مقاطع فولادی سبک یا CFS یکی از مهمترین اجزای سازه LSF هستند و عملکرد صحیح آنها به مجموعهای از ویژگیهای هندسی، مکانیکی و اجرایی وابسته است. برای انتخاب یک مقطع مناسب، تنها شکل ظاهری یا وزن آن کافی نیست و باید مشخصات فنی مختلف آن بررسی شود.
۱. ضخامت ورق مقطع ضخامت ورق یکی از مهمترین مشخصات مقاطع LSF است. ضخامت میتواند بر مقاومت، سختی، وزن و رفتار عضو در برابر کمانش تأثیر بگذارد. هرچه ضخامت و سایر مشخصات مقطع تغییر کنند، ظرفیت آن نیز تغییر خواهد کرد. بنابراین ضخامت باید متناسب با نوع عضو و نیروهای وارد بر آن انتخاب شود. نکته مهم: نباید ضخامت مقاطع تمام قسمتهای ساختمان را بدون محاسبه یکسان در نظر گرفت.
۲. عرض و عمق مقطع یکی دیگر از مشخصات مهم، عمق جان و عرض بالهای مقطع است. این ابعاد بر سختی و ظرفیت باربری عضو تأثیر دارند. برای مثال، در یک تیرچه کف، عمق بیشتر مقطع میتواند در شرایط مشخص باعث افزایش سختی خمشی شود؛ اما این موضوع بهتنهایی برای انتخاب مقطع کافی نیست و باید کمانش، اتصالات و شرایط تکیهگاهی نیز بررسی شوند.
۳. شکل هندسی مقطع مقاطع LSF معمولاً دارای شکلهایی مانند C، U و انواع مقاطع دارای لبه یا سختکننده هستند. هندسه مقطع نقش مهمی در عملکرد آن دارد. خمها و لبههای ایجادشده در مقطع میتوانند سختی ورق را افزایش داده و بر رفتار آن در برابر کمانش تأثیر بگذارند. به همین دلیل، دو مقطع با مقدار فولاد مشابه، لزوماً رفتار سازهای یکسانی ندارند.
۴. نوع فولاد و خواص مکانیکی جنس فولاد استفادهشده نیز اهمیت زیادی دارد. مشخصاتی مانند:
در طراحی مقاطع مورد توجه قرار میگیرند. این مشخصات باید از مدارک فنی معتبر تولیدکننده دریافت شوند و هنگام طراحی با الزامات پروژه مطابقت داده شوند.
۵. وزن مقطع یکی از ویژگیهای شناختهشده LSF، استفاده از مقاطع سبک است. وزن مقطع مستقیماً بر وزن اسکلت و در نتیجه بر برخی نیازهای حمل، جابهجایی و نصب تأثیر میگذارد. با این حال، سبکتر بودن همیشه به معنای مناسبتر بودن نیست. مقطع باید در کنار وزن، از نظر مقاومت و پایداری نیز جوابگوی نیاز پروژه باشد.
۶. ممان اینرسی و مدول مقطع در طراحی اعضای خمشی، مشخصاتی مانند ممان اینرسی و مدول مقطع اهمیت دارند. ممان اینرسی به سختی خمشی عضو مرتبط است و در بررسی تغییرشکل و خیز مورد استفاده قرار میگیرد. مدول مقطع نیز در ارزیابی رفتار خمشی عضو اهمیت دارد. این پارامترها به شکل و ابعاد مقطع وابسته هستند.
۷. شعاع ژیراسیون شعاع ژیراسیون یکی دیگر از مشخصات هندسی مقطع است که در بررسی رفتار اعضای فشاری و کمانش اهمیت دارد. هرچه شرایط هندسی و مهاربندی عضو تغییر کند، رفتار آن در برابر ناپایداری نیز میتواند تغییر کند. به همین دلیل این مشخصه در محاسبات اعضای فشاری مورد توجه قرار میگیرد.
۸. وضعیت کمانش مقطع مقاطع فولادی سبک به دلیل نازکجداره بودن، نسبت به پدیدههای کمانش حساس هستند. در طراحی آنها باید حالتهایی مانند: کمانش کلی، کمانش موضعی و کمانش اعوجاجی بررسی شوند. در برخی اعضا ممکن است چند حالت کمانش بهصورت همزمان بر ظرفیت نهایی اثر بگذارند؛ بنابراین انتخاب مقطع بدون بررسی پایداری کامل نیست.
