فصل اول: صنعت خانه های پیش ساخته
تاریخچه صنعت پیش ساخته
تحولات کیفی و کمی احداث سرپناه و فضای مناسب مسکونی با تحولات اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی مناطق مختلف همبستگی داشته و از یکدیگر قابل تفکیک نیست. علاوه بر آن ذوق و هنر و تکنولوژی عوامل مؤثر در تولید کمی و کیفی مسکن بوده است و با توجه به رشد جمعیت و نیاز روز افزون به مسکن و مهاجرت به شهرها، تحولات بنیادین و عمیق در این صنعت بوجود آمده است.
در این حین یک روش ساختمان‌سازی نوین تحت عنوان پیش ساخته (Prefabricating) به سرعت جایگاه خود را در صنعت ساختمان باز نمود و دامنه آن چنان گسترده شد که در حال حاضر در برخی کشورها بیش از ۷۰ ٪ ساختمان‌سازی با استفاده از این روش میباشد. صنعت خانه های پیش ساخته اولین بار تحت عنوان بتن پیش تنیده (Restressed Concrete) در سال ۱۸۸۶ در آمریکا مورد توجه قرار گرفت و نواقص آن نیم قرن بعد مرتفع گردید. گرچه پیش سازی از اهرام مصر، معابد رومی و یونانی و کاخ‌های ساسانی و هخامنشی آغاز گردیده ولی توسعه صنعتی آن پس از انقلاب صنعتی و اختراع بتن و فولاد و پیدایش فنون جدید ساختمانی بوده است.
توسعه صنعت خانه های پیش ساخته در اروپا پس از جنگ جهانی دوم جهانی بوده است که در برنامه‌های بازسازی مناطق آسیب دیده مورد توجه قرار گرفته است. دامنه استفاده از این صنعت در برخی از کشورها چنان بوده که تا حد چشمگیری جایگزین صنعت ساختمان‌سازی به شیوه سنتی شده است. این روش نوین، سالهاست که در کشورهای اروپایی و پیشرفته دنیا مورد استفاده قرار می‌گیرد و با آزمایشات فنی و تجربه‌های قابل قبولی که بدست آمده، جایگاه خود را استحکام بخشیده است. خصوصا با وجود بلایا و حوادث طبیعی از سویی و ضرورتهای اقتصادی از سوی دیگر، صنعت ساخت مسکن به سمت استفاده هر چه بیشتر از این قبیل روش‌ها با
هدف سبک سازی، کاهش زمان ساخت و صرفه جویی در انرژی حرکت کرده است. قطعات پیش ساخته علاوه بر استفاده در ساختمان‌های مسکونی، در احداث سالن های صنعتی، پل ها، مدارس، استراحتگاه‌ها و سایر موارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. صنایع ساختمانی پیش ساخته و سیستم‌های پیشرفته، سرعت فوق العاده‌ای را در اجرای برنامه‌های ساختمانی به وجود می‌آورد. در مورد تاریخچه صنعت پیش ساخته در ایران، باید اشاره کرد که تولید ساختمان با ساختمان‌سازی در داخل کشور به دو روش انجام می‌گیرد 1- روش سنتی ۲- روش صنعتی روش سنتی ساختمان‌سازی شامل روش‌های متداول و مرسوم ساخت و ساز در کشور میباشد که در ساختمان‌های بتن مسلح شامل مراحل خاک برداری و اجرای فونداسیون، ستون، تیر، سقف، ارماتوربندی، قالب بندی و بتن ریزی میباشد که هر کدام از مراحل بسته به عوامل مختلف، زمان زیادی لازم دارند و در مورد ساختمان‌های با اسکلت فولادی مراحل خاک برداری واجرای فونداسیون و برپایی اسکلت و جوشکاری آن خود مستلزم صرف زمان طولانی میباشد. پس از اتمام این مراحل، عملیات مربوط به نازک کاری، زمان گیر، پر هزینه و با پرت مصالح و از دست رفت انرژی همراه است. علاوه بر مسائل فوق نحوه اجرای اسکلت بتنی و فولادی در کارگاه مشکلات خاص خود را دارد. در سازه‌های بتنی مهمترین مسئله ساخت بتن و طرح اختلاط آن و نحوه بتن ریزی و عمل آوری بتن میباشد و در مورد اسکلت فولادی، جوشکاری اتصالات از اهمیت ویژه‌ای بر خوردارد است که توسط کارگران نیمه ماهر صورت می‌گیرد. روش‌های نوین ساختمان‌سازی که روش‌های تولید صنعتی نامیده می‌شوند تا حد بسیار مطلوبی نقاط ضعف روش هایی سنتی را می پوشانند. از جمله مزایای روش صنعتی عبارتند از
- استفاده بهینه از مصالح و در برخی موارد امکان بازیافت مصالح
- افزایش سرعت و کاهش نازک کاری‌های غیر ضروری
- کنترل کیفیت بالا
- ایمنی بیشتر
- صرفه جویی در مصرف انرژی
- کاهش نیروی انسانی
- مقاومت بهتر در برابر زلزله انواع روش‌های تولید صنعتی
روش‌های صنعتی در ایران بیشتر شامل سازه‌های بتنی میباشد و در ۳ مورد مطرح می شوند
١- بتن ریزی در جا ، ۲- بتن ریزی در کارخانه ( پیش ساخته)، 3 - ترکیبی از دو روش فوق هر کدام از موارد فوق شامل روش‌های مختلفی می‌باشند که در ادامه به اختصار معرفی می‌شوند
١- بتن ریزی در جا
این روش به صورته‌های زیر کاربرد دارد:
۱ - ۱قالب تونلی
در این سیستم از قالب‌هایی که به شکل II استفاده می‌شود که حداقل دارای سه وجه می باشند.
در این روش ابتدا فونداسیون و آرماتورهای انتظار و سپس نصب قالبها صورت می‌گیرد و در نهایت بتن ریزی سقف و دیوارها به صورت همزمان انجام می‌شود. پس از گیرش اولیه بتن آرماتورهای طبقه بالا بسته شده و پس از سفت شدن بتن، بتن ریزی طبقه بالا صورت می گیرد. لوله‌های فاضلاب و برق درون قالب و لوله آب بیرون قالب اجرا می‌شود. سطح بدست آمده یک سطح صاف بوده و قالبها از یکی از وجوه بیرون آورده می‌شوند.
از نظر سازه‌ای در این سیستم ستون وجود ندارد و سیستم باربر میباشد. قیمت اولیه قالب بسیار بالا بوده و برای انبوه سازی مناسب است. از نمونه‌های ساخته شده به این روش ساختمان‌های شهرک اکباتان میباشد.
۲ – ۱ قالب پرنده
اصطلاح قالب پرنده به سیستمی اطلاق می‌شود که اجزا آن به یکدیگر متصل شده و یک واحد بزرگ را تشکیل می‌دهند که به آن عرشه می‌گویند. این سیستم برای قالب بندی دال در ساختمان‌های چندین طبقه مورد استفاده قرار می‌گیرد. پس از آنکه بتن هر طبقه ریخته شده و مقاومت لازم را کسب کرد، قالب پرنده از بتن جدا شده و به صورت افقی به سمت بیرون ساختمان حرکت داده می‌شود و در بیرون ساختمان به بالا کشیده می‌شود تا در موقعیت جدید برای دال دیگر مورد استفاده مجدد قرار گیرد. اصطلاح " قالب عرشه پرنده" از آنجا گرفته شده است که این قالب به سمت بیرون ساختمان حرکت داده می‌شود و به سمت بالا کشیده می‌شود تا در تراز طبقه بالاتر مورد استفاده قرار گیرد. هر واحد قالب پرنده از اجزا سازه‌ای مختلفی از جمله: خرپاها، تیرها، تیرچه‌ها و رویه فلزی یا پلاستیکی تشکیل و مونتاژ می شود تا چندین بار مورد استفاده در قالب بندی دال‌های ساختمان قرار گیرند. این قالب ها را می‌توان برای نگاه داشتن تیرها و شاه تیرها، دالها و سایر اجزای سازه‌ای مورد استفاده قرارداد. در این روش نیز هزینه قالب بالا بوده و در نتیجه برای انبوه سازی مناسب است. نمونه آن برج تهران میباشد.
۳ - ۱ لارژ قالب در این روش قالبها به اندازه وجوه ساخته شده و به صورت یکپارچه نصب می‌شوند. پس از بتن ریزی، قالبها را از سقف بیرون آورده و در نهایت سقف به روش‌های معمول اجرا می‌شود. ارتفاع تمام قالبها ۲ / ۸ متر میباشد. از معایب این روش علاوه بر بالا بودن هزینه قالب، این است که سقف با دیوار به صورت یکپارچه عمل نمی کند و عملکرد یکپارچه سازه را در هنگام زلزله کاهش می‌دهد.
۴۰۱ قالب لغزنده (SLIP FORMS
امروزه برای ساخت سازه‌های بلند و با طول زیاد نظیر سیلوها، برج‌های مخابراتی، هسته های برشی ساختمان‌های بلند، دودکش ها، پایه‌های پل ها، کف تونل ها، کانال‌های آب، کف جاده ها و سازه‌های مشابه که اجرای آنها در گذشته نیاز به داربست بندی سنگین در اطراف سازه داشت، از روشی استفاده می‌گردد که قالب لغزنده نام دارد. با استفاده از روش قالب لغزنده بسیاری از داربست بندی‌های اطراف سازه حذف گردیده و سرعت اجرای کار به همراه نمای بهتر، افزایش می‌یابد. قالب لغزنده دارای دو حالت میباشد:
١- قالب لغزنده قائم
اساس روش اجرای قالب لغزنده عمودی این است که قالب به ارتفاع ۱ تا 5/1 متر در فواصل زمانی متناوب، به بالا کشیده می‌شود. در حین بالا کشیدن قالب، عملیات آرماتور بندی و بتن ریزی نیز ادامه می‌یابد و دائما مخلوط بتن از بالا به درون قالب ریخته شده و ضمن حرکت قالب به سمت بالا بتن سخت شده از قسمت زیرین قالب به جا می‌ماند. سرعت حرکت قالب طوری تنظیم می‌شود که بتن در زمان خارج شدن از قالب، ضمن تحمل وزن خود، جهت حفظ شکل خود از مقاومت کافی برخوردار باشد. قالب بندی لغزان قائم را می‌توان بر اساس حرکت پیوسته انجام داد و یا آن را طوری برنامه ریزی کرد که در ارتفاع معینی متوقف گردد و سپس حرکت لغزان خود را مجددا از سر گیرد. معمولا حرکت قالب لغزان با سرعتی یکنواخت صورت می‌گیرد در صورتی که قالب لغزان دارای توقف باشد درزهایی به وجود می‌آیند که با درزهای میان مراحل بتن ریزی در عملیات ساختمانی با قالب ثابت فرقی ندارد. قالب لغزنده در امتداد قائم با سرعتی یکنواخت حرکت می‌کند و این سرعت به اندازه‌ای است که هر مقطع از بتن در طول مدت زمان لازمی که برای گیرش اولیه نیاز دارد، درون قالب می‌ماند لغزنده عمودی برای سازه‌های پوسته‌ای با ضخامت جدار ثابت و یا تقریبا ثابت به کار می رود قالب های لغزان قائم توسط جک‌هایی به بالا حرکت داده می‌شوند که بر روی میله های صاف یا لوله‌های سازه‌ای کار گذاشته شده در بتن سخت عمل می‌کنند. این جک‌ها ممکن است نوع دستی، بادی، برقی یا هیدرولیکی باشند. سکوهای کار و داربست‌های کارگران پرداخت کار نیز به قالب بندی متصل و به همراه آن حرکت می‌کنند.
۲- قالب لغزنده افقی
این نوع قالب برای ریختن بتن دیوارهای طولانی، کف و جداره کانال‌های های بزرگ، بتن ریزی شیب ها، کف تونل‌ها و سطح راه‌ها به کار می‌رود. ماشین قالب لغزان معمولا بر روی ریل یا سکوی شکل داده شده، حرکت می‌کند. متراکم ساختن بتن توسط لوله لرزاني انجام می شود که با لبه جلویی قالب موازی و کمی جلوتر از آن قرار دارد. متراکم کردن بتن سازه را می‌توان با ویبراتورهای دستی نیز انجام داد. لوله‌های بتنی در جای یکپارچه نیز با استفاده از روش قالب بندی لغزان افقی تولید می‌شوند.
