سیستم بتنی قالب تونلی
سیستم بتنی قالب تونلی یکی از روشهای مورد استفاده برای اجرای ساختمانهای با سیستم باربر دیوار و سقف بتنی است. در سیستم تونلی، دیوارها و سقفهای بتن مسلح به صورت هم زمان آرماتوربندی، قالببندی و بتنریزی میشوند. این روش ضمن بالا بردن سرعت و کیفیت اجرا، عملکرد سازهای و رفتار لرزهای مجموعه سازه را به لحاظ یکپارچگی اعضا و اتصالات آنها به نحو چشمگیری بهبود میبخشد.
استفاده از این سیستم جهت ساخت ابنیه بتنی بیشترین بازه را در اجرای انواع ساختمانها پوشش میدهد. از قبیل اجرای انبوه سازی مسکن، اجرای مدارس، هتلها و بیمارستانها، زندانها و به طور معمول هر ساختمانی که در طراحی آن از روش ساختمانهای سلولی استفاده شده است. استفاده از روش قالب تونلی در ساختمان سازی، به دلیل کیفیت بالای بتن تولید شده، سرعت بالا و کاستن هزینههای تولید از جایگاه ویژهای برخودار شده است.
این سیستم یکی از بهترین روشهای ساخت و ساز صنعتی است و از ابتدا در کشورهایی که با مشکل زلزله روبرو بودند مورد توجه قرار گرفته است. روش قالب تونلی، مانند دیگر روشهای ساخت صنعتی، در چهار معیار کاهش زمان، کاهش هزینه، ارتقاء کیفیت و امنیت کارکنان توجیه پذیر است.
بررسی و مقایسه قالب تونلی با سیستمهای سنتی
- از آنجا که سیستم بر اساس ایجاد صندوقچههای مقاوم بتنی شکل گرفته، میزان مصرف بتن و میلگرد مهمترین عامل برآورد هزینه اجرای این روش است. علاوه بر هزینه مصالح مصرفی، عملیات اجرایی نیز دارای اهمیت و تاثیر بسزایی در هزینهها است. مهمترین نکته در این زمینه، امکان استفاده مجدد قالبها و قطعات در یک دوره زمانی ۲۴ ساعته است. ۲۴ ساعت پس از بتن ریزی، قالب باز شده و تنها پایههای اطمینان در زیر سقف باقی میماند و بنابر این هر روز عملیات قالب بندی و آرماتور بندی و بتن ریزی بدون وقفه انجام میشود. این خصوصیت در بین اکثر سیستمهای قالب بندی منحصر به فرد است. این مزیت منجر به کاهش تعداد قالبهای مورد نیاز در پروژه، بدون افزایش مدت زمان اجرای آن یعنی کاهش هزینهها خواهد شد.
- نکته دیگر، سبکی آنها نسبت به قالبهای متداول است. امروزه با استفاده از قالبهای تونلی که خود دارای خیز منفی هستند چند ساعت در چرخه عملیات قالب بندی از جهت عدم نیاز به عملیات خیز دادن به قالب سقف صرفه جویی میشود.
- در قالب بندی به کمک این سیستم، تعداد پیچ و مهرهها بسیار کمتر خواهد بود. این امر هزینه نسب قطعات و نیروی انسانی مورد نیاز آن را به نحوه مؤثری کاهش میدهد. به دلیل یکپارچگی سیستم، مشکلات ناشی از ضعف مصالح به کار رفته، مانند ترکهای بتن پس از گرفتن و سخت شدن، ترکهای حرارتی یا نشست پی کاهش مییابد که خود باعث افزایش کیفیت سیستم میشود.
- بتن ریزی سیستم قالب تونلی نیز باید به گونهای صورت گیرد که در محل اتصال دیوار به سقف، درزهای سرد ایجاد نشود. بدین ترتیب که پس از اتمام بتن ریزی دیوار، در لایه نهایی آن ویبره مجدد ایجاد شود و یک فرصت کوتاهی داده شود تا بتن دیوار، نشست خود را انجام دهد ولی به گیرش اولیه نرسد، سپس بتن ریزی دال اجرا میشود. در این صورت احتمال ترک خوردگی دال و دیوار و تمرکز تنش به حداقل میرسد.
- سازه قالب تونلی در مقابل آتشسوزی عملکرد مناسبتری نسبت به سازههای فولادی دارد. بدون تردید یکی از مزایای مهم این سیستم، سرعت اجرایی زیاد و قابلیت بالای برنامه ریزی در این شیوه از اجرا است. این امر سبب کاهش ریسک مالی عملیات، کوتاه شدن زمان اجرا و بازگشت سریع تر سرمایه خواهد شد.
- با توجه به پیش ساخته بودن قطعات در این سیستم، میزان نیاز به نیروی انسانی ساده، کاهش مییابد. در نتیجه میزان نیاز به نظارت کارگاهی نیز کاهش قابل ملاحظهای خواهد داشت.
- همچنین میتوان با به کار بردن تعداد بیشتر قطعات، سرعت عملیات را حتی به ۲ یا ۳ برابر افزایش داد. در این سیستم میتوان از هر قالب ۲۰۰ مرتبه در کارگاه استفاده کرد و تنها یکبار هزینه حمل و نقل پرداخت نمود.
- در صورتی که اگر از سیستمهای پیش ساخته استفاده شود، هزینه حمل قطعات به دهها برابر افزایش خواهد یافت، در عین حال که در این سیستم اکثر قطعات مورد استفاده حجم و وزن زیادی ندارند.
انواع قالبهای مورد استفاده
در این سیستم، پنج گروه قالب وجود دارد.
- قالبهای شالوده.
- قالبهای مجموعه دیوارهای داخلی و خارجی.
- قالبهای سقفها.
- قالبهای راه پلهها.
- قالبها یا پیش قالبهای درها و پنجرههای کارگذاشته شده در دیوارها، قبل از بتن ریزی آنها.
روشهای اجرا قالب بندی تونلی
روش میز پرنده
در این روش قالبهای بزرگی به صورت میز، با پایههای مستقر روی چرخ یا غلتک، کل سقف یک فضا را میپوشانند و روی آنها آرماتوربندی سقف انجام و سپس بتن ریزی میشود. بعضی از این روشها شباهت زیادی به روش تونلی متعارف دارند و امکان بتن ریزی هم زمان دیوار و سقف در آن است. در این روش دیوارهای نمای اصلی پس از اجرای دیوارهای سازهای و سقف، با مصالح گوناگونی قابل اجراست.
روش تونلی با سقف قالب سرخود نیمه پیش ساخته
در این روش پیش دال خرپایی یا ساده یا دالهای نواری بتنی بر روی لبههای دیوارهای جانبی فضاها قرار میگیرد. در صورت استفاده از پیش دال، پیش از بتن ریزی، آرماتورهای فوقانی پیش دال جاگذاری میشود و اتصال میلگردهای سقف و دیوار نیز در همین مرحله انجام میشود. سپس بتن ریزی قسمت فوقانی پیش دال و محلهای اتصال پیش دال یا دال پیش ساخته با سقف انجام میشود. در این روش اجرا، دیوارهای خارجی معمولاً هم زمان با سایر دیوارها قالببندی و بتنریزی میشوند. دیوارهای نما نیز معمولاً بتنی و با اجرای درجا هستند. این امر باعث میشود امکان خروج قطعات قالب از ساختمان با پیچیدگی بیشتری انجام شود. کوچک بودن قطعات هم به همین دلیل است، و امکان خروج قطعات از محل درها و پنجرهها را فراهم میسازد.
ویژگیهای فنی سیستم قالب تونلی
قالب تونلی، 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 در هنگام زلزله تشکیل لولاهای پلاستیکی در اعضا و نواحی بحرانی سازه مانند اتصالات دیوار به سقف یا اطراف بازشوها به تعویق افتد و عملکرد مناسبی را از خود نشان دهد. به گونهای که حتی انتظار رفتار ارتجاعی در خلال حرکتهای نسبتاً قوی زمین از سیستم تونلی، یکپارچه و با توزیع جرم و سختی تقریباً یکنواخت، انتظاری دور از واقعیت نیست. همچنین یکی از مشکلات اساسی ساختمانهای معمول در برابر نیروهای جانبی، پیچش ایجاد شده در اثر عدم تقارن سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی است، با توجه به اعمال تقارن دیوارها در سیستم سازهای قالب تونلی، پیچش تا حدود زیادی برطرف میشود.
