معرفی انواع اسکلت فلزی ساختمان

ساختمان ها، همانند بدن انسان، به استخوان بندی محکمی نیاز دارند تا در برابر فشارها، وزن و نیروهای جانبی دوام بیاورند. اسکلت فلزی یکی از رایج ترین و درعین حال مقاوم ترین سیستم های سازه ای است که امروزه در پروژه های عمرانی مدرن مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع اسکلت به دلیل سرعت اجرا، استحکام بالا و انعطاف پذیری در طراحی، به انتخاب اول بسیاری از مهندسان و معماران تبدیل شده است. در ادامه، به صورت جامع به بررسی انواع اسکلت فلزی ساختمان، ویژگی ها، مراحل اجرا و عوامل مؤثر بر قیمت آن می پردازیم.

اسکلت فلزی چیست و چه کاربردی در ساختمان دارد؟

اسکلت فلزی به سازه ای گفته می شود که اجزای اصلی باربر آن، یعنی ستون ها و تیرها، از فولاد ساخته شده اند. وظیفه این اسکلت، تحمل بارهای واردشده از طبقات، باد، زلزله و سایر نیروهای خارجی است. فولاد به دلیل مقاومت کششی و فشاری بالا، انتخابی هوشمندانه برای اسکلت سازه به شمار می رود.

کاربرد اسکلت فلزی تنها به برج ها یا ساختمان های مرتفع محدود نیست. امروزه در ساختمان های مسکونی، تجاری، صنعتی و حتی سوله ها و انبارها نیز از این نوع سازه استفاده می شود. علاوه بر این، اسکلت فلزی در پروژه هایی که نیاز به بازسازی یا توسعه در آینده دارند، مزیت ویژه ای دارد؛ زیرا تغییر یا افزایش طبقات در سازه های فولادی به مراتب ساده تر از سازه های بتنی است.

در برآورد هزینه ساخت اسکلت فلزی، قیمت آهن آلات نقش تعیین کننده ای دارد و نوسانات بازار مستقیماً بر هزینه نهایی پروژه تأثیر می گذارد.

مزایا و معایب استفاده از اسکلت فلزی

استفاده از اسکلت فلزی مزایای متعددی دارد، اما آشنایی با معایب احتمالی آن نیز برای تصمیم گیری آگاهانه ضروری است.

مزایا:

• مقاومت بالا در برابر نیروهای کششی و فشاری: فولاد به دلیل خاصیت ارتجاعی خود در برابر زلزله و فشارهای سنگین عملکردی عالی دارد.
• سرعت اجرای بالا: قطعات فلزی در کارخانه تولید و در محل پروژه تنها مونتاژ می شوند که زمان ساخت را به طور چشمگیری کاهش می دهد.
• امکان اجرای دهانه های بزرگ: در اسکلت فلزی می توان بدون نیاز به دیوارهای باربر، دهانه هایی با عرض زیاد ایجاد کرد که برای فضاهای تجاری بسیار مناسب است.
• قابلیت بازیافت: فولاد از معدود مصالح ساختمانی است که پس از پایان عمر مفید سازه نیز می توان آن را به چرخه تولید بازگرداند.

معایب:

• حساسیت به خوردگی: در مناطق مرطوب یا صنعتی، فولاد در معرض زنگ زدگی قرار دارد و نیازمند پوشش های ضدزنگ و نگهداری مستمر است.
• تأثیرپذیری از حرارت: فولاد در برابر آتش مقاومت کمتری نسبت به بتن دارد و در دماهای بالا تغییر شکل می دهد.
• هزینه نگهداری: رنگ آمیزی، پوشش ضدحریق و بازبینی اتصالات هزینه های جانبی این نوع اسکلت محسوب می شود.

معرفی انواع اسکلت فلزی ساختمان

اسکلت های فلزی بسته به نوع مقطع و شیوه اتصال اعضا، به چند دسته تقسیم می شوند. هرکدام از این سیستم ها ویژگی ها، کاربردها و الزامات اجرایی خاص خود را دارند که در ادامه بررسی می کنیم.

اسکلت فلزی با مقاطع نورد شده (Hot Rolled)

در این روش، اجزای سازه از پروفیل های استانداردی مانند تیرآهن، نبشی، سپری یا ناودانی ساخته می شوند که در کارخانه با استفاده از فرآیند نورد گرم تولید شده اند. کیفیت این مقاطع یکنواخت و مطابق با استانداردهای بین المللی است.

مزیت اصلی اسکلت های نورد شده، دقت بالا و مقاومت مکانیکی مطمئن است. این نوع سازه برای ساختمان هایی با طبقات محدود یا پروژه هایی که سرعت اجرا در اولویت است، انتخابی اقتصادی محسوب می شود. تنها محدودیت آن، تنوع مقاطع محدود در بازار است که ممکن است در پروژه های خاص، نیاز به مقاطع سفارشی احساس شود.

اسکلت فلزی با مقاطع جوش شده (Built-Up)

در اسکلت های جوش شده، اعضای اصلی مانند تیر و ستون از ورق های فولادی ساخته می شوند که توسط جوشکاری به یکدیگر متصل می گردند. این روش امکان تولید مقاطع با ابعاد و مقاومت دلخواه را فراهم می کند.

از مزایای مهم این نوع اسکلت می توان به انعطاف پذیری طراحی، تحمل بارهای سنگین و استفاده در سازه های مرتفع یا صنعتی اشاره کرد. با این حال، کیفیت نهایی تا حد زیادی به مهارت جوشکار و کنترل های کیفی در محل پروژه وابسته است؛ در نتیجه، نظارت مهندسی دقیق در این نوع اسکلت اهمیت ویژه ای دارد.

برای اجرای ستون ها و تیرهای اصلی سازه، آگاهی از قیمت تیرآهن به روز به مهندسان کمک می کند تا مصالح را در مناسب ترین زمان تهیه کنند.

اسکلت فلزی پیچ و مهره ای

در این سیستم، اعضای فولادی به جای جوش، با پیچ و مهره به یکدیگر متصل می شوند. این روش از مدرن ترین شیوه های اجرای اسکلت فلزی به شمار می رود و به دلیل کنترل کیفی بالا در کارخانه، دقت و سرعت بی نظیری دارد.

مزایای آن شامل اجرای تمیز، سرعت نصب بالا، قابلیت باز و بسته شدن سازه، و ایمنی در برابر خطاهای انسانی است. به همین دلیل، اسکلت های پیچ و مهره ای در پروژه های بزرگ، برج ها و سازه های صنعتی بیشترین کاربرد را دارند.

اسکلت فلزی جوشی

اسکلت جوشی یکی از رایج ترین انواع سازه های فولادی در ایران است. در این روش، اعضا در محل پروژه از طریق جوشکاری به هم متصل می شوند. مزیت آن دسترسی آسان به تجهیزات و نیروی کار متخصص در محل است، اما در عوض، کنترل کیفی دشوارتر و وابسته به شرایط محیطی (مانند رطوبت یا دما) است.

اگرچه اسکلت جوشی در پروژه های کوچک تر به صرفه تر است، اما در سازه های بزرگ به دلیل دشواری بازرسی جوش ها و احتمال خطای انسانی، روش پیچ و مهره ای ترجیح داده می شود.

اسکلت فلزی ترکیبی (کامپوزیت)

در سازه های ترکیبی، از ترکیب فولاد و بتن برای بهره مندی از مزایای هر دو ماده استفاده می شود. معمولاً ستون ها فولادی و دال یا کف ها بتنی هستند. این ترکیب باعث افزایش مقاومت، کاهش وزن کلی سازه و بهبود عملکرد در برابر زلزله می شود.

سازه های کامپوزیت امروزه در ساختمان های اداری و برج های مسکونی لوکس رواج فراوانی یافته اند؛ زیرا ضمن استحکام بالا، صرفه جویی قابل توجهی در مصالح و فضا ایجاد می کنند.

تفاوت اسکلت فلزی با اسکلت بتنی

تفاوت این دو سیستم، فراتر از نوع مصالح است. اسکلت بتنی بر پایه مقاومت فشاری بتن و میلگرد طراحی می شود، در حالی که اسکلت فلزی بر نیروی کششی فولاد تکیه دارد.

• اسکلت فلزی وزن کمتری دارد و در برابر زلزله عملکرد بهتری نشان می دهد.
• زمان اجرای آن کمتر است، اما هزینه اولیه بالاتری دارد.
• در مقابل، اسکلت بتنی در برابر آتش مقاوم تر بوده ولی بازسازی آن دشوارتر است.

انتخاب میان این دو نوع اسکلت باید با در نظر گرفتن موقعیت جغرافیایی، نوع کاربری ساختمان، بودجه و سرعت مورد انتظار پروژه انجام شود.

در ساختمان های کوچک یا پروژه های سبک تر، استفاده از مقاطع استاندارد با توجه به قیمت تیرآهن ۱۲ گزینه ای اقتصادی و درعین حال مقاوم به شمار می رود.

مراحل اجرای اسکلت فلزی در ساختمان

فرآیند اجرای اسکلت فلزی شامل چند گام کلیدی است:

ابتدا طراحی سازه بر اساس محاسبات دقیق بارگذاری انجام می شود. سپس مقاطع فولادی در کارخانه تولید یا برش می خورند. مرحله بعد، مونتاژ و نصب ستون ها و تیرها با استفاده از جرثقیل و اتصالات استاندارد است.

پس از نصب کامل، عملیات جوشکاری یا پیچ کاری، تراز کردن و تست نهایی اتصالات صورت می گیرد. در پایان نیز پوشش های ضدزنگ و ضدحریق اجرا می شوند تا دوام سازه در بلندمدت تضمین گردد.

بررسی هزینه و عوامل مؤثر بر قیمت اسکلت فلزی

قیمت اسکلت فلزی تابع عوامل متعددی است. مهم ترین آن ها عبارت اند از:

• قیمت روز فولاد: بیشترین سهم هزینه مربوط به مواد اولیه است.
• نوع مقطع و سیستم اتصال: اسکلت های پیچ و مهره ای معمولاً گران تر از جوشی هستند، اما سرعت نصب بیشتری دارند.
• ارتفاع و متراژ ساختمان: هرچه سازه بزرگ تر باشد، حجم فولاد مصرفی افزایش می یابد.
• دستمزد نیروی انسانی و حمل ونقل: هزینه نصب، جوشکاری، رنگ و پوشش نیز در برآورد کلی لحاظ می شود.

در پروژه های بزرگ، استفاده از طراحی بهینه و نرم افزارهای مهندسی می تواند میزان فولاد مصرفی را کاهش داده و هزینه تمام شده را به شکل قابل توجهی پایین آورد.

در پروژه های بزرگ و صنعتی، بسیاری از پیمانکاران ترجیح می دهند مصالح خود را بر اساس قیمت تیرآهن ذوب آهن اصفهان محاسبه کنند، زیرا کیفیت و استاندارد بالای این محصولات تضمین کننده دوام سازه است.

نکات مهم در طراحی و اجرای اسکلت فلزی

• رعایت استانداردهای جوشکاری و اتصالات پیچ و مهره ای از حیاتی ترین اصول است.
• پوشش ضدزنگ و رنگ اپوکسی باید مطابق با شرایط اقلیمی انتخاب شود.
• نظارت مهندس ناظر و کنترل کیفی مستمر، تضمین کننده دوام و ایمنی سازه است.
• طراحی باید به گونه ای باشد که حداکثر تعادل میان مقاومت، وزن و هزینه برقرار گردد.

سؤالات متداول