سیستم ساختمانی دیوار دو لایه یا قالب سرخود بتنی

سیستم دیوار دو لایه یا قالب سرخود بتنی

TWIN WALL OR INCORPORATED SHUTTRING WALL SYSTEM

مهدی روانشادنیا

مقدمه

مشخصات عناصر و اتصالات سازهای

روش اجرا

عملکرد سازه ای سیستم

عملکرد در برابر حریق

عملکردحرارتی سیستم

مزایاو معایب

منابع

مقدمه :

سیستم سازه ای دیوارهای قالب سرخود بتنی ابتدا در کشورهای اسکاندیناوی ، خصوصاً سوئد مطرح گردیده است . دراین سیستم  قسمتی از دیوارهای بتن مسلح به صورت پیش ساخته در کارخانه تولید می شود . این دیوارها از دو لایه بتن مسلح با فاصله نسبت به یکدیگر ساخته می شود، فاصله بین لایه ها ،‌علاوه بر تاثیری که بر کاهش وزن دیوار درزمان حمل و جابجایی (در مقایسه با دیوارهای پیش ساخته یکپارچه توپر ) دارد، نصب و برپایی آن را نیز تسهیل می کند. همچنین ، بتن ریزی درجا می تواند به یکپارچگی اعضای سازه ای کمک کند وعملکرد لرزه ای ساختان را بهبود بخشد . بخش پیش ساخته و بتن درجا توسط میل گردهایی که میان دو جداره تعبیه شده اند   و همچنین توسط قفل و بست بین لایه ها به یکدیگر متصل می شوند.

معمولاً قطعات پیش  ساخته قالب سرخود بدون میل گرد انتظار طراحی و تولید می شوند  . اتصال دو لایه بتنی طرفین توسط خرپاهای فلزی صورت می گیرد تا عملکرد مرکب اتصال دو لایه بتنی طرفین قطعه توسط خرپاهای فلزی صورت می گیرد تا عملکرد مرکب داشته باشند . این اقدام ، در عین دارا بودن مزایای اجرایی ، خطر آسیب دیدن در زمان حمل را کاهش می دهد، و باعث می گردد نیاز به قالب بندی کاملاً منتفی گردد یا به حداقل کاهش یابد.

درکشورها اروپایی ،‌این سیستم برای ساختمان ها مسکونی ، اداری ،‌و عمومی مورد استفاده  قرار گرفته است .

شالوده ، در سیستم سازه ای دیوارهای بتن مسلح دولایه ، ازبتن مسلح و به صورت درجا ساخته می شوند.

سقف های این سیستم معمولاً به صورت دال نیمه پیش ساخته با پیش دال هستند .این سقف ها  درکارخانه آماده می شوند و پس از نصب برروی دیوارها با تعبیه عناصر تسلیح مناسب، با بتن ریزی درجا به دیوارها متصل می گردند در مواردی نیز از سقف های پیش ساخته دو لایه (مشابه دیوارها ) استفاده می شود . دراین  حالت نفوذ بتن به تمام قسمت های جداره میانی سقف به آسانی صورت نمی گیرد .از این رو ، سیستم مورد بحث درمواقعی که از نظر سازه ای لایه های بتن بالایی و پایینی سقف پاسخ گوی بارهای وارد بر آن باشند و لایه میانی با مواد پر کننده یا عایق پرشود استفاده می شود.

بیشترین کاربرد این گونه ساختمان ها در مناطق با خطر لرزه خیری کم بوده باشند.

درسیستم دیوارهای بتنی دولایه، از آنجا که دیوارها درکارخانه بتن ریزی می شوند امکان اجرای دقیق وعمل آوری مناسب آنها وجود داردو این موضوع به عنوان یکی از نقاط قوت این سیستم مطرح می شود. از سوی دیگر ، اجرای دیوارها درکارخانه این امکان را برای سازنده فراهم می کند که انواع  نماهای مورد نطر را قبل از بتن ریزی روی کف قالب های دیوار اجرا و سپس اقدام به بتن ریزی کند . این موضوع علاوه برای دستیابی به نماهای زیبا و بدیع ، باعث اتصال مناسب و مقاوم نمابه سیستم سازه ای می شود و خطر جدا شدن و سقوط نما به هنگام زلزله را به حداقل می رساند . بدیهی است که این موضوع باعث می شود حمل و  نصب قطعات از حساسیت خاصی برخوردار شود.

