سیستم قالب تونلی

  • مقدمه

    سيستم ساخت سازه بتني به روش قالب تونلي، از حدود 40 سال پيش مورد استفاده انبوه سازان درجهان بوده است و تاكنون مورد بازنگريهاي فني از سوي سازندگان قالب قرارگرفته بطوريكه آخرين نوآوري در اين سيستم در اواخر سال 2007 توسط شركت Mesa تركيه اي با شماره WO 1327413A به ثبت رسيده است. اين روش ساخت سازه ، در كشورهاي زلزله خيز و نيز در بلندمرتبه سازي بيشتر مورد استفاده بوده است و هم اكنون در كشورهاي كانادا، آمريكا، تركيه ، مالزي به وسعت مورد استفاده انبوه سازان قرار مي گيرد.
    روش قالب تونلي، مانند ديگر روش هاي ساخت صنعتي، 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 هاي اقتصادي
       - سرعت ساخت
       - كاهش هزينه ساخت
       - بازگشت سريعتر سرمايه
       - طول عمر بالاي بنا
       - كاهش پرت مصالح
       - كاهش نيروي انساني


     • شاخص هاي فني
       - 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


    با توجه به رويكرد حمايتي وزارت مسكن و شهرسازي بعنوان متولي ضوابط و مقررات ساخت ، از ساخت و ساز صنعتي در كشور و باتوجه به تجربه ساخت قالب تونلي در شركت سرمايه گذاري مسكن از حدود 15 سال پيش و دستاوردهاي جديد در امر بهينه سازي كيفيت ساخت با اين روش و كوتاه نمودن انجام پروژه ها به زمان پروژه هاي مشابه قبلي ، مركز تحقيقات ساختمان و مسكن در سال 1387 ، ساخت سازه به روش قالب تونلي را جز فناوریهی نوین ساخت وساز در کشور اعلام نمود.

  • آشنايي با ويژگي هاي فني سازه هاي بتني با روش قالب تونلي

    قالب تونلي ، 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. قالب تونلي 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.
    درحاليكه در اسكلت رايج بتني ، سيستم قاب بتني 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 تونلي بعلت اتصال مستقيم دال به ديوارها، ماهيت نيروها از حالت گره اي و متمركز (مانند اسكلت قاب 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.
    لازم به ذكراست بتن ريزي سيستم ساخت قالب تونلي 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 دومرحله 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 تونلي ، 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 تونلي، يكپارچه و با توزيع جرم و سختي تقريباً يكنواخت ، انتظاري دور از واقعيت نيست.
    همچنين 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 تونلي، پيچش تا حدود زيادي برطرف مي گردد.
    مطابق با ضوابط و آيين نامه مركز تحقيقات ساختمان و مسكن درخصوص الزامات قالب تونلي، منظم بودن ساختمان در پلان و ارتفاع ضروري است و سطح مقطع اسمي ديوارهاي سازه اي دريك جهت بايد حداقل 80% 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 Cm15-18 (در دهانه هاي متقارن m5.5) اجرا ميشود كه نسبت به اسكلت رايج بتني با سقف هاي تيرچه بلوك (Cm30) 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 تونلي درجه نامعيني زيادي دارد و رفتار لرزه اي قابل قبولي را از خود نشان مي دهد.(3) مطابق آيين نامه 2800 ايران درخصوص طراحي ساختمان در برابر زلزله، ضريب رفتار ساختمان در سيستم ديوارهاي باربر با شكل پذيري متوسط برابر R=5 و حداكثر ارتفاع مجاز ساختمان m50 مي باشد. البته طي مطالعات آتي و همكاري شركت سرمايه گذاري مسكن با اساتيد مجرب و متخصص طراحي سازه و نيز مركز تحقيقات مسكن، حداكثر ارتفاع مجاز و ضرايب مربوطه درخصوص سيستم قالب تونلي درحال بررسي و تجديد نظر بوده و با اصول لرزه اي كشورهاي همجوار كه از سيستم قالب تونلي حتي تا ارتفاع 50 طبقه نيز استفاده كرده اند، همگام خواهدگرديد.

    بطور خلاصه ويژگي هاي فني سيستم قالب تونلي عبارتنداز:
      • 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)

  • مقايسه اقتصادي روش

    مقايسه هزينه اي بين اسكلت فلزي (سقف تيرچه بلوك) ، بتني (سقف تيرچه بلوك) و قالب تونلي، نكات جالبي را نمايان مي سازد. همانگونه كه در جداول 1و2 آمده است، در مجموع هزينه مصالح، دستمزد و هزينه هاي متفرقه، هزينه هاي اسكلت به روش قالب تونلي به نسبت اسكلت فلزي حدود40% و نسبت به اسكلت بتني حدود 15% هزينه مستقيم كمتري دارد.
    البته در اين مقايسه كاهش چشمگير زمان حدود و درنتيجه كاهش هزينه هاي بالاسري و خواب سرمايه ، لحاظ نگرديده است.

  • جمع بندي

    اجراي آسان اين روش در ساختمانهاي تكرار شونده ، اجراي همزمان حدود 70% از تأسيسات با سازه ، كاهش سطوح ديوارهاي داخلي، سطوح بتني هموار ديوار و سقف و درنتيجه نياز كمتر به نازك كاري ، كنترل بهتر و دقيق تر ابعاد و اندازه بازشوها و در نتيجه امكان استفاده از درب و پنجره هاي پيش ساخته و استاندارد ، كاهش ضخامت ديوارها و سقف ، درنتيجه ازدياد فضاي مفيد بهره برداري و از همه مهمتر پايايي و دوام زياد سازه ساختمان همگي از جمله ويژگي هاي اين روش مي باشد.
    البته بدليل نياز به ماشين آلات جابجايي قالب و هزينه ساخت قالب ، توصيه مي شود از اين روش در پروژه هاي با تيراژ بالاي 500 واحد و با تنوع تيپ سازه اي محدود و حتي الامكان بلند مرتبه استفاده شود. در اين صورت كاهش هزينه و سرعت نسبت به ساختمانهاي مشابه بسيار چشمگير خواهدبود.
    استفاده از روش هاي ساخت صنعتي ديگر در كنار اين روش ، با هدف حصول به فضاي مناسب تر معماري با توجه به نيازهاي بهره برداران نهايتاً ساخت صنعتي مسكن را هم در نزد سازندگان و طراحان و هم در نظر بهره برداران تبديل به روشي مطلوب و اقتصادي مي نمايد كه اين امر خود مي تواند از مهمترين عوامل اشتياق انبوه سازان، در به بكارگيري و توسعه ساخت صنعتي در كشور باشد.