آشنایی با سازه‌های فلزی سبک: انواع، مزایا و روش‌های اجرا

سازه‌های فلزی سبک به دلیل ویژگی‌های منحصربه‌فردشان، از جمله وزن کم، مقاومت بالا و سرعت اجرای سریع، در سال‌های اخیر به یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها در صنعت ساخت‌و‌ساز تبدیل شده‌اند. این سازه‌ها با کاهش وزن ساختمان‌ها، نه تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهند، بلکه ایمنی و پایداری را نیز افزایش می‌دهند. در این مقاله پاوان، به معرفی جامع سازه‌های فلزی سبک، انواع آن‌ها، مزایا و معایب، مصالح مورد استفاده، روش‌های اجرا و کاربردهای عملی آن‌ها خواهیم پرداخت.

معرفی کلی سازه‌های فلزی سبک

سازه‌های فلزی سبک، سازه‌هایی هستند که از فولاد یا فلزات دیگر با وزن کم و مقاومت بالا ساخته می‌شوند. این نوع سازه‌ها معمولاً برای کاهش بار مرده ساختمان، افزایش سرعت ساخت و ساز و بهبود عملکرد در برابر نیروهای طبیعی مانند زلزله طراحی می‌شوند.

استفاده از این سازه‌ها در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی روزبه‌روز در حال گسترش است. استفاده از فلز در ساخت‌و‌ساز به قرن 18 میلادی و ساخت پل‌های قوسی چدنی بازمی‌گردد، اما سازه‌های فلزی سبک به‌ویژه از دهه 1950 میلادی با معرفی سیستم‌های پیش‌ساخته مانند LSF (Light Steel Frame) توسعه یافتند.

پیشرفت در تکنولوژی نورد سرد و تولید فولاد گالوانیزه، باعث شد این سازه‌ها در دهه 1990 به‌طور گسترده در پروژه‌های ساختمانی استفاده شوند. امروزه، با توجه به نیاز به ساختمان‌های ایمن‌تر و سریع‌تر، سازه‌های فلزی سبک به یکی از استانداردهای اصلی در ساخت‌و‌ساز تبدیل شده‌اند.

مطالب مرتبط: سازه فلزی چیست؟ بررسی ویژگی‌ها و کاربردهای آن

انواع سازه‌های فلزی سبک از نظر نوع ساختار

در ادامه، انواع اصلی سازه‌های فلزی سبک را با جزئیات معرفی می‌کنیم. این سازه‌ها شامل موارد زیر هستند.

سازهLSF یا فریم فولادی سبک

سازه LSF از پروفیل‌های فولادی سرد نورد شده تشکیل شده که وزن بسیار کمی دارند و برای ساختمان‌های مسکونی و تجاری تا پنج طبقه ایده‌آل هستند. این سازه‌ها با اتصالات پیچ و مهره یا جوشکاری سبک مونتاژ می‌شوند و به دلیل پیش‌ساخته بودن، نصب آن‌ها سریع و آسان است.

مقاومت بالای این سازه در برابر زلزله و انعطاف‌پذیری طراحی آن، آن را به گزینه‌ای محبوب برای مناطق لرزه‌خیز تبدیل کرده است. همچنین، امکان افزودن لایه‌های عایق حرارتی و صوتی به این سازه‌ها، عملکرد انرژی ساختمان را بهبود می‌بخشد.

سازه پانلی پیش‌ساخته

سازه پانلی پیش‌ساخته از پانل‌های فلزی سبک تشکیل شده که به‌عنوان دیوارهای باربر یا جداکننده در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند و معمولاً با لایه‌های عایق مانند پلی‌استایرن یا پشم شیشه پوشیده می‌شوند.

 این پانل‌ها در کارخانه تولید و به محل پروژه منتقل می‌شوند، که سرعت اجرا را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

استحکام این سازه‌ها برای ساختمان‌های کوچک و متوسط کافی است، اما برای سازه‌های بلند ممکن است نیاز به پشتیبانی اضافی داشته باشند. این نوع سازه به دلیل وزن کم و هزینه نسبتاً پایین، در پروژه‌های اقتصادی و سریع بسیار پرکاربرد است.

سازه فضاکار سبک

سازه‌های فضاکار سبک از اعضای مثلثی شکل فلزی تشکیل شده‌اند که برای پوشش دهانه‌های بزرگ بدون نیاز به ستون‌های میانی طراحی شده‌اند و در سالن‌ها، سوله‌ها و ورزشگاه‌ها استفاده می‌شوند.

این سازه‌ها با استفاده از اصول هندسه و توزیع نیرو، وزن بسیار کمی دارند در حالی که استحکام بالایی ارائه می‌دهند. اتصالات در این سازه‌ها معمولاً با پیچ و مهره یا جوش انجام می‌شود و پوشش‌های ضدزنگ برای افزایش دوام آن‌ها ضروری است. انعطاف‌پذیری طراحی این سازه‌ها، آن را برای پروژه‌های خاص و خلاقانه مناسب می‌کند.

سازه خرپایی سبک

سازه‌های خرپایی سبک از اعضای کششی و فشاری فلزی تشکیل شده‌اند که به شکل مثلثی متصل هستند و برای سقف‌ها، پل‌ها و سازه‌های با دهانه بزرگ استفاده می‌شوند.

این سازه‌ها وزن کمی دارند و به دلیل ساختار مثلثی، توزیع نیرو در آن‌ها بهینه است، که منجر به استحکام بالا می‌شود. نصب این سازه‌ها نیازمند دقت زیاد در طراحی و اجرای اتصالات است و معمولاً در پروژه‌هایی با نیاز به پوشش دهانه‌های وسیع به کار می‌روند.

دوام و مقاومت این سازه‌ها در برابر بارهای سنگین و شرایط محیطی، آن را به گزینه‌ای مطمئن برای کاربردهای صنعتی تبدیل کرده است.

مطالب مرتبط: دیتیل و جزئیات سازه فلزی از اتصالات تیر به تیر تا تیر به ستون

مقایسه انواع سازه‌های فلزی سبک

برای انتخاب بهترین نوع سازه، مقایسه آن‌ها از جنبه‌های مختلف ضروری است. در ادامه هرکدام از این سازه‌ها را با هم مقایسه می‌کنیم.

• از نظر وزن: سازه LSF و پانلی پیش‌ساخته بسیار سبک هستند، در حالی که سازه‌های فضاکار و خرپایی کمی سنگین‌ترند اما همچنان سبک‌تر از سازه‌های سنتی هستند.
• از نظر استحکام: سازه‌های فضاکار و خرپایی به دلیل ساختار مثلثی، استحکام بیشتری در برابر نیروهای کششی و فشاری دارند، در حالی که LSF و پانلی برای ساختمان‌های با بار کمتر مناسب‌اند.
• از نظر هزینه: سازه LSF و پانلی معمولاً ارزان‌تر هستند، اما سازه‌های فضاکار و خرپایی به دلیل پیچیدگی بیشتر، هزینه بالاتری دارند.
• از نظر سرعت اجرا: همه این سازه‌ها سرعت بالایی دارند، اما LSF به دلیل پیش‌ساخته بودن، سریع‌ترین گزینه است.
• از نظر دوام و طول عمر: سازه‌های فضاکار و خرپایی به دلیل ساختار قوی‌تر، طول عمر بیشتری دارند، اما همه این سازه‌ها با پوشش گالوانیزه در برابر خوردگی مقاوم‌اند.

در جدول زیر به صورت خلاصه می‌توانید مقایسه‌ها را ببینید.

نوع سازه	وزن	استحکام	هزینه	سرعت اجرا	دوام و طول عمر
LSF	بسیار سبک	متوسط	کم	بسیار بالا	خوب
پانلی پیش‌ساخته	سبک	متوسط	کم	بالا	خوب
فضاکار	متوسط	بالا	زیاد	متوسط	بسیار خوب
خرپایی	متوسط	بالا	زیاد	متوسط	بسیار خوب

مزایا و معایب سازه‌های فلزی سبک

سازه‌‌های فلزی سبک در کنار ساختار و قابلیت‌هایی که دارند، مزایا و معایب خاص خود را نیز دارند. در ادامه به برخی از مهم‌ترین مزایا و معایب‌ آن‌ها می‌پردازیم.

