهای جانبی استفاده می‌شود. البته اجرای بادبندها ریز جزئیات و نکات اجرای خاص خود را دارد که طرح این موضوع در این مبحث نمی‌گنجد.