9747  

طراحی و اجرای سازه LSF

طراحی سازه LSF

آیین نامه مربوط به طراحی و اجرای سازه های فولادی سبک سرد نورد، نشریه 612 و 613 معاونت برنامه ریزی و نظارت راهبردی رییس جمهور می باشد. طراحی سازه LSF را تا حدودی می توان مشابه با طراحی سازه چوبی در نظر گرفت.
محدوده كاربرد اين آئين نامه براي طراحي و اجراي ساختمان هاي متشكل از ديوار ها و سقف هاي ساخته شده از مقاطع فولادي سبك سرد نوردشده مي باشد. ضوابط این آیین نامه برای ضخامت فلز پایه (ضخامت بدون احتساب پوشش های محافظ) قابل کاربرد، مطابق ضوابط آیین نامه بین 0.455 میلی متر تا 3 میلی متر تدوین شده است. سیستم سازه ای مورد پذیرش در آیین نامه از نوع دیوارهای باربر می باشد و دارای یکی از سیستم های مقاوم باربر جانبی ذیل خواهد بود:

1. دیوار های فولادی سرد نورد شده به همراه مهاربندهای تسمه ای قطری

2. دیوار برشی مشتمل بر دیوارهای فولادی سرد نورد شده که با صفحات تخته گچی یا سیمان الیافی پوشش داده شده اند.

3. دیوار برشی مشتمل بر دیوارهای فولادی سرد نورد شده که با صفحات فولادی یا سازه ای چوبی پوشش داده شده اند.

چنانچه از سیستم های باربر جانبی دیگری استفاده شود، کاربرد قاب های سبک فولادی صرفا به عنوان سیستم باربر ثقلی، حداکثر تا 5 طبقه یا 15 متر از تراز پایه، می باشد. مقاومت در برابر نیروهای جانبی در این گونه سازه ها باید توسط یکی از سیستم های مقاوم باربر جانبی مجاز استاندارد 2800 ایران تامین شود. کنترل های لازم در مورد پیوستگی مسیر انتقال بارهای جانبی از سیستم بار ثقلی قاب سبک فولادی به سیستم لرزه بر باید با توجه به ضوابط استاندارد 2800 ایران و ضوابط نشریه 612 انجام شود.
در طراحی سازه LSF برخی اصطلاحات رایج وجود دارد که به بررسی آنها می پردازیم:
 

• استاد(Stud): عضو سازه ای سیستم قائم دیوار

• استاد اصلی(King Stud): استادی که مجاور به استاد پایه بوده و در کل ارتفاع دیوار امتداد داشته و بارهای جانبی و قائم را تحمل می کند.

• استاد انتهایی(Chord Stud): استاد تحمل کننده نیروی محوری که در انتهای دیوار برشی قرار دارد.

• استاد پایه(Jack Stud): استادی که در تمام ارتفاع دیوار امتداد نداشته، در مجاورت بازشو بوده و نشیمن تیر درگاه می باشد.

• استاد کوتاه(Cripple Stud): استادي كه بين "تير درگاه" و ترك بالاي در يا پنجره يا بين ترك پايين پنجره و ترك پاييني به منظور ايجاد تكيه گاه براي اتصال صفحات پوشش نهايي استفاده مي شود.

• بست(Blocking): شكل، ناوداني يا تسمه كه براي انتقال نيروي برشي به اعضاي ساز ه اي، تسمه ها ي مهاربندي و يا C مقطع صفحات پوششي متصل مي شود و يا براي جلوگيري از وقوع پيچش حول محور طولي استاد هاي ديوار باربر يا تيرچههاي سقف به كار مي رود.

• پاشنه(Heel): ناحيه اتصال بين اعضاي بالا و پائين خرپاي شيبدار.

• پوشش سازه ای(Structural Sheathing): صفحات پوششي كه به طور مستقيم روي اعضاي ساز هاي براي توزيع نيروها، مهار ديوارها يا به طور كلي افزايش مقاومت سيستم بكار مي رود از قبيل صفحات چندلايي و صفحات.

• تراز متوسط(Average Grade): ميانگين تراز سطح تمام شده زمين مجاور ديوارهاي بيروني ساختمان.

• ترک(Track): عضو مورد استفاده در قاب بندي متشكل از يك جان و دو بال.

• ترک پیرامونی(Rim Track): عضو سازه اي افقي كه به انتهاي تيرچه هاي كف متصل مي شود.

• ترک خیزپذیر(Deflection Track): تركي با بال هاي پهن كه در بالاي ديوار غير سازه اي به منظور امكان جابه جايي قائم سازه سقف مستقل از "استاد" ديوار قرار داده مي شود.

• تیرچه(Joist): عضو سازه ای مورد استفاده در قاب بندی کف و سقف.

• تیرچه افقی بام(Ceiling Joist): عضو سازه اي افقي كه بارهاي سقف و بارهاي موضعي را تحمل مي كند.

• تیرچه شیبدار بام(Roof Rafter): عضو سازه اي افقي يا شيبدار براي تحمل بارهاي بام.

• تیرچه کف(Floor Joist): عضو سازهاي افقي كه بارهاي كف و بارهاي موضعي را تحمل مي كند.

