LSF در مناطق مرطوب: چالش‌ها و توصیه‌های مهندسی

امروزه مقاومت سازه LSF در مناطق مرطوب موردتوجه طراحان و مهندسان زیادی قرار گرفته است. تصور کنید در ویلایی در کنار ساحل دریای خزر زندگی می‌کنید، هوا پر از رطوبت است و باران‌های ناگهانی خیابان‌ها را به رودخانه تبدیل می‌کنند. در اینجا، ساختمان‌ها تنها پناهگاه نیستند؛ بلکه نبردی دائمی با رطوبتی هستند که به دیوارها نفوذ می‌کند، فلزات را در معرض زنگ‌زدگی قرار می‌دهد و کپک می‌زنند.

سازه‌های ال اس اف برای بقا در چنین محیط‌های بی‌رحمی به مهندسی دقیق نیاز دارند. عملکرد LSF در آب‌ و هوای شرجی با ستون‌ها و ریل‌های فولادی شکل‌گرفته سرد، جایگزینی سبک‌وزن برای مصالح سنتی یا چوب ارائه می‌دهد و ساخت سریع‌تر با هزینه‌ای کمتر را نوید می‌دهد. در این مقاله از سری مقالات فراز سازه با ما همراه باشید تا به بررسی مقاوم‌ سازی LSF در مناطق مرطوب بپردازیم.

سازه LSF در مناطق مرطوب: جذابیتLSF  در آب‌ و هوای چالش ‌برانگیز

ساخت LSF در دهه 1930 پدیدار شد و از نیازهای پس از جنگ، مسکن سریع و ارزان به گزینه‌ای محبوب برای ساختمان‌های کم ارتفاع مدرن تبدیل شد. سازه LSF شامل سیستمی متقاطع از فولادی نازک گالوانیزه همراه با ستون‌هایی با فاصله 400 الی 600 میلی‌متر، پوشیده شده با موادی مانند OSB یا گچ برد و عایق شده با پشم معدنی یا فوم است. چه چیزی سازه‌های LSF  را متمایز می‌کند؟

وزن سبک سازه‌های ال اس اف (حدود 25 الی 30 کیلوگرم بر متر مربع دیوارها) تقاضای فونداسیون را کاهش می‌دهد و مونتاژ را سرعت می‌بخشد. این فرایند اغلب زمان ساخت را 30 الی 50 درصد نسبت به بلوک‌های بتنی کاهش می‌دهد. در مناطق مرطوب، این ماژولاریتی یک مزیت محسوب می‌شود؛ پنل‌ها می‌توانند در کارخانه‌ها، دور از تاخیرهای بخاطر باران آماده شوند و در محل به هم متصل شوند.

سازه LSF در مناطق مرطوب: چالش‌ ها

بااین‌حال، سازه LSF در مناطق مرطوب چالش‌هایی را به همراه دارد. رطوبت بالا و خیس شدن مکرر، خطراتی را تشدید می‌کند که در سایر مناطق ممکن است وجود نداشته باشند. زنگ زدگی یکی از این مشکلات است. حتی پوشش‌های گالوانیزه استاندارد (معمولاً Z275 یا 275 گرم بر متر مربع روی) در هوای ساحلی شور یا گذشت زمان فرسوده می‌شوند و منجر به حفره‌دار شدن و ضعیف‌تر شدن سازه می‌گردند. مطالعه‌ای در سال 2023 نشان داد که رطوبت کنترل نشده برای سازه LSF در مناطق مرطوب می‌تواند ظرفیت باربری را تا 20% در عرض یک ماه کاهش دهد.

چالش دیگر پل زنی حرارتی است که هدایت فولاد (تا 50 برابر چوب) نقاط سرد را هدایت می‌کند و میعان رخ می‌دهد. در شرایط گرم و مرطوب نه‌تنها باعث ناکارآمدی می‌شود؛ بلکه باعث رشد کپک می‌شود. بارهای لرزه‌ای یا بادی رایج در مناطق مرطوب را نیز به این شرایط اضافه کنید. حال در می‌یابید که مقاوم سازی LSF در مناطق مرطوب اهمیت ویژه ای دارد.

تغییرات اخیر در ساختار سازه ال اس اف در مناطق مرطوب، این روش ساخت‌وساز مدرن را بیش‌ازپیش مقاوم کرده است. روکش‌های هیبریدی که فولاد را با تخته‌های فیبر_سیمان ترکیب می‌کنند، مقاومت در برابر آب را بدون افزایش وزن تقویت می‌کنند.

مشکلات مهندسی سازه ال اس اف در مناطق مرطوب

سازه LSF در مناطق مرطوب برای مواجهه با چالش‌هایی مانند زنگ‌زدگی، نفوذ رطوبت، مشکلات حرارتی و آسیب‌پذیری‌های سازه‌ای در برابر نیروهای سیل یا طوفان نیاز به مقاوم سازی دارد. در ادامه به بررسی هر یک از این چالش‌ها می‌پردازیم.

1. زنگ زدگی

زنگ‌زدگی یکی از چالش‌های اصلی سازه ال اس اف در مناطق مرطوب به‌ویژه در مناطق ساحلی که هوای شور تخریب روی را تسریع می‌کند، محسوب می‌شود. گالوانیزه استاندارد 20 الی 30 سال در شرایط خشکی دوام می‌آورد؛ اما آب‌وهوای مرطوب، معادله را تغییر می‌دهد و این مدت را به میزان 50% کاهش می‌دهد. مهندسان برای رویارویی با این چالش باید از پوشش‌های دوبلکس (روی+اپوکسی) یا G90 استفاده کنند. مشکل زنگ‌زدن تنها مربوط به قاب‌های فولادی نیست؛ بلکه پیچ و مهره‌هایی که این قاب‌ها را به هم متصل می‌کنند نیز مستعد زنگ‌زدگی هستند. این چالش می‌تواند مشکلات جدی ساختاری را به وجود بیاورد.

2. مدیریت رطوبت

یکی دیگر از چالش‌های سازه LSF در مناطق مرطوب مدیریت رطوبت است. مناطق مرطوب باعث رانش بخار از بیرون به داخل در هنگام باران و از داخل به بیرون در فضاهای تهویه شده است. بدون موانع قابل‌تنفس، حفره‌ها آب را به دام می‌اندازند و میعان بین لایه‌ای را افزایش می‌دهند. برای پاسخ به این چالش، روکش گچی تعبیه می‌شود که می‌تواند این رطوبت را جذب کند. بااین‌حال، بدون تهویه مناسب می‌تواند پوسیدگی در عناصر چوبی مجاور یا شوره‌زدن روی سطح را ایجاد کند.

2. عملکرد حرارتی

از جمله دیگر مشکلات سازه LSF در مناطق مرطوب می‌توان به عملکرد حرارتی اشاره کرد. ستون‌های فولادی، پل‌های حرارتی ایجاد می‌کنند و عایق اضافی را مجبور می‌کنند تا رطوبت بیشتری را به دام بیندازد. در مناطق مرطوب، این امر به معنای قبض‌های انرژی بالاتر است. علاوه بر این، نقاط سرد باعث ایجاد شبنم می‌شوند.

3. مقاومت در برابر  سیل

مقاومت در برابر سیل لایه دیگری از چالش‌های انواع سازه ال اس اف در مناطق مرطوب است. سبکی ال اس اف احتمال آسیب را کمتر می‌کند؛ اما طبقات پایین در معرض خطرات هیدرواستاتیک قرار دارند که منجر به شکستن پنل‌ها می‌شود. بدون دیوارهای جداکننده، نیروی آب می‌تواند باعث شکستن اتصالات شود و هزاران دلار هزینه تعمیر به همراه داشته باشد.

4. مشکلات سازه ای

خاک‌های مرطوب به فونداسیون پیچیده‌تری نیاز دارند. خاک رس انبساطی با باران متورم می‌شوند و قاب‌های سبک فولادی زا در سازه LSF در مناطق مرطوب تحت‌فشار قرار می‌دهند. در مناطق لرزه‌ای مرطوب، دیوارهای برشی عملکرد ضعیفی دارند. این چالش‌ها هزینه نگهداری را تا 15 درصد افزایش می دهند و افزایش طول عمر سازه ال اس اف را با چالش مواجه می کنند. علاوه بر این، نیاز به طراحی خاص را برجسته می کنند.

مقاوم‌سازی LSF در مناطق مرطوب

مقاوم سازی سازه LSF در مناطق مرطوب یا ادغام آن در سازه های قدیمی، خط نجاتی برای ساختمان‌ها در چنین مناطقی ایجاد می‌کند. این کار باعث افزایش ظرفیت باربری، بهبود رفتار لرزه‌ای و ایجاد لایه‌های دفاعی چندگانه در برابر نفوذ سیل و رطوبت مداوم است. در مناطق مرطوب که ترکیبی از باران‌های فصلی شدید، رطوبت نسبی بالای 80 درصد و خطر لرزه‌ای وجود دارد، مقاوم سازی  LSF در مناطق مرطوب نه یک گزینه، بلکه یک الزام قانونی فنی است. در ادامه به بررسی مراحل مقاوم سازی سازه ال اس اف در مناطق مرطوب می‌پردازیم:

1. ارزیابی اولیه و نقشه برداری آسیب پذیری

مقاوم سازی سازه ال اس اف در مناطق مرطوب با اسکن سه‌بعدی لیزری (LiDAR) و آزمون‌های غیرمخرب (NDT) آغاز می‌شود. تصویربرداری مادون‌قرمز نقاط میعان داخلی را در کمتر از 24 ساعت شناسایی می‌کند و آزمون‌های اولتراسونیک ضخامت باقی‌مانده پوشش گالوانیزه را تا 0.01 میلی‌متر اندازه‌گیری می‌کند. نقشه‌برداری GIS  نیز خطر سیل را بررسی می‌کند تا ارتفاع پایه سیل دقیقاً مشخص شود.

