سازه های پیش ساخته: ساندویچ پنل بتنی

انتقال گرما از دیوارها، سقف، درب و پنجره بیشترین سهم در تلفات انرژی ساختمان دارد و بنابراین توسعه مصالحی که در عین داشتن دوام و استحکام سازه ای بتوانند عایق گرما نیز باشند به عنوان یکی از الزامات زیست محیطی ساختمان سازی مد نظر سازندگان و دستگاههای متولی است.  از جمله سازه های پیش ساخته که این ویژگیها را یکجا در خود دارد ساندویچ پنل بتنی است که هم دارای ویژگیهای بتن و هم ویژگیهای عایق ساندویچ پنل است. در این مقاله به معرفی ساندویچ پنل بتنی و ویژگیهای آن می پردازیم. با کافه ساختمان همراه باشید.

انواع عایق و عایق کاری ساختمان

ساختمان های پیش ساخته

ساختمان سازی به روش تیلت-آپ

به كارگيري بتن، به عنوان يك ماده اصلي ساختماني، نياز به قالب بندی، داربست و اختصاص زمان براي گيرش، عمل‌آوري و مقاوم شدن آن دارد. از اين‌رو، از مدت‌ها قبل، ساخت قطعات بتني پيش‌ساخته مورد توجه قرار گرفت و پيشرفت‌هاي چشمگيري به لحاظ ارائه انواع سيستم‌هاي پيش ساخته حاصل شد. سازه های پیش ساخته سبک با ساختار ساندویچ پانل از مصالح نوین ساخت و ساز هستند که در بسیاری از کشورهای پیشرفته با استقبال فراوانی روبرو گشته است. ساندویچ پنل بتنی هم دارای مزیت سختی و دوام و ماندگاری بتن بوده و هم ویژگیهای عایق ساندویچ پنل و ترکیبات بکار رفته در آن یعنی پلی اورتان، پشم سنگ، پشم شیشه، پلی استایرن و XPS را به طور همزمان دارا می باشد. 

ساندویچ پانل بتنی از دو لایه شبکه فلزی مش (mesh) در طرفین و یک لایه فوم پلی استارین(foam polystyrene)  کند سوز در وسط تشکیل شده است. به طوری که این سه لایه توسط مفتول های جانبی (shear connector) به یکدیگر متصل شده است. قطعات از پیش ساخته شده و به محل اجرای ساختمان حمل می شوند و پس از نصب دیوارها و سقف، طرفین آن با بتن پاشی (shatcrete) اندود می شود. در این سیستم چون دیوارها و سقف بصورت یکپارچه و به شکل باکس (Box) است، بنابر این توزیع بارها و مقاومت در برابر نیروهای خارجی به ویژه زلزله تقریبا یکنواخت و همگن می باشد. بر اساس مشخصات این کالا، می توان آنرا یکی از مقاوم ترین مصالح ساختمانی نام برد.

در سیستم پانل ساندویچی، صفحات متشکل از پانل عایق حرارتی (پلی استایرن منبسط یا پلی اورتان) همراه با دو شبکه فلزی در طرفين عايق، كه به وسيله‌ مفتول‌ های فولادی مورب به يكديگر متصل شده‌ اند یک طرف شبکه فلزی سه بعدی را تشكيل مي‌دهد. در توليدات متداول در ايران، لايه عايق حرارتي از ورق‌هاي پلي استايرن با ضخامت‌هاي متفاوت تشكيل مي‌شود. در ضمن، در برخي محصولات، عايق حرارتي در دو طرف رويه موج‌دار است. بر اساس بررسي‌هاي انجام شده، قابليت احداث ساختمان تا دو طبقه، با استفاده از قطعات متداول اين سيستم، و با رعايت اصولي وجود دارد. براي طبقات بيشتر، اين قطعات صرفاً مي‌توانند نقش جداكننده عمودي داشته باشند، و نقش سازه‌اي نخواهند داشت. در نتيجه، لازم است با استفاده از اسكلت‌هاي بتني و فولادي، ايستايي بخش‌هاي مختلف ساختمان تامين شود. ابعاد قطعات توليد شده متفاوت است، اما معمولاً به ابعاد 1*3 متر توليد مي‌شوند. اين قطعات بسته به ميزان بار پيش‌بيني شده و نحوه استفاده، در انواع متفاوتي توسط كارخانه‌هاي مختلف توليد مي‌شوند. تفاوت مشخصات قطعات توليدي، غالباً در نوع و قطر فولاد مصرفي براي شبكه‌ها، اندازه‌ چشمه‌هاي شبكه، ضخامت ديوار و نحوه قرارگيري و اتصال ميلگردهاي مورب است. 

سبک سازی ساختمان

سقف‌ها را مي‌توان از پانل‌هاي اين سيستم و با استفاده از قطعات خاص سقفي اجرا كرد. لازم به توضيح است اجراي سقف با اين سيستم با پيچيدگي‌هايي از جمله سختی پاشيدن بتن به سطح زيرين، زياد بودن ضايعات بتن و خيز سقف هنگام اجرا، رو به رو است. به همين علت، در بسياري موارد، سقف‌هاي ساختمان، به روش‌هاي ديگري، مانند تيرچه و بلوك، اجرا مي‌شود. در اين سيستم‌ها كلاف‌بندي مناسب در انتهاي فوقاني ديوارها ضروری است. بتن مورد استفاده براي پاشيدن در طرفين قطعات، بايد از نوع ريزدانه و با رواني در حد مجاز باشد، تا علاوه بر امكان پاشيده شدن به وسيله پمپ، مقاومت لازم را نيز داشته باشد. ضخامت بتن پاشيده شده در شرايط متعارف، در هر طرف ديوار در حدود پنج سانتی متر است كه حدود دو و نيم سانتی متر پوشش بر روی شبكه فولادي ايجاد می كند.

ویژگیهای پانل های سه بعدی

پانل‌های سه بعدی با استفاده از نوع نسوز عايق پلی استايرن (يا كندسوز) خواص مفيد بسياری دارند كه به تعدادی از آنها اشاره مي‌شود:

1. وزن كم
   
2. عايق حرارتي و صوتي مناسب (گرمايشي، سرمايشي بين 50 تا 80 درصد)
3. استحكام و يكپارچگي مطلوب
4. سرعت در نصب به ميزان حدود 50%
5. شكل‌پذيري مناسب
6. مقاوم در برابر زلزله و فشار باد (تا 400 كيلومتر در ساعت)
7. اتصال خوب
8. انبارداري مناسب
9. اشغال فضاي كم در زيربناي مفيد ساختمان
10. حمل و نقل آسان
11. عدم نياز به نعل درگاه و وال پست
12. استفاده از نيروي انساني كمتر
13. ايمني
14. قيمت بسيار مناسب
15. ايجاد تسهيلات در لوله‌كشي تأسيسات

وزن يك متر مربع سقف تيرچه و پانل حداقل 100 كيلوگرم كمتر از وزن سقف تيرچه و بلوك سفالی است. وزن يك متر مربع ديوار سفال 20 سانتي با دو طرف ملات ماسه سيمان 3 سانتی متری حدود 320 كيلوگرم است در حالي كه وزن ديوار پانلي با دو طرف بتن 3 سانتي حدود 140 كيلوگرم است. فضاي مفيد قابل استفاده در بناهاي پانل سه بعدی بين 5 تا 10 درصد بيشتر از بناهای اجرا شده با سفال يا بلوك مي‌باشد. به دليل ايجاد حداقل 3 سانتيمتر بتن ريزدانه در دو روی پانل، آن را مي‌توان غير قابل اشتغال در نظر گرفت و گسترش شعله در داخل و خارج پانل رخ نمی دهد. مضافاً اينكه مقاومت حداقلی (در برابر آتش) برابر با 50 دقيقه برای سازه پانلی در نظر گرفت. استفاده از فوم بتن نیز در کاهش وزن سازه بسیار موثر است.

نقاط فوت صفحات ساندویچ پنل بتنی

1. سهولت شكل‌ دهی به پانل‌ها براي انطباق آن با طرح‌ های معماری
2. ضخامت نسبتاً كمتر ديوارهاي خارجي در مقايسه با ديوارهاي خارجي متداول، البته در صورتي‌كه براي جوابگويی به انتظارات صرفه‌جويي در مصرف انرژي، ضخامت عايق حرارتي افزايش يابد، ضخامت‌ها تقريباً يكسان خواهد بود
3. در حالت سيستم كامل، ايفاي نقش جداكننده و عضو سازه‌اي به صورت همزمان
4. پيوستگي بين كليه ديوارها و سقف ساختمان و در نتيجه بازپخش و توزيع مطلوب نيروها در اعضاي مختلف سازه
5. سبكي و محدوديت اقدامات اجرايي
6. قابليت انطباق با شيوه‌هاي طراحي مدولار
7. عدم وجود محدوديت خاص در مورد پرداخت نهايي سطوح و تنوع در نما، البته بهترين توجيه اقتصادي در حالت نماي ساده با رنگ يا خود رنگ است.
8. سهولت تامين مصالح و تجهيزات مورد نياز در داخل كشور
9. وابستگي اندك به فناوري‌هاي خارجي
10. امكان موازي كردن اقدامات اجرايي، با توجه به عدم نياز به قالب و قالب‌بندي
11. امكان كاربرد قطعات چندكاره و تيپ و محدود بودن مصالح و قطعات مورد نياز
12. هوابندي نسبتاً مناسب ديوارهاي خارجي ساختمان
13. وجود دانش فني قابل قبول و ضوابط طراحي (سازه، ايمني در برابر آتش) در مورد ساختمان‌هاي كوتاه مرتبه
14. عدم وجود محدوديت شعاع حمل و مصرف اقتصادي
15. اندك بودن احتمال آسيب ديدگي قطعات در حمل و نقل
16. در حالت سيستم كامل، ايجاد اتصالات خطي در محل تلاقي پانل‌هاي سقفي به پانل‌هاي ديواري (به جاي اتصالات گروهي)، در نتيجه توزيع يكنواخت‌تر نيروهاي اعمال شده در اعضاي ديواري، و نظارت بيشتر و بهتر بر حسن اجراي اتصالات  سهولت و سرعت نصب و آماده سازي پانل‌ها براي بتن پاششي

نقاط ضعف صفحات ساندويچی یا پانل سه بعدی

1. در حالت سازه كامل 3D، محدوديت ارتفاع ساختمان و دهانه‌هاي سقف‌هاي آن
2. ديوار خارجي تمام شده نيز، برخلاف جداكننده‌هاي متداول (تيغه گچي يا سفالي) در گروه ديوارهاي سنگين قرار مي‌گيرد
3. ضخامت بالاي ديوارهاي داخلي در مقايسه با ديگر تيغه‌هاي متداول
4. محدوديت ابعاد بازشوها در حالت سيستم كامل 3D طبق ضوابط طراحي سقف‌ها و ديوارهاي بتن مسلح
5. عدم امكان بازيافت مصالح و استفاده مجدد
6. لازمه ارائه آموزش‌هاي تخصصي لازم براي اجراي بخش‌هاي مختلف
7. نقش تعيين كننده عوامل اجرا در دقت و كيفيت اجرا، به ويژه در مورد بتن پاششي
8. تعدد نسبي ابزارهاي كمكي اجرا (دستگاه شات كريت، دوخت ميلگردها و ...)
9. سختي و در بسياري از موارد (در در شرايط اقليمي حاد) عدم امكان كنترل رواداري‌ها و شرايط عمل‌آوري لايه هاي بتن پاشيده شده
10. وجود محدوديت‌هاي جدي فصلي در اجرا
11. سختي كنترل كيفيت، خصوصاً در مورد تعيين ضخامت پوشش‌هاي بتن روي ميلگردها
12. لازمه انجام بازديدهاي ادواري براي حصول اطمينان از عدم وجود مشكلات خوردگي در پوشش خارجي ديوار
13. امكان كاربرد قطعات چندكاره و تيپ و محدود بودن مصالح و قطعات مورد نياز
14. سختي و در بعضي موارد عدم وجود امكان ايجاد تغييرات در زمان ساخت و در دوره بهره‌برداري
15. سختي و در بعضي موارد عدم وجود امكان دسترسي به تاسيسات مكانيكي و برقي در حالت اجراي توكار مدارها
16. عدم امكان تعمير يا جايگزيني قطعات

دلايل استحكام ديوارهای سه بعدی

استحكام ديوارهاي سه بعدي ناشي از خرپای موربی است كه از طريق جوش از هر دو طرف به مشي محكم گرديده و امكان انتقال نيروهاي وارده را به صورت عملي به هر طرف ميسر مي‌سازد. ويژگي‌هاي منحصربه فرد ديوارهاي سه بعدي، استحكام بي نظير آن است كه در نتيجه طراحي مناسب سيستم سه بعذي در تحمل وزن و عملكرد صحيح نقطه جوش‌ها در شبكه از طريق خرپاهاي كشيده شده كه كاملاً از هر نقطه به نقطه بعدي جوش شده و تعداد زياد نقاط جوش بين هر دو خرپا و مش باعث تقويت شبكه گرديده است. استحكام ديوارهاي سه بعدي امكان عمليات نصب را آسان مي‌نمايد زيرا:

1. خم شدن و شكستن ديوارها رخ نمي‌دهد.
2. براي حفظ ديوارها در وضعيت مورد نظر نيروي زيادي لازم است
3. نصب درب و پنجره‌ها آسان مي‌باشد
4. نصب وسايل مورد نياز از تشكيل لوله‌هاي آب و برق و غيره ساده و سريع مي‌باشد

مشخصات فنی پانل سه بعدی

شبكه استاندارد از مفتول شماره 5/2 تا 5/3 ميلي‌متر تا حداكثر 8 ميلي‌متر مي‌باشد كه با چشمه‌هاي 5×5 سانتيمتر ساخته مي‌شود. پوشش بتن از حداقل 3 سانتيمتر تا 5/5 سانتيمتر مي‌باشد كه با توجه به باربر بودن ديوارها متفاوت مي‌باشد. ابعاد استاندارد پانل‌ها به عرض 200/1 متر و ارتفاع 70/2 به بالا ساخته مي‌شود كه بسته به مورد استفاده قابل تفسير مي‌باشد. بتن پاشيده روي پانل‌ها به مقاومت حداقل mpa20 براي پانل‌هلي باربر و mpa15 براي ديوارهاي غير باربر استفاده مي‌شود. مفتول مورد استفاده با مقاومت كششي kg/cm2 4000 براي پانل‌هاي باربرو kg/cm2 3000 براي پانل‌هاي غير باربر مي‌باشد. عايق استفاده شده از نوع پلي‌استايون (يونوليت) منبسط شده با دانستيه تشكيل شده كه حداكثر شاخص گسترش شعله 25 و حداكثر شاخص گسترش دود آن 450 مي‌باشد.

ضد آتش بودن ساندویچ پانل بتنی چه مقدار است؟

مقاومت پانل در برابر آتش به اندازه شبكه سيمي و ضخامت بتن بستگي دارد. مدل پانل بر اساس كد Astm- E84 مورد آزمايش قرار گرفت. نتيجه آزمايش بدين شرح بود كه پانل به ضخامت 5/2  اینچ و روكاري در هر طرف 5/1 اينچ در هر طرف 5/1 ساعت دوام داشت و پانل خارجی به ضخامت 5/2 و روكاري 2 اينچ در هر طرف ساعت دوام داشت. هر چقدر بتن در هر طرف بيشتر باشد مقاومت در برابر حريق نيز افزايش می يابد ولي هسته به هيچ عنوان نمی سوزد.

دوام پانل سه بعدی در برابر زمین لرزه

اين ديوارها در ساختمان‌هايي در سواحل شرقي كاريبان و خليج مكزيك و آمريكا بسيار بكار رفته‌اند در مقابل طوفان‌هاي شديد استقامت خوبي از خود نشان داده‌اند. در آزمايشگاه در برابر وزش 400 كيلومتر در ساعت دوام آورده‌اند. همچنين در مورد زلزله‌هاي وحشتناك كاليفرنيا نيز كه به شدت 5/6 و 9/6 رخ داده است، اين پانل‌ها دوام خود را ثابت نموده‌اند و تمامي اين ساختمان‌ها بدون كوچكترين ترك بر جاي مانده‌اند.

استاندارهای پانل سه بعدی

اين پانل منطبق است با كدهای CABO یک و دو از خانواده کدهای BECP

گزارش شماره NER- 454 به تاریخ 1993/01/19

مطابقت با مفاد SBCCI، ICBO، CABO، استانداردهای ساختمان سازی

مطابق با مفاد کد SEB=1120-CAB9

مطابق با کد ANSI- 310

مطابق با کد ASTM- E48

مخفف ها:

CABO: شوراي شركت‌هاي ساختمان سازي آمريكايي

ICBO: كنفرانس بين‌المللي ساختمان سازان

SBCCI: کنگره بین المللی کد ساختمان سازی جنوبی

HUD: وزارت مسکن و شهرسازی آمریکا

ASTM: انجمن مواد و آزمون آمریکا

ANSI: موسسه استاندارد ملی آمریکا