نمونه‌های حالت افقی مانند جداول بزرگراه‌ها و حالت عمودی مانند سیلوهای گندم، برج میلاد و مناره مصلی میباشد. در این سیستم نیز هزینه قالب بالا میباشد.
۵ - ۱ سقف بالا رونده (LIFT SLAB)
در این روش ابتدا فونداسیون به صورت گسترده و با سطحی کاملا صاف اجرا می‌شود. سطح را با توجه به ابعاد سقف قالب بندی کرده و موقعیت ستون‌ها را نیز با قالب مشخص می‌کنند. سپس یک لایه جدا کننده روی پی قرار داده و در نهایت آرماتوربندی و بتن ریزی سقف انجام می‌گیرد. بدین ترتیب در چند مرحله تمامی سقف‌ها روی پی اجرا می‌شوند. ستون‌ها به صورت پیش ساخته در جای خود نصب شده و توسط بالابرهایی سقف‌ها را تا محل مورد نظر بالا می‌برند.این سیستم از نظر سازه‌ای مفصلی بوده و برای مهار نیروی جانبی باید از بادبند یا دیوار برشی استفاده کرد. اتصال تیر به ستون از نقاط ضعف این سیستم بوده و از مزایای آن علاوه بر اجرای نسبتا سریع عدم نیاز به هزینه اولیه قالب میباشد.
1-6 دوران قطعات - پانل‌های پاشو (TILT UP)
در این روش که بیشترین کاربرد آن در دیوارهای سوله است، پانل‌ها را بر روی زمین ساخته و در جای خود می‌چرخانند و به صورت عمودی قرار می‌دهند. از ویژگی‌های این روش عدم نیاز به هزینه اولیه قالب میباشد.
روش‌های فوق اکثرا دارای هزینه سنگین قالب بندی می‌باشند و از دیگر نقاط ضعف آنها چگونگی ساخت بتن در کارگاه، کنترل کیفیت بتن، نمونه گیری و نحوه بتن ریزی و عمل آوری بتن میباشد که همگی باید مطابق استانداردها و آیین نامه‌ها انجام پذیرد.
۲- بتن ریزی در کارخانه (پیش ساخته)
LARGE PANEL 1-2
در این روش که به سیستم دیوار باربر نیز معروف است، پانل‌ها در کارخانه ساخته شده و به محل کارگاه حمل می‌شود . معایب این روش عبارتند از :
سنگین بودن پانل‌ها ( دیوارها ۳۵ سانتیمتری هستند )
اتصالات ضعيف
معماری محدود و غیرقابل تغییر.
۳- روش ترکیبی
PRE-CONC-FORM3- 1
همان روش LARGE PANEL است با این تفاوت که توخالی بوده و آرماتورهای انتظار از قبل درون آن نصب شده و بتن ریزی در محل کارگاه انجام می‌شود.
از معایب این سیستم می‌توان به سنگین بودن آن اشاره کرد و از مزایای آن امکان تامین اتصالات مقاوم در برابر زلزله میباشد.
تولید صنعتی سازه‌های فولادی
روش تولید صنعتی با اسکلت فولادی به دو صورت میباشد:
1- سازه سبک فولادی
2- ترکیب سازه سبک فولادی با دیوارهای بتنی
1- سازه سبک فولادی
این سیستم شامل مقاطع فولادی سبک سرد نورد شده میباشد که در شکل‌ها و ابعاد مختلف تولید می‌گردد. از ویژگی‌های این سیستم سبک بودن، امکان تولید مقاطع در زمان کوتاه حمل سریع و نصب آسان میباشد. در این سیستم برای مهار نیروی جانبی از بادبند استفاده می‌شود.
۲- سیستم ترکیبی
شامل اسکلت فولادی سبک میباشد که دیوارهای خارجی به صورت PANEL D 3 (بتن پاششی با هسته پلی استایرن از نوع FR و یک شبکه آرماتور در دو طرف) اجرا می‌شود از نظر سازه ایی دیوارهای خارجی باربر می‌باشند.