سازه های سبک فولادی LSF( ساختمان)

دکوراسیون داخلی - ساختمانهای پیش ساخته
1- مقدمه

1-1- مفهوم سيستم سازه هاي فولادي سبك (LSS) چيست؟

سيستم سازه هاي فولادي سبك (LSS)، يك سيستم سازه¬اي پيشرفته است كه در انواع ساخت و سازها مانند ويلاها، خانه هاي ويلايي تك خانوار و چندخانوار ، ساختمانهاي مسكوني، اداري و صنعتي يك، دو و سه طبقه، هتل ها و هتل آپارتمانها، ساختمانهاي مدارس و دانشگاهي، رستورانها و .... داراي كاربرد مي¬باشد.

سيستم سازه هاي فولادي سبك (LSS) يكي از مناسبترين سيستم¬هاي ساختماني است كه امروزه در جهان مورداستفاده قرار مي گيرد. اصلي ترين عامل در سازه اي فولادي سبك، مقاطع فولادي جدار نازك (LGS) مي باشد.

مقاطع فولادي جدار نازك، مقاطع فلزي سرد نورد شده¬اي مي¬باشند كه با استفاده از ورقهاي فولادي نازك و با استفاده از روش Roll Forming شكل دهي مي¬شوند. داشتن ضخامت يكنواخت در عرض مقاطع و استفاده از روش Roll Forming براي ساخت آنهاست كه باعث مي¬گردد، توليد مقاطع در حجم بسيار بالا و با كيفيت مناسب و يكنواخت انجام گيرد.

مقاطع فولادي جدار نازك، سبك بوده و به راحتي قابل حمل مي¬باشند. بخشهاي مختلف ساختمان را به راحتي مي توان با اين مقاطع مونتاژ نمود. اين عوامل باعث ميگردد كه عمليات ساخت با اين سيستم بسيار سريع باشد.

1-2- مزاياي مقاطع فولادي جدار نازك

اغلب مصالح مورد استفاده در سيستم سازه هاي فولادي سبك قابل بازيافت بوده و 100 درصد مصالح پرتي كه در طول ساخت سيستم ايجاد ميگردد، قابل بازيافت مي باشد.

مقاطع فولادي جدار نازك مقاطع بسيار مقاومي در مقابل خوردگي، كج شدگي و ايجاد ترك مي باشند.

مقاطع مورد نياز براي ساخت ساختمان با سيستم (LSS) مي توانند با طول هاي دقيق مورد نياز سفارش داده شوند كه اين كار باعث مي گردد حجم عمليات و تعداد كارگر مورد نياز در محل سايت كاهش يافته و نيز پرت مصالح به حداقل ممكن برسد. مصالح مورد نياز براي ساخت اين سيستم حداقل 60 درصد سبك تر از مصالح مرسوم در ساخت و ساز مي‌باشد.

جهت گيري كنوني سازه هاي فولادي سبك به سمت تكنيك پانل هاي پيش ساخته (Panelization) است كه در اين روش ديوارهاي ساختمان در محل كارخانه و تحت شرايط كنترل شده مونتاژ شده و سپس به محل سايت جهت نصب منتقل مي گردند. اين روش باعث بالا رفتن سرعت نصب اين سيستم در محل كارگاه مي گردد. پروسه شكل دهي و ساخت مقاطع فولادي جدار نازك يك سري سوراخهاي استاندارد در جان اين مقاطع ايجاد مينمايند كه عبور دادن سيم ها و لوله ها از داخل اين سوراخها باعث ايجاد تسهيل در نصب سيستم هاي الكتريكي و لوله كشي ها در داخل ديوار مي گردند.


2- بررسي سبكي و عدم وزن قابل توجه سازه‌هاي فولادي جدار نازك

در اين سيستم ساختماني بار مرده كف حدود ( (kg/m270 و در صورت نياز به بتن سبك فوقاني جهت كاهش ارتعاشات و انتقال صدا، حدود (kg/m2)50 به آن اضافه مي شود. بتن سبك فوقاني براي ساختمانهاي متداول مسكوني الزامي نبوده و براي هتل¬ها و يا كاربري‌هاي خاص توصيه شده است. بار مردة ديوارهاي خارجي حدود (kg/m2)50 (يكطرف plywood و يكطرف پانل گچي) و براي ديوارهاي داخلي حدود (kg/m2)40 (دو طرف پانل گچي) مي باشد.

بار مرده سقف‌هاي شيبدار با توجه به نوع سقف حدود (kg/m2)80~ 30 مي‌باشد. جزئيات اجرايي ديوارهاي داخلي و خارجي و كف‌ها و سقف‌هاي شيبدار مربوط به اين سيستم سازه‌اي در شكل‌هاي 1 تا 4 آورده شده است.

با توجه به موارد ذكر شده نتيجه مي‌شود كه وزن اين سيستم سازه‌اي در مقايسه با سيستم سنتي حدود 30% آن مي‌باشد. بنابراين با توجه به وزن كم اين سيستم سازه‌اي، فونداسيون مورد نياز براي اين سازه‌ها بصورت شناژ فقط در زير ديوارهاي باربر با حداقل ابعاد مورد استفاده در فونداسيونها مي باشد. و در زير ديوارهاي داخلي از يك دال بتني به ضخامت حدود cm10 استفاده مي‌شود.


3- بررسي دوام و گالوانيزاسيون سازه‌هاي فولادي جدار نازك

علت گالوانيزاسيون سازه‌هاي فولادي جدار نازک، افزايش عمر مفيد مقاطع بکار رفته در برابر خوردگي مي‌باشد. براي افزايش عمر مفيد سازه‌ها، بهترين، موثرترين و اقتصادي‌ترين روش ‌استفاده از گالوانيزاسيون است. بنابراين تمامي مقاطع بکار رفته در اين سازه‌ها، مقاطع گالوانيزه شده مي‌باشند.

در اين قسمت انواع پوششهاي محافظ متداول در سازه‌هاي فولادي جدار نازك و نيز مشخصات فني اين پوششها ارائه مي‌گردد. انواع پوششهاي مورد استفاده به ترتيب ذيل مي‌باشند.

- پوشش گالوانيزه:

در اين پوشش فقط از روي استفاده مي‌شود.

-پوشش galfan :

در اين پوشش از 95 درصد روي و 5 درصد آلومينيوم استفاده مي‌شود. اين ترکيب بهتر از روي خالص عمل مي‌کند.

-پوشش galvalume :

در اين پوشش از 55 درصد آلومينيوم، 5/1 درصد سيليکون و 5/43 درصد روي استفاده مي‌شود. اين پوشش در مقايسه با دو پوشش قبلي بهتر عمل مي‌کند.

3-1- مشخصات وزني و ضخامتي گالوانيزه

ميزان پوشش بر روي ورق‌هاي فولادي بوسيله وزن پوشش کار شده بر حسب (انس بر فوت مربع) يا و يا بوسيله ضخامت پوشش كار شده اندازه‌گيري مي‌شود. مقدار پوشش کار شده متداول در صنعت در جدول (1) آمده است.


جدول 1- وزن و ضخامت پوشش کار شده متداول در بازار


Coating Designation Minimum Requirement
Total Both Sides Thickness
Nominal per side

Zinc1

G40/Z120 0.40 120 8.5 0.34
G60/Z180 0.60 180 12.7 0.51
G90/Z275 0.90 275 19.4 0.77

Galfan2

GF45/ZGF135 0.45 135 9.8 0.39
GF60/ZGF180 0.60 180 13.3 0.53
GF90/ZGF275 0.90 275 19.8 0.79

Galvanume3

AZ50/AZ150 0.50 150 20.0 0.80

همچنين در جدول (2) ميزان حداقل پوشش لازم براي اعضاي سازه‌اي و غير سازه‌اي آورده شده است.


3-2- دوام مقاطع گالوانيزه شده

دوام مقاطعي که بوسيله روي گالوانيزه شده‌اند، تابعي از زمان قرار‌گيري در رطوبت و شرايط آب و هوايي محل مي‌باشد. در حالتي که روي در محيط خشک و نسبتا تميز نگهداري شود، ميزان خوردگي آن بسيار پايين است.

3-3- کارکرد ورقه‌هاي گالوانيزه در ساختمانهاي شهري

ميزان خوردگي روي در صورت عدم قرار‌گيري در فضاي باز بسيار کم مي‌باشد. بنابر تحقيقات انجام شده اين ميزان در حدود µm1/0 در هر سه سال مي‌باشد. بنابراين اگر يک دوره 300 ساله در نظر بگيريم مي‌بايست از پوششي برابر با µm10 استفاده نماييم که معادل مي‌باشد. به عنوان مثال شکل 5 ميزان خوردگي روي را برحسب زمان بنابر تحقيقات بعمل‌آمده روي ساختمانهاي شهري لندن نشان مي‌دهد.

3-4- خواص محافظتي روي

روي بعنوان پوشش محافظ ورقهاي فولاد از دو جهت مي‌تواند از فولاد محافظت نمايد. يکي از جهت فيزيکي و ديگري حفاظت کاتدي مي‌باشد. مي باشد.

3-4-1-حفاظت فيزيکي روي

روي بر روي لايه فولاد به عنوان يک لايه محافظ فيزيکي عمل مي‌نمايد. اين لايه خود مانعي براي رسيدن رطوبت به فولاد مي‌شود. در صورتي که فرآيند گالوانيزاسيون بخوبي انجام شود، اين پوشش نقش بسيار مهمي را در حفاظت از فولاد دارد.

3-4-2- حفاظت کاتدي

نقش مهم ديگر روي بعنوان پوشش محافظ، قابليت روي در حفاظت از فولاد مي‌باشد. وقتي لايه فولاد در معرض فضاي باز (بر اثر بريدن يا خراش ) قرار مي‌گيرد، لايه روي بصورت کاتدي از فولاد محافظت مي‌کند. اين قابليت بدليل الکترو‌نگاتيوتر بودن روي (واکنش پذير‌تر بودن آن) مي‌باشد. الکترونگاتيويته چند فلز در جدول (3) آمده است.

جدول 3- خاصيت الکترونگاتيويته چندين فلز

الکترونگاتيويته به تدريج از بالا به پايين کاهش مي‌يابد.
منيزيم
روي
آلومينيوم
کادميوم
آهن يا فولاد
فولاد آبديده
سرب
قلع
مس
طلا


3-4-1- فرآيند خوردگي

ميزان قدرت محافظت پوشش روي در محافظت از ورقهاي فولاد بستگي به سرعت خوردگي روي دارد. بنابراين شناخت مکانيزم خوردگي روي کمک زيادي به شناخت عوامل موثر بر سرعت خوردگي دارد.

روي خالص در ابتداي قرار‌گيري در معرض هواي آزاد شروع به ترکيب و واکنش مي‌دهد. در واکنش با هوا، روي با اکسيژن ترکيب شده و لايه‌اي نازک از اکسيد روي تشکيل مي‌دهد.

هنگامي که هوا مرطوب باشد، روي با آب واکنش داده و تشکيل هيدروکسيد روي مي‌دهد.

يکي ديگر از ترکيباتي که ممکن است در فضاي آزاد تشکيل شود کربنات روي است، کربنات روي از واکنش هيدروکسيد روي با دي اکسيدکربن موجود در هوا بوجود مي‌آيد. اين ترکيبات بسيار نازک و پايدار مي‌باشند. بنابراين سرعت خورده شدن روي در هر شرايط آب و هوايي، بسيار پايين مي‌باشد. عوامل بسيار مهمي که در سرعت خورده شدن روي موثر است، زمان قرارگيري در معرض رطوبت و ميزان آلودگي هوا مي‌باشد.

خوردگي فقط زماني اتفاق مي‌افتد که سطح فلز مرطوب باشد. شرايط اسيدي و يا شرايط بازي قوي تاثير بسيار زيادي روي سرعت خوردگي دارند و خوردگي را تشديد مي‌نمايد.


3-4-2- تاثير مصالح ساختماني بر پوشش فلزي

ملات :

ملات در حالت تر باعث خوردگي روي مي‌گردد، هنگامي که ملات خشک مي‌شود، جذب رطوبت صورت نمي‌پذيرد و کمتر باعث خوردگي روي مي‌شود.

چوب :

از آنجايي که چوب با روي واکنش نمي‌دهد، چوب تاثير مخرب بر روي ندارد. مثلا" مي‌توانيم از ميخهاي گالوانيزه در چوب استفاده نماييم.

ديوارهاي خشک و مصالح پيش ساخته مانند پانل‌هاي آماده: اين مصالح هم بر روي و ورقهاي گالوانيزه تاثير نمي‌گذارند.

بتن :

بعلت قليايي بودن در رطوبت بتن بخصوص در دوره عمل آوري، با روي واکنش داده و باعث تشديد خوردگي روي مي‌شود. البته در دوره عمل‌آوري اين ميزان بتدريج کمتر مي‌شود و اگر کيفيت بتن خوب باشد، باعث کاهش خوردگي و يا حتي محافظت از روي در زمان بعد از عمل‌آوري مي‌شود.

مصالح فلزي :

در مصالح فلزي عوامل مختلفي بر سرعت خوردگي روي موثر مي‌باشد که مهمترين عامل قدرت الکترونگاتيويته فلزات نسبت به روي مي‌باشد. همواره يکي از فلزات خورده و فلز ديگر محافظت مي‌شود. در جدول (4) ميزان سرعت خورده شدن روي در مقايسه با چندين فلز نشان داده شده است.


جدول 4- مقايسه سرعت خوردگي روي در معرض فلزات مختلف

سرعت خوردگي روي فلز
زياد
کم
زياد
زياد
متوسط
متوسط
کم آهن
فولاد‌‌آبديده
برنج
مس
سرب
نيکل
آلومينيوم

3-5- طراحي

با توجه به توضيحاتي که در قسمتهاي قبل داده شده، حداقل پوشش محافظ مقاطع جدار نازک در جدول 5 خلاصه مي‌شود.


جدول 5- حداقل پوشش محافظ مورد نياز براي مقاطع جدار نازک

پوشش بر اساس استاندارد‌هاي ASTRL عضو سازه‌اي
Zinc-AL AL %5-Zinc Zinc
AZ50/AZ150 GF45/ZGF135 G40/Z120 عضو داخلي غير باربر
AZ50/AZ150 GF60/ZGF180 G60/Z180 عضو داخلي باربر
AZ50/AZ150 GF60/ZGF180 G60/Z180 عضو خارجي غير باربر
(آب و هواي معمولي )
AZ50/AZ150 GF90/ZGF275 G90/Z275 عضو خارجي باربر (آب و هواي معمولي)
AZ50/AZ150 GF90/ZGF275 G90/Z275 عضو خارجي باربر و غير باربر در آب و هواي نامساعد (رطوبت و يا آلوده )


3-6- خريد كنترل كيفيت و استاندارد

همان طور كه اشاره شد سه نوع پوشش گالوانيزاسيون داريم كه ارزانترين و متداولترين آن استفاده از روي خالص (Zinc) مي‌باشد. پوششهاي Al-Zinc و Zinc-5%Al داراي خاصيت محافظت بيشتري بوده ولي هزينه استفاده از اين پوششها نيز بيشتر است. تمام انواع متداول پوششهاي گالوانيزاسيون مورد استفاده در ورقهاي فولادي در جدول (5) ارائه شده است. بنابر‌اين با توجه به شرايط خوردگي منطقه و وضعيت آب و هوايي منطقه‌اي كه پروژه در آن احداث مي‌گردد بايستي در نوع استفاده در پوشش تصميم‌گيري نمود.


4- عملكرد صوتي و عملكرد در برابر آتش سازه‌هاي فولادي جدار نازك

عملكرد صوتي سازه‌هاي فولادي جدار نازك يكي از پارامترهاي مهم و تأثير گذار در معيار راحتي ساكنين و در بهره برداري بلندمدت از آن مي‌باشد. بر همين اساس است كه آئين‌نامه‌هاي مرتبط با ساختمان توجه جدي به اين مسأله داشته و روشهاي تست و معيارهاي مشخصي را براي عملكرد صوتي ساختمانهاي مختلف ارائه نموده‌اند.

آئين‌نامه‌هاي طراحي، معيارهاي مورد قبول براي عملكرد صوتي ساختمانها را ارائه نموده‌اند، از طرفي بخش‌ها و سازمانهاي مرتبط با صنعت ساختمان و فعال در اين صنعت، فعاليت‌هاي گسترده‌اي را در زمينه پيشنهاد مصالح مناسب، روش اجرا و انجام تست‌هاي جامع در مورد عملكرد صوتي سيستم‌هاي مختلف ساختماني از جمله سازه‌هاي فولادي جدار نازك انجام داده‌اند.

نتايج اين فعاليت‌ها منجر به ارائه جزئيات اجرايي متنوع، با عملكردهاي صوتي متفاوت شده است. در جزوات و نتايج آزمايشات منتشر شده توسط اين سازمانها، به ازاي جزئيات اجرايي و مصالح به كار گرفته شده در ساخت ديوارها و كف‌ها، سطح عملكرد صوتي آن مشخص شده است.

در كنار عملكرد صوتي، آيتم ديگري كه بايد مورد توجه قرار گيرد عملكرد سازه‌هاي فولادي جدار نازك در برابر آتش مي‌باشد. عملكرد صوتي و آتش سازه‌هاي فولادي جدارنازك كاملاً مرتبط به يكديگر مي‌باشند، چون جزئيات اجرايي و مصالحي كه براي عملكرد صوتي سيستم ارائه مي‌گردد بايد جوابگوي معيارهاي عملكردي آتش نيز باشد. بنابراين در اغلب موارد اين دو موضوع با هم در نظر گرفته مي‌شود.

جزئيات اجرايي مناسب آن است كه علاوه بر خاصيت مقاومت در برابر آتش، داراي عايق بندي صوتي كافي و حرارتي مناسب بر اساس ضوابط آئين‌نامه‌اي باشد.

