مقدمه
بتن به دلیل توانایی در قالب سازی و ایجاد اشکال مختلف ، یکی از محبوب ترین مصالح معماری است. در حالی که یکی از رایج ترین موارد استفاده آن به عنوان ساخت اسکلت سازه ها است ، اما خاصیت پلاستیکی آن این است که تقریباً در همه انواع ساخت و سازها ، از مسکن گرفته تا موزه ها ، با ارائه جزئیات متنوعی از کار که مورد توجه ویژه ای است ، نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
بتن پیش ساخته معماری از اوایل قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفت و در دهه 1960 مورد استفاده گسترده قرار گرفت. سطح خارجی بتن پیش ساخته می تواند از یک سنگدانه در معرض که بسیار زینتی است تا یک شکل خاص که شبیه به قالب در محل است ، متفاوت باشد. برخی از پانل های پیش ساخته به عنوان روکش ستون عمل می کنند در حالی که برخی دیگر در چندین طبقه دارای ارتفاع هستند و دارای بازشوهای پنجره هستند.
در بیشتر موارد ، معمار مواد روکش را برای ظاهر انتخاب می کند ، جزئیاتی را برای ضد آب بودن ارائه می دهد و معیارهای عملکرد را مشخص می کند. مهندس سازه ،سازه را برای نگه داشتن روکش طراحی می کند ، نقاط اتصال را تعیین می کند و اثرات حرکت سازه بر روی روکش را ارزیابی می کند. سازنده بتن پیش ساخته روکش را برای بارهای تعیین شده ، بارهای نصب ، جزئیات اتصال طراحی می کند و مقابله با آب و هوا ی نامساعد، عملکرد و دوام روکش را برای خود فراهم می کند.
سیستم های دیواری بتونی پیش ساخته طیف گسترده ای از اشکال ، رنگ ها ، بافت ها و پوشش ها را به طراح ارائه می دهد. در نتیجه ، ارزیابی نمونه ها یک مولفه اصلی در استفاده از بتن پیش ساخته است. بیشتر فرآیند بررسی و تأیید قبل از تولید پانل پیش ساخته در کارخانه پیش ساخته انجام می شود. این ارزیابی علاوه بر کنترل کیفیت و آزمایش میدانی است که در مرحله تولید انجام می شود.
به طور معمول ، هر صفحه پیش ساخته با استفاده از مجموعه ای از اجزای فلزی و لنگرها به طور مستقل در ساختار ساختمان پشتیبانی می شود. اتصالات اطراف هر یک از صفحات پیش ساخته معمولاً با مواد درزگیر پر می شوند.
به طور کلی چهار نوع صفحه پیش ساخته وجود دارد که به عنوان بخشی از پاکتهای ساختمان استفاده می شود:
روکش های پیش ساخته یا دیوارهای پرده ای بیشترین کاربرد بتن پیش ساخته برای پاکت های ساختمان است. این نوع صفحات بتنی پیش ساخته بارهای عمودی را انتقال نمی دهند بلکه به راحتی فضا را محصور می کنند. آنها فقط برای مقاومت در برابر باد ، نیروهای لرزه ای تولید شده توسط وزن خود و نیروهای مورد نیاز برای انتقال وزن صفحه به تکیه گاه طراحی شده اند. واحدهای روکش فلزی معمول شامل پانل های دیواری ، واحدهای دیواری پنجره ، اسپندل ، مولیون و روکش ستون است. در صورت لزوم معمولاً می توان این واحدها را جداگانه برداشت.
واحدهای دیواری باربر مقاومت کرده و بارها را از عناصر دیگر منتقل می کنند و بدون تأثیر بر مقاومت و پایداری ساختمان ، نمی توان آنها را از بین برد. واحدهای دیواری باربر معمولی شامل پانل های دیواری جامد ، و پانل های دیواری پنجره ای و اسپندری هستند.
پانل های دیواری برشی بتونی پیش ساخته برای تهیه سیستم مقاومت در برابر بار جانبی در هنگام ترکیب با عملکرد دیافراگم از کف استفاده می شود. اثر بخشی دیوارهای برشی پیش ساخته تا حد زیادی به اتصالات پنل به صفحه بستگی دارد.
در بعضی موارد از پانل های پیش ساخته به عنوان قالب بتن ریخته شده استفاده می شود. پانل های پیش ساخته به عنوان یک فرم عمل می کنند و زیبایی ظاهری سیستم را فراهم می کنند ، در حالی که قسمت ریخته شده اجزای ساختاری سیستم را فراهم می کند.
سیستم های پشتیبانی و لنگرگاه
اتصالات پانل های بتنی پیش ساخته از اجزای مهم سیستم پاکت است. تولیدکنندگان پیش ساخته از انواع مختلفی از لنگرها استفاده می کنند اما اغلب به عنوان اتصالات جاذبه و جانبی شناخته می شوند.
