سيستم ساخت سازه بتني به روش قالب تونلی، از حدود ۴۰ سال پيش مورد استفاده انبوه سازان درجهان بوده است و تاكنون مورد بازنگريهاي فني از سوي سازندگان قالب قرارگرفته است. اين روش ساخت سازه ، در كشورهاي زلزله خيز و نيز در بلند مرتبه سازي بيشتر مورد استفاده بوده است و هم اكنون در كشورهاي كانادا، آمريكا، تركيه ، مالزي به وسعت مورد استفاده انبوه سازان قرار مي گيرد.ابتدا در مورد انواع مختلف قالب های تونل موجود و قابل ساخت مطالب را ارائه داده و سپس به مبحث اصلی مقاله می پردازیم .
معرفی کلی قالب تونلی
قالب تونلی فرم در سه طرح ERTF ,TRTF و MKTF طراحی و تولید میشود که در نهایت عملکرد یکسانی دارند منتهی عمده تفاوت آنها در بالا و پایین وزن کلی قالبها و امکان تکرار پذیری در پلانهای مختلف میباشد که بر حسب الزامات عنوان شده توسط پیمانکار مشخص و تولید میگردد . غالبا در ایران قالب تونلی طرح ERTF مورد استفاده میگردد که نسبت به سایر طرح ها مدولار تر می باشد . استفاده به صورت مدولار، مقاومت بالا، حمل راحت، جداسازی آسان از بتن و بدون آسیب به آن، سادگی مونتاژ و اتصالات، سرعت اجرای بالا و… از مزایای مثبت خرید انواع قالب فلزی بتن از شرکت های فعال در این زمینه از جمله شرکت قالب بتن سپنتا است
نکته بعدی که در ساخت قالب تونلی حائز اهمیت است ، نوع آلیاژ متریال استفاده شده میباشد . ورق های رویه قابل استفاده برای قالب تونلی حتما باید از ورقهای ضد سایش (ST52) باشد . و قطعات حساس دیگر هم به همین روال می بایست نهایت دقت بعمل آید تا بتوان حداقل 500 بار بتن ریزی را با یکبار اورحال شدن قالب ، انجام داد .
روش قالب تونلی، مانند ديگر روش هاي ساخت صنعتی، در چهارمعيار كاهش زمان ، كاهش هزينه، ارتقاء كيفيت و امنيت كاركنان توجيه پذير مي باشد. شاخص هاي برتر اقتصادي و فني روش هاي صنعتي، شامل موارد زير مي باشد.
شاخص های اقتصادی
- سرعت ساخت
- كاهش هزينه ساخت
- بازگشت سريعتر سرمايه
- طول عمر بالاي بنا
- كاهش پرت مصالح
- كاهش نيروي انساني
شاخص های فنی
- مقاومت مناسب در مقابل زلزله
- كنترل دقيق تر اجرا و كيفيت در مقايسه با استانداردها
- قابليت استفاده از مصالح پيش ساخته و يا نيمه پيش ساخته
- امكان طراحي و ساخت مدولار
آشنايي با ويژگی های فنی سازه هاي بتنی با روش قالب تونلی
تونلی سيستم سازه اي است كه براي اجراي ساختمانهاي بتني با سيستم باربر ديوار و سقف بتني مورد استفاده قرار مي گيرد. در اين روش ساخت ، ديوارها و سقف بطور يكپارچه و همزمان بتن ريزي مي شوند. استفاده از قالب تونلی ضمن بالا بردن سرعت و كيفيت اجرا، عملكرد سازه اي و رفتار لرزه اي، مجموعه سازه را از نظر يكپارچگي اعضا و اتصالات آنها به نحو چشمگيري بهبود مي بخشد.
از مهمترین عناصر باربر در سيستم قالب تونلی، ديوار که عنصر اصلي مقاوم در برابر بارهاي جانبي بوده و تحمل و انتقال بارهاي قائم از دال را انجام میدهد و دال که تحمل و انتقال بارهاي قائم وجانبي به ديوارها را عهده دار است ، میباشد .
