در پی رشد سریع جمعیت و در نتیجه افزایش نیاز به مسکن، و همچنین مسائل تاثیرگذار بر کیفیت و قیمت ساختمان‌ها ضرورت ایجاد تحول در روش‌های ساخت و ساز ایجاد کرده است. یکی از روش‌های بهبود این وضعیت، صنعتی‌سازی تولید ساختمان می‌باشد. این امر باعث کاهش بسیاری از هزینه‌ها و افزایش سرعت ساختمان سازی می‌شود.(۱)
تاریخچه
شروع صنعتی‌سازی را می‌توان از زمان مهاجرت اروپاییان به آمریکا در قرن ۱۹ میلادی یاد کرد. به دلیل تخریب‌های ناشی از جنگ جهانی و نیاز به تامین سریع مسکن ساخت و سازها به سمت صنعتی شدن پیش رفت؛ و با رونق گرفتن مدرنیسم ساخت انبوه، ارزان و مطابق با معیارهای استاندارد در دستور کار قرار گرفت. همچنین در کشور ایران از سال ۱۳۴۰۰ و با افزایش نیاز به مسکن در کلان شهرها، ساخت و ساز با استفاده از قطعات پیش ساخته توسط چند کارخانه تحت لیسانس کارخانه‌های خارجی آغاز گردید.(۳)
صنعتی سازی ساختمان
سیستم‌های صنعتی سازی ساختمان شامل کلیهٔ فعالیت‌های مرتبط با طراحی، فناوری‌ها و روش‌های ساخت و ساز، و تولید کارخانه‌ای قطعات و اجزای ساختمانی است. در این روش اجزای ساختمان تحت نظام صنعتی در کارخانه تولید و از جنبه‌های مختلف از نظر کیفیتی، آزمایش و به کارگاه منتقل می‌گردد. در نتیجه عملیات ساختمان در محل کارگاه کاهش یافته و میزان تولید افزایش می‌یابد.(۴) مهمترین اهداف بکار بردن این روش عبارتند از: افزایش کیفیت و سرعت ساختمان سازی و کاهش هزینه‌های آن که نتایج آن را بدین شرح می‌توان برشمرد:
- مقاوم‌سازی و استحکام ساختمان
- سبک سازی
- کاهش ضایعات مصالح
- مصرف بهینه انرژی
- کاهش حجم عملیات ساختمانی در محل کارگاه و افزایش تولید و ساخت در محل کارخانه(۳)
معرفی سیستم ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار
نیاز گسترده و روزافزون به ساختمان و مسکن، استفاده از سیستم‌های ساختمانی مناسب و مصالح جدید به‌منظور افزایش سرعت ساخت، ارتقای کیفیت، جلوگیری از اتلاف انرژی، افزایش عمر مفید ساختمان‌ها، کاهش وزن ساختمان و مقاومت کافی در برابر نیروها ازجمله نیروی زلزله را بیش از پیش ضروری ساخته است. یکی از جدیدترین سیستم‌های ساختمانی که در سال‌های اخیر گسترش چشمگیری یافته است، استفاده از ترکیب بتن مسلح به‌عنوان جزء باربر و پانل‌های پلی‌استایرن (EPS) به‌عنوان قالب بتن و عایق حرارتی است که با نام سیستم قالب‌های عایق ماندگار (ICF) شناخته می‌شود. این سیستم در دهۀ ۱۹۶۰-۱۹۵۰ در اروپا ابداع شد و به‌عنوان یک فناوری مناسب در صنعت ساختمان به‌طور محدود مورداستفاده قرار گرفت و به‌دلیل مزایای بسیار از نظر معماری و ساختمان به‌سرعت در سراسر جهان گسترش یافت.
