بخشی از مقاله
اشنایی با المانهای ساندویچ پانل
با توجه به وسعت کشور ایران و شرایط اقلیمی متفاوت در نواحی مختلف این سرزمین لازم است روشهای ساختمان سازی متناسب با ویژگیهای خاص منطقه ای تدوین و به مورد اجرا گذاشته شود
با توجه به وسعت کشور ایران و شرایط اقلیمی متفاوت در نواحی مختلف این سرزمین لازم است روشهای ساختمان سازی متناسب با ویژگیهای خاص منطقه ای تدوین و به مورد اجرا گذاشته شود . نظر به اینکه این کشور روی یکی از کمربندهای فعال زمین لرزه در جهان قرار دارد لذا ایجاد سازه های مقاوم و امن از اولویت خاصی برخوردار است . بررسی نیاز کشور به واحدهای مسکونی نشان می دهد که با توجه به بافت جوان نیروی انسانی هر ساله به حدود ۶۰۰۰۰۰ واحد مسکونی جدید نیاز هست که روشهای سنتی ساخت جوابگوی بخش محدودی از این نیاز می باشد .
علاوه بر نیازهای جدید ، کیفیت ضعیف ساخت باعث استهلاک سریع ساختمانهای موجود شده که این امر باعث افزایش نیاز به ساختمان سازی جدید می شود ؛ همچنین به مقوله مقاوم سازی سازه های موجود نیز باید توجه لازم مبذول گردد . با توجه به نیازهای وسیع ذکر شده و لزوم بهبود کیفیت تولید ساختمان همانطور که در غالب کشورهای بزرگ نیز متداول است باید روشهای تولید صنعتی ساختمان بطور جدی مورد توجه قرار گیرد . یکی از این فنون مطرح شده در دو دهه اخیر استفاده از صفحات ساندویچی متشکل از دو لایه بتن مسلح با شبکه جوش شده و یک لایه پلی استایرن است که در برخی طرحهای ساخت مسکن در ایران به کار گرفته شده است .
در این مقال سعی بر این بوده که بیشتر با ضوابط آئین نامه ای اجرای این نوع ساختمانها آشنا شویم و برای تکمیل بحث ، فیلم مستندی از نحوه اجرای عملـی چنین ساختمانهایی تهیـه و ضمیمه ایــن بحث کرده ایم . اگر توجه کافی به مجموعه ایـن پروژه شود متوجــه خواهیم شد کــه بعضی از بحث های آئین نامه ای بطورکامل در اجرا پیاده نمی شود که دلایل متعددی از جمله محدودیت های اجرایی و غیره دارد .
● کلیات استفاده از پانلهای ساندویچی :
صفحات ساندویچی ( ۳D ) از یک لایه پلی استایرن به ضخامت حداقل ۴ سانتیمتر و دو شبکه میلگرد جوش شده در دوطرف این لایه تشکیل شده است . برای انتخاب عرض و ارتفاع پانلها استفاده از مدل ۳۰ سانتیمتر توصیه می شود ( عرض های ۹۰ – ۱۲۰ – ۱۵۰ سانتیمتر و ارتفاع ۲۷۰ و ۳۰۰ سانتیمتر ) ، وزن متوسط هر صفحه با اندازه ۳۰۰ * ۱۵۰ سانتیمتر و بدون بتن سبک بوده و به سادگی توسط یک کارگر قابل حمل و نصب می باشد و سرعت عمل در نصب نیز قابل ملاحظه است .
مقاومت صفحات در برابر آتش سوزی مناسب بوده و در جهت بهبود آن بکارگی
ری لایه مقاوم در برابر آتش سوزی توصیه می شود .
با توجه به وجود لایه عایق بتن ، بکارگیری این صفحات علاوه بر بهبود خاصیت عایق حرارتی و صوتی بودن دیوارها باعث سبک سازی بنا خواهد شد که جدا از کاهش حجم مصالح مصرفی باعث کاهش جرم ساختمان خواهد شد .
استفاده از این صفحات در پارکینگ ساختمانها ایجاد محدودیت نموده و لذا در شرایط لزوم تأمین پارکینگ در طبقات زیرین ساختمانها ، بکارگیری سیستم ترکیبی متشکل از اسکلت فلزی با بتن آرمه و صفحات ساندویچی به عنوان عامل جداکننده مورد توجه می باشد .
با توجه به اطلاعات بدست آمده از کشورهای اروپایی ، غالب ساختمانهای اجرا شده به این روش در حد یک یا دو طبقه بوده است . لذا طرح و اجرای ساختمانها با تعداد طبقات بیشتر نیاز به مطالعات ویژه داشته و در اینصورت مطالعات مهندس طراح باید پاسخگوی شرایط آئین نامه های معتبر باشد .
▪ مزایای استفاده از پانلهای ساندویچی :
ـ سبکی دیوارهای ساخته شده از پانلهای ساندویچی در مقایسه با دیگر مصالح
ـ سرعت حمل و نقل و سهولت پانلهای ساندویچی در ارتفاع
ـ مقاومت زیاد در برابر نیروهای برشی ناشی از زلزله
ـ عایق در مقابل حرارت ، برودت ، رطوبت و صدا
ـ مقاوم در برابر آتش سوزی بعلت وجود قشرهای بتونی طرفین پانل ساندویچی
ـ نفوذناپذیری ساختمان در مقابل حشرات
ـ امکان حمل و بکارگیری پانلهای ساندویچی در مناطق صعب العبور جهت احداث ساختمان بدون نیاز به کارگران متخصص
ـ دستیابی به فضای مفید بیشتر بعلت ضخامت ناچیز دیوارهای پانل ساندویچی
ـ آزادی عمل در اجرای طرحهای متنوع به علت انعطاف پذیری قطعات پیش ساخته پانلهای ساندویچی
ـ صرفه جویی در هزینه پی سازی و اسکلت ساختمانهای بلندمرتبه بدلیل وزن اندک قطعات سقف و دیوار پانلهای ساندویچی
ـ صرفه جویی در هزینه تهویه مطبوع ساختمان در تابستان و یا زمستان بدلیل جلوگیری از تبادل حرارت و یا برودت و در نتیجه صرف انرژی کمتر
ـ افزایش عمر مفید ساختمان و دستگاههای تأسیساتی آن
ـ عدم نفوذ نسبی آلودگی صوتی و ایجاد آرامش برای ساکنین ساختمان در شهرهای بزرگ
ـ بازگشت سرمایه گذاری در امور ساختمان سازی در کوتاهترین زمان
ـ عبور دادن لوله های آب و فاضلاب و برق و تلفن به سادگی از زیر شبکه پانل و نصب چهارچوب دربها و کلاف فلزی پنجره ها قبل از بتن پاشی و کلاً اجرای تأسیسات ساختمان با کمترین هزینه
ـ عدم نیاز به کنده کاری و تخریب تأسیساتی دیوارها و سقف و در نتیجه عدم ایجاد نخاله های انباشته که صرفه جویی در هزینه و وقت را بدنبال دارد .
ـ پس از بتن پاشی طرفین پانلها با ضخامت حداقل ۴ سانتیمتر ، پانلها بی نیاز از ملات گچ و خاک میباشد و با اجرای پلاستر گچ ( سفیدکاری ) ، دیوارها و سقف آماده برای نقاشی خواه
د بود .
ـ حذف نعل درگاه در سیستم پیشرفته پانلهای ساندویچی .
ـ حمل و نقل پانلهای ساندویچی با هزینه اندک صورت می گیرد . بطور مثال یکدستگاه تریلر قادر است حدود ۱۰۰۰ متر مربع پانل سانویچی را حمل کند .
ـ استفاده از دیوار و سقف پانلهای ساندویچی در ساختمان سازی ، بهره وری مناسب آهن آلات مصرفی را موجب میگردد . بطور مثال باصرف ۱۷ کیلوگرم در متر مربع فولاد بصورت مفتول و میلگرد می توان یک واحد مسکونی یک طبقه را بنا کرد .
