1 کلیات عملکرد سازه‌ای سیستم

کاربرد این ساختمان‌های lsf به عنوان یک سیستم سازه‌ای مستقل، اغلب در انبوه سازی با ارتفاعکم، دفاتر و ساختمان‌های تجاری کوچک، واحدهای صنعتی و سالن‌های ورزشی یک طبقه است. این سیستم سازه‌ای می‌تواند با سیستم‌های سازه‌ای دیگر همانند دیوارهای بتن مسلح ترکیب گردد. در نتیجه این سیستم توانایی این را دارد تا در ساختمان‌های کوتاه مرتبه صورت سیستم سازه‌ای ترکیبی استفاده گردد. تمامی اجزای سیستم از مقاطع فولادی سرد نورد شده تشکیل شده اند. سقف سازه این ساختمان‌ها متشکل از تیرهای فلزی است که فواصل تیرچه‌ها با توجه به ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش سقف که می‌تواند از نوع تخته‌های گچی- چوبی و یا دال بتن مسلح باشد، تعیین می‌شود. تیرچه‌ها عمدتا دارای مقاطعی با اشکال ناودانی یا Z می‌باشند. پوشش سقف از نوع دال بتن آرمه است و در صورت تأمین یکپارچگی لازم بین بتن و پروفیل فولادی تیرچه، می‌توان سقف را به عنوان یک سقف مرکب طراحی کرد. همچنین می‌توان از سقف‌های بتنی پیش تنیده پیش ساخته مانند هالوکور که از کیفیت و سرعت اجرای بالاتری برخوردارند نیز استفاده نمود.

اجزای قائم این سیستم تحت بارهای ثقلی، به عنوان عضو باربر فشاری عمل می‌کند، چنانچه اعضای فشاری در دهانه‌های مهاربندی شده قرار گرفته باشند علاوه بر بار‌های ثقلی، نیروهای ناشی از بارهای جانبی باد و زلزله را نیز تحمل می‌کند. این اعضای قائم در این سیستم سازه ای استاد نامیده می‌شوند. اتصال اعضای فشاری (استادها) به کلاف عرضی (تراک) به وسیله یک عضو واسطه با مقطع ناودانی (ژانر) صورت می‌پذیرد، همان طور که ملاحظه می‌شود اعضای فشاری در ارتفاع ساختمان ممتد نبوده و در هر طبقه به کف طبقه و زیر سقف سازطبقه بالاتر محدود می‌شود.

نکته قابل توجه، ایجاد سوراخ‌های لوبیایی در اعضای خمشی و فشاری برای عبور سیستم‌های تأسیساتی است.

در صورت وجود بازشو در سقف، در اطراف آن از تیرچه (تراک)، استفاده می‌شود که به منظور مقابله با برش طبقه و نیز مهار جانبی تیرچه‌های کناری، می‌توان از مهاربندی ضربدری در سقف استفاده کرد و در اطراف بازشوهای قائم در دیوارهای این سیستم، تیرچه‌های نعل درگاه و ستونک‌های با مقاطع مشابه استاد قرار داده می‌شود.

۲ - ۳ - ۲ انواع سیستم‌های سازه ای

سیستم سازه‌ای به کار رفته در این روش، با سایر سیستم‌های موجود در سازه‌های فولادی و بتن مسلح تفاوت دارد. درحالیکه به نظر می‌رسد با توجه به اتصالات بین اعضای فشاری (استاد) و اعضای خمشی (تراک)، تحت اثر بارهای ثقلی، اعضای خمشی اصلی، به صورت تیرهای سراسری عمل می‌نمایند و اعضای فشاری نیز بارها را در فشار تحمل و به کف طبقه پایین منتقل می‌کند. تیرچه‌ها نیز همانند یک تیر، با سطح باربر مشخص بارهای ثقلی را به تیرهای خمشی اصلی انتقال می‌دهد.