۹. طول عضو و شرایط مهاربندی ظرفیت یک مقطع فقط به خود پروفیل وابسته نیست. طول عضو و نحوه مهاربندی آن نیز بسیار مهم است. برای مثال، یک استاد کوتاه و یک استاد بلند با مقطع یکسان الزاماً ظرفیت یکسانی ندارند، زیرا شرایط کمانش و پایداری آنها متفاوت است. به همین دلیل هنگام طراحی باید طول آزاد عضو و نقاط مهاربندی آن مشخص باشند.
۱۰. پوشش گالوانیزه بسیاری از مقاطع مورد استفاده در LSF دارای پوشش گالوانیزه هستند. این پوشش برای کاهش خطر خوردگی فولاد در شرایط محیطی مختلف اهمیت دارد. میزان و نوع پوشش باید متناسب با مشخصات محصول و شرایط محیطی پروژه باشد. همچنین آسیبدیدگی پوشش در زمان برش، سوراخکاری یا نصب باید تا حد امکان کنترل شود.
۱۱. دقت ابعادی و کیفیت تولید دقت در تولید مقاطع LSF اهمیت زیادی دارد. انحراف در ابعاد، تابداشتگی، ناصافی یا خطا در محل سوراخهای کارخانهای میتواند مونتاژ قاب را دشوار کند. در پروژههای پیشساخته، دقت تولید اهمیت بیشتری پیدا میکند، زیرا قطعات باید مطابق نقشه و با تلرانس مناسب تولید شوند.
۱۲. محل و ابعاد سوراخها بسیاری از مقاطع LSF دارای سوراخهایی برای عبور تأسیسات یا ایجاد اتصالات هستند. محل، اندازه و شکل این سوراخها باید کنترل شود؛ زیرا سوراخکاری نامناسب میتواند ظرفیت عضو را کاهش دهد، بهخصوص در اعضایی که تحت فشار، خمش یا برش قرار دارند. ایجاد سوراخ جدید در عضو سازهای بدون بررسی مهندسی توصیه نمیشود.
۱۳. نوع اتصالپذیری مقطع مقطع باید با سیستم اتصال پروژه سازگار باشد. در LSF معمولاً اتصال اعضا با استفاده از پیچها و اتصالدهندههای مناسب انجام میشود. بنابراین هنگام انتخاب مقطع باید امکان اجرای صحیح اتصال، دسترسی ابزار و فضای کافی برای نصب نیز در نظر گرفته شود.
۱۴. ظرفیت باربری ظرفیت باربری هر مقطع به عوامل مختلفی مانند:
وابسته است. در نتیجه، نمیتوان ظرفیت یک مقطع را صرفاً با نگاهکردن به ابعاد آن تعیین کرد.
۱۵. عملکرد مقطع در دیوار، کف و سقف مشخصات مورد نیاز مقطع با توجه به محل استفاده متفاوت است. استاد دیوار معمولاً برای تحمل نیروهای قائم و در برخی سیستمها نیروهای جانبی طراحی میشود. تیرچه کف بیشتر در برابر خمش، برش، خیز و ارتعاش بررسی میشود. اعضای سقف نیز باید علاوه بر وزن خود سقف، بارهای محیطی و سایر بارهای مربوط به سیستم سقف را تحمل کنند. بنابراین یک مقطع ممکن است برای یک قسمت مناسب باشد اما برای قسمت دیگر مناسب نباشد.
جمعبندی برای انتخاب مقاطع فولادی سبک در سازه LSF باید مجموعهای از مشخصات هندسی، مکانیکی، سازهای و اجرایی بررسی شود. ضخامت، ابعاد مقطع، نوع فولاد، ممان اینرسی، وزن، پوشش گالوانیزه، شرایط مهاربندی و ظرفیت اتصال همگی در عملکرد نهایی مقطع نقش دارند. مهمتر از همه، مقطع مناسب مقطعی است که بر اساس بارگذاری و محاسبات همان پروژه انتخاب شده باشد؛ بنابراین نمیتوان یک ضخامت، ابعاد یا فاصله ثابت را برای تمام ساختمانهای LSF مناسب دانست.