● ضوابط بارگذاری ، تحلیل ، طراحی و مصالح
۱) گستره
▪ مشخصات مصالح
ـ شبکه جوش شده و مفتولهای قطری
ـ لایه عایق میانی
ـ بتن پاشیدنی
- بارگذاری و تحلیل
- طراحی ساختاری ( سازه ای )
- کلیات
- مقاومت خمشی
- مقاومت برشی
- مقاومت در خمش و بار محوری همزمان
- چگونگی فولادگذاری ، قرارگیری مفتولها و پوشش بتن
ـ بازشوها
ـ معیارهای تحلیل و طراحی در برابر آثار زمین لرزه
ضوابط این مجموعه معیارها ، صفحات ساندویچی ( ۳D ) و سازه های متشکل از این صفحات را در بر می گیرد .
صفحات ساندویچی پیش ساخته که از این به بعد صفحه نامیده می شود از دو لایه شبکه فولادی جوش شده تشکیل شده است که در بین آنها یک لایه عایق از نوع پلی استایرن قرار گرفته و توسط اعضای قطری به یکدیگر متصل شده اند . مقاومت و انسجام این صفحات بوسیله مفتولهای قطری جوش شده به شبکه دو طرف تأمین می شود .
این صفحات پس از بتن پاشی یا بتن ریزی بعنوان دیوارهای باربر داخلی و خارجی ساختمان مورد استفاده قــرار می گیرند . سازه متشکل از صفحات ساندویــچی به سازه هایی اطلاق می شود که کلیه بارهای ثقلی و جانبی وارد بر آن توسط صفحات تحمل می شود . از این صفحات می توان بعنوان تیغه های غیر باربر الحاقی به سایر اجزای باربر نیز طبق ضوابط مربوط به دیوارهای جداکننده استفاده نمود .
۲) مشخصات مصالح :
ـ شبکه جوش شده و مفتولهای قطری
ـ شبکه جوش شده ( مش ) با ماشین آلات تمام اتوماتیک ساخته شده و بایستی الزاماً با استانداردASTMA۸۵ مطابقت داشته باشد .
ـ مشخصات مفتول شبکه جوش شده و مفتول قطری باید مطابق الزامات ذکر شده در استاندارد ASTMA۸۵ باشد .
ـ مشخصات جوش مفتولهای قطری باید مطابق با الزامات ذکر شده در استاندارد ASTMA۸۵ باشد .
ـ در صورتیکه مقاومت جاری شدن مفتولهای بکاررفته در شبکه از ۴۰۰ NPA فراتر رود باید
تنش نظیر کرنش ۵/۳ در هزار در نظر گرفته شود .
ـ شکل پذیری مفتولهای بکاررفته باید مطابق با الزامات بند ۴-۶ آئین نامه بتن ایران باشد .
ـ در مناطق با شرایط محیط بسیار شدید و فوق العاده شدید طبق بند ۸-۲-۹-۲ آبا باید از مفتولهای قطری گالوانیزه استفاده کرد که مشخصات آن مطابق با استاندارد ASTMA۷۹۷ باشد ، همچنین در صورت تشخیص مراجــع ذیصلاح می توان از شبکه جوش شده گالوانیزه استفاده کرد .
ـ قطر اسمی مفتولهای شبکه جوش شده از ۳ میلیمتر با گام ۵/۰ میلیمتر می باشد.
ـ قطر مفتولهای قطری حداقل ۳/۰ میلیمتر می باشد .
▪ لایه عایق میانی :
ـ لایه عایق از فوم پلی استایرن منبسط شده تشکیل شده که دارای حداقل چگالی اسمی طبق استاندارد ASTMA۷۸ می باشد .
ـ لایه عایق پلی استایرن تحت آزمایش استاندارد ASTMA۸۴ آزمایش می شود تا حراکثر پتانسیل گرمایی را دارا باشد .
▪ بتن پاشیدنی ( شاتریک ) :
ـ اجزای بتن پاشیدنی :
ـ مشخصات کلی سنگدانه ها برای بتن پاشیدنی باید مطابق با مندرجات استانداردهای "دت ۲۰۳ " و "دت ۲۰۱ " دفتر امور فنی و تدوین معیارهای سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور باشد .
