امتیاز کاربران

ستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعالستاره غیر فعال
 

مقدمه

ساختمان‌های با ساختار پانل‌های سه بعدی در زمره سیستم‌های پیش‌ساخته محسوب شده و از امتیازات ساختمان‌های پیش‌ساخته برخوردارند. مفاهیمی که در ادبیات فنی ساختمان‌های پیش‌ساخته به کار می‌روند، مواردی نظیر تولید انبوه، فرآیندهای تضمین کیفیت و کنترل کیفیت، ویژگی‌های خاص ساخت در کارگاه، حمل و نقل و نصب در این ساختارها نیز کاربرد دارند.

از جمله مزایای سیستم‌های پیش‌ساخته می‌توان به کاهش نسبی هزینه‌های کار نیروی انسانی، پِرت مصالح و ماشین‌آلات مورد نیاز، کاهش زمان اجرا، کنترل کیفیت بهتر، وابستگی کمتر به شرایط جوی و صرفه‌جویی در تجهیزات نصب، اشاره نمود. در مقابل نقاط ضعف سیستم‌های پیش‌ساخته مواردی چون بالا بودن هزینه حمل و نقل قطعات، نیازمندی به هزینه جراثقال برای جابجایی در محل، اتصالات ناهمگون و نامطمئن و طرح معماری محدود را در بر دارد. سیستم‌های پانل سه بعدی با رویکردی میانه در مقایسه با سیستم‌های درجا و پیش‌ساخته می‌توانند مزایای روش‌های سیستم‌های پیش‌ساخته را در برداشته و از طرفی دیگر از برخی مشکلات آنها رهایی یابند.

این سیستم‌ها به دلیل استفاده از فناوری بتن پاشیده بسیاری از مشکلات ساختمان‌های بتن آرمه را رفع نموده است. پانل‌های سه بعدی به دلیل عدم حضور بتن تا قبل از نصب نهایی در ساختار طراحی شده در محل اجرا دارای وزن کم و سهولت نقل و انتقال می‌باشند. مهمترین نکته سازه‌ای در سیستم‌های پانل‌های سه بعدی، تکمیل نیازمندی‌های اتصالات بعد از نصب پانل‌ها در محل و قبل از بتن پاشی آنها می‌باشد که این موضوع موجبات ایجاد ساختاری یکپارچه با اتصالات همگون و مطمئن را فراهم می‌آورد.

در واقع در سیستم پانلی پس از استقرار پانل‌های حمل شده به محل اجرا و نصب تمامی ملزومات اتصالات در کلیه زوایا، فرآیند بتن پاشی انجام گرفته و در نهایت ساختار صلب با قابلیت باربری سه بعدی و عملکرد جعبه‌ای برای تحمل تمامی بارهای ثقلی و جانبی فراهم می‌آید. در این ساختار با توجه به یکپارچگی تمامی دیوارها و سقف‌ها و اتصال کلیه زوایا، سازه‌ای با عملکرد جعبه‌ای ساخته می‌شود. به همین دلیل درجات آزادی فعال سیستم به تعداد فزاینده‌ای افزایش یافته به گونه‌ای که بر خلاف سیستم‌های قابی نیروهای ایجاد شده در سیستم به صورت گسترده در نقاط مختلف پخش و شدت آنها به مراتب کاهش می‌یابد.

این موضوع مزایای مختلفی از جمله کاهش مساحت مورد نیاز شالوده، جلوگیری از ایجاد نیروهای بلندشدگی در پای سازه، عدم ایجاد ممان پیچشی مضاعف، افزایش مفاصل پلاستیک در سازه تا حصول ناپایداری را موجب می‌شود که این موارد به دلیل یکپارچگی و درجات آزادی فزآینده سیستم می‌باشد.

سیستم پانل‌های سه بُعدی به دلیل استفاده از یک لایه عایق در ساختار خود موجب می‌شود تا اعضای این مجموعه بتوانند به عنوان عایق‌های حرارتی و صوتی ایفای نقش نمایند. به دلیل گستردگی شبکه فولادی در تمامی اعضای سیستم در تمامی سطوح، احتمال ایجاد آوار و ریزش‌های ناشی از جدایش مصالح در بارگذاری‌های لرزه‌ای به حداقل ممکن کاهش می‌یابد به گونه‌ای که در حالات حدی نهایی باربری، اجزای گسیخته شده در محل خود باقی می‌مانند.

از آنجا که اعضای باربر پانلی جداکننده فضاهای معماری نیز می‌باشند، استفاده از سایر جداکننده‌های غیر باربر به حداقل می‌رسد. همچنین به دلیل ساخت اعضای نیمه پیش‌ساخته در کارخانه و حمل و نصب سریع آن، سرعت اجرای کار به نحو قابل توجهی افزایش می‌یابد.

با توجه به تولید صنعتی پانل‌ها که اسکلت اصلی سیستم پانلی را تشکیل می‌دهند و همچنین ظرافت‌ها و نوع ساخت، این سیستم‌ها از نوع اجرای صنعتی ساختمان‌ها محسوب می‌شود. در این راستا با در نظر گرفتن مدیریت پروژه و فرآیند مهندسـی ارزش می‌توان بهره‌وری تولید مسکن را افزایش داد.

تاریخچه

سیستم پانل‌های پیش‌ساخته سه‌بعدی اولین بار در سال 1967 میلادی توسط شخصی به نام ویکتور وایزمن در ایالت کالیفرنیـای آمریکا به ثبت رسید.

شرکت‌های ساختمانی متعددی در جهان به ساخت این پانل‌ها و اجرای ساختمان‌های پانل سه‌بعدی مبادرت ورزیده‌انـد. از سـوی آن شرکت‌ها کارهای آزمایشگاهی و مطالعات نظری متعدد در موسسات تحقیقاتی مختلف بـرای مستندسـازی و تهیـه مـدارک فنـی مربوط به طراحی و اجرا، انجام شده است. اکثر مدارک فنی مذکور به صورت مدارک انحصاری بـرای شـرکت‌های مزبـور در آمـده و صرفاً برای تولیدات آن شرکت قابل استفاده است. به همین دلیل تاکنون آیین‌نامه مدونی از این سیسـتم سـاختمانی در ادبیـات فنـی جهانی ملاحظه نمی‌شود.

تاکنون مراکز تحقیقاتی و پژوهشی متعددی در دنیا برای بررسی و شناخت رفتار پانل‌ها و سازه‌های پـانلی، تحلیـل‌هـای عـددی متعدد و آزمایش‌های مکانیکی شامل آزمایش‌های استاتیکی، دینـامیکی و میـز لـرزان انجـام داده‌انـد. همچنـین بـرای بهینـه‌سـازی سیستم‌های پانلی از لحاظ رفتار مکانیکی و آثار حرارتی مطالعات فراوانی انجام شده است.

سازه‌های با سیستم پانل سه‌بعدی از یک تا چهار طبقه در نقاط مختلف دنیا با شرایط آب و هوایی گوناگون ساخته شده‌اند. زمینه‌سازی برای تولید سازه‌های پانل سه‌بعدی در ایران از سال‌های اول دهه 70 آغاز شد. پانل‌های سه بعدی ساختمانی می‌توانند در سازه‌های متعارف بتنی و فلزی به عنوان دیوار برشی جهت باربری جانبی مورد استفاده قرار گیرند.

ساختار پانل‌ها به گونه‌ای است که امکان استفاده از آنها در ساختارهای کم ارتفاع به عنوان اعضای باربر قائم و افقی، نیاز به دیگر اجزای باربر از جمله تیر و ستون را مرتفع می‌سازد. در واقع ساختمان‌های کم ارتفاع را می‌توان با تکیه بر رفتار سه بعدی پانل‌ها بدون نیاز به قاب‌های باربر طراحی و اجرا نمود. علاوه بر آن پانل‌ها قابلیت کارکرد و استفاده همزمان با قاب‌های ساختمانی متعارف را دارا می‌باشند. عملکرد و اجرای مناسب این پانل‌ها قابلیت استفاده از آنها را در سازه‌های موجود فراهم می‌سازد. ویژگی اخیر می‌تواند با هدف مقاوم‌سازی و تقویت باربری قاب‌های موجود مورد استفاده قرار گیرد.

عملکرد لرزه‌ای سیستم‌های پانلی به دلیل ساختار خاص آنها دارای تفاوت‌هایی با اعضای متعارف سازه‌ای می‌باشد. در این رابطه خواص مکانیکی اجزای پانل و عملکرد جعبه‌ای ساختار سازه‌ای آن، باعث ایجاد سازه‌ای با شکل‌پذیری کمتر نسبت به سازه‌های معمول می‌شود. در عین حال علی‌رغم شکل‌پذیری کمتر، رفتار کلی سازه‌های سه بعدی پانلی نشانگر ضرایب اضافه مقاومت بالاتری در مقایسه با انواع دیگر ساختارهای باربر جانبی بوده است.

در مجموع این دو ویژگی اخیر موجب می‌گردد ضریب رفتار این سازه‌ها در حدود ضریب رفتار سازه‌های با سیستم دیوارهای برشی بتن آرمه به دست آید. ترکیب پانل‌ها با سیستم‌های قابی دیگر در شرایط طرح از ابتدا یا ارایه طرح مقاوم‌سازی می‌تواند با تکیه بر شکل‌پذیری قاب و اضافه مقاومت پانل به طرح سازه‌ای کنترل شده توسط مهندس طراح منتهی گردد.

در خصوص سازه‌های پانلی به دلیل باربر بودن دیوارها لازم است مسیر انتقال نیروهای ثقلی و جانبی در ارتفاع دچار انقطاع یا انحطاط از محور نباشد. به عبارت دیگر برای حصول عملکرد مطلوب از این سیستم ساختمانی، دیوارهای سازه‌ای از پایین‌ترین تراز تا بالاترین تراز مورد نیاز بدون قطع‌شدگی یا انحراف ادامه یابد.

در سیستم‌های کامل پانلی به دلیل عدم حضور اعضای باربر غیر پانلی، طرح معماری ساختمان باید با ملاحظات کامل سازه‌ای از جمله عدم تغییر مسیر انتقال بار در ارتفاع، فاصله دهانه‌های باربر، تأمین تقارن در طرح دیوارهای باربر، جلوگیری از تعبیه بازشوهای بزرگ در دیوارها و سقف و نظایر آن همراه باشد. در صورت عدم امکان تأمین کامل شرایط فوق لازم است مهندس طراح یا تمهیدات ویژه نسبت به طرح مناسب سازه‌ای مبادرت ورزد. ساختار دیافراگم‌های افقی ساختمان‌های پانلی سه بعدی می‌تواند به منظور تأمین دهانه بارگیر مورد نیاز علاوه بر سقف‌های پانلی از انواع دیگر سیستم‌های سقف متداول از جمله سقف تیرچه بلوک، سقف با تیرچه‌های با جان باز یا دال بتن آرمه باشد.

علاوه بر جنبه‌های مقاومتی سازه‌های پانلی، جنبه‌های پایانی در این سیستم‌ها، نظیر سازه‌های بتن‌آرمه نیز مطرح می‌باشد. با توجه به ساختار هندسی پانل، آثار گزندبار ناشی از شرایط محیطی می‌تواند بر پایایی پانل تأثیرگذار باشد. این موارد در طرح سازه‌ای توسط مهندس محاسب با توجه به شرایط اقلیمی مختلف مورد توجه قرار می‌گیرد.

تأمین پایایی سازه‌های پانلی سه بعدی از طریق روش‌های نظیر استفاده از مصالح استاندارد و یا در نظر گرفتن پوشش کافی میلگردها به منظور کاهش آثار خوردگی و دیگر پی‌آمدهای گزندبار آن مورد اهتمام می‌باشد.

سیستم‌های پانلی سه بعدی جزو سیستم‌های ساختمانی نیمه پیش‌ساخته محسوب می‌گردد که با رویکردی میانه می‌توانند مجموعه مزایای سیستم‌های درجا و پیش‌ساخته را احصا نمایند. مشخصات این سیستم ساختمانی به صـورت تولیـد کارخانـه‌ای در یـک مرحلـه، و اجـرا و نصـب کارگـاهی در مرحلـه‌ای دیگـر قابلیت‌های ویژه‌ای به این روش ساختمانی داده است. اصولاً سیستم پانلی در صورتی توجیه فنی و اقتصادی دارد کـه بـا آن به عنـوان یک سیستم صنعتی برخورد شود. استفاده از سیستم‌های صنعتی با رویکرد کاهش هزینه‌های ساخت و افـزایش قابلیـت‌هـای کنتـرل کیفی توأم می‌باشد.

برنامه‌ریزی ساخت و مدیریت تولید

سیستم ساختمانی پانل‌های سه بعدی قابلیت برنامه‌ریزی و مدیریت اجرایی مناسب را دارد. با استفاده از برنامه‌ریزی ساختار یافته در فرآیند اجرایی می‌توان استفاده بهینه از نیروی انسانی، ماشین‌آلات و مصالح را به دست آورد. برنامه‌ریزی زمانی ساخت این امکان را مهیا می‌سازد که سفارش زمان‌بندی شده برای تهیه پانل‌ها به کارخانه تولید کننـده آنهـا مقدور باشد. استفاده از این روش ساختمانی در مواردی که تولید انبوه مسکن یا ساختمان مورد نظر باشد، به طرح‌های اقتصادی قابـل توجیـه منجر می‌شود. در مواردی که در طرح‌های تفصیلی شهری یا مواردی نظیر ساخت مسکن برای مناطق زلزله‌زده برنامه‌های تولید انبـوه مسکن و ساختمان مدنظر باشد، انتخاب این گزینه ساختمانی می‌تواند مورد توجه قرار گیرد. به کارگیری تجهیزات و ماشین‌آلات مناسب از ملزومات اولیه این صنعت ساختمانی برای رسیدن به طرح‌های اقتصـادی اسـت در عین حال باید مسایل اقتصادی و مدیریتی از جمله حجم عملیات اجرایی بتن‌پاشی و همچنین آماده بودن پانل برای اجـرای مـداوم و پیوسته عملیات بتن‌پاشی را در نظر گرفت.