ویژگیهای سازهای سیستم ساخت قالب تونلی
- یکپارچگی سیستم و بهبود رفتار لرزهای آن بدلیل عملکرد جعبهای سازه
- تغییر ماهیت تمرکز تنش از حالت گرهای و متمرکز بصورت گسترده بعلت تبدیل سازه از حالت تیر، ستون، دیوار به حالت دال، دیوار
- عملکرد سقف سازه بصورت دیافراگم صلب و قابلیت انتقال بارهای قائم و جانبی به دیوارها
- افزایش درجه نامعینی سازه و تأخیر بیشتر در تشکیل لولاهای پالستیک در اعضاء و در نتیجه قابلیت تحمل بیشتر نیروها و لنگرها
- تقارن سازهای و منظم بودن ساختمان (در ارتفاع و پالن)
ویژگیهای اجرایی سیستم
- امکان برنامه ریزی دقیق به دلیل سیستماتیک بودن عملیات
- سرعت اجرایی بالا (بدلیل اجرای همزمان دیوار و سقف)
- امکان همپوشانی بیشتر فعالیتهای سفت کاری و سازه و در نتیجه کاهش حجم عملیات سفت کاری
- کاهش حجم عملیات نازک کاری (بدلیل وجود بتن expose در اغلب سطوح و اجرای سریع اندود در سطوح صاف حاصل)
- افزایش ایمنی سایت پروژه
- کاهش ضخامت جدارهها و افزایش فضای مفید
ویژگیهای اقتصادی سیستم
- کاهش هزینه نسبت به روشهای رایج ساخت
- کاهش خواب سرمایه و بازگشت سریعتر آن
- کاهش حجم نیروی انسانی و هزینههای مربوطه
- کاهش پرت مصالح
معایب روش قالب تونلی
محدودیت در طراحی فضاهای داخلی است. لازم است طراحی بر طبق محدودیتهای اجرا در خصوص ابعاد قالب و قالب گذاری و بهصورت مدولار انجام شود. در ساختمانهای اجرا شده به روش تونلی، ابتدا آرماتوربندی و تعبیه مسیرهای تأسیسات مکانیکی و برقی در دیوارها انجام میشود و همزمان با این اقدامات، قالببندی بازشوهای مورد نیاز برای تأسیسات و در و پنجره اجرا میشود. قالبهای دو طرف دیوار را به صورت پشت به پشت، قالببندی بازشوهای مورد نیاز برای تأسیسات و در و پنجره اجرا میشود. قالبهای دو طرف دیوار را به صورت پشت به پشت، قالببندی میکنند و با قرار گرفتن قالبهای متوالی در کنار هم، بدون قالب واسط سقفی یا همراه با آن، مجموعه قالبهای دیوار و سقف را تشکیل میدهند.
توصیههای طراحی معماری
- اندازه دهانه تونلها، به دلیل کنترل تنش سقف و نیز زیاد نشدن ضخامت دال بتنی سقف بین ۲/۵ تا ۵/۵ متر توصیه میشود. عمق تونلها نیز در هر جهت حداکثر ۸ متر توصیه میشود.
- در صورت لزوم طراحی پارکینگهای سر پوشیده در پروژهها پیشنهاد میشود. پارکینگها ما بین بلوکها و با سازه جداگانه طراحی و پیاده سازی شود.
- به دلیل کاهش حجم رایزرها و بازشوهای سقف در صورت استفاده از کولر آبی، این تجهیزات در بالکنها یا فضاهای مشابه در همان طبقه پیش بینی شوند.
بررسی نقاط قوت و ضعف سیستم بتنی قالب تونلی
نقاط قوت
- در صورت طراحی اصولی این سیستم در مقایسه با سیستم های متداول میتواند اندکی سبکتر باشد. مصرف بتن در اجرای تونلی بیشتر از ساختمانهای با اسکلت فلزی یا بتنی است ولی مصرف میلگرد و خصوصاً آهن آلات در این روش به طور قابل توجهی کمتر از ساختمانهای با اسکلت فلزی و بتنی است. در اکثر موارد ضخامت لایه بتنی دیوار و سقف حدود ۱۵ سانتیمتر است. وزن ساختمان در این روش به طور قابل توجهی کمتر از روش سیستم بتنی درجا با قالبهای یکپارچه دیواری و سقفی است.
- در صورت کاربرد این سیستم، نماهای بتنی ترجیحاً بتن نمایان، با طرحهای مختلف در نظر گرفته میشود. این امر باعث میشود هزینههای مربوط به نما به حداقل برسد. در مورد نماهایی که آزاد هستند و دیوارهای آنها با سیستم تونلی ساخته نمیشوند، برای نما انتخابهای مختلفی مطرح است. یکی از رایجترین انتخابها، پانلهای بهبود یافته است که در این حالت صرفاً نقش جدا کننده ایفاد خواهند کرد. پیش ساخته بودن نمای ساخته شده با قطعات پانل بتنی باعث میشود از کیفیت و تنوع بالاتری، در مقایسه با دیگر نماهای اجرای درجا، برخوردار باشد.
- این سیستم، از نظر تجهیزات، قطعات مورد استفاده در تجهیزات، و مواد اولیه، وابستگی چندانی به فناوری خارجی ندارد.
- برای اجرای این سیستم، به غیر از قالبهای سنگین فلزی، به ابزارهای کمکی خاصی نیاز نیست. ابزار مورد نیاز به تعداد محدود و به راحتی در دسترس هستند.
- قابلیت موازی کردن اقدامات اجرایی در سطح، وابسته به حجم پروژه و تعداد قالبهای موجود است.
- فرآوری مواد و مصالح در کارگاه ساختمانی از سیستمهای متداول بیشتر و حساستر است. این امر، خصوصاً در صورتی که ضخامت دیوارهای بتنی محدود باشد از اهمیت خاصی برخوردار است.
- تامین انتظارات در خصوص صدابندی هوابرد دیوارهای خارجی، و دیوارهای بین دو واحد مسکونی، در صورتی که دیوار دوجداره باشد، و یا ضخامت دیوار مساوی یا بیش از ۱/۵ سانتیمتر باشد، به آسانی و بدون در نظر گرفتن تمهیدات اضافی صورت میگیرد.
- استهلاک پایین و عمر طولانی ساختمان در بهرهبرداری
- مصرف کمتر نیروی انسانی نسبت به سیستم سنتی
- کاهش ضخامت جدارها و در نتیجه افزایش فضای داخلی مفید
نقاط ضعف
- میزان اختیار در تعیین ابعاد فضاها، در مقایسه با دیگر سیستمهای نام برده کمتر است.
- قابلیت بازیافت مصالح و عناصر مورد استفاده در این سیستم، همانند تمامی ساختمانهای بتنی، با مشکلات فراوان روبه روست. در نتیجه، توجیه اقتصادی برای این نوع اقدامات بسیار ضعیف است.
- با توجه به سنگین بودن قطعات قالب دیوار و سقف مورد استفاده، وجود جرثقیل و دیگر امکانات سنگین نصب الزامی است.
- محدودیتهای فصلی در خصوص اجرای این سیستم جدیتر و تعیین کنندهتر از سیستمهای متداول است.
- امکان تغییر ابعاد قطعات، پس از تولید منتفی است.
- وابستگی شدید به چند مصالح استراتژیک و عدم وجود امکان جایگزینی با دیگر مصالح و فرآوردهها
- امکان پیشبینی مدارهای تاسیسات الکتریکی در این سیستم در زمان آرماتوربندی و قالببندی وجود دارد.
- با توجه به این نکته که دیوارهای داخلی در اکثر موارد با استفاده از تیغههای گچی یا دیوار خشک ساخته میشوند، امکان انجام تغییراتی نظیر حذف یا جابهجایی آنها در دوره بهرهبرداری عملی است. البته در مورد دیوارهای بتنی سازهای، امکان هرگونه تغییری کامالً منتفی است.
- در صورتی که عایق حرارتی در طرف خارج ساختمان در نظر گرفته شده باشد، مشکالت اجرایی بیشتر میشود، ولی در عوض پلهای حرارتی محل اتصالات به سقفها و دیوارهای داخلی کاملاً حذف میشوند، و اینرسی حرارتی مورد نیاز برای ساختمانهای مسکونی به طور چشمگیری افزایش مییابد.
- هوابندی دیوارهای خارجی بتنی اجرای درجا به راحتی صورت میگیرد، ولی در مورد دیوارهای ساخته شده به روشهای دیگر، هوابندی بستگی به روش مورد استفاده و خصوصاً جزییات اتصال دیوار به بخشهای بتنی موجود دارد.
- در مورد آببندی نیز عملکرد دیوارها به مصالح و لایههای تشکیل دهنده آن بستگی دارد، و حتی در مورد دیوارهای بتنی اجرا درجا نیز، در اکثر موارد، آببندی با در نظر گرفتن لایههای تکمیلی برای دیوار محقق میشود.
- خطر بروز میعان و مشکلات ناشی از آن را میتوان در فاز طراحی، و بسته به نوع و محل قرارگیری عایق حرارتی ردیابی و برطرف کرد.
الزامات بتن ریزی
- بتن ریزی باید یکنواخت باشد تا امکان جداشدگی در اجزای بتن بوجود نیاید.
- بتن در لایه های افقی با ضخامت مساوی ریخته شده و هر لایه باید بطور مطلوب متراکم و سپس لایه بعدی ریخته شود. ضخامت لایهها تابع اندازه و شکل قالب روانی بتن، فاصله میلگردها و روش تراکم است. حداکثر ضخامت لایه بتن به ۶ متر و حداقل آن به ۱۵ متر یا سه برابر اندازه سنگدانه محدود میشود.
- بتن ریزی باید مستمر بوده و لایه جدید قبل از سخت شدن لایه قبلی ریخته شود تا پیوستگی بین لایهها تأمین شده و از بروز صفحات ضعیف یا درز سرد پرهیز شود.
- در مواردی که میلگردها کم تراکم باشد میتوان از لولههای آویز یا شوت قائم برای بتن ریزی استفاده کرد. قطر لولههای مورد استفاده باید حداقل ۸ برابر اندازه بزرگترین سنگدانه و در پایین (بعد از ۲ یا ۳ متر ارتفاع) کاهش داده و حداقل ۶ برابر قطر بزرگترین سنگدانه منظور شود.
- هنگام بتن ریزی، برای جابجایی بتن مازاد روی سقف به جهت آسیب ندیدن لولههای برق از پارو به جای بیل استفاده شود.