سیستم CFS

اجزای خانواده فولاد سرد (CFS) از ورق‌های فولادی سازه‌ای ساخته می‌شود که از طریق پرس ورق‌های بریده شده و یا رول فرمینیگ فولاد توسط مجموعه‌ای از قالب‌ها شکل داده می‌شوند برای شکل‌دهی به این شیوه به عملیات حرارتی نیاز نمی‌باشد (برخلاف فولاد نوردگرم) و بنابر این آنها را با نام فولاد سرد می‌شناسند.

اعضای خانواده فولاد سرد و دیگر محصولات آن نازک‌تر، سبک‌تر و دارای تولید ساده‌تری بوده و نوعاً نسبت به همتاهای تولیدی به شیوه نورد گرم خود از هزینه‌های کمتری برخوردارند گستره‌ای از ضخامت‌های مختلف فولاد برای برآورده کردن نیازهای سازه‌ای و غیرسازه‌ای در دسترس می‌باشند.

فریم‌های فولاد سرد در طی سالیان اخیر بنا به دلایل متعددی مورد توجه مصرف‌کنندگان قرار گرفته و توانسته است که سهمی از بازار را به خود تخصیص دهد.

در واقع بیش از 50٪ از سازه‌های خانه‌سازی در هاوایی سیستم CFS می‌باشند.

دلایل متعددی برای جلب توجه به سمت فریم‌های فولاد سرد وجود دارد.

فریم‌های سیستم CFS برای کف و دیوارهای داخل بسیار با محصولات چوبی مهندسی و cement board سازگار می‌باشند.

مطالعات زمان‌سنجی متعدد نشان داده‌اند که مزایایی هزینه‌ای برای کاربران با تجربه سیستم CFS در حدود 2 تا 6 درصد کل هزینه بنا می‌باشند که وابسته به نوع خانه است.

همچنین سیستم CFS از تلرانس‌های ابعادی دقیقی برخوردار است و برای مناطقی با مشکل حشرات و موریانه مواجه می‌باشند گزینه مناسبی است.

• مزایای فریم‌های سیستم CFS :

برخی از کیفیت‌های منحصر به فرد فریم‌های فولادی عبارتند از:

1) فراوانی:

اعضای خانواده فولادهای سرد به راحتی توسط توزیع‌کنندگان محلی تأمین‌کنندگان و مصالح ساختمانی در دسترس می‌باشند.

2) ثبات قیمت:

بهای فولاد در طی دو دهه اخیر تقریباً ثابت بوده است.

3) کیفیت یکپارچه:

فولاد دارای گره، پیچش و یا معایب موضعی نمی‌باشد.

همواره از نظر ابعادی دقیق بوده و تحت تلرانس‌های تعیین شده‌ای تولید می‌گردد.

همخوانی با استانداردها، فریم‌های سیستم CFS تحت استانداردهای ICC، CABO، IBC، IRC قرار دارند، عدم اشتعال و مقاومت بالای آنها امکان استفاده آنها را در ساختمان‌هایی تا ارتفاع 6 طبقه فراهم می‌آورند.

4) انعطاف در طراحی:

اعضای خانواده سیستم CFS در اندازه‌های مختلف موجود می‌باشند و طراح را قادر به برآورده ساختن ملزومات مورد نیاز خود برای بارها، تحت شرایط اقتصادی و دستیابی به طول تیرهای بلند می‌نماید.

5) وزن سبک:

لیستوفر وزن فلز مصرفی در سیستم CFS تا حد 40٪ نسبت به وزن آهن‌ آلات مرسوم در نوردگرم از مصرف کمتری برخوردارند که این امر وزن سازه را کاهش می‌دهد.

6) نصب آسان:

سوراخ‌های موجود بر روی این سازه‌ها نصب خطوط الکتریکی، لوله‌کشی و مکانیکی را سهولت می‌بخشد.

7) ارتجاع کمتر:

فریم‌های سیستم CFS توسط پیچ بهم متصل می‌گردند و این امر مجزا پس‌زدگی میخ‌ها را در روش ساخت منازل چوبی حذف می‌کند.

8) ظاهر مشابه:

پس از نصب سطوح نهایی نمای داخل و خارج ساختمان‌های CFS و فولادی از هم قابل تشخیص نخواهند بود.

9) عدم اشتعال:

فولاد قابل اشتعال نمی‌باشد.

از انتشار آتش جلوگیری به عمل می‌آورد و به راحتی با مقررات اشتعال‌پذیری تطابق می‌نمایند.

عضوهای سیستم CFS عمدتاً توسط علامت شناسایی با لوگوی تولید کننده، حداقل ضخامت فولاد بدون پوشش، حداقل تنش شکست و مشخصات پوشش در حداقل فضای 46 اینچ در طول عضو برچسب‌زنی می‌شوند، تبدیل‌های زیر می‌توانند برای کاربرهای آشنا به سیستم ضخامت فولاد (gage) مفید باشند.

ضخامت فولاد (mil) ضخامت فولاد gauge کد رنگ Ast/ 4-C955

• 25  18
• 22  27
• 20  33 سفید
• 18  43 زرد
• 16  54 سبز
• 14  68 نارنجی
• 12  97 قرمز

مالکین منازل انتظار دارند که خانه‌هایشان یک عمر یا بیشتر دوام داشته باشند بنابراین، وجود سیستم حفاظتی مناسب در مواد فریم‌ها برای تحقق این منظور لازم می‌باشد در مورد فولاد این کار توسط گالوانیزه‌سازی انجام می‌گیرد عضوهای فولادی واقع در داخل منازل همچون فریم کف یا دیوارها، سطح خوردگی بسیار کمتری دارند مطالعات نشان داده‌اند که فولاد با پوشش مرسوم روی G40 بایستی تحت این شرایط تا بیش از 100 سال عمر کند.

تمامی عضوهای سازه‌های دارای حداقل پوشش فلزی G60 (یا معادل آن) می‌باشند.

عضوهای فریم غیرسازه‌ای نیز دارای حداقل پوشش فلزی G40 (یا معادل آن) می‌باشند.

عدم نصب تیرچه‌های CFS در تماس با مس ضروری است.

مواد CFS با چوب خشک دیوارهای پیش‌ساخته، محصولات ایزولاسیون و یا گچ خشک و سیمان وارد واکنش نمی‌شوند.

در آب وهواهای خاص و نامساعد همچون ساحلی بایستی از پوشش G70 برای حفاظت سازه‌ها استفاده گردد.

مانند هاوایی که در آن خوردگی، موریانه، زمین‌لرزه جزء ملاحظات خاص محسوب می‌گردند.

• مواد مورد نیاز:

سطح مقطع C شكل، گونه مرسوم در فریم‌های CFS محسوب می‌شود.

یک عضو C شكل متشکل از یک صفحه جان، یک بال و یک لبه سوراخدار و یا بدون سوراخ می‌باشد.

نبشی، صفحات، کانال‌های زیرسازی و کلاهی نیز می‌توانند موجود باشند.

ضخامت عضو برحسب (mils) (یک هزارم اینچ) بیان می‌شود البته سیستم gauge هنوز به طور گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

(هرچه gauge بالاتر باشد ضخامت کمتر است) فولاد در بین دیگر مصالح ساختمانی از بیشترین نسبت مقاومت به وزن برخوردار است.

عضوهای فریم سیستم CFS توسط عمليات سرد از ورق‌های فولاد سازه‌ای و برطبق یکی از استانداردهای زیر شکل‌دهی می‌شوند.

• ASTM A 653: Grades 33,37,40 & 50 (Class 1,3)
• ASTM A 722: Grades 33,37,40 & 50A
• ASTM A 875: Grades 33,37,40 & 50 (Class 1,31)

فولادهایی که برطبق استاندارد ASTM A 653 ساخته می‌شوند بایستی در موارد ملزومات تنشی و ارتجاعی با نسبت مقاومت تنشی به نقطه تسلیم حداقل 1٫08 و ازدیاد طول كل حداقل 10٪ برای طول 2″ و %7 برای 8″ همخوانی داشته باشند.

• تهیه کردن و حمل و نقل:

CFS را معمولاً می‌توان از پخش کننده‌های اسکلت فولادی، تهیه کننده تیغه‌ها یا تولید کننده‌های اسکلت‌های فولادی، تهیه کرد.

اجزای فولادی به صورت دسته یا پالت وجود دارند.

با یک جرثقیل می‌توان تخلیه بار را به راحتی انجام داد.

با طراحی برش‌های دقیق می‌توانید کار را ساده کنید.

• اتصال دهنده‌های اجزای CFS :

پیچ‌های خودکار دریل کننده (یا پیچ‌های نفوذ کننده) شایع‌ترین اتصال دهنده‌ها هستند دیگر تکنولوژی‌های اتصال مثل اتصال دهنده‌های بادی، پودری و چین‌دار (بدون اتصال دهنده) نیز قابل استفاده می‌باشند.

اتصالات فولاد به فولاد، معمولاً از پیچ‌های سرعت شماره 1/2-8 اینچ برای اتصال تیرچه‌ها / پایه‌ها به ناودانی‌ها استفاده می‌شود.

از پیچ‌های دریل کننده شماره 3/4-10 اینج برای فولادهای ضخیم‌تر استفاده می‌شود.

از پیچ‌های دریل کننده با سطح مقطع کوچک برای مواد سخت استفاده می‌شود.

پیچ‌ها باید با حداقل فاصله مرکزی 0.5 اینچ از یکدیگر نصب شوند.

•  اتصالات چوب به فولاد:

معمولاً از پیچ شماره 8 دریل کننده به همراه نقطه راهنما برای اتصال چوب به فولاد استفاده می‌شود.

پیچ‌های خود دریل شونده با سر مخروطی نیز برای وارد شدن به چوب بدون ایجاد ترک در آن طراحی شده‌اند.

پیچ‌هایی که سر آنها ویفر است برای اتصال مواد نرم به پایه‌های فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از پیچ‌های سرپخ نیز برای نفوذ در جسم بدون ایجاد خرابی یا ترک در سطح پرداخت استفاده می‌شود.

پیچ‌های پوشش‌ها باید قبل از اینکه سطح پوشش را به داخل فشار دهند، آن را سوراخ کرده و از آن بگذرند.

• اتصالات صفحات گچی به فولاد:

صفحات گچی با پیچ‌های سرتیز مخروطی شماره 6 اینچ (با نام پیچ تیغه)، متصل می‌شوند.

از یک تعیین کننده عمق جهت جلوگیری از ایجاد خسارت به صفحه گچی استفاده کنید.

برای فولادهایی با ضخامت بیشتر از 43mils از پیچ‌های مخروطی خود دریل شونده استفاده کنید.

• طراحی یک خانه با استفاده از اسکلت CFS :

نکات طراحی که می‌توانند برای تازه‌کاران مفید باشند در زیر ارائه می‌شود:

• رویکرد گروهی شامل پیمانکار، سازنده، تولید کننده، طراح، مالک مفید است.
  این بدان معنی است که کل گروه باید هرچه زودتر و حتی در طول طراحی در روند داخل شوند.
• مطمئن شوید که پیمانکار روش‌های استفاده از CFS را به خوبی می‌داند.
  یک طرح ضعیف می‌تواند به شکل بدی در تکنولوژی CFS منعکس شود.
• همیشه از خط‌مشی ایمنی و سلامت شغلی ناظران پیروی کنید.
• تماس اجزای ساختمانی بایستی به صورت عمودی به محل فونداسیون حمل شوند، مگر اینکه حمل افقی از خصوصیات عضو مربوطه محسوب شود.
• هنگام نصب اعضای فولادی به فولادی ابزار ذیل بایستی با سرعت پایین‌تر از red/min 2500 حرکت کند تا از نصب ناصحیح جلوگیری گردد.
• لوله‌کشی را حتی‌الامکان داخل زمین و دیواره‌های داخلی انجام دهید.
• از قرار دادن لوله‌ها در دیوارهای خارجی پرهیز کنید زیرا می‌تواند با اعضای ساختمانی تداخل داشته باشد و یا ارزش دمایی دیوار را کاهش دهد.
• سخت کننده‌های صفحات حمال در محل گره‌های سقف‌ها فراموش نشود، این اجزا ضروری می‌باشند.
  سخت کننده‌ها را می‌توان در سمت دیگر محل گره‌های سقف‌ها نیز نصب نمود.
• عایق‌های پلاستیکی، واشرها و مجاری و یا دیگر روش‌های حفاظتی کابل‌ها را بایستی جهت محافظت از پوشش‌های پلاستیکی کابل‌های برق هنگامی که از سوراخ‌های اعضای CFS عبور می‌کند استفاده نمود.
•  همیشه از جدا بودن لوله‌های مسی از اسکلت فلزی به وسیله عایق‌های پلاستیکی و یا دیگر روش‌های مجاز اطمینان حاصل نمایید.
•  تمام پایه‌های تحمل کننده بار، باید در ناودانی‌هایی با حداکثر شکاف 1.8 اینچ بین انتهای پایه و کف ناودانی‌ها، بنشینند.

مزایای ویژه:

1. سادگی: نصب سریع و ساده – کاهش زمان اجرای پروژه
2. اصالت سازه: طراحی صنعتی – مطابق با مبحث 19 مقررات ملی ساختمان
3. مقاومت حریق: 2 ساعت – مطابق با مبحث 3 مقررات ملی ساختمان
4. ارتعاش: لرزش کمتر به نسبت سقف عرشه فولادی
5. انعطاف در کاربری: تطابق با تنوع معماری
6. مبانی محاسباتی: مطابق با مبحث 10 مقررات ملی ساختمان
7. اقتصادی: وزن کمتر سازه، کاهش ضخامت ورق عرشه و بتن مصرفی

کلیه مقاطع سازه در سیستم CFS با استفاده از پروفیل‌های سرد نورد شده در فرم‌ها c-u-z بوده که ترکیب‌های مختلفی جهت بهینه‌سازی با افزایش یا کاهش مقطع در مقابل تنش‌های مجاز سازه‌ای قابل ارائه و استفاده می‌باشد.

برخی از این ترکیب‌ها جهت طراحی تیر و یا ستون به شرح ذیل است:

• سازه‌های فولادی سرد نورد شده (CFS) با دیوار برشی فولادی:

استفاده از فرآینده نورد سرد در تولید سازه‌های فولادی سابقه زیادی در نقاط مختلف جهان دارد.

در این میان سازه‌های فولادی سبک سرد نورد شده LSF بیشتر شناخته شده می‌باشند.

این سازه‌ها که بیشتر در مناطق آمریکایی شمالی و استرالیا در احداث بناهای یک و دو طبقه فوق‌سبک کاربرد دارند، در سال‌های اخیر نیز در برخی مناطق ایران مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

استفاده از مقاطع فولادی سرد نورد شده با ضخامت کمتر از 2 میلیمتر به صورت دیوارهای باربر در این سازه‌ها امکان انبوه‌سازی در طبقات و هماهنگی با طرح‌های معماری متنوع را بسیار محدود می‌نماید.

با توجه به لزوم بومی‌سازی روش‌های ساخت و ساز متناسب با شرایط اقلیمی و اجرایی موجود در کشور سیستم سازه‌های CFS که به کلی با سازه‌های LSF متفاوت می‌باشند اخیرا از سوی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ایران مورد تأیید قرار گرفته است.

در این روش به عنوان اولین و تنها سیستم ساخت و ساز صنعتی نوین و بومی در ایران، مقاطع فولادی سرد نورد شده با ضخامت 5 تا 20 میلیمتر و تنوع بسیار زیاد در شکل و ابعاد مورد استفاده قرار می‌گیرند.

