سیستم سازه تری دی پانل و تاثیر آن بر سبک سازی ساختمان ها

سیستم سازه های تری دی پانلی پیش ساخته سبک و تاثیرات آن بر سبک سازی ساختمانها

در این مقاله به معرفی سازه های تری دی پانل پیش ساخته سبک پرداخته و طی تحقیقات بعمل آمده، مزایای این سیستم و بخصوص در مورد مقاومت قابل توجه آنها در زلزله می پردازیم.

از پانل های بتنی در ساخت دیوارهای باربر و غیر باربر و نیز دیافراگم کف در انواع ساختمان ها استفاده می شود. در ساختمان  های با سیستم سازه ای ۳D ، پانل های دیوار علاوه بر تحمل بارهای ثقلی، بارهای جانبی ناشی از باد و زلزله را نیز تحمل می کنند. این ساختمان ها از لحاظ نوع سیستم سازه ای در رده سازه های پانلی بتنی قرار داشته و عملکرد با مقطع بسته را از خود نشان می دهند، بدین معنا که کلیه اتصالات دیوار ـ دیوار و سقف ـ دیوار به مثابه اتصالاتی صلب بوده و تمامی المان ها به طور مستقیم یا غیر مستقیم در تحمل بارهای وارده شرکت می کنند.

پانل های پیش ساخته سبک شامل دو صفحه شبکه جوش شده فولادی میباشند که یک لایه عایق پلی استایرن در میان آن قرار گرفته و توسط تعدادی اعضای خرپایی به یکدیگر متصل شده اند.

سازه های تری دی وال بعنوان المان دیوار و سقف ساختمان بکار میروند. مدول عرضی پانل ها ۱۲۰ سانتیمتر می باشد و بسته به کاربردهای متفاوت، طول و ضخامت های مختلف دارند. پانل های دیوار علاوه بر اینکه جدا کننده فضاهای معماری هستند، نقش دیوار باربر قائم و دیوار برشی در برابر بارهای جانبی را هم ایفا میکنند. بنابراین عموما در اینگونه سازه ها اسکلت فلزی یا بتنی وجود ندارد.

پانل های سقفی، دیافراگم کف را تشکیل میدهند. این پانل ها در کنار یکدیگر مستقر شده و روی پانل های دیوار نصب میگردند. لایه پلی استایرن نقش قالب برای بتن پاشی و همچنین عایق حرارتی و صوتی را ایفا میکند. پانل ها پس از استقرار، بتن پاشی شده وتشکیل یک سازه سه بعدی با عملکرد جعبه ای میدهند. پانل ها علاوه بر استفاده به عنوان اعضای باربر ساختمان، بدلیل عایق حرارتی،صوتی و مزایای دیگر برای تیغه های غیر باربر ساختمان های مختلف نیز به کار میروند.

مشخصات سازه های تری دی پانل دیواری  

از تری دی وال بعنوان المان باربر قائم و همچنین عنصر مقاوم در برابر زلزله استفاده میشود. بار گسترده ثقلی با توجه به میزان سطح بارگیر هر دیوار روی آنها توزیع میگردد. بار جانبی ناشی از زلزله از طریق دیاگرام صلب کف به نسبت سختی بین دیوارها توزیع میشود. فرمولاسیون المان پانل براساس المان ایزوپارامتریک غشایی با تغییر شکل های داخلی سازگار قرار دارد. این المان دارای سختی خمشی در صفحه خود میباشد.

شبکه مش بکار رفته در پانل های دیوار عبارتند از:

ضخامت لایه پلی استایرن ۶ سانتیمتر و فاصله دوشبکه از یکدیگر ۱۰ سانتیمتر میباشد. همچنین قطر اعضای خرپایی در این پانل ها ۵/۳ میلیمتر است. ضخامت بتن شاتکریتی ۴ سانتیمتر در هر طرف دیوار ۳d است. به عبارتی پوشش بتن روی شبکه ۲ سانتیمتر میباشد. روابط طراحی بر اساس روش مقاومت حدی است که در آئین نامه بتن ایران آمده است. در این روش دیوار برای بار برشی طراحی شده و برای لنگر خمشی و بار محوری ( رفتار ستونی ) کنترل میگردد.

به علت گستردگی دیوارهای موجود در ساختمان اکثرا مفتول های شبکه پاسخگوی بار وارده خواهند بود. در موارد خاص با تعبیه آرماتور میتوان پانل دیوار را تقویت نمود. در محل تقاطع دیوارها بصورت ( ـ ـ )، (  ë  )، ( ^ ) ، ( – ) اتصالات خاص طراحی شده است تا عملکرد هماهنگ و یکنواختی بین دیوارها وجود داشته باشد. دیوارهای برشی دارای بازشو بایستی به نحو مناسبی تقویت گردند.