یکی از مهمترین اجزای سیستم سازۀ بتن مسلح با قالب عایق ماندگار، قالب‌های دائمی از پانل‌های مسلح پلی‌استایرن است که در مرحلۀ بتن‌ریزی و ساخت دیوارهای بتن مسلح استفاده شده و پس از بتن‌ریزی، بخشی از دیوار محسوب می‌شوند. در کشورهای صنعتی این سیستم برای ساخت واحدهای کوچک مسکونی استفاده می‌شود. اساس این سیستم، استفاده از سازۀ بتن مسلح باربر در سقف و دیوار ساختمان و همچنین صفحات پلی‌استایرن مسلح سبک، برای تیغه‌های غیرباربر است. دیوارها در داخل قالبی از پانل‌های مسلح پلی‌استایرن بتن‌ریزی می‌شوند. سقف‌ها دارای قالبی از پلی‌استایرن مسلح بوده و به‌صورت مجوف و شبیه به سقف‌های اسپایرول بتنی ساخته می‌شوند. به‌عبارت‌دیگر ساختمان در دو لایه از پلی‌استایرن پیچیده می‌شود که از لحاظ عایق‌بندی حرارتی و صوتی دارای بیشترین بازدهی است. کل قطعات دیواری و سقفی و دیواره‌های پلی‌استایرن مسلح، در کارخانه آماده و برای نصب به محل اجرا حمل می‌شوند.
سیستم ICF با نام قالب‌های دائمی عایق (PIF) نیز شناخته می‌شود که روشی سریع برای اجرای ساختمانهای بتنی با عایق دائمی به‌شمار می رود. این سیستم برای اولین بار در اوایل دهۀ ۱۹۶۰-۱۹۵۰ در کشور آلمان ابداع شد و پس از آن با سرعت چشمگیری در اروپا و سپس در سراسر دنیا گسترش یافت، به‌طوری‌که درحال‌حاضر بیش از ۸ درصد ساختمانهای با ارتفاع کم و متوسط در امریکا و کانادا با این تکنولوژی ساخته می‌شوند. امروزه در این زمینه نوآوری‌های زیادی صورت گرفته و با استفاده از این فناوری (ICF) نمونه‌های متنوعی از واحدهای مسکونی، اداری، تجاری و … تولید می‌شود.
این سیستم در سراسر دنیا با روش‌های مختلفی طراحی و تولید می‌شود که همگی شامل دو لایۀ فوم عایق (به‌طور معمول از جنس (EPS) است که با فواصل متفاوت به موازات هم قرار می‌گیرند و پس از بتن‌ریزی به قسمتی از دیوار تبدیل می‌شوند. این دو لایه توسط عناصر مسلح‌کننده که در بین این دو لایه نصب می‌شوند، به یکدیگر متصل می‌شوند. قطعات اتصال‌دهندۀ پلاستیکی یا تسمه‌هایی از ورق گالوانیزه هستند. در صورت لزوم برش لبه‌های لایه‌های فوم به گونه‌ای انجام می‌شود که هنگام نصب، لایه‌ها در هم قفل شوند. اجزای اصلی این سیستم شامل پانل‌های سقفی و دیواری هستند.
پانل‌های سقفی وظیفۀ تحمل بارهای کف و انتقال آن به دیوارهای باربر را برعهده دارند، پانل‌های دیواری به دو صورت باربر (اجزای سازه‌ای که مقاومت در برابر نیروهای ثقلی و جانبی را برعهده دارند) و یا غیرباربر (برای جداسازی فضا) استفاده می‌شوند. کلیۀ قطعات این سیستم به‌صورت مدولار در کارخانه تهیه و پس از حمل در محل کارگاه به یکدیگر متصل می‌شوند. اجرای دیوارهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار (ICF) و انواع آن با توجه به اشکال متفاوت لایه‌های پلی‌استایرن و طرق مختلف برای بتن‌ریزی مابین آن‌ها، سه سیستم برای اجرای دیوار مسلح ICF وجود دارد:
-
سیستم مسطح
این سیستم از یک هستۀ بتنی با ضخامت یکسان بتن در سراسر دیوار مسلح و قالب در دو طرف تشکیل شده و شبیه دیوار بتنی معمولی است. این سیستم در مناطق زلزله‌خیز و یا مناطقی با شرایط آب‌وهوایی سخت مناسب‌تر از دو سیستم دیگر است.
-
سیستم دوطرفه
در این مدل که با اتصال تیرهای افقی و ستون‌ها با الگویی شبکه‌ای اجرا می‌شود، ضخامت بتن در نقاط مختلف دیوار متفاوت است و برای افزایش ضخامت دیوار ضخامت بتن در قسمت‌هایی که به‌صورت برجسته اجرا می‌شود، افرایش پیدا می‌کند.
-
سیستم مشبک
در این سیستم ستون‌های عمودی و تیرهای افقی اجزای دیوار بتنی را شکل می‌دهند و فضای بین آن‌ها با عایق پر می‌شود. رفتار سازه‌ای این سیستم پربازده‌تر از دو نوع دیگر است، اما اجرای آن مشکل‌تر بوده و مقاومت آن در برابر آتش‌سوزی کمتر است.
