نیاز به مسکن همواره جزئی از نیازهای اساسی انسان بوده و از اواسط قرن گذشته با افزایش چشمگیر جمعیت و دامنه توسعه شهرها از تکنولوژی در صنعت به خوبی استفاده شد و همزمان با افزایش نیاز به مسکن، اختراعات و دستاوردهای فنی بسیاری پدید آمد تا به کمک آن آهنگ ساخت انبوه مسکن با سرعت بیش از پیش، بتواند به نیازهای موجود پاسخگو باشد. یکی از این اختراعات که به کمک آن می توان سرعت فوق العاده ای در برنامه زمانی کارهای ساختمانی به وجود آورد صنایع ساختمانی پیش ساخته می باشد. مزایا و ویژگی های چشمگیر قطعات پیش ساخته سبب شده است که اغلب کشورهای صنعتی، به این صنعت روی آورند به طوری که یکی از دلایل گسترش این صنعت، گستردگی آن می باشد. مزایای این روش، سهولت تولید، کاهش قیمت تمام شده و کنترل بهتر کیفیت می باشد. در ادامه به بررسی چند نوع سازه پیش ساخته در صنعت ساختمان سازی خواهیم پرداخت.
الف) سیستم های سنگین
در این سیستم ها از مصالحی استفاده می شود که وزن حجمی آن مصالح بیش از kg/m3 1000 باشد مانند آجر و بتن
ب) سیستم های سبک
در این سیستم ها از مصالحی استفاده می شود که وزن حجمی آن مصالح کمتر از kg/m3 1000 باشد مانند چوب، گچ، سیمان، آزبست، فوم، پلاستیک و ... در این سیستم ها گاهی از فولاد به عنوان مصالح اسکلت سازه ای استفاده می گردد.
در مورد تاریخچه صنعت پیش ساخته در ایران، باید اشاره کرد که تولید ساختمان در داخل به دو روش صورت می گیرد:
روش سنتی ساختمان سازی شامل روش های متداول و مرسوم ساخت و ساز در کشور می باشد که شامل خاکبرداری و اجرای فونداسیون، قالب بندی و بتن ریزی ستون، تیر و سقف می باشد که هرکدام نیازمند زمان طولانی می باشد. در ساختمان های بتنی مهمترین مساله، ساخت بتن و طرح اختلاط آن و نحوه بتن ریزی و عمل آوری بتن می باشد. روش های نوین ساخت که روش تولید صنعتی نامیده می شود تا حد بسیار مطلوبی نقاط ضعف روش های سنتی را می پوشاند.
روش های صنعتی در ایران که شامل سازه های بتنی می باشد در سه مورد زیر مطرح می شوند:
1 – بتن ریزی درجا
2 – بتن ریزی در کارخانه (پیش ساخته)
3 – ترکیب دو روش فوق
سیستم ساختمان پیش ساخته بتنی به طور کلی به دو روش زیر قابل اجراست
1 -سیستم سازه ای تیر، ستون و سقف نیمه پیش ساخته بتن مسلح با اتصالات تر
2 – سیستم سازه ای قاب پیش ساخته بتن مسلح با اتصالات خشک
در روش هایی که از اتصالات خشک استفاده می شود، در اکثر موارد می توان به راحتی قطعه را تعویض کرد و از نوع و شکل دیگری مشابه آن استفاده کرد. در جاهایی که از اتصالات تر استفاده می شود این قابلیت محدودتر می شود، ولی معمولا از بین نمی رود. در این موارد، گاهی می توان از روش های تغییر در ساخت درجا برای آن ها استفاده کرد، که مستلزم تخریب یک بخش و اجرای مجدد آن است. این مطلب برای برچیدن ساختمان نیز صادق است و در صورتی که نیاز به سازه های موقت باشد، می بایست از مصالحی استفاده کرد که با اتصالات خشک مونتاژ می شوند.
قطعات شالوده پیش ساخته
شالوده های پیش ساخته بتنی باید قادر به انتقال بارهای قائم، لنگرها و برش های افقی از ستون ها به خاک زیرین خود باشند. در اتصال بین ستون و شالوده، چنانچه از طریق گلدانی های ایجاد شده در شالوده انجام شود، فضای گلدان باید به مقدار کافی بزرگ باشد تا بتوان بتن یا مواد پرکننده را در اطراف و زیر ستون به راحتی ریخت و متراکم نمود. در این شالوده ها فرض می شود که انتقال بارهای قائم از ستون به شالوده، توسط سطح زیرین ستون صورت می گیرد مگر در حالتی که سطح تماس جانبی ستون و دیواره گلدان به نحوی مناسب زبر شده یا کلیدهای برشی در آن ها تعبیه شده باشند.
ستون های پیش ساخته
ضوابط طرح و محاسبه ستون های بتنی پیش ساخته از نظر کلی باید مطابق با ضوابط مشروح در آیین نامه بتن ایران در مورد قطعات فشاری و ستون ها باشد. علاوه بر موارد ذکر مذکور توجه و رعایت موارد زیر در مورد ستون های پیش ساخته الزامی است:
ستون های بتنی پیش ساخته در صورتی که به طور افقی تولید و جابجا شوند، باید با توجه به نیروها و لنگرهای اضافی مربوط با احتساب ضریب ضربه مناسب طراحی گردند.
جزئیات خاص آرماتوربندی در دو سر ستون ها با توجه به احتمال شکاف برداشتن آن ضرورت دارد.
تیرهای پیش ساخته
تیرهای بتنی پیش ساخته معمولا به صورت ساده روی دو تکیه گاه طرح می شوند و باید در برابر بارهای افقی ناشی از باد، بارگذاری های نامتعادل، خطاهای احتمالی هنگام نصب یا ضربه، با اعمال تمهیدات کافی در نواحی تکیه گاهی مقاوم شوند. ضخامت هیچ یک از اجزای تیر نباید کمتر از 50 میلی متر باشد.
قطعات سقف پیش ساخته
قطعات پیش ساخته سقف با مقاطع مختلف از جمله مقاطع مستطیلی توپر، U شکل، T شکل و T مضاعف ساخته می شوند. این مقاطع با توجه به مقاومت، پایایی، تغییر شکل های دراز مدت و مقاومت در برابر آتش سوزی انتخاب می شوند. ضخامت کلی بال مقطع بتن آرمه باید با توجه به مقاومت در برابر سوراخ شدگی، توزیع عرضی بارها و حداکثر افتادگی مجاز تعیین شود.
چوب از جمله مصالح سبک سازه ای بوده که تجربه های موفقی در اکثر کشورهای جهان داشته است. بسیاری از بناهای چوبی در سرتاسر دنیا در برابر عوامل مختلف محیطی و طبیعی از جمله شرایط اقلیمی و نیروهای جانبی از جمله زلزله و باد مقاومت و پایداری بسیار خوبی از خود نشان دادند. در هر صورت مشکلات پایه ای در زمینه استفاده از این نوع مصالح سبک علی الخصوص در زمینه سازه ای وجود دارد. هرچند که سایر کشورها تجربه های موفقی در زمینه استفاده از این نوع مصالح داشته اند.
به کارگیری بتن به عنوان یک ماده اصلی ساختمان؛ نیاز به قالب بندی، داربست و اختصاص زمان برای گیرش، عمل آوری و مقاوم شدن آن دارد. از این رو، از مدت ها قبل، ساخت قطعات بتنی پیش ساخته مورد توجه قرار گرفت و پیشرفت های چشمگیری به لحاظ ارائه انواع سیستم های پیش ساخته حاصل شد. ایراد اصلی استفاده از قطعات پیش ساخته بتن مسلح، در درجه اول نحوه اتصال قطعات است که یک مشکل سازه ای است، و در درجه دوم، حمل قطعات از کارخانه به محل نصب است که یک مشکل اقتصادی محسوب می شود. مشکل دوم از آنجا ناشی می شود که قطعات بزرگ معمولا سنگین و حجیم هستند لذا هزینه و زمان حمل آن ها قابل ملاحظه است. به همین دلیل سعی شده است تا حجم یا وزن و یا زمان حمل قطعات تا حد امکان کاهش یابد.
در سیستم پانل ساندویچی، صفحات متشکل از پانل عایق حرارتی، همراه با دو شبکه فلزی در طرفین عایق، که به وسیله مفتول های فولادی مورب به یکدیگر متصل شده اند، یک شبکه فلزی سه بعدی را تشکیل می دهد.
این قطعات پس از انتقال به محل احداث ساختمان؛ به یکدیگر متصل و از دو طرف به آن ها بتن پاشیده می شود. از تلفیق پانل و بتن، سازه ساختمان حاصل می شود.
سیستم پانل پیش ساخته سبک سه بعدی 3D از پانل های دیواری و سقفی تشکیل می شود. پانل های دیواری، علاوه بر عملکرد جداکننده، نقش سازه ای نیز دارند و باید قادر به تحمل بارهای ثقلی و اثر بارهای جانبی نیز باشند.
انواع پانل های ساندویچی
پانل های تماما کامپوزیت، پانل های ساندویچی هستند که لایه های بتنی آن به صورتی متصل شده که هر دو لایه در خصوص بارهای خمشی اعمال شده، به عنوان بخش مکمل یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرند. در این حالت اتصالات باید برش طولی موردنیاز را انتقال دهند.
پانل های نیمه کامپوزیت پانل های ساندویچی هستند که در آن ها لایه های بتنی به وسیله المان هایی که هیچ قابلیتی برای انتقال برش طولی ندارند متصل شده اند. اگر هر دو لایه بتنی از تقویت و سختی یکسانی برخوردار باشند هریک از آن ها باید در مقابل 50 درصد از بار و تنش خمشی ناشی از آن مقاومت کند. به هر صورت در اکثر سیستم های پانل غیر کامپوزیت، در اثر افزایش بار، تنها یکی از دو لایه مقاومت می کند.
این سازه ها نخستین بار در کشور آمریکا خود را به صنعت ساخت معرفی نمودند. به دلیل محدود بودن شکل قطعات فولادی گرم، و از طرفی تنوع در ابعاد و اندازه قطعات فولادی سرد نورد شده امکانات مناسبی برای طراحان و سازندگان فراهم آورده است تا از مصالح ساختمانی به صورت بهینه استفاده نمایند و این موضوع سبب کم شدن وزن ساختمان نسبت به سیستم های رایج در کشور می گردد. همان طور که عنوان گردید سبکی ساختمان ها عامل مهمی برای مقابله با شرایط زلزله می باشد.
سازه lsf با تمام مصالح ساختمانی معمول برای نماسازی در کشور مانند سنگ، آجر و سیمانکاری قابلیت اجرا را دارد. سیستم ساختمانی LSF یک سیستم ساختمانی با قابلیت تولید صنعتی، پیش ساخته، نیمه پیش ساخته و معمولا براساس تجربه کشورهای پیشرو می توان یک ساختمان معمولی دو طبقه را در عرض چهار روز تا مرحله سفت کاری اجرا نمود.
برپا کردن این ساختمان ها سریع و آسان در کارگاه انجام می گیرد و این ویژگی با توجه به کمبود مسکن، ساختمان های غیرمسکونیی و نیز ضرورت پاسخگویی سریع به نیازهای بخش ساختمان سازی بسیار مناسب خواهد بود.