مشخصات پانل های دال کف

پانل کف بصورت دال یکطرفه عمل میکند . این رفتار بدلیل وجود اعضای برشگیر در جهت طولی پانل میباشد.

شبکه بکار رفته در پانل کف عبارت  است از :

ضخامت لایه پلی استایرن بر اساس طراحی دال کف بین ۶ تا ۱۰ سانتیمتر متغیر میباشد. طبعاً فاصله شبکه های جوش شده از یکدیگر در محدوده ۱۰ تا ۱۴ سانتیمتر تغییر میکند . قطر مفتول های خرپایی  mm ۵/۳ میباشد. از آنجا که شبکه بکار رفته در پانل دارای مقدار فولاد کمی است بایستی دال کف تقویت گردد. این کار به دو صورت انجام می گیرد:

1. با توجه به طول دهانه و بار وارده، لنگر مقاوم محاسبه شده و یک سری آرماتور تقویتی با فواصل معین در پانل تعبیه میگردد.
2. بین هر دو پانل سقفی در عرضی حدود ۲۰ سانتیمتر، عایق پلی استایرن حذف شده و میلگردهای تقویتی در آن ناحیه متمرکز می شوند. در واقع یک سیستم تیر و دال با فواصل حدود یک متر ایجاد میگردد.

مبنای طراحی دال کف در برابر خمش، روابط بتن مسلح در حالت حدی است. ضخامت بتن شاتکریتی در زیر پانل ۴ و در روی آن ۶ سانتیمتر میباشد. برای بارهای متعارف، دال کف پانلی تا ۶ متر طراحی و اجرا می گردد و در دهانه های بزرگتر نیز می توان با ایجاد تمهیداتی از این سیستم استفاده کرد. در دال بتنی تحت خمش، یک جریان برشی افقی باعث لغزش دو لایه بتن نسبت به یکدیگر می شود. اتصالات خرپایی در پانل ها بایستی به اندازه ای باشد که دو لایه کاملاً پیوسته عمل کرده و لغــزش بین لایه ها وجود نداشته باشد. بدین اساس اتصالات برشگیر بصورت المان های خرپایی مدل شده و طراحی می گردند.

– پایداری و مقاومت در برابر زلزله

زلزله یک پدیده طبیعی است که تحت هیچ رابطه سیستماتیکی اتفاق نمی افتد و کاملا تصادفی است. به عبارتی شدت، بزرگی مدت زمان و سایر مشخصات هر زلزله منحصر به فرد است. با بروز هر زلزله ، متخصصین و دانشمندان، پس از بررسی های تخریب ناشی از آن زمین لرزه، روابط و قوانین و آیین نامه های طراحی سازه ها را بررسی و اصلاح می نمایند.

عوامل متعددی در رفتار یک سازه در برابر زلزله دخالت دارد که از آن جمله نوع سیستم مقاوم، فاصله سازه از مرکز زلزله، شدت و بزرگی زلزله، مدت تداوم زلزله، نوع خاک زیر سازه ، فاصله سازه از گسل های اطراف آن می باشد. بنابراین هیچ سازه ای را نمی توان بطور مطلق مقاوم در برابر زلزله شمرد. زلزله کوبه (۱۹۹۸)، نورتریچ (۱۹۹۵ ) و … نشان داد علیرغم پیشرفت های چشمگیر مهندسی زلزله، ناشناخته های بشر در این زمینه بسیار زیاد است. ولی به هر حال در طراحی مقاوم در برابر زلزله یک سری قواعد کلی وجود دارد که با توجه به آنها می توان مزایای سیستم  پانل ۳Dpanel  را نسبت به سایر سیستم های ساختمانی برشمرد.

۱- با توجه به این که سازه های تری دی پانل از یک سری دیوارهای بتنی عمود بر هم تشکیل شده است سختی آن در مقایسه با سیستم متداول قابی بسیار زیاد است.

۲- در سیستم های سنتی میزان قابل توجهی از مرگ و میر ناشی از زلزله بدلیل آوار دیوارهای آجری ساختمان ها می باشد. این مسئله در زلزله رودبار و منجیل (۱۹۹۰ ) به وضوح مشاهده گردید. این دیوارها بعد از چند سیکل اول تکان های زلزله ترک خورده و با توجه به اینکه به سازه متصل نیستند ریزش می کنند و یا به صورت موضعی ، قطعات آجر به اطراف پرتاب شده و باعث مرگ و میر می شود. در سازه های پانلی این معضل وجود نداشته و دیوارهای پانلی بتنی همگی به سقف و کف و همچنین به دیوارهای عمود متصل بوده و احتمال ریزش آن بسیار کمتر می باشد .