مزایا

• کاهش وزن ساختمان: وزن کم این سازه‌ها، بار مرده ساختمان را کم کرده و هزینه‌های ساخت و حمل‌ونقل را کاهش می‌دهد.
• سرعت بالا در اجرا: به دلیل پیش‌ساخته بودن و اتصالات سریع، سرعت اجرای پروژه به‌طور چشمگیری افزایش می‌یابد.
• مقاومت در برابر زلزله: ساختار سبک و توزیع مناسب نیرو، باعث عملکرد بهتر در برابر زلزله می‌شود.
• عایق حرارتی و صوتی: افزودن لایه‌های عایق باعث صرفه‌جویی انرژی و کاهش آلودگی صوتی می‌شود.
• صرفه‌جویی در مصالح: استفاده بهینه از مواد باعث کاهش ضایعات و هزینه‌ها شده و به محیط زیست کمک می‌کند.

معایب

• محدودیت در دهانه و ارتفاع: برای سازه‌های بلند یا با دهانه بزرگ، نیاز به تقویت یا سیستم‌های مکمل وجود دارد.
• نیاز به نیروی متخصص: طراحی و اجرای صحیح نیاز به مهارت بالا دارد، که ممکن است هزینه‌بر یا دشوار باشد.
• هزینه اولیه برخی مواد: برخی مصالح تخصصی ممکن است هزینه شروع پروژه را بالا ببرند، هرچند در بلندمدت جبران می‌شود.
• حساسیت به خوردگی: در صورت آسیب دیدن پوشش محافظ، خطر زنگ‌زدگی وجود دارد و نیاز به نگهداری مداوم دارد.
• محدودیت در طراحی معماری: در برخی موارد، این نوع سازه‌ها آزادی کمتری در طراحی‌های خاص یا پیچیده دارند.

مصالح مورد استفاده در سازه‌های فلزی سبک

مصالح اصلی شامل فولاد گالوانیزه، پروفیل‌های سرد نورد شده، و ورق‌های فولادی نازک هستند که وزن کم و مقاومت بالایی دارند. همچنین از لایه‌های عایق مانند پشم شیشه یا پلی‌استایرن، پیچ و مهره برای اتصالات، و گاهی بتن برای فونداسیون همراه با پوشش‌های ضد زنگ و ضد حریق برای افزایش دوام استفاده می‌شود.

روش‌های اجرای سازه‌های فلزی سبک

سازه‌های فلزی سبک یا LSF معمولاً به دو روش اصلی اجرا می‌شوند: ساخت در محل (Stick Built) و ساخت خارج از محل یا پنلایز (Off-Site / Panelize). در ادامه این دو روش به‌صورت جداگانه معرفی می‌شوند.

ساخت در محل

در روش ساخت درجا یا Stick Built، قطعات سازه‌ای مستقیماً در محل پروژه مونتاژ می‌شوند. ابتدا رانرهای پایینی بر روی کف اجرا می‌گردند و در ادامه، رانرهای بالایی در تراز مناسب جایگذاری می‌شوند.

سپس استادها (اعضای عمودی سازه) بین این دو رانر به‌صورت شاقول و تراز شده نصب می‌شوند. این روش بیشتر برای دیوارهای غیرباربر یا جداکننده‌های داخلی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این حال، در شرایط خاص مثل زمان‌هایی که امکان استفاده از دیوارهای پیش‌ساخته وجود ندارد یا دسترسی به محل محدود است، از همین روش درجا برای اجرای دیوارهای باربر نیز استفاده می‌شود.

ساخت خارج از محل (Off-Site) – پنلایز (Panelize)

روش دوم، ساخت خارج از محل یا پنلایز است که امروزه رایج‌ترین شیوه اجرای سازه‌های LSF محسوب می‌شود. در این روش، دیوارها و اجزای سازه به‌صورت پنل‌های پیش‌ساخته در کارخانه یا کارگاه ساخته می‌شوند.