• جمع کننده(Collector): عضوي كه وظيفه انتقال نيرو بين ديافراگ مها و اعضاي سيستم مقاوم باربر جانبي را دارد.

• دیافراگم(Diaphragm): بام، كف يا ديگر اعضاي غشايي و يا سيستم مهاربندي كه نيروهاي داخل صفحه را به سيستم باربر جانبي منتقل مي كند.

• دیوار برشی(Shear Wall): ديواري كه مقاومت در برابر بارهاي جانبي را در داخل صفحه ديوار تأمين م يكند و موجب پايداري سيستم ساز هاي مي شود.

• دیوار برشی نوع I (Type I Shear Wall): ديوار طراحي شده براي مقاومت در برابر بارهاي جانبي داخل صفحه كه تماماً توسط صفحات سازه اي پوشش داده شده و توسط مهارهاي نگهدارنده در انتهاي هر قطعه ديوار پايدار م ي شود . در ديوار هاي برشي نوع I تنها زماني كه جزئيات مربوط به انتقال نير وها در اطراف بازشوها تأمين شود ، ايجاد بازشو مجاز است.

• دیوار برشی نوع II (Type I Shear Wall): ديوار طراحي شده براي مقاومت در برابر بارهاي جانبي داخل صفحه با صفحات سازه اي چوبي يا صفحات فولادي پوشش داده شده است. در اين ديوارها براي انتقال نيرو در اطراف بازشوها، جزئيات خاصي رعايت نميشود. در اين سيستم مهارهاي نگهدارنده فقط در نقاط انتهاي ديوار لازم است.

• دیوار غیرسازه ای(Non-Structure Wall): ديواري در سيستم قاب فولادي كه بار طراحي خارج از صفحه براي آن بيشتر از 0.5 کیلونیوتن بر متر مربع نبوده و بار طراحي محوري منتقل شده به آن بدون لحاظ نم و دن وزن صفحات پوششي، بيشتر 1.5 کیلونیوتن بر متر و یا بار طراحی محوری متمرکز آن بیشتر از 0.9 کیلونیوتن نباشد.

• سخت کننده جان(Web Stiffener-Bearing Stiffener): اجزاي سخت كننده اي كه براي تقويت عضو در برابر لهيدگي جان به آن متصل مي شوند.

موارد یاد شده در بالا برخی از اصطلاحات رایج در طراحی سازه LSF می باشند که برای مشاهده کامل تر آنها می توان به نشریه 612 مراجعه کرد.
به منظور ملاحظات بهره برداری در طراحی سازه LSF موارد زیر باید کنترل شوند:
 

• تغییرمکان های قائم

حداكثر تغيير مكان نظير بار زنده اعضاي افقي كف ها 360/1 دهانه و براي اعضاي بام 240/1 دهانه مي باشد.

• تغییر مکان جانبی دیوارها

حداكثر تغيير مكان جانبي نسبي طبقات بايد مطابق آيين نامه 2800 ايران باشد.

• ارتعاش

براي كاهش ارتعاشات ناخواسته، لازم است سختي كف كنترل شود. با فرض سيستم سقف به صورت مدل دهانه ساده با بارگذاري يكنواخت، رابطه بين فركانس طبيعي سيستم و حداكثر تغيير مكان به صورت زير است:                                                           f0=18/
اين فركانس با حداقل فركانس هاي طبيعي تحريك بهر ه برداري كه به طور تقريبي در محدوده 2 الي 6 هرتز مي باشد مقايسه مي شود.  براي جلوگيري از تشديد توصيه مي شود فركانس ارتعاش قطعات سقف از دو برابر اين مقدار بيشتر باشد.

• طراحی برای تغییرمکان دراز مدت

تغيير مكان دراز مدت با در نظر گرفتن اثرات خزش، نشست و ساير اثرات دراز مدت به مقدار 1.5 تا 2 برابر تغییر مكان ناگهاني محدود مي شود.

• انقباض و انبساط

الزامات طراحي بايد به گونه اي باشد كه در صورت وقوع تغييرات ابعادي قابل ملاحظه ، حركت هاي متفاوت اعضا به حداقل برسد.  خرابي ساز هاي به شكل تركهاي عريض در اثر مقيد نمودن تغيير شكل هاي حرارتي و خزش به وجود مي آيد. طراحان بايد با كنترل عرض ترك و تعبيه درز انبساط از وقوع چنين اثراتي جلوگيري كنند.

مزایای سیستم LSF

1. سبک بودن سازه LSF به نسبت سازه های فولادی و بتن آرمه متعارف که منجر به کاهش نیروی زلزله می شود.

2. سرعت اجرای بسیار بالا به نسبت دیگر سازه ها

3. افزایش فضای مفید ساختمان متناسب با ابعاد سازه و ضخامت دیوارها

4. حمل و نقل آسان در مقایسه با سازه های فولادی که معمولا با محدودیت های ترافیکی در تناقض می باشند.

5. فونداسیون سبک که در نتیجه کاهش وزن سازه می باشد.

6. امکان تولید انبوه برای مقیاس های بزرگ

7. اجرا راحت تاسیسات مکانیکی و الکتریکی

معایب سازه LSF

1. نیاز به نیرو متخصص برای اجرا دارد.

2. محدودیت در ابعاد دهانه

محدودیت در ارتفاع متناسب با ضوابط لرزه ای