دانلود مقاله کاربرد چوب در ساختمان ها و پلها

بخشی از مقاله

مقدمه
در امریکای جنوبی، بسیاری از ساختمان های مسکونی و تجاری که قبل از قرن 21 ساخته شده اند، از پوب بعنوان ماده ساختمانی استفاده کرده اند. منابع عظیم چوب ساختار پایه بسیاری از منازل، ساختمان های تجاری، پل ها و کارگاه ها را بوجود آورده اند. امروزه، خانه ها و بسیاری از ساختمان های تجازی و صنعتی از مواد مدرن چوبی ساخته شده اند. اخیراً، علاقه ی روزافزونی به استفاده از چوب در سازه های ترابری مانند پل ها بوجود آمده است.

در این مقاله، به بررسی قابلیت های انواع مختلف سیستم های ساختمانی پرداخته شده است و مفاهیمی در مورد چگونگی انطباق سیستم های قدیمی برای استفاده از مواد و تکنیک های مدرن تشریح شده است. برای مثال زمانی سقف، دیوار ها و کف برای اینکه دارای وزن کمتری باشند، از صفحه های چوبی ساخته میشدند، ولی امروزه این ساختمان ها توسط پلیوود و فلیک بورد های صنعتی ساخته میشوند. در مقایسه با تخته، این پانل های چوبی بسیار راحت نصب میشوند و مقاومت مضاعفی در برابر بار ناشی از باد و زلزله ایجاد میکنند. بنابراین، پانل های پیش ساخته کف و سقف به همراه اتصالات آنها جزء به جزء در کارگاه جایگذاری میشوند. یک سازه را میتوان در زمان کوتاهی با استفاده از سیستم های پانل بندی شده در کارگاه ایجاد کرد.

گلولام و سایر سیستم های چوبی پانل بندی شده، بطور گسترده ای در بزرگراه ها و پل های راه آهن استفاده میشود. شرح مختصری از این نوع ساختار های چوبی را نیز مرور خواهیم کرد.

سازه های قاب سبک
اط دید تاریخی، دو نوع عمده از ساختمان های قاب سبک وجود دارد. قاب بندی بالونی و قاب بندی زمینه ای. قاب بندی بالونی، که تا اوایل قرن بیستم مورد استفاده قرار میگرفت، از اعضای قاب بندی دیوار های تمام قد برای ساختمان سازی تشکیل میشود. اطلاعات بیشتر در مورد قاب بندی بالونی در راهنماهای ساختمانی قدیمی وجود دارد. در اواخر قرن بیستم، قاب بندی زمینه ای، بازار خانه سازی را دردست گرفت و در موارد تجاری و کاربرد های صنعتی سبک مورد استفاده وسیع قرار گرفت. قاب بندی زمینه ای ساخت هر کف را روی کف زیرین ممکن میساخت. قاب بندی زیمنه ای از 50 سال پیش تا کنون با استفاده از موادجدید و محصولات پانلی برای کف و سقف، متحول شده است و اجزای پیش ساخته و تکه های قابل استفاده در , سازه ی چفت وبستی، در آن بکار میرود. توضیح دقیق تر در مورد ساختار زمینه ای در کتاب ساختمان ساختمان منازل قاب چوبی (Sherwood & Stroh 1989) آورده شده است.

فونداسیون ها
ساختمان های قاب سبک با زیرزمین، معمولاً توسط دیوار های بتنی پیش ساخته در محل یا دیوار های بلوک بتنی پشتیبانی میشوند. روش دیگر برای ایجاد فونداسیون، استفاده از بلوک های بتنی است که ساختمان را کمی از زمین بلند تر میکنند. برخی ساختمان ها اصلاً دارای فونداسیون نیستند، چون دیوار ها توسط تکیه گاه های بتنی نگهداری میشوند پس نیاز به پایه ندارند. در دیواره های فونداسیون از چوب پرداخت شده نیز استفاده میشود.

اساساً چنین فونداسیون هایی از بخش های دیواره ای چوبی به همراه صفحات پلیوود تشکیل شده اند که توسط صفحات پرداخت شده چوب حمایت میشوند و تمام آنها تا سطح معینی از دوام پرداخت شده اند. برای توزیع بار، صفحات روی یک لایه از سنگ یا گراول قرار میگیرند. دیوار ها باید طوری طراحی شوند تا در مقابل بار های جانبی مقاومت کنند و با همان تکنیک هایی که دیوار های سنتی ساخته میشوند، بوجود می آیند. سطح خارجی دیواره قونداسیون که زیر سطح است،به مواد ضد رطوبت آغشته میشود تا از تماس مستقیم آب با پانل ها جلوگیری کند. پشت بند ها باید طوری طراحی شوند که امکان خشک شدن راحت برای فونداسیون ایجاد شود و سطوح پایین نیز از همین منوال طبعیت کنند.

به علت اینکه دیواره فونداسیون دائمی است، پرداخت اولیه پلیوود و قاب بندی آن و ایجاد بست بسیار مهم است. پرداخت ویژه فونداسیون (FDN) با توجه به عمق و میزان تداخلات مواد شیمیایی انجام میگیرد. بست های ضدزنگ (مانند Stainless Steel) برای چوب های پرداخت شده، پیشنهاد میشود. اطلاعات بیشتر در این مورد در کتاب ملزومات اساسی فونداسیون چوبی دائمی (AF & PA 1987) آورده شده است.

کف ها
برای خانه های زیرزمین دار، سازه ی حامی مرکزی از بخش های چوبی روی زمینه مناسب تشکیل شده است که در بر دارنده ی تیر های باربر میباشد که از الوار های هم عرض اتصالات (استاندارد 38x183 mm تا 38x286 mm ) تشکیل شده اند که به یکدیگر پیچ میشوند و در لبه ها قرار میگیرند. چون الوار ها آنقدر طولانی هستند که کل طول تیر را پوشش میدهند، پس اتصالات در چند لایه مورد نیاز میباشد.

مفاصل در لایه های مجزا نزدیک پشتیبان ستون قرار میگیرند. تیر حمال نیز میتواند از نوع گلولام یا تیر فولادی I باشد که معمولاً توسط ستون های لوله ای فولادی حمایت میشوند. چنین جزئیاتی را میتوان در مورد خانه هایی که روی سطح ساخته میشوند نیز بکار برد. قاب بندی کف در سازه های مقاومتی معمولاً از اتصالات چوبی 400 یا 600 میلیمتری تشکیل میشوند. مراکز ثقل توسط دیواره های فونداسیون و تیر باربر مرکزی پشتیبانی میشوند ( شکل 1)

شکل 1 : جزئیات کف معمولی برای ساختمان زمینه ای همراه با تیر های خوابیده روی تیر مرکزی
اندازه الوار ها بستگی به نوع بارگذاری، فاصله بین الوار ها، فاصله بین پشتیبان ها، نوع چوب و سطح چوب دارد. معمولاً الوار های استاندارد 38x183 mm تا 38x286 mm، الوار های چوبی پیش ساخته یا خرپا های موازی مورد استفاده قرار میگیرند. الوار های چوبی معمولاً 6/3 تا 8/4 متر طول دارند. جدول فواصل ستون ها توسط انجمن جنگل ها و کاغذ امریکا منتشر شده است (AF & PA 1993). قابلیت طولانی بودن الوار های چوبی I یا خرپا های موازی توسط سازنده پیشنهاد میشود.

جاهای تعبیه شده برای راه پله، شومینه ها و اتشدان ها ممکن است در یک یا چند الوار تداخل ایجاد کند. پیشنهاد میشود که چنین جاهایی موازی طول الوار ها باشند تا از برش الوار اضافی، کاسته شود. هنگام برش، یک پشت بند در میان الوار های متصل قرار گرفته و به آنها الصاق میشود. یک پشت بند واحد معمولاً برای فضای بازی به عرض 2/1 متر مناسب است. ولی پشت بند های دوبل برای فضاهای باز عریض تر بکار میروند. برای فراهم کردن پشت بند مناسب باید توجه ویژه ای اعمال شود (مثلاً استفاده از نگهدارنده الوار)

بریدن اعضای قاب بندی برای نصب خطوط تهویه و داکت های حرارتی باید به حداقل برسد. اعضای بریده شده، نیاز به اقدامات تقویتی یا عضو تقویت کننده دارند. بخش هایی که باز متمرکز زیادی بر آنها وارد میشود (مانند زیر وان حمام)، نیاز به دوبرابر کردن الوار ها یا سایر اقدامات برای فراهم کردن پشتیبانی کافی دارند. یکی از مزایای قاب بندی کف با خرپا های موازی یا الوار های پیش ساخته I، قابلیت طولانی بودن آنهاست که نیاز به پشت بند های داخلی را از بین میبرد. مزیت دیگر این بخش ها این است که اجزا طوری طراحی شده اند که لوله کشی و سیم کشی و کانال های تهویه براحتی نصب میشوند.

پوشش کف، یا کف کاذب، روی قاب بندی کف انجام میشود تا زمینه کاری و اساس کف سازی نهایی را فراهم کند. خانه های قدیمی تر پوشش تخته ای داشتند، ولی خانه های جدید معمولا از محصولات پانلی استفاده میکنند. مواد معمول در پوشش مانند پلیوود و فلیک بورد های ساختمانی در اندازه های مختلف برای هماهنگی با نیاز های مختلف پوششی در دسترسند. پانل های نوع خارحی با سطح ضد آب، در جاهایی بکار میروند که رطوبت مشکل ساز باشد. مانند کف هایی که نزدیک بست های لوله کشی باشند یا کف کاذب در طی ساخت در هوای آزاد قرار داشته باشد.

پلیوود باید در جهتی صحیح نسبت به الوار ها نصب شود. فلیک بورد های ساختمانی نیز جهت خاصی برای نصب دارند. الگوهای میخکوبی نیز توسط کد مشخص میشوند و یا توسط سازنده پیشنهاد میشوند. حدود 3 میلیمتر از فضا باید بین لبه ها و انتهای پانل ها باشد تا تغییرات ابعاد مربوط به رطوبت را فراهم کند.

دیوار های خارجی
دیوار های خارجی ساخته شده از مصالح قاب سبک، معمولاً باربر هستند. این دیوار ها طبقات بالایی و سقف را پشتیبانی میکنند. یک استثنا در این مورد لبه های شیروانی منازل یک یا دو طبقه است. اساساً قاب بندی دیوار از پشت بند های عمودی و اعضای افقی تشکیل میشود که دربرگیرنده صفحات بالایی و پایینی و دماغه ها روی فضاهای تعبیه شده برای در ها و پنجره ها می باشد. پشت بند ها معمولاً بطور استاندارد 38 در 89 میلیمتر و 38 در 114 میلیمتر و یا 38 در 140 میلیمتری میباشند که روبروی هم میخ میشوند. پشت بند های خاص که با ضخامت دیوار مطابقت دارند نیز بصورت الوار های پیش ساخته I یا الوار ترکیبی ساختمانی وجود دارند. قاب بندی دیوار روی زمینه ای انجام میشود که توسط الوار های طبقه اول و کف کاذب ایجاد شده است.

در اکثر موارد، تمام دیوار بصورت افقی قاب بندی میشود و سپس در جای خود قرار میگیرد. اگر دیواری آنقدر طولانی باشد که این کار ممکن نشود، بخش هایی از دیوار را میتوان بصورت افقی درست کرده و سپس انرا به بقیه ی دیوار متصل کرد.
بست های گوشه ها معمولاً پیش ساخته هستند، بطوریکه میتوان لبه آنرا به انتهای داخلی میخ کرد (شکل 2). بست ها گاهی در نقاط تقاطع دوبل میشوند که این کار به کمک قسمت داخلی برای فراهم کردن پشتیبانی انتهای دیوار داخلی انجام میشود. به همین ترتیب، یک بلوک افقی متوسط بین بست های خارجی قرار میگیرد تا دیواره پارتیشن را پشتیبانی کند. در چنین موردی، کلیپ های پشتیبانی مورد نیاز خواهند بود.

صفحات بالایی معمولاً دوتایی هستند، مخصوصاً وقتی الوار های کف در صفحه بالایی بین بست ها قرار میگیرند. دومین صفحه در بالا طوری قرار داده میشود که اولین صفحه را در گوشه ها و تقاطع دیوار های داخلی بپوشاند. این عمل وابستگی و مقاومت بیشتری در دیوار ها ایجاد میکند. در نواحی که امکان باد های شدید یا زلزله وجود دارد، باید بین دیوار، کف و صفحات موجود در سازه اتصال ایجاد شود که همگی به فونداسیون متصلند. اگر طبقه دوم به سازه اضافه شود، لبه الوار کف به دیوار بالایی میخ میشود و کف کاذب و قاب بندی دیوار به روشی که در طبقه اول گفته شد، انجام میشود.

پوشش دیوار های خارجی معمولاً نوعی محصول پانلی است. بار دیگر، پلیوود یا فلیک بورد مورد استفاده قرار میگیرند. فیبربورد که طوری ساخته شده تا مقاومت در برابر نفوذ آب داشته باشد نیز گزینه مناسبی میباشد. چندین نوع فیبربورد برای استفاده در دسترس است. بورد های چگالی معمولی که گاهی برای بدست آوردن مقاومت در مقابل بارهای جانبی وارده باید پرداخت شوند. بورد های چگالی متوسط که هنگام نیاز به پشتیبانی سازه ای مورد استفاده قرار میگیرند. پانل های حجیم فومی نیز میتوانند مقاومت حرارتی بیشتری نسبت به دیوار ها نشان دهند.

در مواردی که پوش نتواند مقاومت مورد نظر را ارائه کند، پرداخت مورب انجام میشود. بسیاری از پوشش های فومی قابلیت مقاومت در برابر فشار ها را ندارند، بنابراین پرداخت مورب باید در گوشه ها و پانل های ساختمانی در 2/1 متر ابتدای دیوار از گوشه ها انجام شود. وقتی پوشش های فوم سبک مورد استفاده قرار میگیرند، پرداخت به کمک فولاد استاندارد 9 در 89 میلیمتر انجام میشود.


شکل 2 – جزئیات گوشه برای دیوار های چوبی که پشتیبانی پوشش های داخلی را فراهم میکند. الف )گوشه سه لبه معمولی با بلوک بندی، ب) گوشه سه لبه بدون بلوک بندی، ج)گوشه دولبه با کلیپ حمایتی
سقف و پشت بام
سیستم سقف هم از الوار و هم از خرپا تشکیل شده است. خرپا های مهندسی، کار را در کارگاه کاهش میدهند و میتوانند فواصل بیشتری را بدون نیاز به پشتیبانی بپوشانند و در نتیجه نیاز به قسمت های باربر را کمتر میکنند. بدین ترتیب انعطاف بیشتری در قرار گیری دیوار های داخلی بوجود می آید. خرپا های سقفی پیش ساخته، برای ساخت سقف و بام شیبدار بکار میروند. دو سوم ساختمان های قاب سبک از این روش استفاده میکنند. برای سازه های مقاوم، خرپا ها عموماً با استفاده از الوار های 38 در 89 ساخته میشوند و با رابط های فلزی که با دندانه هایی که در اتصالات فشرده میشوند، به هم متصل میگردند (TPI 1995).

الوار ها و سیستم پوششی در بسیاری از ساختمان های ساخته شده تا 1950 دیده میشوند. لاپه ها عموماً روی صفحه بالایی دیوار ها پشتیبانی میشوند و به یک صفحه نگهدارنده در قله سقف متصل میشوند. به هر حال، چون لاپه ها شیب دارند، به بالای دیوار ها فشار می آورند. با میخ کردن لاپه ها به الوار های سقف و میخ کردن الوار های سقف به صفحات بالایی دیوار ها، از این موضوع جلوگیری میشود (شکل 3 – الف)

یک قسمت توخالی، جایی که دو بخش بالای سقف برهم عمود میشوند، بوجود می آید. یک الوار تهیگاه برای پشتیبانی از الوار های کوتاه که به الوار های تهیگاه و ستون میخ شده اند، بکار میرود (شکل 3 – ب). در برخی موارد، سقف تا انتهای قابل اتکا ادامه نمی یابد، ولی از چند نقطه بسوی انتهای دیوار شیب دارد که سقف را تشکیل میدهد. یک الوار مفصلی، الوار های کوتاه را پشتیبانی میکند و سوی دیگر الوار های کوتاه به صفحات بالایی متصل میشوند ( شکل 3 – ج). بطور کلی، همان مواد که برای پوشش دیواره ها و کف کاذب استفاده میشوند، برای پوشش سقف نیز بکار میروند.

عرشه ی چوبی
یک روش عامه پسند برای گسترش نواحی زنده در یک خانه، ساختن یک عرشه ی چوبی تنظیم شده با یکی از دیوار های خارجی میباشد. عرش ها از الوار های پرداخت شده ساخته میشوند که عموماً از مصالح فروشان محلی قابل خریداری است و با توجه به پیچیدگی کار، ممکن است حاوی راهنمای ساخت و نصب نیز باشد. برای اطمینان از عمر طولانی، ظاهر قابل قبول و امنیت سازه، در اولین قدم باید احتیاطات لازم اعمال شود. انتخاب صحیح مواد، اولین اقدام در این راه است. پس از آن عملیات نگهداری لازم است.

ساختمان های شمعی و ستونی
در ساختمان های شمعی و ستونی، شمع های گرد یا ستون های مربعی هر دو بعنوان فونداسیون و عنصر قاب بندی عمودی عمل میکنند. این نوع از ساختمان بنام ساختمان شمعی نامیده میشد، ولی امروزه، با استفاده گسترده از تیرها، این ساختمان ها به قاب تیری تغییر نام یافته اند. برای سازه های نسبتاً پایین، دیوارهای سبک و قاب بندی پشت بام به ستون ها میخ میشوند که معمولاً 4/2 تا 6/3 متر از هم فاصله دارند. این نوع ساختمان عموماً با شمع های گرد برای ساختمان های کشاورزی مورد استفاده قرار میگیرد، ولی همین مفاهیم سازه ای برای ساختمان های تجاری نیز تعمیم یافته است (شکل 4)

شکل 3 : الف) یک سقف از نوع الواری با قاب بندی معمولی. ب) تهی گاه. ج)گوشه ی تهیگاه
شمع های گرد هنگام اتصال اعضای قاب بندی مشکلاتی بوجود می آورند. این مشکلات را میتوان با ورق گذاشتن در رخ خروجی شمع آسان تر کرد. برای شمع های گوشه، دو رخ بصورت اریب ورقه زده میشوند. با این عمل میتوان اتصال بهتری به قاب بندی سبک و سنگین به کمک میخ و اتصالات داشت. وقتی شمع گرد باقی بماند، رخ خارجی آن نشیمن گاه مناسبی برای تیر ها نخواهد بود.