آشنایی با سیستم قاب های بتنی (روش قالب تونلی)
معرفی سیستم بتنی قالب تونلی و قالب تونلی فرم: اجرای سازه بتنی به روش قاب‌های پیوسته و یا قالب تونلی، از حدود 40 سال پیش در جهان متداول شده است و تاکنون مورد بازنگری‌های فنی از سوی طراحان، مجریان، انبوه‌سازان و سازندگان قالب قرار گرفته و نسبت به زمان ابداع آن تحولات بسیاری را پشت سر گذاشته است. نام قالب تونلی به دلیل نحوه اجرای این سیستم و شکل قالب‌های فلزی آن و اجرای هم زمان دیوارها و سقف‌ها به آن اطلاق می‌شود.
این روش که نوعی تولید صنعتی ساختمان بتن مسلح محسوب می‌شود، با نام‌های دیگری مانند ((سازه بتن آرمه با قاب پیوسته)) یا ((سازه بتن مسلح یکپارچه)) نیز شناخته می‌شود. این روش ساخت سازه، بیشتر در بلند مرتبه‌سازی استفاده می‌شود. روش قالب تونلی، مانند دیگر روش‌های ساخت صنعتی، از چهار معیار مزیت کاهش زمان، کاهش هزینه، ارتقای کیفیت و افزایش ایمنی کارکنان برخوردار است. در این سیستم، از دیوارها به عنوان عناصر باربر ساختمان استفاده می‌شود و سقف‌ها نیز به صورت دال بتنی درجا ساخته می‌شوند.
با توجه به این نکته که تمامی دیوارهای خارجی و داخلی به طور همزمان اجرا شود و به نحو مناسبی با کف و سقف درگیر می‌شوند، ترکیب دیوارها و دال‌های بتنی کف یک مجموعه واحد با يکپارچگی و انسجام بسیار زیاد را تشکیل می‌دهند و در مقابل نیروهای جانبی باد و زلزله به خوبی رفتار می‌کنند. این سیستم به طور معمول از شالوده بتنی، دیوارها و سقف‌های بتنی اجرا شده در محل کارگاه، قاب‌ها یا پیش‌قاب‌های درها و پنجره‌ها که قبل از بتن‌ریزی در دیوارها نصب می‌شود و تأسیسات مکانیکی و الکتریکی کار گذاشته شده در دیوار و سقف، تشکیل می‌شود.
برای اجرای کلیه قسمت‌ها، قالب‌های یکپارچه فلزی که در آن تمام پیش‌بینی‌های لازم برای مسیرهای توزیع تأسیسات، نصب در و پنجره و غیره به عمل آمده است، طراحی و ساخته می‌شود. دیوارها و سقف‌ها به صورت همزمان بتن‌ریزی می‌شود و پس از برداشت قالب، ساختمان آماده نصب سرویس‌ها، اجرای رنگ و نصب است. به طور کلی تمام دیوارها، سقف‌ها و جداکننده‌ها از بتن مسلح بوده و پس از قالب‌برداری، هیچگونه عملیات بنایی در آن صورت نمی‌گیرد.
مزایا (شاخص‌های برتر) اقتصادی و فنی روش‌های صنعتی تولید ساختمان که از مزایای روش قاب بتنی پیوسته (قاب تونلی) نیز محسوب می‌شود، شامل موارد زیر است:
مزایای اقتصادی سیستم بتنی قالب تونلی:
- سرعت ساخت
- کاهش هزینه ساخت
- بازگشت سریع‌تر سرمایه
- افزایش طول عمر ساختمان
- کاهش اتلاف مصالح
- کاهش نیروی انسانی
مزایای فنی سیستم بتنی قالب تونلی:
- مقاومت بیشتر در برابر زلزله
- امکان کنترل دقیق‌تر اجرا و رعایت کیفیت مورد نظر براساس استانداردها
- قابلیت استفاده از مصالح پیش‌ساخته و یا نیمه پیش‌ساخته
- امکان طراحی و ساخت مدولار
سیستم صنعتی قاب‌های بتنی پیوسته را می‌توان راه‌حلی برای غلبه بر مشکل کمبود مسکن و فراهم کننده امکان تولید صنعتی و انبوه مسکن دانست.
طی سالیان گذشته به منظور تکامل این روش و تطبيق هرچه بیشتر آن با شرایط اقلیمی گوناگون در جهان، تلاش‌های بسیاری به عمل آمده است.
این تلاش‌ها منتهی به ارائه روش حاضر برای ساخت سازه‌های گوناگون، با سرعت بیشتر، کیفیت بهتر و هزینه کمتر نسبت به روش‌های موجود شده است.
این روش به عنوان یکی از روش‌های نوین برای تولید صنعتی ساختمان که نتایجی مانند صرف زمان و هزینه کمتر را به همراه داشته است، در پروژه‌های انبوه‌سازی مسکن طی سالیان گذشته مورد توجه قرار گرفته است.
در این روش با انجام برنامه‌ریزی‌های اولیه و تهیه مصالح، لوازم و تجهیزات مورد نیاز مطابق برنامه، زمان ساخت بسیار کوتاه شده و با نظارت مداوم بر روند اجرا، امکان دستیابی به کیفیت ساخت مطلوب فراهم می‌شود.
ویژگی مهم دیگر این سیستم امکان استفاده از ابزار، ماشین‌آلات و نیروی انسانی آموزش دیده برای افزایش سرعت اجرای کار، ارتقای کیفیت و استفاده بهینه از منابع است.
استفاده از این روش پیشرفته، نیاز به میزان قابل توجهی سرمایه‌گذاری اولیه دارد و این سرمایه‌گذاری تنها در حجم‌های بالا و تولید انبوه، مفهوم اقتصادی پیدا می‌کند.
به عبارت دیگر تولید انبوه مسکن، توجیه کننده و فراهم کننده شرایط این نوع تولید صنعتی ساختمان است.
بدین ترتیب یک سرمایه‌گذاری اولیه به منظور تجهیز کارگاه و به کارگیری ماشین‌آلات و ابزارهای مناسب (برای شیوه‌های اجرایی و عملیات تکرارشونده) صورت می‌پذیرد.
از ویژگی‌های مهم این سیستم تولید صنعتی، تبدیل فرایند ساخت به یک خط تولید است.
در این روش تمام یا بخشی از فرایند ساخت می‌تواند به یک خط تولید مشابه یک کارخانه تبدیل شود.
- ویژگی‌های فنی سیستم بتنی قالب تونلی:
سیستم بتنی قالب تونلی (قالب تونلی) یک سیستم سازه‌ای است که برای اجرای ساختمان‌های بتنی با سیستم دیوار باربر و سقف بتنی استفاده می‌شود.
در این روش، دیوارها و سقف به طور یکپارچه و همزمان بتن‌ریزی می‌شوند.
قالب تونلی ضمن بالا بردن سرعت و کیفیت اجرا، عملکرد سازه‌ای و رفتار لرزه‌ای مجموعه سازه را با تأمین یکپارچگی اعضا و اتصالات آنها، به نحو چشمگیری بهبود می‌بخشد.
عناصر باربر در روش قاب بتنی پیوسته، دیوارها و سقف‌ها (دال‌های بتنی) هستند.
دیوارها عنصر اصلی مقاوم در برابر بارهای جانبی، و انتقال دهنده بارهای قائم از دال‌ها به پی‌ها هستند.
سقف‌ها وظیفه تحمل و انتقال بارهای قائم و جانبی به دیوارها را به عهده دارند.
در سازه‌های بتنی متداول نقش تیرها و ستون‌ها تحمل نیروهای قائم و نقش دیوارهای برشی، مقاومت در برابر بارهای جانبی است.
لازم به ذکر است بتن‌ریزی قاب‌های بتنی پیوسته سیستم قالب تونلی باید به گونه‌ای انجام شود که در محل اتصال دیوار به سقف، درزهای سرد ایجاد نشود.
بدین ترتیب که پس از اتمام بتن‌ریزی دیوار، آخرین لایه دوباره ویبره شود تا بتن دیوار نشست خود را انجام دهد ولی به مرحله گرفتن اولیه نرسد، سپس بتن‌ریزی دال اجرا شود.
در این صورت احتمال ترک‌خوردگی دال و دیوار و تمرکز تنش در محل اتصال به حداقل می‌رسد.
در صورت اجرای بتن‌ریزی دال و دیوار در دو مرحله و سخت شدن بتن دیوار قبل از بتن‌ریزی دال، باید عملیات لازم برای اصلاح درزهای اجرایی مطابق آیین نامه صورت گیرد.
سیستم قاب بتنی پیوسته، از نظر سازه‌ای، عملکرد جعبه‌ای دارد و به عنوان یک عنصر یکپارچه و سه بعدی در برابر بارهای قائم و جانبی عمل می‌کند.
این پیوستگی و یکنواختی سبب می‌شود که هنگام زلزله تشکیل لولاهای خمیری در اعضا و نواحی بحرانی سازه مانند اتصال دیوار به سقف یا اطراف بازشوها به تعویق افتد و سازه عملکرد مطلوبی نشان دهد، به گونه‌ای که حتی انتظار رفتار ارتجاعی از قاب بتنی پیوسته در خلال حرکت‌های نسبتاً قوی زمین، در صورت وجود یکپارچگی و توزیع تقريباً يكنواخت جرم و سختی، انتظاری دور از واقعیت نیست.
همچنین یکی از مشکلات اساسی ساختمان‌های معمول در برابر نیروهای جانبی، پیچش ایجاد شده در اثر عدم انطباق مرکز جرم و مرکز سختی در ساختمان یا عدم تقارن سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی است.
با توجه به وجود ضوابط مربوط به ضرورت رعایت تقارن نسبی در دیوارها در سیستم قاب بتنی پیوسته، این پیچش تا حد زیادی برطرف می‌شود.
مطابق با ضوابط و آیین نامه‌های موجود در خصوص سیستم قاب بتنی پیوسته، منظم بودن ساختمان در پلان و ارتفاع امری ضروری است و سطح مقطع اسمی دیوارهای سازه‌ای در یک جهت باید حداقل 80٪ جهت دیگر باشد.
در این سیستم بخش عمده‌ای از دیوارهای داخلی ساختمان به صورت دیوار سازه‌ای با کیفیت مطلوب از نظر سطح تمام شده اجرا می‌شود، در نتیجه تعداد دیوارهای جداکننده غیرسازه‌ای و حجم نازک‌کاری ساختمان به میزان زیادی کاهش می‌یابد.
از سوی دیگر ضخامت سازه سقف در این سیستم 15 تا 18 سانتیمتر در دهانه‌های متداول در ساختمان‌های مسکونی می‌باشد که نسبت به ضخامت سقف در سازه‌های بتنی متداول با (به ضخامت 30 سانتیمتر) 12 تا 15 سانتیمتر کمتر بوده و در کاهش ارتفاع ساختمان و کاهش مصرف مصالح مؤثر است.
مبانی تحلیل سازه‌ها و نیز بررسی خرابی‌های پس از وقوع زلزله، گویای این مطلب است که هرچه مشارکت اعضای سازه‌ای در باربری بیشتر باشد، رفتار لرزه‌ای سازه مناسب‌تر و مطلوب‌تر خواهد بود.
با توجه به این اصل، در صورت کافی بودن دیوارهای سازه‌ای از لحاظ سطح مقطع و مناسب بودن موقعیت قاب‌های بتنی پیوسته، این نوع ساختمان‌ها رفتار لرزه‌ای قابل قبولی نشان می‌دهند.
مطابق آیین نامه 2800 ایران در خصوص طراحی ساختمان در برابر زلزله، برای سیستم دیوارهای باربر با شکل‌پذیری متوسط ضریب رفتار ساختمان برابر 5 بوده و حداکثر ارتفاع مجاز 50 متر است.
به طور خلاصه ویژگی‌های فنی سیستم بتنی قالب تونلی عبارت است از:
- یکپارچگی سیستم و رفتار مناسب لرزه‌ای آن به دلیل عملکرد جعبه‌ای سازه
- تغییر ماهیت تمرکز تنش از حالت گره‌ای و متمرکز به صورت گسترده به علت تبدیل سازه از سیستم دال – تیر – ستون به سیستم دال – دیوار
- عملکرد مطلوب سقف سازه به صورت دیافراگم صلب و قابلیت انتقال بارهای قائم و جانبی به دیوارها
- افزایش درجه نامعینی سازه و تأخیر بیشتر در تشکیل لولاهای خمیری در اعضا و در نتیجه قابلیت تحمل بیشتر نیروها و لنگرها
- تقارن سازه‌ای و منظم بودن ساختمان در مقطع و پلان
الزامات طراحی:
در سیستم قاب بتنی پیوسته با توجه به مدولار بودن قالب‌ها، بهترین اندازه‌ها در پلان از نظر معماری، نزدیک‌ترین آنها به ابعاد قالب‌هاست.
طراحی معماری در این روش، به دلیل محدودیت دهانه قالب‌ها باید با ابعاد قالب سازگار و منطبق باشد.
آیین نامه‌ها و تجربه ساخت نشان می‌دهد که هماهنگی معماری با الزامات سازه‌ای در این روش منجر به سهولت اجرا و در نتیجه کاهش زمان خواهد شد.
البته به دلیل پیوسته بودن قالب‌ها و بتن‌ریزی یکپارچه امکان تغییر در ابعاد و طراحی به نحو مطلوب وجود دارد.
این سیستم ایجاد تنوع در طرح‌ها با استفاده از خاصیت تیپ‌بندی اجزا و قطعات و امکان سازگاری آن با امکانات محیطی، فرهنگی، جغرافیایی با حداقل تغییرات امکان‌پذیر است.
در صورت بهره‌گیری از این سیستم، بهتر است برای نمای ساختمان از ، با طرح‌های مختلف استفاده شود.
این امر باعث می‌شود هزینه‌های مربوط به نما به حداقل برسد.
معیارها و نکات اصلی که باید در طراحی معماری این سیستم مورد توجه قرار گیرد، عبارتند از:
- در صورت استقرار ساختمان‌ها به صورت بلوک‌های خطی و موازی هم، حداکثر پیش‌آمدگی یا تورفتگی در هر ردیف (به منظور سهولت حرکت جرثقیل‌ها) 1.5 متر در نظر گرفته شود.
- درصورتی که جرثقیل به صورت ریلی حرکت کند، حداکثر شیب زمین باید 1٪ باشد.
- در صورتی که نیاز به زیرزمین باشد، بهتر است از روش سقف و دیوار جداگانه متداول بتنی در زیرزمین استفاده شود و در صورت استفاده از قالب تونلی در ساخت زیرزمین، از فضای اضافی مورد نیاز برای اجرای این روش و حرکت قالب‌ها برای توسعه زیرزمین در محوطه استفاده شود.
- به منظور کاهش حجم کانال‌های تأسیساتی و بازشوهای سقف، در صورت استفاده از کولر آبی، این تجهیزات در بالکن‌ها یا فضاهای مشابه در همان طبقه پیش‌بینی شوند.
- در ساختمان‌های حداکثر 4 طبقه، طراحی پلان‌ها به نحوی باشد که قالب‌ها از یک طرف و عمود بر جهت استقرار ساختمان‌ها خارج شوند و در ساختمان‌های بیش از 4 طبقه توصیه می‌شود پلان‌ها به گونه‌ای باشند که تعداد دیوارهای برشی در دو جهت عمود بر هم تقریباً یکسان باشند.
- اندازه دهانه تونل‌ها، به منظور کنترل تنش‌ها در سقف و نیز زیاد نشدن ضخامت دال بتنی سقف، بین 3 تا 5.5 متر توصیه می‌شود، عمق تونل‌ها نیز حداکثر 6 متر توصیه می‌شود.
- به منظور سهولت قالب‌بندی و اقدامات تکمیلی بعدی، بهتر است که فضاهای تر و داکت‌های تأسیساتی در طبقات روی هم قرار گیرند.
- از آنجا که میزان مصرف در این روش نسبت به سازه‌های بتنی بلندمرتبه کمتر است، با توجه به سرعت کار بالاتر جرثقیل‌ها هنگام اجرای سقف‌های متعدد، توصیه می‌شود از این روش در ساختمان‌های بلندمرتبه و تکرارپذیر استفاده شود.
معیارهای دیگری که بهتر است در طراحی معماری این روش مورد توجه قرار گیرند عبارتند از:
- محل استقرار تجهیزات بهداشتی روی دیوارهای غیرسازه‌ای پیش‌بینی شود.
- داکت‌های تأسیساتی به صورت متمرکز و قابل دسترس در نظر گرفته شود و سرویس‌ها در اطراف آنها مستقر شوند.
- به دلیل امکان پیش‌ساخته شدن پله‌های بتنی، بهتر است از پله‌های دو طرفه رفت و برگشت برای ارتباط عمودی در ساختمان استفاده شود.
- بهتر است از ایجاد اختلاف سطح در طبقات ساختمان اجتناب شود.
برگرفته شده از:
