اخبار

در تار و پود بزرگ معماری مدرن، ساخت‌وساز قاب فولادی به‌عنوان یک قهرمان گمنام می‌درخشد—قدرت و سازگاری قابل‌توجه آن، آسمان‌خراش‌های بی‌شماری را پشتیبانی می‌کند و درعین‌حال درک ما از ارتفاع و امکانات ساختمان را اساساً متحول می‌کند. بدون این فناوری پیشگامانه، آن سازه‌های سر به فلک کشیده که آسمان را سوراخ می‌کنند، ممکن بود به نقشه‌های طراحان محدود بمانند یا به شکل‌های کاملاً متفاوتی متجلی شوند. قاب فولادی، با اسکلت مستحکم خود، نه‌تنها از خط افق شهری مدرن پشتیبانی می‌کند، بلکه آزادی و نوآوری بی‌سابقه‌ای را در طراحی معماری فراهم می‌کند.

ساخت‌وساز قاب فولادی، همان‌طور که از نامش پیداست، یک سیستم ساختمانی اسکلتی است که از ستون‌های فولادی و تیرآهن‌های I شکل تشکیل شده است. هسته این سیستم در طراحی ساختاری منحصربه‌فرد آن نهفته است که وزن یک ساختمان را به‌طور مساوی در سراسر قاب توزیع می‌کند و آن را قادر می‌سازد تا با گرانش مقابله کرده و به‌طور نامحدود به سمت بالا گسترش یابد. قاب‌بندی فولادی که جایگزین قاب‌های چدنی قبلی شد، به انتخاب غالب در ساخت‌وساز قرن بیستم تبدیل شد و همچنان بر توسعه معماری مدرن تأثیر می‌گذارد.

ذات قاب‌بندی فولادی در شکل مقطعی اجزای آن، به‌ویژه تیرآهن I شکل که شبیه حرف «I» است، نهفته است. این طرح خودسرانه نیست، بلکه نتیجه محاسبات مکانیکی دقیق است. شکل متمایز تیرآهن‌های I شکل آن‌ها را قادر می‌سازد تا به‌طور مؤثر در برابر تنش‌های مختلف مقاومت کنند و از پایداری و ایمنی سازه اطمینان حاصل کنند.

ستون‌های فولادی دارای بال‌هایی (انتهای افقی تیرآهن I شکل) هستند که ضخیم‌تر و پهن‌تر از تیرها هستند و توانایی آن‌ها را برای مقاومت در برابر تنش‌های فشاری و حفظ پایداری عمودی افزایش می‌دهند. این تکیه‌گاه‌های عمودی فشار رو به پایین زیادی را تحمل می‌کنند و بال‌های ضخیم‌شده از کمانش یا فروریختن جلوگیری می‌کنند. فراتر از تیرآهن‌های I شکل، لوله‌های فولادی مربعی و دایره‌ای نیز اغلب استفاده می‌شوند که گاهی برای استحکام بیشتر با بتن پر می‌شوند. این بخش‌های لوله‌ای مقاومت پیچشی عالی در برابر نیروهای جانبی ارائه می‌دهند، درحالی‌که پر کردن بتن ظرفیت باربری و مقاومت در برابر آتش را بهبود می‌بخشد.

روش‌های اتصال بین تیرها و ستون‌ها نیز به‌همین اندازه حیاتی هستند. سازه‌های فولادی مدرن معمولاً از پیچ و مهره و بست‌های رزوه شده استفاده می‌کنند، درحالی‌که پرچ‌ها از نظر تاریخی غالب بودند. پیچ‌ها سهولت نصب و قابلیت جدا شدن را ارائه می‌دهند و تعمیر و نگهداری و اصلاحات را تسهیل می‌کنند، درحالی‌که پرچ‌ها استحکام اتصال و مقاومت برشی برتری را برای کاربردهای با بار سنگین فراهم می‌کنند.

وب مرکزی تیرآهن‌های I شکل عموماً پهن‌تر از ستون‌ها است تا در برابر لحظات خمشی بزرگ‌تری که در تیرها رخ می‌دهد مقاومت کند و از تغییر شکل جلوگیری کند. به‌عنوان تکیه‌گاه‌های افقی که وزن کف‌ها و سقف‌ها را تحمل می‌کنند، تیرها برای حفظ خواص ضد انعطاف‌پذیری خود به وب‌های پهن‌تری نیاز دارند.

قاب‌های فولادی معمولاً با صفحات فولادی بزرگ پوشانده می‌شوند که قالب‌های موج‌دار را تشکیل می‌دهند. لایه‌های ضخیم بتن که با میلگرد فولادی تقویت شده‌اند، روی این‌ها ریخته می‌شوند تا دال‌های کف جامد ایجاد کنند. این ترکیب از مقاومت فشاری بتن و مقاومت کششی فولاد استفاده می‌کند و یک ماده کامپوزیتی تولید می‌کند که قادر به تحمل هر دو نوع تنش برای دوام بهتر است.

