در بخشهای شمالی ایالات متحده همه ساله بسیاری از مردم در اثر طوفانهای سنگین خانههای خود را از دست میدهند. یکی از بدترین طوفانها در بیستم اکتبر 1992 در فلوریدای جنوبی رخ داد. بعد از فروکش کردن طوفان، ساختمانهای پیش ساخته 3d در برابر طوفان با سرعت 190 کیلومتر در ساعت مقاومت کرده و هیچ گونه آسیبی ندیدند. در حالی که بعضی از سازههای موجود در آن منطقه آسیب شدید دیدند. در دانشگاه کالیفرنیا تمامی دیوارهای خارجی براساس ساندویچ پانل 3d ساخته شد. در تاریخ 28 ژوئن 1992 زلزلهای به شدت 6.9 در مقیاس ریشتر منطقه کالیفرنیا را لرزانید که مرکز زلزله 80 کیلومتر از محل ساختمان دانشگاه فاصله داشت. براساس گزارشها این ساختمان در برابر زلزله که به مدت یک دقیقه کامل ادامه داشت هیچ گونه آسیبی ندید. به طور کلی ساختمانهای 3d پانل مقاومت بسیار مناسبی در برابر نیروهای جانبی با دو زلزله از خود نشان میدهند. در این مقاله به معرفی خانههای پیش ساخته، 3d پانل و نحوه اجرای آن میپردازیم.
سیستم 3d پانل براساس ایدههایی از قبیل ساختار پوششی، دوام، عایق بودن در برابر حریق، صوت و رطوبت داخلی، دستیابی به فضای مفید بیشتر، بهینه سازی انرژی، مقاومت در برابر نیروی جانبی باد و زلزله، طراحی شد. این سیستم در واقع یک روش نیمه پیش ساخته سبک جهت ساخت سازههای بتن آرمه است.
یک سازه 3d شامل یک پانل به همراه Eps منبسط شده (پلی استایرن) است که بر روی آن دو لایه، شبکه جوش شده فولادی است و توسط یک سری المانهای خرپایی به یکدیگر متصل میشوند و پس از نصب به ضخامت 40-80 میلیمتر با بتن شاتکریت میشود.
اگر شاتگریت به ضخامت 40 میلیمتر اجرا شود فاصله بین پلی استایرن تا شبکه مش 20 میلیمتر در نظر گرفته میشود که با شاتگریت پر میشود و ضخامت 20 میلیمتر باقی مانده توسط شاتگریت سطح بیرونی مش را میپوشاند. لازم به ذکر است این عمل برای دو سطح پانل انجام میشود.
سازه 3d قدرت و هماهنگی مضاعف خود را از اسکلت بتنی و مفتولهای مورب کسب میکند. این پانلها به عنوان المان دیوار و سقف ساختمان به کار میروند. پانلها علاوه بر نقش جداسازی فضای معماری به عنوان دیوار باربر قائم و برشگیر در برابر بارهای جانبی نیز عمل کرده و از مقاومتی که از اتصال مشها به یکدیگر حاصل میکنند جهت پایداری در برابر زلزله و بادهای تند استفاده میشوند.
به طور کلی ابعاد و مشخصات یک پانل استاندارد به شرح زیر است:
توضیح: ضخامت بتن شاتگریت هر اندازه که باشد شبکه مش در میان ضخامت بتن قرار میگیرد.
المانهای دیوار، برای بار برشی طراحی و برای بار محوری (رفتار ستون) و لنگر خمشی کنترل میشود. تحقیقاتی که اخیرا در مورد ساندویچ پانلهای 3d انجام گرفته اکثرا در مورد بار قائم شامل برش لایهای و یا آزمایشهای خمشی است. در آزمایشهای خمشی مشخص شد در مواردی که شبکه جوش شده دچار خمش توام با کشش قرار گیرد باعث گسیختگی ترد میشود که علت آن کوچک بودن سطح مقطع فولاد و ضعیف شدن آنها در محل جوش است که به تمرکز تنش منجر خواهد شد.
در این مواقع استفاده از میلگردهای کمکی در قسمتهایی که به کشش میافتند گسیختگی را به طور قابل ملاحظهای تقلیل میدهد. همچنین در محل اتصالها و کنار بازشوها باید آرماتور تقویتی طبق طراحی تعبیه شود. پی این سازهها نواری یا گسترده اجرا میشود و پی منفرد در این سازهها کاربردی ندارد، آرماتورهای انتظار در محل قرارگیری دیوارها تعبیه میشود و ساندویچ پانلهای دیوار را به پی مهار میکنند.
پانل کف به صورت دال یک طرفه عمل میکند و این به دلیل وجود اعضای برشگیر در جهت طولی پانل است. این پانلها در کنار یکدیگر مستقر شده و روی پانلهای دیوار نصب و توسط آرماتورهای انتظار مهار میشوند. لایههای پلی استایرن نقش قالب برای بتن ریزی و همچنین عایق حرارتی و صوتی را ایفا میکنند. پانلهای سقف دیافراگم صلب را تشکیل میدهد. بار جانبی ناشی از باد یا زلزله از طریق دیافراگم صلب به نسبت سختی بین دیوارها توزیع میشود.
لولههای تاسیساتی و برق در فاصله بین شبکه مش و لایه عایق نصب میشوند. در صورتی که مقداری از شبکه برای نصب برید میشود باید تقویتهای لازم در اطراف بریدگی انجام شود.