پس از طراحی کامل پلان، پنل‌ها شماره‌گذاری شده و طبق نقشه محل قرارگیری، آماده حمل به محل پروژه می‌شوند. اجرای این پنل‌ها در محل با روش نصب تیلت‌آپ (Tilt-up) انجام می‌گیرد.

در این روش، بسیاری از مراحل مانند عبور تاسیسات، عایق‌کاری، نصب پوشش‌های خارجی و حتی اجرای نما در مرحله پیش‌ساخت انجام می‌شود، به‌طوری‌که تنها نصب پوشش‌های داخلی به محل اجرا موکول می‌شود.

مطالب مرتبط: سازه کش بستی (Tensegrity) چیست و انواع آن کدامند؟

کاربردهای عملی سازه های فلزی سبک

سازه‌های فلزی سبک در عمل کاربردهای گسترده‌ای دارند. از مهم‌ترین کاربرهای آن می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ساخت ویلا و خانه‌های پیش‌ساخته: یکی از رایج‌ترین کاربردهای سازه‌های فلزی سبک، ساخت ویلاهای یک‌طبقه یا دوبلکس در مناطق مختلف است. سرعت بالا، وزن کم، و امکان اجرای تمیز و دقیق باعث شده این روش گزینه‌ای ایده‌آل برای پروژه‌های ویلایی باشد.
• افزایش طبقات روی ساختمان‌های موجود: به دلیل وزن بسیار کم نسبت به سازه‌های بتنی یا فلزی سنتی، LSF انتخاب مناسبی برای اضافه کردن طبقات بر روی سازه‌های قدیمی است، بدون آن‌که بار اضافی زیادی به فونداسیون وارد شود.
• ساخت فضاهای الحاقی و توسعه بنا: در پروژه‌هایی که نیاز به اضافه‌کردن اتاق، واحد یا فضاهایی مثل آشپزخانه و سرویس دارند، سازه فلزی سبک به‌راحتی و بدون تخریب زیاد به ساختمان اصلی متصل می‌شود.
• ساختمان‌های اداری و آموزشی موقت یا دائم: برای ساخت دفاتر کار، کلاس‌های درس، خوابگاه‌ها یا حتی درمانگاه‌های موقت، استفاده از LSF به دلیل سرعت اجرا و قابلیت جابه‌جایی گزینه مناسبی است.
• پارتیشن‌بندی داخلی در ساختمان‌ها: در طراحی داخلی ساختمان‌های بزرگ، از سازه‌های فلزی سبک برای تقسیم‌بندی فضاها استفاده می‌شود. این روش هم سبک است و هم اجرای آن سریع‌تر و بدون تخریب سازه اصلی انجام می‌گیرد.
• کمپ‌های کارگاهی و مسکونی پروژه‌های عمرانی: در پروژه‌های عمرانی بزرگ مثل سدسازی یا راه‌سازی که نیاز به کمپ‌های اسکان موقت برای پرسنل وجود دارد، استفاده از LSF برای ساخت سازه‌های سریع‌الاجرا، بسیار رایج و اقتصادی است.
• غرفه‌های نمایشگاهی و سازه‌های موقت: برای ساخت غرفه‌ها، سازه‌های موقت و سالن‌های قابل باز و بسته‌شدن، سازه فلزی سبک به‌دلیل مونتاژ سریع، سبک بودن و قابلیت بازیافت، کاربرد زیادی دارد.

سخن آخر

سازه‌های فلزی سبک با ترکیب مزایای متعدد از جمله وزن کم، سرعت اجرا و مقاومت بالا، گزینه‌ای ایده‌آل برای پروژه‌های ساختمانی مدرن هستند.

با وجود برخی محدودیت‌ها، انتخاب درست نوع سازه و روش اجرا می‌تواند چالش‌ها را به حداقل برساند. اگر به دنبال ساخت‌و‌سازی سریع، اقتصادی و ایمن هستید، سازه‌های فلزی سبک می‌توانند پاسخگوی نیازهای شما باشند.