تعاریف

پانل پیش‌ساخته سبک: پانل پیش‌ساخته سبک شامل دو صفحه شبکه جوش شده فولادی می‌باشد که یک هسته عایق در میان آن قرار گرفته و توسط تعدادی اعضای خرپایی به یکدیگر متصل شده‌اند که بعد از نصب، بتن از دو طرف روی آن پاشیده می‌شود.

شبکه جوش شده: از اتصال مفتول‌های فولادی سرد کشیده شده با آرایش عمود بر هم به صـورت جـوش مقـاومتی بـه یکـدیگر، شـبکه‌ای ایجـاد می‌شود که شبکه جوش شده خوانده می‌شود.

مفتول سرد کشیده شده: مفتولی که طی فرآیندهای متوالی کشش، تنش‌زدایی و کشش مجدد که با تقلیل قطر نسبت به مفتول مبنا همراه است سـاخته می‌شود.

برشگیر: عضو خرپای فولادی که با آرایش تعیین شده توسط جوش مقاومتی به دو لایه شبکه جوش شده متصل می‌شـود. ایـن اعضـا در آرایش منظم در پانل قرار میگیرند، به طوری که اتصال آنها در خواص مکانیکی شبکه جوش شده و پانل تولیـد شـده نهـایی خللـی ایجاد نکند.

بتن پاشیده: بتنی که با طرح اختلاط مخصوص ساخته شده و اجرای آن توسط پاشش سریع روی سطوح، بدون نیاز بـه قالـب بنـدی، صـورت می‌گیرد.

دیوار پانلی: دیواری از جنس پانل است که به صورت قائم در انواع سیستم‌های سازه‌ای به عنوان جـزء بـاربر افقـی یـا قـائم و یـا بـه عنـوان دیوارهای جداکننده به کار برده شود.

سقف پانلی: سقفی از جنس پانل است که به صورت افقی یا با شیب کم به عنوان تمام یا جزیی از دیافراگم افقی به کار می‌رود.

سیستم کامل پانلی: سیستم کامل پانلی سیستم سازه‌ای است که فاقد قاب فضایی کامل برای تحمل بارهای قـائم و افقـی باشـد و دیوارهـای پـانلی قسمت عمده بار قائم و تمام بارهای افقی را تحمل می‌کنند. همچنین دیافراگم افقی این سازه، شامل کف‌ها و سقف‌ها (افقـی یـا بـا شیب کم)، از سقف پانلی یا هر نوع دیافراگم دیگر تشکیل شده است.

سیستم مختلط پانلی: سیستمی است که در آن دیوار پانلی به عنوان تمام یا بخشی از اجزای باربر قائم و یا افقی در سیستمهای متعارف سازهای به کار می‌رود. همچنین این سیستم می‌تواند شامل سیستم‌های سازهای متعارفی باشد که دیافراگم آنها از نوع سقف پانلی است.

تار: مفتول طولی به کار رفته در شبکه جوش شده می‌باشد که در خطوطی به موازات صفحات برشگیرها قرار دارد.

پود: مفتولی است که عمود بر مفتول‌های تار در شبکه جوش شده به کار می‌رود.

چشمه شبکه: به سطح حاصل از تقاطع دو مفتول تار و پود به صورت متوالی در شبکه جوش شده اطلاق می‌شود.

هسته عایق: صفحه‌ای یکپارچه با ضخامت معین، قرار گرفته به صورت متقارن و محصور با فاصله از شبکه‌های جوش شده پانل می‌باشـد کـه برشگیر از میان آن عبور داده می‌شود.

صفحه برشگیر: صفحه‌ای فرضی عمود بر صفحه هسته عایق می‌باشد که برشگیرها در آن قرار گرفته‌انـد و مفتـول‌هـای تـار نیـز در آن صـفحه واقع‌اند.

زاویه برشگیر: زاویه‌ای که مفتول برشگیر در مقطع طولی با محور افق ( مفتول تار) می‌سازد، زاویه برشگیر نام دارد.