طراحی سازه های ساختمانی به روش امروزی و حفظ عملکرد و پایایی آن ها، یکی از بحث های مهم در صنعت ساختمان سازی است. با توجه به ساخت و سازهای انبوه در شهرهای بزرگ و مسائل و مشکلات اجرای سازه های سنگین، استفاده از مصالح سبک و سازه های از پیش ساخته شده دارای اهمیت بالایی است.
در طول سالیان گذشته؛ اغلب خانه ها به روش سنتی و به صورت دائمی احداث می شدند. اما وجود موارد متعددی از قبیل حوادث طبیعی همانند؛ زلزله، سیل یا آتش سوزی، زمان بر بودن پروسه اجرا، تلفات انسانی حین فرآیند ساخت، هزینه بالا و... سبب شد؛ تا طراحان و سازندگان راهی جهت بهبود صنعت ساختمان سازی جهانی بیابند.
استفاده از سازه های پیش ساخته بتنی یکی از کاربردی ترین راه هایی است که در طی سالیان اخیر مورد توجه قرار گرفته است. سازه های بتنی پیش ساخته شامل قطعات بتنی مجزا هستند که در کارخانه یا واحدهای صنعتی در ابعاد مختلف پیش تولید شده و در محل اجرای پروژه به یکدیگر متصل می شوند. این قطعات به دلیل وزن پایین در مقایسه با مصالح سنتی ساختمان سازی، یکی از بهترین راه ها جهت احداث مسکن موقت می باشند.
در ادامه این مطلب با اشاره به تاریخچه سازه های بتنی پیش ساخته و نحوه عملکرد آن ها، به معرفی انواع سیستم های سازه ای پیش ساخته نیز می پردازیم.
قطعات بتنی پیش ساخته و تاریخچه آن ها
همانطور که پیش تر نیز اشاره شد؛ قطعات پیش ساخته بتنی روشی بهینه و پایا جهت ساخت ساختمان های مقاوم و در عین حال ارزان قیمت است. استفاده از این قطعات برای اولین بار در بین کشورهای اروپایی و طی دهه های 50 الی 60 میلادی رواج یافت.
پس از اروپا، کشور آمریکا از دیگر کشورهای پیش رو در زمینه استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی در ساختمان سازی بود. اما پس از مدتی به دلایل متعددی اعم از هزینه پایین استفاده از نیروی انسانی و به صرفه بودن ساخت خانه ها به روش سنتی، پروژه های کمتری در اروپا از این روش ساخت استفاده کردند.
از سوی دیگر؛ آمریکای شمالی و سایر نقاط کشور ایالات متحده به دلیل ظرفیت بالای تولید و صرفه اقتصادی، بیش از پیش از این روش بهره مند شدند. هم اکنون در ایران نیز، به دلیل عملکرد معیوب مصالح در طولانی مدت و استفاده از سیستم های فولادی سنگین در اغلب ساختمان ها، اجرای قطعات پیش ساخته بتنی در ساخت و ساز بیش از گذشته توسعه یافته است. برخی از سازه های پیش ساخته بتنی شامل ستون های پیش ساخته، سقف، درزهای طولی و تیرهای پیش ساخته بتنی هستند.
بر اساس تحقیقات انجام شده در زمینه سیستم های پیش ساخته و تجربیات استفاده از آنها، این قطعات به لحاظ زیست محیطی و مصرف انرژی بسیار به صرفه بوده و از انباشت زباله های ساختمانی در حین فرآیند ساخت جلوگیری می کنند.
نحوه تولید قطعات پیش ساخته بتنی بدین گونه است که در ابتدا قالب های بتن ریزی و تجهیزات مورد استفاده حین فرآیند تولید، آماده سازی می شوند. پس از آن، عملیات بتن ریزی مواد در قالب های مجزا آغاز می گردد. در این مرحله نیاز است تا به جهت قالب گیری و اطمینان از استحکام بتن، مدتی مواد در درون قالب ها نگهداری شود. پس از گذشت چند ساعت قطعات بتنی از قالب جدا می شوند که به اصطلاح به آن عملیات قالب برداری مواد نیز می گویند.
مزایا و معایب استفاده از قطعات پیش ساخته
یکی از مزیت های اصلی قطعات پیش ساخته ساختمانی، امکان استفاده مجدد از آن ها در ساخت و سازهای موقت است. به عبارتی این قطعات به دلیل سهولت در نصب و اجرا و همچنین جاگذاری آسان تاسیسات مکانیکی، بدون نیاز به تعمیر به راحتی قابل انتقال هستند. قطعات پیش ساخته در برابر حرارت و سرمای هوا بسیار مقاوم اند و این امکان را دارند تا در شرایط سخت جوی نیز نصب و راه اندازی شوند. وزن سبک این سازه ها، سهولت در حمل و نقل و کاهش هزینه های جانبی پروژه از دیگر مزایای استفاده از قطعات پیش ساخته بتنی است.
یکی از مشکلات اصلی استفاده از این سیستم، محدودیت آن به لحاظ ابعاد قطعات تولیدی است. همچنین از نظر تنوع طراحی و جزئیات بسیار محدود بوده و صرفا در اشکال خاصی تولید می شوند.
معرفی انواع سازه ای پیش ساخته بتنی
سیستم های پیش ساخته به لحاظ عملکرد و کیفیت در دسته های متفاوتی از جمله؛ سیستم جعبه ای، سیستم دیوار اسکلتی و سیستم دیوار باربر قرار می گیرند. در ذیل به معرفی انواع سیستم های پیش ساخته و نحوه اجرای آن ها خواهیم پرداخت:
سیستم سازه ای اسکلتی
این نوع سازه پیش ساخته بتنی، شامل جزئیات تیر و ستون ساختمان هاست که اتصالات میان آن ها از دو روش گیردار و مفصلی پیروی می کند. چنانچه اعضای سازه اسکلتی دارای اتصالات مفصلی است، در نظر گرفتن سیستمی جهت حمل بارهای جانبی بدون آسیب به سایر اجزای ساختمان ضروری است. سیستم سازه ای اسکلتی بر اساس نحوه اتصالات و و نوع اجرا به دسته های مختلفی از جمله؛ سازه اسکلتی با ستون یکپارچه، سازه اسکلتی قاب پرتال و سازه اسکلتی با ستون مجزا تقسیم بندی می شود.
سیستم جعبه ای
اعضای اصلی تشکیل دهنده سیستم جعبه ای، شامل قطعات توخالی و به شکل مستطیل با ابعاد زیاد است. این قطعات کل یا بخشی از ساختمان را تشکیل می دهند. در این روش ساخت اتصالات میان اعضا بسیار محدود است. اغلب از سیستم جعبه ای به منظور احداث اسکان های موقت با میزان ارتفاع محدود استفاده می شود. همچنین؛ تمامی قطعات به کار برده شده در این روش قابل جداسازی و استفاده مجدد هستند.
سیستم دیوار باربر
در این روش قطعات و دیوارهای پیش ساخته بتنی در ابعاد بزرگ به روش های خاصی به یکدیگر متصل شده و سازه ای مقاوم را ایجاد می کنند. اعضای به کار رفته در این سیستم اغلب دارای ابعاد و وزن زیادی می باشند که این مسئله یکی از معایب آن محسوب می شود. با توجه به محدودیت در تعداد اتصالات میان اجزا در این روش، سرعت ساخت بالا بوده و می توان به سهولت اسکان هایی با ارتفاع استاندارد احداث کرد.