ویژگی‌های معماری
به‌دلیل قابلیت برش و تغییر فرم قالب‌ها، انواع طرح‌های پیچیدۀ معماری، با این سیستم قابل‌اجرا است. با استفاده از این روش ساخت زوایا، دیوارهای منحنی، طاق‌ها و پیش‌آمدگی‌ها امکان‌پذیر بوده و دستیابی به فرم‌های دلخواه به‌سادگی قابل‌انجام است. عدم محدودیت در معماری و طراحی، از مزایای مهم این سیستم است. در سیستم ICF می‌توان بازشو را با ابعاد خواسته‌شده در دیوار و سقف تعبیه کرد. با توجه به اینکه دیوارها و سقف از بتن‌آرمه هستند، کافی است این بازشوها و تأثیر آن را در محاسبات سازه درنظر گرفت و میلگردهای موردنیاز در اطراف بازشدگی‌ها را براساس آن طراحی کرد.
اجزای سیستم سازه‌ای ICF
اجزای مختلف سازه‌ای این سیستم عبارت‌اند از: پانل سقفی، دیوار باربر و دیوار جداکننده.
-
پانل سقفی
این پانل‌ها به عرض ۶۰ سانتی‌متر، ضخامت ۱۶ تا ۳۲ سانتی‌متر و طول دلخواه تولید می‌شوند. در قسمت زیرین این قطعات ۲ عدد پروفیل از ورق خم‌شده به‌شکل ناودانی یا Z وجود دارد. این پروفیل‌ها مقاومت لازم برای بارهای وارده هنگام نصب و ساخت را تأمین می‌کنند، ضمن آنکه در مرحلۀ نازک‌کاری می‌توان از آن به‌عنوان تکیه‌گاه برای هر نوع روش نازک‌کاری ازجمله پانل‌های گچی استفاده کرد. لبه‌های پایین مقطع به‌صورت فاق و زبانه با پانل‌های مجاور، در هم قفل می‌شوند و در بالا، فضای لازم را برای میلگردگذاری به شکل متداول سقف‌های تیرچه بلوک و یا هر شکل دیگر فراهم می‌کنند.
-
دیوار باربر
دیوارهای اصلی و باربر، از دو لایه پلی‌استایرن به ضخامت ۵ سانتی‌متر در طرف داخل و ضخامت متغیر از ۵ سانتی‌متر به بالا در لایۀ بیرونی تشکیل شده است. ضخامت لایۀ بیرونی بسته به میزان عایق حرارتی خواسته‌شده، قابل‌افزایش است. این دو لایه به‌وسیلۀ پیچ‌های دو سر رزوه به قطر ۵ میلی‌متر در فواصل ۲۰ سانتی‌متری به یکدیگر متصل می‌شوند. پیچ‌ها در کارخانه توسط جوش نقطه‌ای، به میلگردهای قائم وصل و توسط مهره‌های پلاستیکی به پانل‌های پلی‌استایرن محکم می‌شوند.
وظیفۀ پیچ‌ها، نگهداری پانل‌های طرفین، تحمل بار ناشی از بتن‌ریزی بوده و به‌عنوان تکیه‌گاه میلگردهای افقی و قائم دیوار عمل می‌کنند، ضمن آنکه مقاومت زیادی در برابر کمانش دیوار در جهت عمود بر صفحۀ دیوار فراهم می‌کنند. فاصلۀ بین دو پانل با تغییر طول پیچ‌ها، تا ۳۰ سانتی‌متر قابل‌افزایش است. میلگردهای قائم دیوار با قطر ۸ تا ۱۲ میلی‌متر، در کارخانه به همراه پیچ‌های نگهدارنده، در دیوار قرار گرفته و پس از نصب در جای خود مطابق نقشۀ معماری بتن‌ریزی می‌شوند. این پانل‌ها کلیۀ بارهای مرده و زنده و نیروهای جانبی وارد بر ساختمان، مانند نیروی ناشی از باد یا زلزله را تحمل می‌کنند.
-
دیوار جداکننده
دیوارهای غیرباربر در این سیستم از جنس پلی‌استایرن با عرض ۶۰ سانتی‌متر و ضخامت ۶ تا ۲۰ سانتی‌متر و در طول دلخواه تولید می‌شوند. در داخل هر بخش دیوار ۲ عدد پروفیل از ورق خم‌شده که دارای سوراخ‌هایی نیز هست، کار گذاشته شده است که در ارتفاع دیوار ادامه دارد و ضمن فراهم‌نمودن پایداری لازم، اتصال مکانیکی دیوار جداکننده به سقف، کف و پوشش یا نازک‌کاری را امکان‌پذیر می‌سازد. لوله‌های برق و تأسیسات نیز، به‌سادگی از داخل مقطع پروفیل و سوراخ‌های دیوار جداکننده قابل‌عبور هستند. استفاده از این دیوارها باعث سرعت در ساخت دیوارهای داخلی و کاهش وزن تمام‌شدۀ بنا می‌شود.
کاربردهای این نوع سیستم ساختمان سازی
برخی از کاربردها و موارد استفاده از این نوع سیستم به شرح زیر می‌باشد:
- مناسب برای دهانه‌های کمتر از ۹ متر
- قابلیت ایجاد سقف‌های شیبدار
- مناسب جهات ساختمانهای مخابراتی، آموزشی، اسکان موقت، خوابگاهی، ورزشی و …
- مناسب برای کلیهٔ ساختمانهای یک تا دو طبقه
- امکان افزودن طبقات روی بنای موجود
- امکان طراحی و اجرای انواع فرم‌های مختلف
- مناسب برای طرح‌های مدولاسیون(۳)
مقاومت سازه‌ای سیستم ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار
مقاومت سازه‌ای این سیستم وابسته به دیوارهای باربر و سقف بتن مسلح آن است. سقف بتنی متشکل از تیرهای تیغ‌های موازی بتنی است، که فاصلۀ محور تا محور آن‌ها ۶۰ سانتی‌متر است و توسط یک دال بتنی پیوسته به یکدیگر متصل می‌شوند و سقف یک‌پارچه‌ای را پدید می‌آورند. با توجه به مقررات طراحی، حداقل ضخامت دال، در سقف ۴ سانتی‌متر است. این حداقل برای سقف ساختمانهای عمومی تا ۵ سانتی‌متر و برای سقف ساختمانهای صنعتی تا ۶ سانتی‌متر افزایش پیدا می‌کند. ضخامت پوشش بتن سقف نباید کمتر از ۱ سانتی‌متر باشد. ضخامت پوشش بتن در دال‌های متشکل از تیغه‌های ۲۵ سانتی‌متری، ۱٫۵ سانتی‌متر و برای تیغه‌های بیش از ۲۵ سانتی‌متر، ۲ سانتی‌متر درنظر گرفته می‌شود. برای دیوارهای باربر نیز باید این ضخامت‌ها رعایت شوند. اتصال دیوار و سقف را باید برای دو حالت بارگذاری متقارن و نامتقارن تحلیل و طراحی کرد (مشابه سیستم‌های قابی).
منابع:
- نشریه تخصصی پیام ساختمان و تاسیسات، شماره ۵۷، نشر هنر سرزمین سبز، ۱۳۸۷
- محمد کاری، احمدی، ۱۳۸۷، «بررسی و ارزیابی چند سیستم مطرح در پروژه انبوه سازی ساختمانهای کشور»، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، نشریه شماره گ-۴۸۸، چاپ اول
- سیف ا… همتی، الهام ناظر، بررسی سیستمC.F و نقش آن در صنعتی سازی ساختمان، اولین کنفرانس ملی مصالح و سازه‌های نوین در مهندسی عمران، ۱۳۹۱
- صبا، ح، قلی زاده، ف، ۱۳۹۱، “نگاهی به وضعیت و لزوم صنعتی سازی ساختمان در ایران و بیان چالش‌های آن، دومین کنفرانس ملی مهندسی و مدیریت ساخت
- گلابچی، محمود، مظاهریان، ح، ۱۳۸۹، فناوری‌های نوین ساختمانی، انتشارات دانشگاه تهران، تهران، چاپ دوم
- محمدکاری، ب، خلیلی جهرمی، ک، ۱۳۸۷، بررسی و ارزیابی چند سیستم مطرح در پروژه‌های انبوه سازی ساختمانهای مسکونی، سیستم قالب‌های عایق ماندگار، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، گزارش تحقیقاتی، نشریه شماره گ-۴۹۳، تهران، ایران
- فنّاوری‌های نوین ساختمانی، محمود گلابچی، حامد مظاهریان، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱
