مقالات تخصصی معماری و عمران
سازه های پوسته ای پیش ساخته
صفر تا صد شناخت سازه های پوسته ای پیش ساخته
معرفی سیستم سازه های پوسته ای پیش ساخته (Precast Reinforced Concrete Shells) :
پوستهها در یک تقسیمبندی کلی در گروه سازههای سه بعدی قرار میگیرند.
سازههای سه بعدی که از رفتار غالب سه بعدی برخوردارند، در مقابل سازههای صفحهای مانند خرپاهای صفحهای قرار میگیرند که به صورت دو بعدی طراحی میشوند.
سازههای سه بعدی انواع گوناگون سازههای ساخته شده با مواد و مصالح مختلف مانند فولاد، آلومینیوم، چوب، بتن، کامپوزیتهای مسلح فیبری و یا ترکیبی از این مواد را شامل میشود.
سازههای سه بعدی به سه گروه زیر تقسیم میشوند:
- سازههای سه بعدی پیوسته که شامل اجزایی مانند دالها و پوستهها میشود.
- سازههای سه بعدی مشبک که شامل عناصر طولی جدا از هم میباشد.
- سازههای سه بعدی دوگانه که شامل ترکیبی از اجزای جدا و پیوسته است.
قوسها انواعی از سازهها محسوب میشوند که توانایی حمل بارهای قائم را با تنشهای فشاری خالص دارند و مؤلفه افقی واکنش تکیهگاههای آن برای مقابله با نیروی رانش قوس به طرف وسط دهانه قوس عمل میکند.
همواره در طول تاریخ دستیابی به نیروهای فشاری بدون خروج از مرکزیت، مورد توجه معماران و سازندگان بوده است و آثار برجسته معماری در دورههای گذشته که شامل انواع قوسها و گنبدها میباشد، نمونههایی از این تلاش به شمار میرود.
از نتایج این تلاش، ساخته شدن ساختمانهای بزرگ و عظیم مانند عبادتگاهها، مساجد، کلیساها و فضاهای بزرگی است که نمونههایی از آن در معماری ایران و جهان قابل مشاهده است.
شکل پوشش دهانههای وسیع با استفاده از قوس و گنبد سنگی در دورههای تاریخی گذشته، پوشش دهانههای بزرگ توسط گنبدهای آجری و یا سنگی انجام میشد.
عملکرد این گونه گنبدها از نظر مقاومت مصالح و رفتارشناسی ساختمان به صورت انتقال نیروها با ایجاد تنشهای فشاری در مصالح متشکله گنبد بود.
اجرای این نوع پوششها بر تجربیات شخصی متکی بود و هنر سازندگان این نوع بناها نسل به نسل از استاد به شاگرد منتقل میشد و منشأ شکلگیری بناهای جدید میگردید.
از نیمه قرن نوزدهم میلادی با ابداع سیمان و بتن و امکان مسلح نمودن بتن با میلگردهای فولادی، مصالح جدیدی در اختیار معماران و مهندسان قرار گرفت و امکان ساختن بناهایی با بهرهگیری از این فناوری نوین فراهم گردید.
بتن مسلح به دلیل قابلیت تحمل گشتاور خمشی و شکلپذیری راه حل مناسبی برای دستیابی به فرمهای گنبدی جدید بود.
پوستههای بتنی، یکی از انواع سیستمهای ساختمانی بود که در شرایط جدید امکان اجرای ساختمانهای متنوع و گوناگون با طراحیهای بدیع در دهانههای مختلف را میسر نمود.
همزمان تلاشهای بسیاری برای طراحی و اجرای پوستههای بتنی پیش ساخته برای کاربریهای متداول صورت گرفت، که در بخشهای بعدی به نمونههایی از آن اشاره میشود.
- ویژگیهای معماری:
سازه های پوسته ای با توجه به مزایای متعدد از نظر ویژگیهای معماری و رفتار سازهای، امروزه از موقعیت غیرقابل انکاری در اجرای طرحهای بدیع و مقاوم برخوردارند.
با به کارگیری تکنولوژیهای نوین و پیشرفته در طراحی و اجرای سازه های پوسته ای پیش ساخته، این امکان فراهم میشود که بتوان فضاهای قابل استفاده و در عین حال ساده و زیبا برای کاربریهای مختلف ایجاد کرد.
همچنین پیشرفتهای قابل توجهی که به ویژه با برنامههای گرافیکی سه بعدی در زمینه طراحی به وجود آمده است، امکان ارائه طرحهای متعدد و بدیع از لحاظ حجم بیرونی و طراحی داخلی برای طراح فراهم گردیده است.
انواع کاربریهای معماری را میتوان با استفاده از سقفهای پوستهای پیش ساخته به نحو مطلوب طراحی و اجرا کرد.
به عنوان مثال برای کاربری مسکونی میتوان انواع پلانهای معماری را طراحی کرد، ضمن آن که سرعت و سهولت اجرای پوستههای بتنی پیش ساخته امکان اجرای چنین طرحهایی را در حداقل زمان و با هزینه قابل مقایسه با سایر روشها فراهم میسازد.
درصورت ضرورت و برای استفاده بیشتر از زمین میتوان با استفاده از سازه های پوسته ای پیش ساخته ساختمانهای دو طبقه اجرا کرد.
با استفاده از سازه های پوسته ای پیش ساخته میتوان دهانههای 10 تا 15 متر را با پوسته بتنی به ضخامت 20 تا 30 سانتیمتر پوشاند.
در طرحهایی که ابعاد بیشتری مورد نیاز است مانند مدرسه، نمایشگاه، درمانگاه، رستوران و … میتوان از ترکیب دو یا چند سازه پوسته ای پیش ساخته برای پوشش فضاهای مورد نظر دهانه استفاده کرد.
نمونههایی از ترکیب دو یا سه پوسته بتنی پیش ساخته برای پوشش فضاهای وسیع در کاربریهای متنوع در تصاویر نشان داده شده است.
یکی از مهمترین عوامل در طراحی نمایشگاهها، موزهها، مراکز تجاری و … زیبایی و جذابیت طرح برای جلب بیشتر افراد میباشد.
سازه های پوسته ای علاوه بر تمامی مزایای بیان شده به دلیل فرم منحنی، شکل زیبا و جذاب این نیاز را به خوبی برآورده میکنند.
سازه های پوسته ای در ابعاد مناسب، میتوانند در طراحی مراکز مذهبی مانند مساجد و حسینیهها و فضاهای ورزشی و فرهنگی نیز استفاده شوند.
شکل امکان استفاده از پوستههای بتنی برای مکان های مراکز مذهبی، مساجد، فضاهای ورزشی و فرهنگی
- سیستم سازه:
سازهای این سیستم با استفاده از رفتار پوستهای در برابر نیروهای ثقلی و بارهای جانبی تأمین میشود.
طراحی سازه بتنی براساس مبحث 9 مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمانهای بتن آرمه) صورت میگیرد.
همچنین میتوان از سایر آیین نامههای معتبر در زمینه ظراحی سازههای بتنی مانند ACI318 نیز استفاده کرد.
انتقال بار در پوسته بتنی اصلی به طور عمده توسط مکانیسم غشایی انجام میگیرد و فقط در نواحی خاص مانند نقاط نزدیک محل اثر بارهای متمرکز، مکانیسم خمش به عنوان رفتار غالب نیروی خارجی را منتقل میکند.
در این سیستم در صورت ایجاد تقسیمات درونی به صورت فضاهای محدود سقف فضاهای داخلی پوستهها بر روی دیوارهای باربر تکیه میکند.
پنجرهها هم میتوانند به صورت بازشوهایی در دیوارها قرار گیرند.
انتقال بارهای قائم و بارهای جانبی از طریق این دیوارها صورت میگیرد.
بدین ترتیب دیوارهای زیر سقف در برابر بارهای جانبی به صورت دیوار برشی عمل میکند و ضوابط طراحی آن همان ضوابط طراحی دیوارهای باربر است.
- روش اجرا:
برای اجرای سازه های پوسته ای روشهای متعددی وجود دارد که از آن جمله اجرای قالببندی با چوب یا فولاد و بتنریزی به صورت سازهای یکپارچه به شکل پوستهای است.
برای قالببندی میتوان از روشهای متداول و یا قالبهای هوای فشرده (روش گانایت) استفاده کرد.
روش سریعتر و آسانتر استفاده از قطعات بتنی پیش ساخته برای تشکیل سازه پوستهای است.
در این روش قطعات پوسته بتنی در کارخانه ساخته میشود و در محل اجرای ساختمان نصب شده و اتصالات بين قطعات تکمیل میشود.
فضای درون پوسته بتنی بر اساس نیازهای معماری طراحی و با سازهای مستقل به روش دیوار باربر اجرا میشود.
از آنجا که طبقات درون فضای پوستهها محدود است (حداکثر 2 یا 3 طبقه)، اجرای سازه دیوار باربر با رعایت ضوابط و مقررات مربوطه مجاز است.
در صورت لزوم ترکیب چند پوسته میتواند فضای بسیار وسیعتری را برای عملکردهای معماری گستردهتر فراهم نماید.
ترکیب پوستهها با یکدیگر با تغییر طراحی تعدادی از قطعات پوسته به سهولت انجام میشود.
- ویژگیهای سیستم از نظر تأسیسات مکانیکی و الکتریکی:
از آنجا که سیستم پوستههای بتنی پیش ساخته اغلب برای عملکردهای مسکونی و فضاهای وسیع در طبقات محدود استفاده میشود، تأسیسات مکانیکی و الکتریکی در این سیستم ساختمانی همانند ساختمانهای متداول به راحتی قابل اجرا هستند.
- بررسی سیستم از نظر هزینه و زمان ساخت:
همچنان که در بخشهای قبل بیان شد، این سیستم به دلیل استفاده از رفتار پر بازده پوستههای بتنی و حذف ستونها و اجرای پوستهها به صورت پیش ساخته از نظر زمان ساخت، مصرف مصالح و هزینه اجرای سازه نسبت به بسیاری از روشهای مشابه دارای برتری قابل توجه میباشد.
- بررسی سیستم از نظر انرژی و عایقبندی صدا:
هنگام اجرای پوسته بتنی و دیوارههای ساختمان باید از عایقهای حرارتی و صوتی مناسب مانند پشم سنگ با ضخامت لازم (که براساس شرایط محیطی و اقلیمی محل اجرای ساختمان تعیین میشود)، در زیر پوشش داخلی ساختمان استفاده کرد تا تبادل حرارتی بین فضای داخل و خارج به حداقل برسد و ضوابط مربوط به آکوستیک و صدابندی مناسب رعایت شود.
در صورت استفاده از عایقهای حرارتی و صوتی مناسب و رعایت مقررات ملی ساختمان مانند مبحث نوزدهم (صرفهجویی در مصرف انرژی) و مبحث هجدهم (عایقبندی و تنظیم صدا) این سیستم از نظر صرف انرژی و عایقبندی صدا دارای شرایط مطلوبی خواهد بود.
- بررسی سیستم از نظر تأثیرات زیست محیطی:
مصالح اصلی مورد استفاده در این روش بتن مسلح است.
سیمان مورد استفاده در بتن از آلایندههای محیط زیست محسوب میشود.
از سوی دیگر در حال حاضر امکان بازیافت و استفاده مجدد از مصالح مورد استفاده در این سیستم به صورت گسترده وجود ندارد.
- کاربریهای مناسب:
سازه های پوسته ای بتنی پیش ساخته از سرعت و سهولت ساخت برخوردارند و این سیستم یک روش مناسب برای تولید صنعتی واحدهای مسکونی به شمار میرود.
به دلیل فرم جذاب و مطلوب این نوع سازهها میتوان از آنها برای عملکردهایی مانند نمایشگاه، سالنهای اجتماعات و حتی کاربریهای تجاری، درمانی – بهداشتی و ورزشی استفاده کرد.
به طور کلی روش سازه های پوسته ای پیش ساخته برای کاربردهای زیر مناسب است:
- ساختمانهای مسکونی
- نمایشگاهها
- مجتمعهای تجاری
- سالنهای ورزشی
- رستورانها
- مدارس و مراکز آموزشی
- موزهها
- آمفی تئاتر و سالنهای اجتماعات
- استخر
- ساختمانهای مذهبی و فرهنگی
- درمانگاهها
- مهد کودکها
مزایا:
با توجه به ویژگیهای سازه های پوسته ای بتنی پیش ساخته، که در قسمتهای قبل مورد بررسی قرار گرفت، مهمترین مزیتهای این سیستم عبارتند از:
- سرعت و سهولت ساخت
- ایجاد فضایی بدون ستون
- زیبایی و جذابیت فرم
- عملکرد مناسب در برابر نیروی زلزله
- امکان ترکیب و ایجاد فرمهای متنوع
- صرفهجویی در مصرف انرژی (در صورت استفاده از عایقکاری مناسب)
محدودیتهای استفاده از سازه های پوسته ای:
سازه های پوسته ای بتنی پیش ساخته با وجود آن که از مزایای متعددی برخوردارند، معایب و محدودیتهایی به شرح زیر کاربرد آنها را محدود مینمایند:
- عدم امکان اجرا در طبقات متعدد
- عدم استفاده بهینه از فضاها به دلیل شکل دایرهای (در صورت تقسیم فضاهای داخلی)
- عدم سازگاری با محیط زیست به دلیل استفاده از بتن
ارزیابی و نتیجهگیری در رابطه با سازه های پوسته ای:
سازه پوسته بتنی پیش ساخته یکی از روشهای مناسب برای احداث سریع واحدهای مسکونی به شمار میرود.
این روش میتواند امکان ساخت تعداد زیادی واحد مسکونی را در مدت زمان کوتاهی فراهم کند.
بنابراین برای اسکان سریع یا موقت در شرایط خاص یا در زمان بروز سوانح طبیعی راه حل مناسبی محسوب میشود.
شکل مناسب ساختمان و فضای بدون ستون میانی، امکان استفاده از آن را برای عملکردهای عمومی مانند درمانگاه، فضای ورزشی و یا مدرسه و رستوران ممکن میسازد.
علاوه بر این به دلیل زیبایی و جذابیت میتواند برای نمایشگاهها، مراکز تجاری و مراکز اجتماعات یک راه حل مناسب محسوب گردد.
اجرای این روش با استفاده از قطعات پیش ساخته مستلزم وجود کارخانجات مجهز برای تولید قطعات بتنی مورد نیاز است.
گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی مهندس سیدعلی منتظری
تو ایران کاربردش کمه ؟
بخاطر هزینه اجرای بالا و نبود نیروی متخصص، بله متاسفانه