از دهانه‌های دارای مهاربند برای تأمین باربری جانبی در سیستم سازه‌ای LSF در دو امتداد عمود بر هم استفاده می‌شود. دهانه‌های باربر جانبی به دو روش ایجاد می‌شود که عبارتند از:

- سیستم دهانه‌های مهاربندی شده با اعضای قطری

- سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک

2 - 3 - 2- 1 سیستم دهانه مهاربندی شده با اعضای قطری

این سیستم مهاربندی، مشابه با سیستم بادبندی ضربدری در سازه‌های فولادی متعارف است با این تفاوت که تعداد اعضای فشاری در دهانه مهاربندی شده، بیش از دو عضو ابتدا و انتها است (در سازه‌های فولادی موجود، دهائه مهار بندی فقط شامل دو ستون می‌باشد. در حالیکه در سیستم LSF در یک دهانه مهاربندی بیش از دو استاد وجود دارد. ) در این سیستم اعضای فشاری در طول دهانه توزیع شده و اعضای قطری نیز به آنها متصل می‌شود، در نتیجه اعضای فشاری علاوه بر باربری تقلی، در تحمل نیروهای جانبی باد و زلزله نیز شرکت می‌نماید.

۲ - 3 - 2 - ۲ سیستم دیوار برشی با ورق فولادی نازک

عملکرد سیستم باربر جانبی با ورق فولادی نازک، مشابه سیستم مهاربندی شده است با این تفاوت که در این سیستم اعضای قطری وجود نداشته و صفحه فولادی، تمامی اعضای فشاری دهانه باربر را شامل می‌شود. از ویژگی‌های استفاده از این سیستم مهاربندی، جلوگیری از کمانش اعضای فشاری به دلیل وجود صفحات فلزی است.

2 - ۳ - 3 اتصالات

رفتار اتصالات در سیستم سازه‌ای قاب سبک فولادی در دو حالت مورد بررسی قرار می‌گیرد :

- رفتار اتصالات در سیستم باربر ثقلی

- رفتار اتصالات در سیستم باربر جانبی

2 - ۳ - ۳ - 1 رفتار اتصالات در سیستم باربر ثقلی

با توجه به چگونگی انتقال بار در این سیستم، اتصالات به چهار صورت مورد بررسی قرار می‌گیرند:

- اتصال سقف به تیرچه

– اتصال تیرچه به تیر اصلی

- اتصال تیر به عضو فشاری

- اتصال عضو فشاری به کف و یا شالوده

2- 3 - ۳ - 1 - 1 اتصال سقف به تیرچه

اتصال سقف به تیرچه‌ها با در نظر گرفتن نوع مصالح بکار رفته درسقف سازه، متفاوت است.

در بیشتر موارد از دو نوع سقف در سیستم سازه‌ای LSF استفاده می‌شود.

۱- در این نوع سقف از نوعی صفحه سبک از مصالحی مانند چوب و گچ استفاده می‌شود که در ساختمان‌های یک طبقه با سقف شیب دار و یا بام کاربرد دارد. در این روش، صفحات سبک را بر روی تیرچه‌ها قرار داده و بال فوقانی تیرچه‌ها را توسط پیچ خودکار، به صفحه سقف متصل می‌کنند. (شکل7 ) از این نوع سقف و اتصال آن بطور معمول تنها در ساختمان های یک طبقه با سقف شیب دار و در مناطقی که بار برف و باد قابل ملاحظه نیست استفاده می‌گردد.

شكل ۷ اتصال صفحه سبک سقف به تیرچه

۲- نوع دیگری از سقف که در سیستم LSF مورد استفاده قرار می‌گیرد، دال بتن مسلح است.

که می‌تواند به صورت پیش ساخته با بتن ریزی درجا باشد.

چنانچه این نوع سقف به صورت بتن ریزی درجا بکار رود، دال بتن مسلح از طریق یک ورق موج دار که همانند قالب عمل می‌کند، بر روی تیرچه‌ها قرار داده می‌شود. باید توجه داشت که اتصال ورق موج دار به تیرچه، به وسیله پیچ‌های خودکار و از قسمت بال فوقانی تیرچه صورت می‌گیرد و هیچ گونه اتصالی بین دال بتن مسلح و تیرچه فلزی وجود نداشته و در واقع دال بروی یک تکیه گاه ساده قرار می‌گیرد، بنابراین دال بین دو تیرچه دارای تکیه گاه ساده بوده و رفتار تیرچه‌ها نیز به صورت یک عضو خمشی مستقل خواهد بود.

2-3-3-1-2 اتصال تیرچه به تیر اصلی

در این سیستم سازه‌ای اتصال تیرچه‌ها به تیر اصلی توسط یک عضو واسطه در جان تیرچه صورت می‌گیرد. در این حالت یک ردیف پیچ در تیرچه و یک ردیف پیچ در تیر اصلی باعث برقراری اتصال می‌شود رفتار این نوع اتصال مشابه اتصال نبشی جان در اتصال تیرچه‌ها به تیرهای اصلی فولادی است، با این تفاوت که این نوع اتصال تنها از یک طرف مقطع تیرچه، انجام می شود. این اتصال از نوع اتصال ساده بوده و عضو واسطه به همراه مجموعه پیچ‌ها در برش عمل می کند. باید توجه داشت که اثر پیچش نیز باید در طراحی اتصال در نظر گرفته شود همچنین برای جلوگیری از کمانش جان در محل تکیه گاه از سخت کننده‌های عرضی استفاده

می شود.

2 - 3 - ۳ - 1- 3 اتصال تیر اصلی به عضو فشاری

همان طور که گفته شد، اعضای اصلی خمشی به صورت سراسری اجرا می‌شود و در محل اتصال با اعضای فشاری، از طریق یک عضو عمود بر تیرهای اصلی (تراک)، بر روی عضو فشاری قرار می‌گیرد.

2 - 3 - ۳ - 1- 4 اتصال اعضای فشاری به کف و یا شالوده

از آنجاییکه اعضای فشاری در ارتفاع ساختمان ممتد نبوده و در هر طبقه قطع می‌شود، بنابراین اتصال این اعضا به کف، سقف و یا شالوده حائز اهمیت است.

اتصال اعضای فشاری به کف و یا شالوده، به واسطه یک کلاف عرضی (رانر) از پروفیل سرد نورد شده با مقطع ناودانی و به صورت یکپارچه صورت می‌گیرد، همان طور که ملاحظه می شود، کلاف عرضی توسط بولت در بتن به کف و یا شالوده متصل می‌شود. این بولت‌ها عملکرد کششی دارد.

اتصال عضو فشاری به کلاف عرضی می‌تواند از طریق نبشی فولادی یا پروفیل سرد نورد شده با مقطع ناودانی و به وسیله پیچ و مهره در جان عضو فشاری (تنها از یک طرف) صورت گیرد و عضو فشاری با اتصال موضعی به کف و یا شالوده متصل می‌شود یا بال عضو فشاری توسط پیچ به بال رانر متصل می‌شود. به لحاظ رفتار سازه ای، این اتصال نیز از نوع اتصال ساده است.

2 - ۳ – 3-2 رفتار اتصالات در سیستم باربر جانبی

توجه به مطالب مطرح شده در مورد رفتار اتصالات در سیستم باربر ثقلی، می‌توان نتیجه گیری کرد که مجموعه قاب‌های تشکیل دهنده سیستم سازه‌ای LSF دارای اتصالات ساده می باشند، در نتیجه به استثنای دهانه‌های مهاربندی شده که در هر جهت می‌تواند در باربری جانبی شرکت کنند، سایر دهانه‌ها نقشی در باربری جانبی سازه و مقاومت در برابر بارهای جانبی ناشی از باد یا زلزله را ندارند. از این رو رفتار اتصالات در دهانه‌های مهار بندی شده باربر جانبی)، از اهمیت خاصی برخوردار است.

اتصالات در سیستم باربر جانبی شامل موارد زیر می‌شود:

- اتصال اعضای قطری به گره قاب

- اتصال اعضای قطری به اعضای فشاری

2-3-3-2-1 اتصال اعضای قطری به گره قاب

در شکل ۱۳ اتصال یک عضو قطری به گره قاب نشان داده شده است؛ اعضای قطری به طورمستقیم یا از طریق یک ورق و پیچ‌های خودکار به عضو فشاری متصل می‌شوند. این اتصال نیز یک اتصال مفصلی است.

2-3-3-2-2 اتصال اعضای قطری به اعضای فشاری

این اتصال، از نظر کاهش طول کمانش اعضای قطری و نیز به لحاظ قرارگیری اعضای فشاری میانی در مکانیزم باربری جانبی، از اهمیت بالایی برخوردار است. اعضای قطری به دلیل لاغر بودن عملکرد مناسبی در برابر فشار ندارند. به همین دلیل در طول دهانه مهاربندی شده به اعضای فشاری میانی متصل می‌شوند.