درحاليكه در اسكلت رايج بتني ، سيستم قاب بتني ( قالب مدولار ) خمشي و ديواربرشي است كه در آن عناصر باربر قائم ، تيرها و ستون ها بوده و نقش عمده ديوارهاي برشي، بعنوان عنصر مقاوم در برابر بارهاي جانبي مي باشد.
بنابراين ، در سيستم قالب تونلی بعلت اتصال مستقيم دال به ديوارها، ماهيت نيروها از حالت گره اي و متمركز (مانند اسكلت قالب بتني) بصورت گسترده نمايان مي شود و انتقال نيروها و لنگرها درسطح بيشتر صورت گرفته و تمركز تنش در محل اتصالات، كاهش چشمگير مي يابد. بدين ترتيب خطرات ناشي از تمركز تنش در گره ها كه عموعاً علت اصلي تخريب سازه هاي بتني در زلزله بوده است ، تا حدود زيادي برطرف مي گردد .
نكته مهم و لازم به یادآوری این است که بتن ريزي سيستم ساخت قالب تونلی نيز بايد بگونه اي صورت گيرد كه در محل اتصال ديوار به سقف ، درزهاي سرد ايجاد نشود بدين ترتيب كه پس از اتمام بتن ريزي ديوار در لايه نهايي آن ويبره مجدد ايجاد شود و يك فرصت كوتاهي داده شود تا بتن ديوار، نشست خود را انجام دهد ولي به گيرش اوليه نرسد.
سپس بتن ريزي دال اجرا گردد، در اينصورت احتمال ترك خوردگي دال و ديوار و تمركز تنش به حداقل مي رسد، همچنين در صورت اجراي بتن ريزي دال- ديوار در دو مرحله كاري و يا سخت شدن بتن ديوار قبل از بتن ريزي دال عمليات لازم براي اصلاح درزهاي اجرايي مطابق آيين نامه بتن صورت گيرد.
قالب تونلی ، از نظر سازه اي، عملكرد جعبه اي دارد و بعنوان يك عنصر يكپارچه و سه بعدي در برابر بارهاي قائم و جانبي عمل مي كند. اين پيوستگي و يكنواختي سبب مي شود كه در هنگام زلزله تشكيل لولاهاي پلاستيكي در اعضا و نواحي بحراني سازه مانند اتصالات ديوار به سقف يا اطراف بازشوها به تعويق افتد و عملكرد مناسبي را از خود نشان دهد.
به گونه اي كه حتي انتظار رفتار ارتجاعي در خلال حركت هاي نسبتاً قوي زمين از سيستم تونلی، يكپارچه و با توزيع جرم و سختي تقريباً يكنواخت ، انتظاري دور از واقعيت نيست .يكي از مشكلات اساسي ساختمانهاي معمول در برابر نيروهاي جانبي ، پيچش ايجادشده در اثر عدم تقارن سيستم مقاوم در برابر نيروهاي جانبي است
، با توجه به اعمال تقارن ديوارها در سيستم سازه اي قالب تونلی، پيچش تا حدود زيادي برطرف مي گردد. مطابق با ضوابط و آيين نامه مركز تحقيقات ساختمان و مسكن درخصوص الزامات قالب تونلی، منظم بودن ساختمان در پلان و ارتفاع ضروري است و سطح مقطع اسمي ديوارهاي سازه اي دريك جهت بايد حداقل ۸۰ % جهت ديگر باشد.
همچنين در اين سيستم بخش عمده اي از ديوارهاي داخلي ساختمان بصورت ديوار سازه اي اجرا مي گردد و در نتيجه تعداد ديوارهاي جداكننده (غير سازه اي و حجم نازك كاري مربوطه) كاهش عمده اي مي يابد، از طرفي ضخامت سقف سازه اي دراين سيستم ۱۸- ۱۵ سانتیمتر ( در دهانه های متقارن ۵.۵ متر ) اجرا ميشود كه نسبت به اسكلت رایج بتنی با سقف هاي تيرچه بلوك كمتر بوده و دركاهش ارتفاع ساختمان و كاهش مصرف مصالح مؤثر است.