کابلهای برق از جنس PVC نباید با EPS (پلی استایرن) تماس داشته باشند. به همین جهت باید درون یک لوله قرار گیرند (لوله سیم پوش) و یا در صورت عدم استفاده از لوله آن را با فاصله از EPS نصب کنند. اجرای شاتگریت پس از نصب تاسیسات صورت میگیرد.
سقف سازه 3D بعد از اتمام نصب کامل دیوارها اجرا میگردد.
در این مرحله ابتدا آرماتورهای انتظار در کف بتنی که قبلا طبق پلان فونداسیون ایجاد گردیده مطابق پلان معماری ساختمان کار گذاشته میشود. میلگرد به قطر 10 میلیمتر را به فواصل 40 سانتیمتر و ارتفاع 40 سانتیمتر در فونداسیون نصب کرده سپس پانلها را به آنها متصل میکنند. باید توجه شود که میلگردها در یک امتداد باشند.
ساندویچ پانلها را از طرف داخل به میلگردها متصل میکنند. میلگردهایی که برای اتصال به شبکه فولادی پانل استفاده میشود حداقل باید 40 سانتیمتر از هم فاصله داشته باشد.
تمام اتصالات بین ساندویچ پانلها (دیواره، کف و گوشهها) باید از هر دو طرف توسط شبکه اتصال حصیری با مفتول آرماتوربندی به هم متصل شوند.
مکان درها و پنجرهها در این سیستم توسط پیمانکار بریده شده و توسط اتصالات حصیری ساده و گونیا باید تقویت شود.
تاسیسات برقی و مکانیکی، قبل از بتن پاشی در داخل پانل ها انجام می شود. فوم پلی استایرن را با ذوب کردن و یا با استفاده از ابزار نوک تیز از پانل جدا می کنند و اگر چنانچه تحت هر شرایطی شبکه مفتولی ضربه خورد و شکست، یک شبکه مفتولی دیگر جایگزین می کنند و یا از میلگردهای تقویتی روی آن استفاده می شود.
برای اطمینان بیشتر تمامی دیوارها باید از نظر شاقول و تراز بودن کنترل و سپس آنها را توسط جک ها و بست های فلزی محکم کرد.
این کار باید به صورت دستی و یا با استفاده از ماشین بتن پاش عمل بتن پاشی را انجام داد. روش دستی به کمک کمچه و ماله انجام میگیرد و روش ماشینی به دو طریق شاتگریت تر و شاتگریت خشک انجام میگیرد. بهترین روش، شاتگریت خشک است زیرا مصالح خشک (سیمان و سنگ دانه) و آب در هنگام خروج از لوله پمپاژ با هم ترکیب میشوند و امکان به هم خوردن ترکیب سنگ دانهها در محلول ملات به هنگام پمپاژ از بین میرود. به طور معمول در اجرا از شاتگریت تر استفاده میشود.
ملات مورد نیاز را به نسبت 1-3-1 تهیه میکنند یعنی یک پیمانه سیمان، سه پیمانه ماسه و یک پیمانه آب را توسط دستگاه بتن ساز تهیه کرده و در دو مرحله عمل بتن پاشی را انجام میدهند. ابتدا روی مفتولها را با ملات تهیه شده پوشانده سپس بعد از خشک شدن مرحله اول، مرحله دوم را به ضخامت مشخص که معمولا به همان اندازه ضخامت لایه اول است میپوشانند. برای اطمینان از مقاومت بالای پانلها در حدود 48 ساعت سطوح بتن پاشی شده را مرطوب نگه میدارند.
جهت اجرای پانلهای سقف کاملا بایستی خرپاهای پانلها در امتداد دهانه سقف باشد.
فاصله جکها و تکیه گاههای پانلها در حدود 120 سانتیمتر از یکدیگر میباشد. فاصله آنها براساس نوع و کاربرد سقف قابل تغییر است. پس از 10 روز میتوان آنها را برداشت.
برای ساختن سقفها و کفها نیاز به تیرچه و میلگردهای تقویتی نیست فقط کافیست در حدود 5 سانتیمتر روی پانلها را بتن ریزی کرد. جکها را به مدت 10 روز گذاشته سپس آنها را بر میدارند. توجه شود که سطح بتن ریزی شده را حداقل باید 40 ساعت مرطوب نگه داشت.
سازههای باربر پانلی برای طبقات محدود توصیه میشود و به طور معمول برای ساختمانهای یک تا دو طبقه به کار میروند. ( در ایران حداکثر تا 4 طبقه ساخته شده است). البته برای سیستم غیر باربر که دارای قاب فلزی یا بتنی هستند. محدودیتی وجود ندارد اتصال پانلها به قابهای فلزی یا بتنی توسط میلگرد انتظار که از قبل آماده شده انجام میگیرد.
با استفاده از علم جدید و تکنولوژیهای موجود در صنعت ساختمان میتوان با استفاده از خانههای پیش ساخته 3d کمک بزرگی در ساخت و ساز کشور به ویژه از نظر کیفیت و انبوه سازی داشت. وارد کردن و استفاده از صنعت خانههای پیش ساخته 3d در کشوری مثل ایران که دائما در معرض حوادث غیر مترقبه بوده و نیاز مبرم به بازسازی شهرها و روستاهای آسیب دیده دارند لازم و ضروری است.
با توجه به فناوری موجود در کشورمان و همچنین در دسترس بودن مصالح مورد نیاز در این سیستم ساخت و ساز به راحتی میتوان آن را جایگزین سیستمهای سنتی کرد و از نیروی انسانی به نحو مطلوب استفاده نمود. استفاده از خانههای پیش ساخته 3d نسبت به خانه سازی سنتی در مجموع اقتصادی است.