روش‌های جایگزین شامل دال‌های بتنی پیش‌ساخته با لایه‌های تراز—که برای ساخت‌وساز سریع مفید هستند—یا سیستم‌های کف مرتفع در ساختمان‌های اداری است که فضایی بین دال‌های سازه‌ای و کف‌های تمام‌شده برای کابل‌کشی و مجرای هوا ایجاد می‌کنند و دسترسی و سازگاری تعمیر و نگهداری را افزایش می‌دهند.

فولاد در دماهای بالا نرم می‌شود و به‌طور بالقوه منجر به فروریختن جزئی می‌شود، که باعث می‌شود ضد حریق برای ایمنی سرنشینان و حفظ سازه ضروری باشد. روش‌های حفاظتی رایج شامل محصور کردن ستون‌ها در آجر، بتن یا تخته گچی است—موادی با خواص عایق حرارتی عالی که انتقال حرارت به عناصر سازه‌ای را به تأخیر می‌اندازند.

تیرها ممکن است پوشش بتنی، اسپری‌های مقاوم در برابر آتش یا محافظت از طریق مجموعه‌های سقف درجه‌بندی‌شده دریافت کنند. قابل‌توجه است که آزبست—که زمانی یک ماده ضد حریق محبوب بود—در دهه 1970 به‌دلیل خطرات بهداشتی تثبیت‌شده حذف شد.

دیوارهای بیرونی از طریق تکنیک‌های ساختمانی مختلف به قاب‌های فولادی متصل می‌شوند و درعین‌حال سبک‌های معماری متنوعی را به نمایش می‌گذارند. فراتر از عملکردهای زیبایی‌شناختی، این نماها به‌عنوان موانع زیست‌محیطی حیاتی عمل می‌کنند. مواد مختلفی از آجر، سنگ و بتن مسلح گرفته تا شیشه معماری، پانل‌های فلزی یا حتی رنگ ساده، از چارچوب فولادی در برابر آسیب‌های آب‌وهوایی محافظت می‌کنند و درعین‌حال الزامات طراحی را برآورده می‌کنند.

فراتر از قاب‌بندی فولادی سنگین معمولی، قاب‌بندی فولادی سبک‌وزن (LSF) از ورق‌های فولادی گالوانیزه استفاده می‌کند که به‌صورت سرد به میخ‌کوب‌ها برای کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی شکل داده می‌شوند. این سیستم دارای مسیرهای افقی است که به کف و سقف متصل شده‌اند و میخ‌های عمودی معمولاً با فاصله 16 اینچ (410 میلی‌متر) از هم قرار دارند و توسط بست‌ها محکم می‌شوند.

پروفیل‌های مسکونی رایج شامل میخ‌های C شکل و مسیرهای U شکل با ضخامت 12 تا 25 گیج است. گیج‌های ضخیم‌تر (12-14) بارهای محوری قابل‌توجهی را در سازه‌های باربر تحمل می‌کنند، درحالی‌که گیج‌های متوسط (16-18) در برابر نیروهای جانبی مانند بادهای طوفانی مقاومت می‌کنند. میخ‌های نازک‌تر 25 گیج برای پارتیشن‌های داخلی غیر باربر مناسب هستند. فلنج‌های میخ (1¼-3 اینچ عرض) محل قرارگیری روکش‌های دیوار را در خود جای می‌دهند، با دهانه‌های وب (1⅝-14 اینچ) که امکان مسیریابی تأسیسات را فراهم می‌کنند.

تولیدکنندگان ورق‌های فولادی گالوانیزه را به‌عنوان ماده پایه برای مقاطع سرد تولید می‌کنند. نسبت استحکام به وزن بالای فولاد، انعطاف‌پذیری طراحی را برای دهانه‌های طولانی و مقاومت در برابر بارهای لرزه‌ای و باد امکان‌پذیر می‌کند. نصب عایق مناسب برای جلوگیری از پل‌زدن حرارتی—مناطقی با افزایش انتقال حرارت—از طریق لایه‌های عایق بیرونی (شکاف‌های حرارتی) بسیار مهم است.

فاصله میخ‌های استاندارد 16 اینچ در مرکز برای خانه‌ها (متفاوت با توجه به الزامات بار) و 24 اینچ برای دیوارهای سوئیت اداری به‌جز اطراف آسانسورها و راه‌پله‌ها است.