نتايج آزمايشات در مورد سازه‌هاي فولادي جدارنازك نشان داده است كه معمولاً برآورده كردن معيارهاي عملكرد صوتي دشوارتر از معيارهاي مقاومت در برابر آتش است. در اغلب موارد، جزئياتي كه در برابر آتش جوابگو است قادر به برآورده كردن معيارهاي صوتي نمي‌باشد.

معيارهاي عايق بندي صوتي، در طراحي كف و ديوارهاي ساختمانهاي مسكوني آپارتماني، مجتمع‌ها، هتل‌ها، واحدهاي اداري، صنعتي و .... تأثير قابل ملاحظه‌اي دارد. حتي گاهي در واحدهاي تك خانوار نيز به دليل ايجاد فضاي راحت و با آرامش، نياز به اعمال روشهايي براي كاهش صدا در بعضي اتاق‌ها مي‌باشد. گرچه عايق بندي صوتي در هنگام ساخت پروژه، اندكي هزينه‌هاي اجرايي را بالا مي‌برد، ولي مي‌تواند در ايجاد رضايت و قابل قبول بودن سيستم توسط ساكنين تأثير بسزايي داشته باشد. علاوه بر اين، هزينه‌هاي ناشي از رفع مشكلات صدا در ساختمان ساخته شده، به مراتب بيشتر است.

به طور كلي Plywood با ضخامت 12 سانتي متر و دانسيته 38 پوند بر فوت مكعب ، پانل گچي به ضخامت 27/1 سانتي متر با دانسيته 50 پوند بر فوت مكعب، فضاي مابين پروفيل هاي جدار نازك از عايق حرارتي پلي استايرن با دانسيته سبك به وزن 10 تا 14 كيلوگرم بر متر مكعب و ضخامت 2/9 سانتي متر ميباشند كه ضريب هدايت حرارت w/m2.k 65/0 براي زمستان و w/m2.k 49/0 براي تابستان مي باشد.

در سقف با استفاده از عايق پلي استايرن با دانسيته 10 تا 14 كيلوگرم بر مترمكعب و ضخامت 7/12 سانتي متر، ضريب انتقال حرارت 394/0 وات بر مترمربع درجه كلوين براي زمستان و 389/0 وات بر مترمربع درجه كلوين براي تابستان بوده كه براي ساختمانهاي غيرويلايي با استفاده مداوم و غيرمداوم در گروه يك مناسب است. براي ساختمانهاي ويلايي گروه يك،با استفاده از پلي استايرن با ضخامت 20 سانتي متر ، ضرائب انتقال حرارت در زمستان و تابستان به ترتيب 21/0 و 2/0 وات بر مترمربع درجة كلوين مي باشد.


4-1- مباني انتقال صدا

منابع صدا و ارتعاشات معمولاً بر اثر مكالمات و نوفه ناشي از فعاليت‌هاي روزانه ساكنين و تجهيزات مكانيكي موجود در ساختمان، بوجود مي‌آيد. هنگام انتقال صدا در ساختمانها و سازه‌هاي ديگر، مقداري از انرژي صدا جذب يا پراكنده، مقداري توسط بعضي سطوح بازتاب داده مي‌شود و مقداري هم توسط مصالح ساختماني منتقل مي‌گردد. طراحان و سازندگان، معمولاً براي كاهش مقدار صداي انتقالي توسط مصالح ساختماني، به استفاده از موانع، محبوس كننده‌ها و مصالح جاذب، علاقه نشان مي‌دهند.


در سازه‌هاي فولادي جدار نازك براي كنترل صوت و عايق‌بندي براي تراگسيل مستقيم و جناحي از روشهاي زير استفاده مي‌گردد:

- جداسازي لايه‌ها
- استفاده از لايه‌هاي ميراگر براي كاهش تراگسيل بين لايه‌ها
- لايه‌هاي جاذب
كه در بخشهاي بعدي به تأثير هريك از روشها بر ميزان عايق بندي اشاره خواهد شد.


4-2- عوامل و پارامترهاي مؤثر در عملكرد صوتي سازه‌هاي فولادي جدار نازك

براي تعيين پارامترهاي مؤثر در عملكرد صوتي ديوارها و كف‌هاي سازه‌هاي فولادي جدار نازك و نيز دستيابي به بهينه‌ترين و اقتصادي‌ترين جزئيات اجرايي، آزمايشات و تحقيقات مختلفي توسط سازمانها، توليدكنندگان مصالح ساختماني و سازندگان، انجام شده است.

در اين بخش به برخي نتايج مهم كه از اين تحقيقات بدست آمده اشاره مي‌گردد.


4-2-1- كنترل تراگسيل در ديوارهاي فولادي جدار نازك با پوشش گچي

تحقيقات نشان مي‌دهد فاكتور اصلي براي كنترل صدا در ديوارها، مستقل كردن پانل‌هاي گچي در دو سمت مختلف ديوار (دو جداره كردن ديوار) مي‌باشد. در غير اينصورت گذاشتن مصالح جاذب صدا در فضاهاي بين ستونها (Cavity) تأثير قابل توجهي نخواهد داشت. در صورت استفاده از ديوار دو‌جداره، براي كاهش هرچه بيشتر تراگسيل، مي‌توان دانسيته مصالح، عمق فضاي مياني ستون‌ها (cavity depth) و ضخامت مصالح جاذب صدا را افزايش داد.

براي جداسازي ديوار، علاوه بر استفاده از ديوار دو جداره مي‌توان از كانالهاي ميراگر (Resilient Channel) نيز استفاده نمود. RC يك مقطع كلاهي شكل و با ضخامت نازك (0.5mm) و با انعطاف‌پذيري بالا مي‌باشد. اين مقاطع به صورت عمود بر studهاي ديوار اجرا شده و مطابق شكل (6) يك سمت آنها به studهاي فلزي و سمت ديگر آن به پانل‌هاي گچي متصل مي‌گردد. RC باعث از بين بردن پل صوتي ايجاد شده از طريق Studهاي ديوار مي‌شود.