۳- در سازه های تری دی پانل بدلیل استفاده از صفحات پانلی در مقایسه با سیستم قابی، درجه نامعینی بسیار بالاتر است و طبعا بازتوزیع نیروها بهتر انجام می شود. همچنین بر خلاف سیستم های قابی که تشکیل مفصل پلاستیک در ستون ممکن است به خرابی سازه ای ناشی از ناپایداری استاتیکی  منجر گردد، در این سیستم بعلت پیوستگی قطعات مسئله فوق اتفاق نمی افتد.

۴- همانطور که در بخش مقایسه وزنی سیستم های ساختمانی مشاهده خواهد شد، وزن سیستم پانلی کاهش قابل ملاحظه ای نسبت به سیستم های سنتی بتنی و فلزی دارد. هرچه وزن سازه کمتر باشد، نیروی زلزله وارده به سازه کمتر می شود. امتیاز این سیستم در کاهش نیروی زلزله وارد بر سازه میباشد.

۵- یکی از مشکلات مهم در تحلیل سازه ها ، عدم مدلسازی میانقاب ها در سازه های قابی می باشد. این مساله بدلیل ناشناختگی رفتار میانقاب ها، پیچیدگی مدل و همچنین احتمال جابجایی آنها در سازه بر اثر  تغییر کاربری می باشد. این در حالی است که بر اساس مطالعات انجام شده، میانقاب ها اثرات قابل توجهی بر رفتار سازه دارند. در سازه های پانلی، دیوارهای پانلی جایگزین میانقابها شده و تمام قطعات سیستم ، مدلسازی اجزای محدود شده و آنالیز سازه بطور دقیقتر صورت می گیرد.

۶-در سیستم های قابی که با دیوار برشی یا بادبندی در برابر زلزله مقاوم شده اند، عمدتا معضل تمرکز تنش در اعضای اطراف دیوار برشی و بادبند وجود داشته و به آنها نیروهای عمده ای در مقایسه با سایر قسمت های سازه وارد می شود که معضل بلند شدگی سازه یکی از عواقب آن است. در سازه های پانلی با توجه به اینکه دیوارهای جدا کننده بخش های معماری، به عنوان المان های سازه ای نیز در نظر گرفته می شوند، این تمرکز تنش وجود نداشته و نیروها تقریبا به صورت یکنواخت در سطح گسترده است.

۷ – در سیستم دیوارهای باربر سنگین (Large Panel )، دیوارها در کارخانه بتن ریزی می شوند و سپس در محل ساختمان نصب و محل درزها بتن ریزی می شوند. این سیستم ها اگر چه برخی از مزایای مربوط به سیستم های دیوار باربر را دارند ولی به علت عدم همگنی بتن  اتصالات و بتن دیوار عمدتا در زلزله دچار خسارات فراوانی می شوند که نمونه آن در زلزله ارمنستان (۱۹۹۲ ) که دارای تعداد قابل توجهی از این نوع ساختمان ها بود، مشخص گردید. در سیستم پانلی دیوارها بصورت پیش ساخته نصب و سپس در محل بتن پاشی می شوند و بتن دیوارها و اتصالات بصورت یکپارچه اجرا می گردد. بنابراین مشکلات فوق وجود نخواهد داشت.

آزمایش ‌ارزیابی ‌مقاومت سقف پانلی اجراشده درکارگاه ‌نصر

-کلیات :

•  هدف اصلی این آزمایش, ارزیابی سیستم دال پانلی باتوجه به جدید بودن این نوع ساختمان ‌ سازی ‌در ایران ومقایسه آن با دیگر سیستم های پوشش سقف ‌بوده است.
•  مبانی اجرای این آزمایش فصل ۱۹ آیین نامه بتن ایران میباشد.

– تجهیزات مورد نیاز تست :

• ساعت‌ اندازه‌گیری.
• پایه فلزی برای نصب ساعتها.
• وسایل بارگذاری از قبیل بلوک های بتنی و…

– ساختمان مورد آزمایش با سازه تری دی پانل :

ساختمان مورد آزمایش‌ بلوک‌ شماره ۱۲ از سری ساختمان های پروژه نصر در ‌تهرانپارس‌ است‌. آزمایش بارگذاری برای سقف طبقه سوم  این بلوک انجام گردید.