قاب‌بندی فولادی نورد گرم شامل گرم‌کردن اجزای فولادی بالاتر از دمای تبلور (1700 درجه فارنهایت/930 درجه سانتی‌گراد) برای اصلاح ساختار دانه و تراز کردن شبکه‌های کریستالی قبل از نورد دقیق به پروفیل‌های موردنظر است. این فرآیند استحکام و چقرمگی را افزایش می‌دهد و آن را برای سازه‌های سنگین ایده‌آل می‌کند.

در مقایسه با فولاد سرد، مقاطع نورد گرم دارای ضخامت و ابعاد بیشتری هستند و استحکام بالاتری را با حداقل تغییر شکل تحت بارهای سنگین ارائه می‌دهند. درحالی‌که هزینه‌های اولیه بالاتر است، راندمان آن‌ها در پروژه‌های بزرگ—که به اعضای کمتری برای دهانه‌های معادل نیاز دارد—مزایای اقتصادی را برای ساخت‌وسازهای قابل‌توجه فراهم می‌کند.

انتقال از آهن به فولاد به‌عنوان یک ماده سازه‌ای اولیه به‌کندی پیشرفت کرد. اولین ساختمان با قاب آهنی—کارخانه کتان Ditherington—در سال 1797 ظاهر شد، اما فولاد تنها پس از روش تولید هنری بسمر در سال 1855 به‌طور گسترده در دسترس قرار گرفت. تا سال 1870، فولاد با استحکام بالا و مقرون‌به‌صرفه با شکل‌پذیری خوب ظاهر شد، اگرچه آهن آهنگری و چدن به‌دلیل چالش‌های تولید از سنگ‌های معدنی غنی از فسفر—مشکلی که توسط سیدنی گیلکریست توماس در سال 1879 حل شد—رایج باقی ماندند.

عصر ساخت‌وساز فولادی کم‌کربن قابل‌اعتماد در حدود سال 1880 آغاز شد، زمانی که کیفیت فولاد به‌اندازه کافی برای استفاده معماری تثبیت شد.

ساختمان بیمه خانه (1885) با حذف نقش باربر مصالح بنایی، پیشگام ساخت‌وساز اسکلتی شد. در ایالات متحده، ساختمان رند مک‌نالی (1890، شیکاگو) اولین سازه با قاب فولادی شد، درحالی‌که ساختمان بیمه سلطنتی لیورپول (طراحی 1895، ساخت 1896-1903) این فناوری را به بریتانیا معرفی کرد.

قاب‌بندی فولادی به‌عنوان یک فناوری ساخت‌وساز بالغ، نقش محوری در معماری مدرن ایفا می‌کند. نوآوری مستمر بر پایداری از طریق مواد و تکنیک‌های سازگار با محیط‌زیست، در کنار روش‌های ساخت‌وساز هوشمند با استفاده از مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM) و روباتیک برای افزایش راندمان و کیفیت متمرکز است. قاب‌بندی فولادی بدون شک به پیشرفت معماری به‌سمت فضاهای زندگی ایمن‌تر و راحت‌تر ادامه خواهد داد.

نسبت استحکام به وزن بالا: ظرفیت باربری بیشتر را با کاهش وزن سازه امکان‌پذیر می‌کند.

ساخت‌وساز سریع: پیش‌ساختگی کارخانه‌ای امکان مونتاژ سریع در محل را فراهم می‌کند.

انعطاف‌پذیری طراحی: دهانه‌های باز بزرگ‌تر و فضاهای قابل‌انطباق را مجاز می‌سازد.

مقاومت در برابر زلزله: در شرایط زلزله عملکرد خوبی دارد.

پایداری: فولاد بسیار قابل بازیافت است و ضایعات را به حداقل می‌رساند.

آسیب‌پذیری در برابر آتش: به اقدامات ضد حریق جامع نیاز دارد.

حساسیت به خوردگی: به درمان‌های محافظتی در برابر زنگ‌زدگی نیاز دارد.

هزینه‌های مواد بالاتر: قیمت فولاد هزینه‌های اولیه ساخت‌وساز را افزایش می‌دهد.

فولادهای پیشرفته با استحکام بالا: اندازه اعضا و وزن سازه را کاهش دهید.

فناوری‌های سبز: مصرف انرژی و تأثیرات زیست‌محیطی را کاهش دهید.

ساخت‌وساز هوشمند: ابزارهای دیجیتال را برای دقت و راندمان ادغام کنید.

سیستم‌های پیش‌ساخته: تکنیک‌های ساخت‌وساز مدولار را گسترش دهید.

ساخت‌وساز قاب فولادی تأثیر عمیقی بر معماری مدرن داشته است و به تکامل خود برای پاسخگویی به چالش‌های آینده و درعین‌حال شکل‌دادن به خط افق در سراسر جهان ادامه خواهد داد.