ـ بــزرگترین انــدازه اســمی سنـگدانــه ها نبــاید از هیچ یک از مقادیر زیر تجاوز کند:
الف ) یک پنجم ضخامت فاصله آزاد بین شبکه جوش شده تا لایه عایق
ب ) سه چهارم حداقل فاصله آزاد بین شبکه جوش شده تا لایه عایق
ـ تبصره
دانه بندی شماره ۲ جدول ۲-۱ آئین نامه AC۱۵۰۶R-۹۰ برای بتن پاشیدنی توصیه می شود .
در صورتیکه مهندس طراح پس از آزمایشهای گوناگون از یک نوع مصالح سنگی بتواند بتنی با مقاومت ، کارایی ، پمپ پذیری ، دوام و محصور شدن مناسب آرماتورها بسازد می تواند از آن مصالح نیز استفاده نماید .
ـ استفاده از مصالح گردگوشه با درصد دانه سوزنی و پولکی به میزان حداکثر ۱۰% درشت دانه توصیه می شود .
ـ سیمان مصرفی در بتن پاشیدنی باید مطابق با شرایط بند ۳-۳ آبا باشد .
ـ آب مصرفی در بتن پاشیدنی باید مطابق با شرایط بند ۳-۵ آبا باشد .
ـ مواد افزودنی بکاررفته در بتن پاشیدنی باید با مندرجات بند ۳-۶ آبــا مطابقت داشته باشد .
▪ طرح اختلاط :
ـ مقدار نسبت آب به سیمان w/c بین ۴۰/۰ تا ۵۵/۰ می باشد .
ـ حـداقل مقاومت مشخصه بتــن پاشیدنی مطابق بند ۶-۴-۲ آبــا مشخص می گردد .
ـ عیار سیمان در هر متر مکعب بتن پاشیدنی حداقل ۳۵۰ بوده و حداکثر ۵۰۰ می باشد .
ـ روش بتن پاشی در این نوع سازه ها از نوع بتن پاشیدنی تر می باشد .
ـ کارایی بتن پاشیدنی به گونه ای باشد که پمپ پذیری آن تأمین گردد . محدوده مناسب نشست بتن ( اسلامپ ) را می توان بین ۴۰ تا ۱۰۰ میلیمتر در نظر گرفت .
ـ چگونگی اختلاط بتن ، عمل آوری و بتن پاشی در هوای سرد و گرم باید بر اساس مندرجات فصل هفتم آبــا صورت پذیرد .
ـ زمان استفاده از بتن تازه به شرط تأمین کارایی حداکثر ۹۰ دقیقه پی از اختلاط می باش
د.
ـ دمای محیط در زمان بتن پاشی حداکثر به ۳۵ درجه سانتیگراد و حداقل به ۵ درجه سانتیگراد محدود می گردد .
ـ استفاده از مواد افزودنی باید مطابق با استانداردهای آبـــا باشد .
▪ آزمایشهای بتن پاشیدنی :
ـ بهترین روش آزمایش بتن پاشیدنی مغزه گیری می باشد .
بعلت محدودیت ضخامت بستن در این نوع سازه ها می بایست از نمونه مکعبی شکل ( چوبی یا فلزی به ابعاد حداقل ۷۵*۴۶۰*۴۶۰ میلیمتر و یا نمونه ۱۵۰*۷۵۰*۷۵۰ میلیمتر استفاده نمود . نمونه جهت آزمایش مقاومت فشاری و آزمایشهای دیگر از قبیل تخلخل ، وزن حجمی وغیره میباشد .
ـ وضعیت پوشش میلگرد در نمونه های بند فوق بایستی مشابه شرایط اجرا باشد .
ـ برای آزمایش مقاومت فشاری باید حداقل سه آزمایش که هر آزمایش شامل یک زوج نمونه مغزه گیری از قسمت بتن غیر مسلح وبرای سایر آزمایشها حداقل شش مغزه از قسمت بتن مسلح گرفته شود .
ـ آزمایش مغزه ها باید مطابق "د ت ۶۵" صورت پذیرد .
ـ ارزیابی نمونه های مغزه می بایست مطابق بند ۶-۶-۵ آبا صورت پذیرد .
ـ بمنظور ارزیابی کیفی بتن پاشیدنی میتوان از آزمایشهایی نظیر آزمایش چکش اشمیت ، بیرون کشیدن فولاد و نمونه گیری به شکل قالبهای استاندارد مکعبی یا استوانه ای و غیره مطابق با استانداردهای مربوطه استفاده کرد .
▪ بارگذاری و تحلیل :
ـ کلیه بارهای وارد به سازه بجز بارهای ناشی از زلزله باید براساس ضوابط استاندارد ۵۱۹ ایران تحت عنوان "حداقل بار وارده به ساختمانها و ابنیه فنی" تعیین شوند .
ـ در محاسبات زلزله با رعایت کلیه ضوابط ذکرشده ضریب رفتار حداکثر معادل ۱۵ اختیار میشود .
ـ اصول تحلیل سازه های صفحه ای و همچنین مشخصات مصالح ، مشخصات هندسی و مدل سازی آنها باید مطابق ضوابط بخش ۳-۱۰ آبا باشد .
● طراحی ساختاری ( سازه ای ) :
▪ کلیات :
طراحی اعضای ساختاری ( سازه ای ) در سیستم صفحه ای باید براساس مقررات آئین نامه بتن ایران ( آبا ) صورت گیرد مگر در موارد کمبود که صریحاً آئین نامه دیگری ذکر شده باشد .
ـ مقاومت خمشی :
ـ عملکرد ساختاری صفحات کف درصورت کفایت مفتولهای قطری بصورت ترکیبی کامل و بصورت دال یکطرفه خواهد بود .
ـ در صورت عدم کفایت مفتولهای قطری برای تأمین شرایط بند فوق بایستی عملکرد مقطع با بهره گیری از تحلیل و محاسبات دقیق مشخص گردد .
ـ طراحی خمشی براساس ضوابط فصل ۱۱ آبا انجام می گیرد .
ـ حداقل آرماتور مصرفی در صفحات سقف باید طبق بند ۱۵-۵-۱-۱ آبا تعیین شود .
▪ مقاومت برشی :
ـ مقاومت برشی صفحات دیواری باید طبق مقررات فصل ۱۲ آبا تعیین شود . در این حالت ضخامت کل دیوار حداکثر باید معادل مجموع ضخامت لایه های بتنی دوطرف در نظر گرفته شود .
ـ مقاومت برشی صفحات سقفی باتوجه به مشخصات هندسی ، تعداد ونوع اعضای قطری در صفحات طبق مقررات فصل ۱۲ آبا محاسبه می گردد .
▪ مقاومت در خمش و بار محوری همزمان :
ـ مقاومت خمشی – محوری صفحات دیواری بایستی طبق مقررات فصل ۱۶ آبا و باتوجه به عملکرد ترکیبی ، نیمه ترکیبی و یا غیر ترکیبی آنها محاسبه شود .
ـ محدودیت میلگرد دیوارها طبق بند ۱۶-۴ آبا می باشد .
ـ چگونگی فولادگذاری ، قرارگیری مفتولها و پوشش بتن :
ـ چگونگی قرارگیری مفتولها در شبکه جوش شده و میلگردهای تقویتی باید مطابق با مقررات فصل ۸ آبا صورت پذیرد .
ـ مهار وصله آرماتورها و شبکه جوش شده طبق مقررات فصل ۱۸ آبا می باشد .
ـ پوشش بتنی روی شبکه جوش شده یا آرماتورها نباید کمتراز ۱۸ میلیمتر باشد .
▪ بازشوها :
ـ در اطراف بازشوها باید فولاد تقویتی با سطحی معادل آرماتورهای قطع شده در هر جهت ، بصورت فولاد متمرکز در همان جهت قرار داده شود .
- در هر دیوار صفحه ای سطح بازشوها نباید از یک سوم سطح کامل دیوار بیشتر باشد .
ـ فاصله بازشوها تا انتهای دیوار باید حداقل ۷۵۰ میلیمتر در نظر گرفته شود ؛ در غیر اینصورت باید تحلیل دقیق صفحات با منظور نمودن بازشوها انجام شود .
- در صـورت بــهره گیری از تـــحلیل می توان مقادیر ذکــرشده در بندهای ۱-۴-۶-۲ و ۱-۴-۶-۳ را تغییر داد .