این مقاصع با سرعت بسیار زیاد (10 تا 20 متر طول پروفیل در هر دقیقه) به صورت کاملاً مکانیزه در کارخانه‌های نورد سرد تولید می‌کردند:

پروفیل در صورت نیاز و با توجه به شکل مقطع توسط ورق‌های لقمه و پیچ و مهره در کارخانه دوبل شده و پس از رنگ‌آمیزی و شناسه‌گذاری جهت نصب به کارگاه ساختمانی حمل می‌کردند.

با توجه به تنوع بسیار کم مقاطع گرم نورد شده در بازار ایران، استفاده از مقاطع سرد نورد شده امکان افزایش تیپ‌بندی در روند طراحی و کاهش مصرف آهن مصرفی را به راحتی امکان‌پذیر می‌نماید.

شایان ذکر است که در سازه‌های CFS از ورق‌های فولادی آهن سیاه معمولی (st 37) به عنوان مواد خام استفاده می‌گردد.

قیمت کمتر ورق‌های فولادی مورد استفاده در این سازه‌ها در مقایسه با مقاطع گرم نورد شده موجود در بازارها امکان استفاده از مقاطع بهینه و متنوع جهت هر عضو سازه به همراه کاهش چشمگیر زمان اجرا و در نتیجه بازگشت سریع‌تر سرمایه از مهم‌ترین دلایل کاهش قیمت تمام شده سیستم CFS در مقایسه با سایر روش‌های ساخت و ساز به شمار می‌آیند.

دیوارهای برشی فولادی در سازه‌های CFS به عنوان عناصر باربر جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرند که خود علاوه بر تسهیل روند اجرای شکل‌پذیری و رفتار لرزه‌ای بسیار مطلوبی را پدید می‌آورد.

از آنجا که در هر سیستم ساخت و ساز مناسب لازم است کلیه عناصر اصلی سازه شامل عناصر باربر ثقلی و جانبی به همراه دیافراگم‌های سقف سازگار و هماهنگ با یکدیگر باشند، معمولاً استفاده از تیرچه‌های فلزی با جان باز و عرشه‌های فولادی به عنوان سیستم سقف در بازه‌های CFS توصیه می‌گردد.

تیرچه‌های فلزی با جان باز به عنوان خرپای فلزی ساده معادل مقاطع لانه‌زنبوری در سازه‌های رایج مورد استفاده قرار می‌گیرند.

عرشه‌های فولادی با قرارگیری بر روی تیرچه‌های فلزی امکان انجام سريع عمليات بتن‌ریزی دال‌های سقف در طبقات مختلف را فراهم می‌آورند.

سازه‌های CFS در نهایت ظاهری مشابه سازه‌های فلزی رایج با اتصالات ساده پیچ و مهره‌ای خواهند داشت.

افزایش سرعت و کیفیت اجرا به همراه کاهش هزینه‌های پروژه‌ها از مزایای اصلی این سیستم ساخت و ساز به شمار می‌آیند.

با توجه به این که سیستم فوق مورد تأیید مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ایران قرار گرفته و کلیه اجزای آن نیز براساس آیین نامه‌های معتبر داخلی و بین‌المللی قابل طراحی و اجرا می‌باشند، امید است به عنوان یک روش ساخت و ساز بومی و هماهنگ با شرایط اجرایی کشور در آینده نزدیک با استقبال سازندگان مسکن به ویژه انبوه‌سازان محترم مواجه گردد.

 از سقف CSF اکثراً در مناطقی که بارندگی زیاد است استفاده می‌شود.

در ایران نیز در شمال کشور در ساخت ویلاهای یک طبقه برخی طراحان از این نوع سیستم استفاده می‌کنند.

یک نمونه تصویر از سقف CSF را در قسمت ذیل مشاهده نمایید.

گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی سیدعلی منتظری