2. سازه LSF در مناطق مرطوب: تقویت قاب و اتصالات

ستون‌های C شکل موجود اغلب با ضخامت 1.2 میلی‌متر، ظرفیت برشی کافی ندارند. یک روش رایج برای تقویت آن‌ها، افزودن پروفیل‌هایU  شکل در داخل ستون‌های موجود است که با پیچ‌های خودکار SDS به هم متصل می‌شوند و این روش سختی جانبی را تا 48 درصد و ظرفیت انرژی مصرفی را بدون نیاز به تخریب دیوارهای داخلی تا 35 درصد افزایش می‌دهد.

در مناطقی با شتاب بیشینه زمین بالاتر از 0.04 مهاربندی‌های ضربدری از پروفیل‌های 30× 30× 50 میلی‌متر با اتصالات گیره‌ای اضافه می‌شود. پوشش نانو اپوکسی روی این مهاربندها، نرخ زنگ‌زدگی را تا در محیط 90 درصد رطوبت نسبی به کمتر از 0.02 میلیمتر در سال کاهش می‌دهد.

3. دیوارهای برشی هیبریدی و عایق های مقاوم در برابر رطوبت

دیوارهای OSB سازه LSF در مناطق مرطوب، در رطوبت بالای 70 درصد، 28 درصد ظرفیت برشی خود را در 18 ماه از دست می دهد. پانل های برشی سیمانی-فولادی با ضخامت 12 میلی‌متر که با پیچ های خودکار به قالب متصل می شوند، جایگزین خوبی برای دیوارهای سنتی محسوب می شوند.

برای عایق، پشم سنگ هیدروفوبیک با روکش آلومینیومی جایگزین فوم هایپلی استایرن می شود. این ماده آب را دفع می کند؛ اما بخار را عبور می دهد و از میعان بین لایه ای جلوگیری می کند. لایه خارجی با غشای تنفسی Tyvek Drainwrap  با شیارهای عمودیکه آب را به پایین هدایت می کند.

4. ارتفاع دهی و سیستم های ضد سیل

در مناطقی که خطر سیل بیشتر است، بهترین راه برای افزایش ایمنی در سازه LSF در مناطق مرطوب روی شمع‌های فولادی گالوانیزه است. این شمع‌ها با پوشش روی ضخیم (حداقل 600 گرم بر متر مربع) ساخته می‌شوند تا 50 سال در خاک شور و مرطوب در برابر زنگ‌زدگی مقاوم باشند. اگر بالابردن کل ساختمان با هزینه بالا مواجه شود، از دیوارهای ضد سیل موقت استفاده می‌شود.

این دیوارها مانند پانل‌های آلومینیومی سبک هستند که در زمان هشدار سیل، در کمتر از 30 دقیقه به ریل‌های آماده روی فونداسیون سازه ال اس اف متصل می‌شوند. در داخل سازه نیز کف را کمی بالا می‌برند و شیب ملایم به سمت زهکش ایجاد می‌کنند تا اگر آب وارد ساختمان شد، خودبه‌خود خارج شود.

5. مدیریت رطوبت و سیستم های هوشمند

مقاوم سازی سازه LSF در مناطق مرطوب با سیستم‌های هوشمند این کار  را به میزان زیادی تسهیل می‌کند. شبکه حسگرهای IoT  رطوبت و زنگ در حفره‌های دیوار نصب می‌شوند و داده‌ها را  به اپلیکیشن ابری ارسال می‌کند. این حسگرها دارای آستانه هشدار هستند و در صورت بروز رطوبت یا زنگ‌زدگی از طریق اپلیکیشن به مالکان هشدار می‌دهند. در صورت فعال‌شدن، فن‌های تهویه خودکار فعال می‌شوند. این سیستم نرخ رشد کپک را تا 92 درصد کاهش می‌دهد.

جمع‌بندی

سازه LSF در مناطق مرطوب نمادی از تعادل میان سبکی نوآورانه و چالش‌های طبیعی هستند. خطراتی مانند زنگ‌زدگی، میعان، پل‌زنی حرارتی و نیروهای سیل می‌توانند عمر مفید این سازه‌ها را به خطر بیندازند. با مهندسی هوشمندانه و مقاوم سازی LSF در مناطق مرطوب، این تهدیدها به فرصت تبدیل می‌شوند. پوشش‌های دوبلکس، عایق‌های تنفسی، مهاربندهای لرزه‌ای و سیستم‌های ضد سیل فعال، ال اس اف را به گزینه‌ای مقاوم‌تر از روش‌های ساخت‌وساز سنتی تبدیل کرده‌اند.

مهندسان و سازندگان باید مقاوم سازی LSF در مناطق مرطوب را با استفاده از روش‌هایی مانند پوشش پیشرفته، عایق هوشمند، درزبندی کامل و تهویه دائمی انجام دهند. در این مقاله کوشیدیم راهنمای جامعی پیرامون عملکرد LSF  در آب‌وهوای شرجی به شما ارائه دهیم. از اینکه تا پایان با ما همراه بودید از شما متشکریم. برای اطلاعات بیشتر و مشاوره تخصصی، از طریق بخش ارتباط با ما، با ما در ارتباط باشید.