مباني تئوري و نيز مشاهده هاي پس از وقوع زلزله گوياي اين مطلب است كه هرچه اعضاي سازه اي مشاركت كننده در باربري (نامعيني) بيشتر و عملكردهاي آن غيروابسته تر باشد ، رفتار لرزه اي سازه مناسب تر و مطلوب تر خواهدبود. با توجه به اين موضوع، در صورت كفايت ديوارهاي سازه اي از لحاظ تعداد ، سيستم تونلی درجه نامعيني زيادي دارد و رفتار لرزه اي قابل قبولي را از خود نشان مي دهد.
درخصوص طراحي ساختمان در برابر زلزله طبق آيين نامه 2800 ايران ، ضريب رفتار ساختمان در سيستم ديوارهاي باربر با شكل پذيريR=5 و حداکثر ارتفاع مجاز ساختمان 50متر میباشد .
بطور خلاصه ويژگي هاي فني سيستم قالب تونلی عبارتند از:
- يكپارچگي سيستم و بهبود رفتار لرزه اي آن بدليل عملكرد جعبه اي سازه
- تغيير ماهيت تمركز تنش از حالت گره اي و متمركز بصورت گسترده بعلت تبديل سازه از حالت تير- ستون – ديوار به حالت دال – ديوار
- عملكرد سقف سازه بصورت ديافراگم صلب و قابليت انتقال بارهاي قائم و جانبي به ديوارها
- افزايش درجه نامعيني سازه و تأخير بيشتر در تشكيل لولاهاي پلاستيك در اعضاء و درنتيجه قابليت تحمل بيشتر نيروها و لنگرها
- تقارن سازه اي و منظم بودن ساختمان (درارتفاع و پلان)
با توجه به مورد اول ، یکی از ضعف های سیستم قالب تونلی ، عدم امکان ساخت پارکینگ مثل سایر سازه ها و ساختمانها میباشد .
الزامات طراحي
۱ -۳ معماری
طراحي معماري در اين روش، به دليل محدوديت دهانه هاي قالب مي بايست با اين ابعاد ، سازگار و منطبق باشد، آيين نامه ها و تجربه ساخت نشان مي دهد كه هماهنگي معماري با الزامات سازهاي در اين روش منجر به سهولت اجرا و در نتيجه كاهش زمان خواهدگرديد. معيارهاي اصلي در طراحي معماري را مي توان بصورت زير عنوان نمود:
استقرار بلوكهاي خطي و موازي هم با حداكثر ۵/۱ متر اختلاف پيش آمدگي يا عقب رفتگي در هر رديف، بدليل حركت راحت تر تاورها .
در صورتيكه تاور بصورت ريلي حركت نمايد، حداكثر شيب زمين مي بايست۱ %باشد.
در صورتيكه بلوكها روبروي هم قرار گيرند، حداقل فاصله بين آنها ۱۷متر وحداكثر متناسب با مسير حركت تاورها باشد.
در صورتيكه نياز به زيرزمين باشد، بهتر است از روش سقف و ديوار جداگانه بتني در اين طبقات استفاده شود ويا درصورت استفاده از قالب تونلی در ساخت زيرزمين، بدليل فضاي مورد نياز براي حركت قالب ها، از اين فضا جهت توسعه زيرزمين در محوطه استفاده مي شود.
بدليل كاهش حجم رايزرها و بازشوهاي سقف ، درصورت استفاده از كولر آبي، اين تجهيزات در بالكن ها يا فضاهاي مشابه در همان طبقه پيش بيني شوند.
در بلوكهاي تا ۴ طبقه ، طراحي پلانها به نحوي باشد كه قالب ها از يك طرف و عمود بر جهت استقرار بلوكها خارج شوند و در بلوكهاي بيشتر از ۴ طبقه توصيه مي شود پلانها به گونه اي باشند كه تعداد ديوارهاي برشي در هر دو جهت عمود بر هم تقريباً يكسان باشند.
اندازه دهانه تونلها، به دليل كنترل تنش سقف و نيز زياد نشدن ضخامت دال بتني سقف ، بين ۳ تا ۵/۵ متر توصيه مي شود. عمق تونل ها نيز در هر جهت حداكثر ۶ متر توصيه مي شود.