مشخصات عناصر و اتصالات سازه ای [2] و [3]

1- شالوده بتن مسلح

شالوده سیستم دیوارهای دو لایه، به دلیل وجود سیستم دیوارها باربر بتن مسلح و بسته به نوع خاک زمین محل احداث ساختمان مقاومت فشاری مجاز خاک وسایر پارامترهای ‍ژئوتکنیکی ، به صورت نواری یا گسترده با بتن ریزی درجا طراحی و اجرا می شود میل گردهای  انتظار تعبیه شده در این شالوده ها اتصال بتن دیوار وشالوده را تامین می کنند.

2- قالب سر خود دیوار

دیوار های بتن مسلح پانلی و لایه ،‌عناصر قائمی هستند که پس از اجرای بتن درجا به عنوان اعضای باربر ثقلی و نیز باربر جانبی (دیوارهای برشی) درسیستم سازه ای دیوارهای دو لایه بتن مسلح میانی مشارکت می کنند . ضخامت کل دیوار عموماً بین 20 تا 30 سانتی متر متغیر است .

2-1 ساخت قالب سرخود دیوار درکارخانه

ساخت قطعات قالب سرخود بتنی مراحل مختلفی دارد از جمله .

الف ) ساخت خرپاهای فلزی

یکی از تولیدات کارخانه های قالب سرخود بتنی ،‌خرپاهای مورد استفاده  برای اتصال و تقویت لایه های بتنی دو طرف قالب است.

خرپاها معمولاً به صورت خودکار توسط دستگاه هایی که عملیات برش میل گردها ، خم کاری و جوش نقطه ای را انجام می دهند ساخته می شود.

ب) میل گرد گذاری و بتن ریزی

درمرحله بعدی، میل گردگذاری وبتن ریزی یکی از لایه های بتنی قالب سرخود روی میز بزرگ تختی صورت می گیرد.

پس از این که گیرش اولیه بتن به حد قابل قبول رسید با استفاده از جزثقیل سقفی لایه بتنی جابه جا می شود و بر روی میز ی متحرک مجهز به بادکش های مکنده متعدد گذاشته می شود.

این میز قادر است قطعه بتنی را دوران دهد وبرروی میز دیگری که از قبل بتن ریزی شده است قرار می گیرد.زمانی که بتن لایه دوم به مرحله اولیه نرسیده است باعملیات ویبره (توسط میز ویبره ) اطراف میل گرد ها را به طور کامل می پوشانند و کلیه حفره ها و حباب های هوا از لایه بتن دوم خارج می شود.

تسطیع سطجح رویی ، پس از بتن ریزی با استفاده از تجهیزات حاص (مانند ماله پروانه صورت می گیرد.

ج)اجرای پله های بتنی پیش ساخته

اجرای بتن ریزی پله های پیش ساخته دریک مرحله انجام می شود قالب های مورد استفاده  برای اجرای این قطعات معمولاً قابلیت انطباق باطرح های وابعاد مختلف را دارد.

د) ایجاد طرح های مختلف برای قطعات نما

با کارگذاشتن ورق هایی انعطاف پذیر از جنس لاتکس یا مشابه آن به کف قالب می توان طرح های مختلف نما را ایجاد کرد.

ه) پیش بینی لایه عایق حرارتی درقالب سرخود دیوار

دربین دو لایه بتنی می توان یک لایه عایق حرارتی نیز پیش بینی کرد. البته اضافه شده عایق حرارتی مشکلاتی را نیز به همراه دارد که مهم ترین آنها عدم امکان استفاده از خرپاهای فلزی است .به همین دلیل، دراین حالت میخ های فلزی که درانتها پوشش پلیمری دارند به کارگرفته می شود.  پوشش پلیمری برای کاهش میزان پل حرارتی بین لایه های بتنی است بدیهی است دراین شرایط از نظر سازه ای مجموعه کارآمدی کمتری نسبت به قطعات بدون عایق و با خرپای فلزی دارد.

و) نصب مدارهای تاسیسات مکانیکی والکتریکی

درسقف های نیمه پیش ساخته مورد بحث ، امکان تعبیه محل هایی برای عبور کابل لوله و کانال درحین ساخت در کارخانه وجود دارد. کارگذاری مدارها می تواند پس از ساخت قطعه بتنی صورت گیرد .دراین مواردی که لازم است کلیه و پریزها ،‌یا انتها ی مدارهای تاسیسات یا الکتریکی ، درداخل دیوار تعبیه شود اجرای مدارها پس از اتمام بتن ریزی یگ لایه انجام می شود.

ز) تعبیه بازشدگی ها

امکان تعبیه نورگیر و بازشو درحین ساخت این دیوارها در کارخانه وجودد دارد.

ح) نگهداری وحمل قطعات

قطعات تولیدشده می تواننددرفضاهای مسقف ، یا درفضای آزاد  نگهدای شوند.