جرم واحد سطح لايه‌هاي گچ بسيار مهم بوده و با STC ارتباط مستقيم دارد. هر چقدر جرم واحد سطح پانل‌هاي گچي بيشتر باشد، پارامتر STC بالاتر خواهد بود. شكل (7) نشان مي‌دهد كه در ديوارهاي بدون لايه جاذب صوت (مثل پشم سنگ)، وزن لايه گچ بيشترين تأثير را در STC دارد، بطوريكه با دو برابر شدن جرم واحد سطح پانل گچي، STC به مقدار 10 واحد افزايش پيدا مي‌كند‌. لذا در كارهاي ساختماني و تهيه پانل‌هاي گچي، تنها با ضخامت نمي‌توان پانل گچي را انتخاب نمود و بايستي دانسيته اين پانل‌ها نيز در نظر گرفته شود.

افزايش عمق Studهاي ديوار، براي بالا بردن درجه STC ديوار نقش مهمي‌ ‌دارد. آزمايشاتي كه براي تعيين اثر عمق Studها در عملكرد صوتي ديوارها انجام شده، نشان مي‌دهد در صورت دو برابر كردن عمق فضاي ميان پانل‌هاي گچي دو طرف ديوار، با وجود لايه‌هاي جاذب صوت (پشم سنگ)، STC به ميزان 10 واحد افزايش يافته و در حالت بدون لايه‌هاي جاذب صوت در داخل ديوار، STC به ميزان 4 واحد افزايش پيدا مي‌كند.

نمودار شكل (8) اثرات افزايش عمق Stud‌هاي ديوار را (و افزايش فضاي خالي بين پانل‌هاي گچي دو طرف ديوار) در درجه STC ديوار نشان مي‌دهد. اين‌نمودارها براي دو حالت استفاده از يك عدد پانل گچي در هر سمت ديوار و يا دو عدد پانل گچي در هر سمت ديوار ارائه شده است. همانطور كه در اين منحني‌ها مشخص است، علاوه بر اثر عمق در ميزان STC، استفاده از دو عدد پانل گچي در طرفين ديوار، باعث افزايش 10 واحدي STC نسبت به حالت استفاده از يك عدد پانل گچي براي پوشش ديوار، مي‌گردد.


نتايج آزمايشات نشان مي‌دهد كه موقعيت قرارگيري لايه‌هاي جاذب صوت در وسط ديوار و يا نزديك‌تر به يكي از پانل‌هاي گچي تأثيري در ميزان STC ندارد. همچنين نوع ماده جاذب صوت تأثيري در افزايش و يا كاهش STC ندارد.

افزايش فاصله Stud‌هاي ديوار از 40cm به 60cm باعث بهبود STC به ميزان يك تا دو واحد مي‌گردد.

4-2-2- كنترل تراگسيل هوابرد و كوبه‌اي در كف‌هاي سازه‌هاي فولادي جدار نازك

كف‌هاي سازه‌هاي فولادي جدار نازك به طور عموم شامل سه بخش ذيل است كه بسته به نوع كاربري و ملزومات آكوستيكي و آتش، جزئيات آن تكميل‌تر مي‌گردد.

• پوشش كف از جنس Plywood و يا OSB با ضخامت 13 ميلي‌متر

• تيرچه‌هاي سقف از نوع مقطع C شكل با فواصل 60 و يا 40 سانتي‌متري و با عمق حداقل 20 سانتي‌متر

• پانل گچي زير كف براي پوشش سقف طبقه پايين با ضخامت حدود 5/12 ميلي‌متر در برخي موارد به دلايل آكوستيكي و آتش اجزاي زير نيز به آنها اضافه مي‌گردد

• كانال‌هاي ميراگر (Resilient Channel) در زير تيرچه‌هاي سقف كه به صورت عمود بر تيرچه‌ها قرار مي‌گيرند.

• لايه‌هاي جاذب صوت مثل پشم سنگ كه در فضاي خالي بين تيرچه‌ها قرار مي‌گيرد.

• لايه‌هاي پانل گچي اضافي بر روي پانل گچي زير سقف براي بهبود عملكرد صوتي و افزايش مقاومت در برابر آتش

• پوشش لايه بتني سبك بر روي كف به ضخامت 3 سانتي‌متر براي بهبود عملكرد صوتي كف

براي كاهش تراگسيل هوابرد در كف مي‌توان از روش‌هاي زير استفاده نمود:

• جداسازي پانل‌هاي گچي از تيرچه‌هاي كف
• افزايش جرم واحد سطح لايه‌ها
• استفاده از لايه‌هاي جاذب صوت
• به حداقل رساندن تراگسيل جناحي در محل اتصال ديوار به كف

در اجراي سقف‌هاي سازه‌هاي فولادي جدار نازك در اغلب موارد، يك يا چند لايه گچي توسط كانال‌هاي ميراگر (RC) به تيرچه‌هاي سقف متصل مي‌گردند و از اتصال مستقيم پانل گچي به تيرچه جلوگيري مي‌گردد. به اين نوع سقف‌ها، سقف ميراگر (كف ميراگر) مي‌گويند. استفاده از كانال‌هاي ميراگر در مقايسه با اتصال مستقيم پانل گچي به تيرچه، تراگسيل‌هاي هوابرد و كوبه‌اي را همزمان بهبود مي‌بخشد.

سقف‌هاي ميراگر صداهاي زير 50 هرتز كه مربوط به صداهاي راه رفتن بوده و كاملاً قابل شنود توسط ساكنين هستند را كاهش مي‌دهد.


4-3- عملكرد سازه‌هايفولادي جدار نازك در برابر آتش

همانطور كه در بخش‌هاي قبلي اشاره شد، مقاومت در برابر آتش سازه‌هاي فولادي جدار نازك، پارامتري است كه بر روي طراحي جزئيات و نوع مصالح مورد استفاده در ديوارها و كف‌هاي اين ساختمانها تأثير گذار است.

در تعيين مقاومت در برابر آتش، از پارامتر FRR (Fire Resistance Rating) استفاده مي‌شود. ميزان مقاومت در برابر آتش يك سيستم بر مبناي زمان معرفي مي‌شود. به عبارت ديگر FRR پارامتري بر مبناي دقيقه و يا ساعت مي‌باشد. FRR=1 نشان دهنده مقاومت يك ساعت براي آن سيستم ساختماني مي‌باشد. اين پارامتر نشان دهنده اين است كه اگر سازه‌اي تحت تأثير يك حريق مستقيم در داخل ساختمان قرار گيرد، حداقل تا رسيدن به اين زمان (FRR)، پيوستگي و پايداري خود را حفظ نموده و تخريب نخواهد شد.

تخريب ايجاد شده در اجزاي سازه بدليل افزايش ميزان حرارت سطح فلز و در نتيجه كاهش مقاومت آن، اتفاق مي‌افتد. در شكل (9) نمودار تغييرات مقاومت تسليم فولادهاي سرد نورد شده و گرم نورد شده در برابر تغييرات دماي سطح فلز ارائه شده است. همانطور كه مشاهده مي‌گردد با افزايش دماي فلز، مقاومت تسليم آن كاهش مي‌يابد. بدليل ضرايب اطمينان‌هاي موجود در طراحي، اجزاي سازه‌اي در حالت بارگذاري سرويس، تحت اثر نيروي برابر 50 درصد ظرفيت مجاز عضو قرار دارند.

اين بدان معني است كه سازه تا زماني كه مقاومت تسليم اجزاي فلزي به حدود 50 درصد مقاومت تسليم حالت اوليه آنها برسد مي‌تواند در برابر حرارت و آتش، پايداري و پيوستگي خود را حفظ نمايد. از نمودار شكل (9) مشخص است كه براي اجزاي سرد نورد شده در دماي حدود 400 درجه سانتيگراد، مقاومت تسليم فولاد به ميزان 50 درصد مقاومت تسليم اوليه افت مي‌نمايد. لذا مي‌توان نتيجه گرفت كه ميزان مقاومت در برابر آتش سازه‌هاي فولادي جدار نازك (FRR)، ميزان زماني است كه دماي سطح اجزاي فلزي سازه‌اي به حدود 400 درجه سانتيگراد برسد.

شكل 9- نمودار تغييرات مقاومت تسليم فولاد در اثر تغيير حرارت

نمودارهاي شكل (10)، منحني‌هاي مقاومت – زمان بدست آمده براي ديوارهاي باربر، تحت اثر 100 درصد بار طراحي آنها را نشان مي‌دهد. اين منحني‌ها براي ديوارهاي باربر سازه‌هاي فولادي جدار نازك با پوشش پانل‌هاي گچي متفاوت ارائه شده است. اين نتايج از تحقيقات انجام شده توسط AISI بدست آمده است. در اين منحني PT مقاومت ديوار يا عضو فلزي در دماي محيط مي‌باشد. خط افقي در اين منحني‌ها نشان دهنده نسبت ، ضريب اطمينان در نظر گرفته شده در طراحي مي‌باشد.

محل تقاطع اين خط با منحني‌ها، نشان دهنده ميزان مقاومت در برابر آتش ديوارها در 100 درصد بار طراحي شده مي‌باشد. خط‌چينهاي بالاي نمودار حد مجاز زمان است كه در آن سازه براي تحمل بارهاي وارده كاملاً پيوستگي خود را حفظ مي‌نمايد و پس از گذشتن از خط افقي سازه به تدريج مقاومت خود را از دست داده و گسيخته مي‌گردد.


شكل 10- نمودار مقاومت – زمان براي ديوارهاي باربر تحت اثر 100 درصد بار طراحي


سازه‌هاي فولادي جدار نازك به دليل نوع نصب و مصالحي كه در پوشش ديوارها و كف‌ها استفاده مي‌شود، داراي مقاومت خوبي در برابر آتش مي‌باشند. لذا در اغلب موارد در صورتي كه معيار خاصي به لحاظ مقاومت در برابر آتش مدنظر نباشد، تركيبي كه براي ديوارها و كف‌ها به لحاظ آكوستيكي جوابگو باشد، معيارهاي مقاومت در برابر آتش را نيز برآورده مي‌نمايد.
پوششهاي گچي ديوارها و كف‌هاي سازه‌هاي فولادي جدار نازك، بيشترين تأثير را در بهبود عملكرد در برابر آتش اين سازه‌ها دارا مي‌باشند.

پانل‌هاي گچي مورد استفاده در اين سازه‌ها در دو نوع معمولي و مقاوم در برابر آتش (Type X) مي‌باشند. پانل‌هاي گچي Type X داراي مقاومت در برابر آتش بالايي بوده و در صورت استفاده از اين لايه‌ها، عملكرد در برابر آتش بهبود قابل توجهي خواهد يافت.

با افزايش تعداد و ضخامت لايه‌هاي گچي پوشش ديوارها و كف‌ها، مي‌توان عملكرد در برابر آتش اين سازه‌ها را بهبود بخشيد. در بخش انتهايي گزارش جزئيات اجرايي متفاوتي باFRR ‌هاي مختلف ارائه شده است كه نشان دهنده اثر نوع، تعداد و ضخامت پانل‌هاي گچي بر روي مقاومت در برابر آتش اين سازه‌ها مي‌باشد. همچنين استفاده از لايه‌هاي پشم سنگ در فضاهاي خالي داخل كف باعث بهبود عملكرد در برابر آتش مي‌گردد.


4-4- مقررات و ضوابط عايق بندي و تنظيم صدا

در آئين‌نامه‌ها و مراجع مختلف، ضوابط عايق بندي صوتي براي فضاهاي مختلف و ساختمان با كاربريهاي مختلف ارائه شده است. اين ضوابط در طول سال‌هاي متمادي با انجام تحقيقات بر روي معيارهاي مختلف تأثيرگذار در عملكرد صوتي ساختمانها، آزمايشات متعدد و مطالعات آماري براي راحتي ساكنين و .... شكل گرفته است. اين تحقيقات همچنان به طور پيوسته در كشورهاي صنعتي در حال انجام بوده و در بازه‌هاي زماني مختلف با يافته‌هاي جديد، ضوابط آئين‌نامه‌اي نيز تغيير پيدا مي‌كند. به عنوان نمونه پارامتر تراگسيل هوابرد STC در كشورهاي كانادا و آمريكا در سال 1990 از مقدار 45 به 50 افزايش پيدا نموده است.

به لحاظ ضوابط آكوستيكي ساختمانها در ايران، در سالهاي اخير فعاليت‌هايي صورت گرفته كه نتيجه آن تهيه و ارائه يك كتابچه مقررات ملي ساختمان با عنوان ’’مبحث 18- عايق‌بندي و تنظيم صدا‘‘ مي‌باشد.

با توجه به اينكه مبحث 18 مقررات ملي در سالهاي اخير و با استفاده از ضوابط پايه‌اي آئين‌نامه‌هاي معتبر جهان شكل گرفته است، لذا ضوابط و مقررات ارائه شده در آن در حد استانداردهاي معتبر جهاني است.

در اين بخش بر مبناي مقررات ملي مبحث هجدهم، ضوابط حداقل قابل قبول براي فضاي مختلف و براي سه نوع كاربري ساختمانهاي مسكوني، هتل‌ها و ساختمانهاي اداري و تجاري ارائه مي‌گردد.


در جدول (6) حداقل STC‌هاي مورد نياز براي جدا كننده‌هاي ساختمانهاي اداري و تجاري ارائه شده است.


جدول6- حداقل شاخص كاهش صداي وزن يافته مورد نياز براي جداكننده‌ها در ساختمانهاي اداري و تجاري

عنوان حداقل شاخص كاهش صداي وزن يافته (STC) به dB
جداكننده اتاقهاي اداري، مراكز كامپيوتري، سالن‌هاي عمومي بانك‌ها از فضاي بيروني ساختمان 35
جداكننده ميان اتاقها در ساختمانهاي اداري و تجاري 45
جداكننده اتاقها در ساختمانهاي اداري و تجاري از راهرو 30

مطابق مبحث هجدهم مقررات ملي ساختمان براي حداكثر تراز صداي كوبه‌اي تراگسيل شده از سقف ميان طبقات، رعايت حداكثر تراز صداي كوبه‌اي معمول شده وزن يافته (IIC) به مقدار 50 دسي بل در ساختماهاي مذكور در بند (18-2) مقررات ملي، كه شامل ساختمانهاي مسكوني، هتل‌ها و اداري – تجاري مي‌باشد، الزامي ‌است.


4-5- ضوابط مربوط به مقاومت حداقل در برابر آتش

ضوابط تعيين شده براي بحث آتش در سازه‌هاي كوتاه چند طبقه (Low Rise)، نسبت به سازه‌هاي بلند بسيار آسانتر و سهل الوصول‌تر است. به طوريكه براي سازه‌هاي تك خانوار آئين‌نامه‌ها و مراجع ضوابط خاصي را بر آتش تعيين نمي‌نمايند.

براي ساختمانهاي چند طبقه و آپارتماني كه سازه‌هاي فولادي جدار نازك نيز در اين محدوده قرار مي‌گيرند، در مراجع و آئين‌نامه‌هاي مختلف، ضوابط متفاوتي ارائه شده است. برخلاف ضوابط آكوستيك كه ضوابط مشخص و يكنواختي دارد، بدليل تأثير پارامترهاي متعدد در بحث آتش سوزي، اين ضوابط پراكنده و متنوع مي‌باشد. از جمله پارامترهايي كه در بحث مقاومت در برابر آتش، تأثير گذار است مي‌توان به موارد زير اشاره نمود:

- اهميت ساختمان
- تعداد ساكنين و خانوارهاي موجود در ساختمان
- تعداد طبقات
- نوع سيستم تأسيساتي و سيستم اطفاء حريق پيش بيني شده براي ساختمان
- وجود منابع آتش‌زا در نزديكي ساختمان و ميزان خطر آتش سوزي
- زمان مورد نياز براي رسيدن امداد و آتش نشاني
- فواصل ساختمانها از يكديگر
- نوع ارتباط فضاهاي مجزا به يكديگر (زون بندي ساختمان)
- و .....

لذا در مورد ميزان مقاومت در برابر آتش يك ساختمان، بايد با توجه به شرايط ساختمان و پارامترهاي اشاره شده در فوق، طراح تصميم گيري نمايد و كليه اجزاي مختلف ساختمان، متناسب با آن طراحي و اجرا گردد.

به طور كلي مي‌توان گفت كه ضوابط ارائه شده براي ساختمانهاي كوتاه به لحاظ مقاومت در برابر آتش سوزي(FRR) 45 دقيقه تا يك ساعت مي‌باشد.

در ايران متأسفانه ضوابط و آئين‌نامه خاصي به لحاظ آتش سوزي و تعيين ميزان مقاومت حداقل مورد نياز براي سازه‌ها در هنگام آتش سوزي، وجود ندارد. تنها مرجع مسئول در اين زمينه، فعلاً سازمان آتش نشاني بوده كه يك سري ضوابط داخلي دارد كه بر مبناي آن، طرح تهيه شده براي ساختمانها را ارزيابي نموده و يا اينكه پس از اتمام ساخت بر مبناي بازديد محلي نواقص و يا نيازهاي آتش نشاني را اعلام مي‌نمايد.


در اين بخش از گزارش چند سري جزئيات اجرايي براي ديوارها ارائه مي‌گردد. اين جزئيات و نوع مصالح به كار رفته در آنها، مستقيماً از گزارشات و نتايج آزمايشات مؤسسات برداشت شده است. با توجه به تعدد آزمايشات و مراجع انجام دهنده آزمايشات، يك دسته بندي كلي براي جزئيات ديوارها و كف‌ها صورت گرفته و ترجيحاً از جزئياتي كه استفاده از آنها در پروژه‌هاي آتي محتمل‌تر است، استفاده شده است.

اين جزئيات به نوعي انتخاب شده است كه حداقل مقادير STC و IIC تعيين شده توسط مقررات ملي (مبحث هجدهم) را برآورده نمايد. همچنين جزئياتي كه داراي STC و IIC بالاتر از مقادير آئين‌نامه‌اي مي‌باشند نيز ارائه شده است تا در صورت نياز به شرايط خاص و يا بالا بردن كيفيت آكوستيكي ساختمان، بتوان از اين جزئيات استفاده نمود. در كنار پارامترهاي صوتي سعي شده است اين جزئيات حداقل‌هاي مورد نياز براي ميزان مقاومت در برابر آتش را نيز دارا باشند.

لذا در پروژه‌هاي آتي با توجه به نوع پروژه، كاربري آن و مشخصات و معيارهاي مورد نظر براي آن، مي‌توان از جزئيات اجرايي ديوارها و كف‌هاي ارائه شده در اين بخش، تركيب مورد نظر را انتخاب و در پروژه استفاده نمود.


Part I : Non-Load Bearing Wall Details
Detail D1- Non-Load Bearing Wall ( FRR= 1 hr. , STC=53)
Detail D2- Non-Load Bearing Wall ( FRR= 1 hr. , STC=55 to 59)
Detail D3- Non-Load Bearing Wall ( FRR= 2 hr. , STC=55 to 59)
Detail D4- Non-Load Bearing Wall ( FRR= 2 hr. , STC=55 to 59)

Part II : Load Bearing Wall Details
Detail E1- Load Bearing Wall
Detail E2- Load Bearing Wall ( FRR= 1 hr. )
Detail E3- Load Bearing Wall ( FRR= 1 hr. , STC=40 to 44)
Detail E4- Load Bearing Wall ( STC=46)
Detail E5- Load Bearing Wall ( STC=45)
Detail E6- Load Bearing Exterior wall with various FRR


با توجه به جزئيات ديوارها در اين سيستم، ديوارهاي خارجي dB45-40 STC و ديوارهاي مابين واحدهاي مسكوني dB 55-50 STC را تأمين مي نمايند


5- آلترناتيوهاي مختلف براي اجزاي سيستم ديوارها، كف‌ها، سقف‌ها و در و پنجره

5-1- پوشش کف ها:

در اين سيستم ساختمانها براي پوشش کف طبقه همکف مي توان از يک دال بتني به ضخامت 10cm و اجراي سراميک و يا کفپوش و... استفاده کرد , همچنين براي پوشش کف طبقات بعد از نصب joistهاي کف طبقه مي توان از سيستم هاي زير استفاده کرد:

1. نصب plywood به ضخامت 15mm بر روي joist ها و اجراي يک لايه ملات ماسه سيمان به ضخامت حدود 3cm روي plywood و اجراي سراميک يا کفپوش و ...

2. مي توان با توجه به کاربري سازه، براي كاهش بار مرده کف، لايه ملات ماسه سيمان را حذف کرده و کفپوش و سراميک را با استفاده از چسب روي plywood اجرا کرد.

3. استفاده از ورق هاس سينوسي با ضخامت حدود 0.8mm به جاي plywood و اتصال مستقيم آنها به joistهاي کف و سپس مش بندي با آرماتور نمره 8 و بتن ريزي به ضخامت حدود 8cm و اجراي سراميک و کفپوش روي آن. در اين مورد بار مرده کف نسبت به حالت هاي قبل افزايش مي يابد.

لازم به توضيح مي باشد در تمام موارد ذکر شده از عايق حرارتي و صوتي در فاصله بين joistها استفاده مي شود.


5-2-پوشش ديوارها:

در اين سيستم براي پوشش ديوارهاي داخلي بعد از قرار دادن عايق صوتي و حرارتي بين studهاي ديوار از پانل هاي گچي به ضخامت 15mm براي پوشش studها در هر دو طرف استفاده مي‌شود و سطح پانل هاي گچي را بعد ازtape بندي و بتونه کاري مي توان با رنگهاي مرسوم در کليه ساختمانها و يا کاغذ ديواري و يا پوشش هاي چوبي و پلاستيکي و..... نهايي کرد.

براي ديوار هاي خارجي در قسمت بيروني ديوار از يک لايه plywood به ضخامت 15mm استفاده مي شود. روي plywood كلية نماهاي مرسوم شامل انواع پلاسترها، نماي آلومينيومي، پانل سيماني و ... قابل اجرا مي باشد. اجراي سنگ با اتصالات مكانيكي و يا چسب صورت مي پذيرد. معمولاً سنگ ها با ضخامت بيشتر از 10 ميلي متر مي باشند.

5-3-در و پنجره‌ها:

در اين سيستم ساختماني از نظر نوع در و پنجره هيچگونه محدوديتي نداشته و مي توان از انواع p.v.c ، u.p.v.c ، چوبي ويا آلومينيومي با شيشه هاي دو جداره يا تک جداره استفاده کرد.


5-4- پوشش سقفها:

سقف اين نوع ساختمان ها در دو نوع تخت و يا شيبدار اجرا مي شود. در سقف هاي تخت طول دهانه نسبت به حالت شيبدار کم مي‌باشد.

در سقف هاي تخت مي توان از گزينه هاي زير به عنوان پوشش سقف استفاده کرد:

1. اجراي plywood روي joist هاي سقف و سپس اجراي ملات شيب بندي و اجراي لايه ايزوگام

2. با توجه به کاربري ساختمان در صورت کم بودن تردد هاي بعد روي سقف مي توان ملات شيب بندي را حذف کرده و ايزوگام را به طور مسقيم روي plywood اجرا کرد.

3. مي توان از ورق هاي سينوسي روي joistها استفاده کرد و مانند کف ها بعد از مش بندي، يک لايه بتن به ضخامت حدود 8cm اجرا کرد و بعد از اجراي ملات شيب بندي لايه ايزوگام را اجرا کرد.

در صورت استفاده از سقف شيبدار گزينه هاي زير قابل اجرا مي باشد:

1. نصب plywood روي سازه و اجراي سقف سفالي مانند ويلاها

2. استفاده از ساندويچ پانل ها روي سازه هاي سبک مانند ساختمانهاي اداري و صنعتي

3. استفاده از ورقهاي فلزي و يا سفالهاي رنگي روي سازه مانند سايه بانها