– مشخصات فنی دال کف :

دیوارها از پانل هایی دارای عایق ۶ سانتی متری در وسط و ‌دولایه بتن ‌پاشیده شده‌ به ضخامت ۴ سانتیمتر تشکیل شده است. برای کف از پانل های دارای یک لایه عایق ۱۰ سانتیمتری در وسط, یک لایه بتن ‌به ضخامت۴ سانتی متر درزیر ویک لایه بتن به ضخامت ۶ سانتی متردر روی عایق استفاده شده است‌. عرض‌ هرپانل‌ ۱۱۵ سانتی‌متراست. در‌محل بین هر دو پانل کف، یک تیر تقویتی به ارتفاع۲۰ سانتیمترحاوی میلگردهای ویژه لنگر مثبت ایجاد شده است. بنابراین دال کف دارای مقطع صندوقه‌ای با چندین‌سلول مجاور یکدیگر است‌. در پلان سازه ای چشمه دال کف به ابعاد ۲۰/۵*۵۵/۴ متر برای آزمایش انتخاب گردید.

– نحوه آزمایش بارگذاری :

• وسایل مورد نیاز آزمایش به محل بارگذاری منتقل و زیرنظر مهندسین واجد شرایط وموردقبول دستگاه نظارت وتوسط تکنسین،پایه ها نصب وساعت اندازه گیری زیر سقف قرارگرفت.
• قبل‌از انجام آزمایش مبنای قرائت تغییر شکل ها و سایر اندازه های مربوط به پاسخ ها مشخص ‌شده و اندازه ها در حالت‌صفر-صفر کالیبره گردید.
• بار آزمایش در چهارمرحله با افزایش تقریباً یکسان وبدون وارد کردن ضربه به سازه اعمال گردید به طوریکه باربه طور یکنواخت در روی سطح قرارداده شد.
• پس از هر مرحله افزایش بار،رفتار سازه بررسی‌شدو‌اعداد تغییر شکل‌قرائت گردید.
• قرائت های اصلی تغییرشکل ۲۴ ساعت‌پس از اعمال بارهای آزمایش انجام شد.
• بلافاصله‌ پس ازاندازه گیری بار آزمایش برداشته شد.
• قرائت های نهائی ۲۴ ساعت‌پس ازحذف بارآزمایش‌صورت‌گرفت ‌تا‌ تغییرشکل‌ دائمی‌کف بر اثر بارگذاری مشخص‌گردد.
• آزمایشات ‌به ‌نحوی ‌انجام ‌شد‌که امنیت جانی افراد و ایمنی سازه درحین آزمایش تأمین گردید.

– گزارش آزمایش ونتیجه :

آزمایشات سازه های تری دی پانل شامل سه مرحله بود:

اول: بارگذاری در روی تیر بصورت خطی.

دوم: باربرداری مرحله اول وسپس بارگذاری بصورت خطی در حد فاصل دو تیر.

سوم: باربرداری مرحله دوم وسپس بارگذاری کل چشمه صورت خطی گسترده یکنواخت.

مقدار بار مرده طراحی طبق دفترچه‌محاسبات kg/m2 ۴۵۰ و بار زنده kg/m2۲۰۰ بوده است.

مطابق آئین نامه بتن ایران خیز مجاز ‌ باتوجه به مقادیر mm 4550= L_t (طول دهانه) و  mm 200=h  (ضخامت سقف) مقدار برابر ۲/۵ میلیمترمی باشد.

حداکثر خیز سقف تحت این بارگذاری ۵۵/۰ میلیمتر است که مقایسه آن با خیز مجاز نشان میدهد‌ که تیر مورد‌‌ آزمایش از لحاظ ثقلی قابل قبول است و مقدار خیز بسیار ناچیزتر از سقف های متداول شبیه تیرچه بلوک میباشد.

طبق محاسبات انجام شده براساس روابط موجود در آبا ‌(حد بهره‌برداری )  مقدارخیز درحالت تیردوسر ساده برابر‌۱۳/۲ میلیمتر ودرحالت‌ دوسرگیردار ‌برابر۴۴/۰ میلیمتر می باشد.

با مقایسه مقادیر فوق و نتایج آزمایش , وجودگیرداری قابل توجه در محل تکیه گاه ها به اثبات میرسد.

علاوه بر موارد فوق با استفاده از سیستم سازه های تری دی پانل سبب کاهش پرتی مصالح و هزینه های ساخت و ساز می شوید و مدت زمان بهره برداری از پروژه و هزینه های نیروهای انسانس نیز کاهش می یابد.

جهت استعلام و خرید محصولات سازه های تری دی پانل میتوانید با شماره ۰۲۱۸۲۴۴۰ واحد تولید کننده ۳d پانل تماس حاصل فرمایید.

درباره پایکار بنیان پانل تولید کننده سازه های تری دی پانل

شرکت پایکار بنیان پانل (تولید کننده انواع تری دی پانل ساختمان ها وقطعات ساختمانی نیمه پیش ساخته) تحت لیسانس گروه صنعتی ساختمانی EMMEDUE PANELS ایتالیا و زیرمجموعه گروه بزرگ صنعتی بازرگانی پایکار بنیان میباشد.