این خطر  وجود دارد که اثر بارهای دینامیکی زمان حمل و نصب از بارهای دوره بهره برداری کاملاً متفاوت باشد و باعث ایجاد خرابی در قطعه شود.

زمان طراحی سیستم علاوه بر لحاظ کردن بارهای زمان نصب وبهره برداری، نیروهای احتمالی ناشی از حمل ونقل قطعات نیز بر آورده می شود.

سقف های بتن مسلح نیمه پیش ساخته ( پیش دال ) و پیش ساخته (دال)

این دال های یک طرفه درکارخانه  معمولاً به صورت پیش دال ساخته می شوند .به نحوی که میل گرد تحتانی تیرچه ها تعبیه می گرددو لایه پایینی بتن آنها  به ضخامت حدود 7 سانتی متر ریخته می شود .این قطعات سقف عمدتاً برای سهولت درحمل ونقل و نصب با عرض 5/2 متر ساخته می شود.

روش اجرا:

1- اجرای شالوده

دراین سیستم شالوده های بتن مسلح به صورت درجا ریخته می شوند.

2- نصب موقت قالب های سرخود خود بتنی

پس از گیرش بتن شالوه یاکف طبقات ، دیوارهای بتن مسلح پیش ساخته دو لایه به محل  حمل می گردند و توسط جرثقیل برروی شالوده ها یا کف طبقات به صورت موقت کارگذاشته می شوند.

پس از استقرار قطعات دیواری در محل های تعیین شده ، میل گرد گذار برای اتصال پانل ها به یکدیگر انجام می شود.

3- نصب سقف

در مواردی  استفاده از این سیستم توجیه دارد که از دیدگاه مهندسی سازه لایه های بتن بالایی و پایینی سقف جوابگوی بارهای وارد   بر آن بوده و لایه میانی  بتوان با مواد پر کننده مانند عایق حرارتی پرشود.

 بتن ریزی : روند اجرای بتن ریزی باید مطابق آئین نامه آبا باشد.

 یک نکته در بتن ریزی :

ارتفاع آزاد بتن ریزی دردوحالت بتن ریزی با لوله انعطاف پذیر و بتن ریزی توسط تعبیه دریچه بتن ریزی براساس فاصله آزاد دو پانل گنجانده شده است.

جدول 4-1 ارتفاع آزاد بتن ریزی دردو حالت بتن ریزی با لوله انعطاف پذیری و بتن ریزی توسط تعبیه دریچه بتن ریزی بر اساس آزاد دو پانل

سیستم سازه ای : [1]و [4]

سازگاری سیستم با آیین نامه های ساختمان داخل و خارجی

اگر چه در آیین نامه ACI 533R مطالبی کلی درزمینه جهان ،‌به طور مستقیم و مجزا عنوان شده است اما دراغلب آیین نامه های ساختمانی معتبر جهان ، به طور مستقیم و مجزا اشاره ای به طورح واجرای سیستم دیوار های پانلی دولایه نشده است درمورد این سیستم در هیچ یک از آیین نامه های  ساختمانی داخل پانلی دو لایه نشده است . در مورد این سیستم در هیچ یک از آیین نامه های ساختمانی داخلی نیز مطلبی عنوان نشده است.

از دیدگاه رفتار لرزه ای به نطر می رسد سیستم سازه ای دیوارها دو لایه ، سیستم پسندیده ای نیست . از این رو، فقط درصورتی می توان از این سیستم استفاده  کرد که طراح نسبت به عملکرد اجرا و اتصالات واجرای صحیح آنها اطمینان کافی داشته باشد (مثلاً این موضوع با آزمایش روی اجزای سازه ای و نیز مدل سازه ای با شرایطی که بتواند نماینده رفتار کل سیستم باشد ثابت شود).

برای طر احی عناصر بتن مسلح و همچنین اجرای سازه درمحل سایت می توان از ضوابط مبحث نهم قرررات ملی ساختمان ایران درخصوص طرح و اجرای ساختمان های بتنی ،‌بهره  گرفت.

جمع بندی و تشریح محدودیت های سازه ای

1. درکلیه اتصالات و در هر سمت اتصال ، میلگردهای اتصال حداقل به اندازه طول مهارت میل گرد درکشش ادامه یابند.
2. مقدار میل گرد مصرفی و محل های جاگذاری آن دراتصال به صورت دقیق تعیین شود و درهیچ حالتی از الزامات مندرج درمبحث نهم مقررات ملی ساختمان کمتر نباشد.
3. بتن سقف و دیوار به صورت یکپارچه با مشخصات عنوان شده در فصل 3 ریخته شود و درعمل آوری آن نهایت دقت صورت پذیرد.
4. برای دستیابی به یکپارچگی بیشتر، حتی الامکان از سقف های نیمه پیش ساخته (پیش دال) که بتن ریزی روی آنها  همزمان با لایه میانی دیوار اجرا می شود استفاده گردد.
5. برای درگیری بهتر بین بتن درجای لایه میانی دیوارها و لایه های بتنی ریخته شده درکارخانه ،‌هنگام  بتن ریزی در کارخانه تدابیری  برای مضرس کردن سطح داخلی لایه های بتن ،‌به کارگرفته شود، یا این که میل گرد گذاری لازم برای به هم  دوختن بتن پیش ساخته و بتن درجا صورت گیرد.

بررسی رفتار سیستم در برابر آتش

بتن مصالحی است که به طور معمول از حدود 25 درصد حجمی سیمان و 75 درصد سنگدانه. با حرارت دیدن بتن رطوبت موجود در خلل و فرج خمیر سیمان از دست می رود. این از دست رفتن رطوبت با جذب حرارت زیادی همراه است که انتقال حرارت به داخل بدنه بتنی را به تاخیر می اندازد. و باعث بهبود رفتار بتن در برابر آتش می شود. عمده گرمای نهان در این فرآیند مربوط به عملکرد سیمان است. سه عامل مهم در پوکیدن صطحی بتن ، فشار بخار ، تنشهای حرارتی و تغییر ساختاری سنگدانه .

عملکرد سیستم در برابر آتش

انواع خاصی از سقف ها

دال بتن مسلح بدون سقف کاذب

جدول 6-1 حداقل ضخامت لازم دال (mm )

دال بتن مسلح با سقف کاذب با پوشش گچ / پرلیت روی رابیتس

سقف کاذب با فاصله حداقل 15 سانتیمتر از زیر دال بتن مسلح اجرا شود. در زیر رابیتس سقف کاذب، پوشش گچ / پرلین بت ضخامت لازم مطابق با جدول 6-1 اجرا گردد.

جدول 6-2 حداقل ضخامت لازم دال بتن مسلح با سقف کاذب (mm )

انواع خاصی از سقف ها

دال بتن مسلح بدون سقف کاذب

جدول 6-1 حداقل ضخامت لازم دال (mm )

دال بتن مسلح با سقف کاذب با پوشش گچ / پرلیت روی رابیتس

سقف کاذب با فاصله حداقل 15 سانتیمتر از زیر دال بتن مسلح اجرا شود. در زیر رابیتس سقف کاذب، پوشش گچ / پرلین بت ضخامت لازم مطابق با جدول 6-1 اجرا گردد.

جدول 6-2 حداقل ضخامت لازم دال بتن مسلح با سقف کاذب (mm )

بررسی عملکرد حرارتی سیستم [3]

جدول 7-1مقایسه ضریب انتقال حرارت دیوار بتنی با چند نوع جدار دیگر

برای دستیابی به اهداف تعیین شده در مبحث 19 مقررات ملی ساختمان در مورد ساختمان های با استفاده مداوم، مناسب ترین روش عایق کاری حرارتی از خارج است.و از طرف دیگر پل های حرارتی در محل اتصال دیوار به کف طبقات و تیغه های داخلی حذف شود و انتقال حرارت از پوسته خارجی به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

ساده ترین و ارزانترین عایق حرارتی جدارها از داخل است. یک زیر سازی چوبی روی دیوار و اجرای عایق حرارتی و تخت گچی روی آن. البته روشهای دیگری نیز جهت عایق کاری وجود دارد.

شرکت های مجری سیستم قاب سبک فولادی (Twin  ) مورد تایید مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن

بررسی نقاط قوت و ضعف سیستم

منابع:

1-Dukane Precast Company ,Double Wall System

www.DukanePrecast.com

2- Kerkstoel Company 2000,Reinforced Concrete Double Walls

www.Kerstoel.be

3- بررسی  و ارزیابی چند سیستم مطرح در پروژه های انبوه سازی سیستم دیوار دولایه ،سیستم دیوار دولایه یا  ‌قالب سرخود بتنی ، معصومی علی ‌، محمد کاری بهروز ،– مرکز تحقیقات ساختمان مسکن ، نشریه گ – 460.

4-  کمینه دائمی بازنگری آئین نامه طراحی ساختمانها دربرابر زلزله ،‌آئین نامه طراحی 2800 ،‌مرکز تحقیقات ساختمان مسکن 1384.

5- هدایتی ، محمد جعفر  ، لیاقتی ، مولانا ” بررسی صدابندی سقف های متداول درایران “.

6- “Double –Wall precast concrete building systems” by Dukane Precast Company

7- مدارک فنی و تخصصی شرکت صبا آرمه بتن