اهداف اولیه اتصال انتقال بار به ساختار پشتیبانی و ایجاد پایداری است. معیارهایی که برای طراحی اتصالات پیش ساخته استفاده می شود از جمله:
• استحکام – قدرت
• شکل پذیری
• مکانهای تغییر حجم
• ماندگاری
• مقاومت در برابر آتش
• قابلیت ساخت
اتصالات متعدد در یک پانل بتنی پیش ساخته از جنبه های مهم طراحی نما است. اتصالات بین واحدهای پیش ساخته یا بین قطعات پیش ساخته و سایر اجزای ساختمان باید حفظ شود تا از نشتی از طریق سیستم دیوار پیش ساخته جلوگیری شود.
در طراحی اتصال باید فاکتورهای ساختاری ، حرارتی و سایر عواملی که بر عملکرد و حرکت مفصل تأثیر می گذارند در نظر گرفته شود. مهر و موم مفصل البته باید به اندازه کافی برای مقاومت در برابر حرکت مفصل طراحی شده باشد.
در ساخت و سازهای تجاری ، متداول ترین عنصر پشتیبان دیواری برای سیستم های دیوار بتنی پیش ساخته معماری ، مونتاژ دیوار پشتیبان گل میخ فلزی عایق بندی شده است.
سیستم های پانل بنتی اکسپوز غالباً به صورت دیوار پرده ای یا روکش ساخته می شوند که در آن هیچ بار ساختمانی به صفحات بتونی منتقل نمی شود. معمولاً سیستم دیوار بتونی پیش ساخته باید در برابر بارهای جانبی مستقیماً وارد شده بر روی آن مقاومت کند ، مانند باد و زلزله . و همچنین بارهای عمودی ناشی از وزن خود سیستم دیواره پیش ساخته. این بارها باید از طریق سیستم دیوار و عناصر سازه ثانویه به سازه ساختمان منتقل شوند. بارهای دیگری مانند ضربه ، ساخت و ساز و حمل و نقل نیز باید در طراحی در نظر گرفته شوند. برای جلوگیری از تحمیل بارهای ناخواسته بر روی صفحات ، ارزیابی طراحی ، جزئیات و نصب پانل های پیش ساخته مهم است.
پانل های بتنی مطابق با راهنمای پروژه های بتنی پیش ساخته معماری (ACI 533.1R-02) و ACI 318 سازه بتنی طراحی می شوند..
اتصالات بین پانل ها باید به اندازه کافی گسترده باشند تا انبساط حرارتی و حرکات افتراقی بین پانل ها را داشته باشد. اتصالات بین پانلها معمولاً با درزگیر مهر و موم می شوند تا از نفوذ آب در حفره دیواره جلوگیری شود. فضای حفره دیوار و دیوار پشتی که معمولاً با غشای مقاوم در برابر آب پوشانده می شود ، یک خط ثانویه برای محافظت در برابر نفوذ آب به داخل ساختمان ایجاد می کند.
عملکرد حرارتی
پانل های بتنی دیواری پیش ساخته ویژگی های عملکرد حرارتی خود را اساساً از میزان عایق قرار داده شده در حفره یا درون دیواره پشتیبان ، که معمولاً یک دیوار گل میخ فلزی در ساخت و ساز تجاری است ، می گیرند.
محافظت از رطوبت
متداول ترین سیستم محافظت در برابر رطوبت که در سیستم های دیواره بتنی پیش ساخته استفاده می شود ، سیستم مانعی است که دارای یک مهر و موم اتصال مناسب است. در بعضی موارد که به حفاظت اضافی از رطوبت نیاز است ، از استفاده از درزگیر یا پوشش بتن نیز استفاده می شود. در صورت استفاده از درزگیر می توان آنها شفاف یا رنگدانه ای کرد. پوشش های تشکیل دهنده فیلم معمولاً سطح بالاتری از عملکرد را ارائه می دهند اما تأثیر بسزایی در ظاهر واحد بتن پیش ساخته دارند.
پانل بتونی اکسپوز نیز باید به گونه ای طراحی شود که از دوام مناسب برای قرار گرفتن در معرض ، برخوردار باشد. با تعیین حداقل مقاومت فشاری ، حداکثر نسبت آب به سیمان و دامنه مناسب هوای محبوس ، می توان دوام را بهبود بخشید.
ایمنی آتش
سیستم های پانل بنتی اکسپوز هیچ گونه بهبودی در ایمنی آتش سوزی نسبت به بتن ریخته شده ایجاد نمی کنند. در واقع ، برای ساختمان های بلند مرتبه ، پانل های بتونی پیش ساخته می توانند در صورت بروز آتش سوزی که به اتصالات تابلو آسیب می زند و باعث سقوط تابلویی از ساختمان می شود ، خطر جدی ایمنی ایجاد کنند. در این زمینه باید تمهیدات لازم انجام گیرد.
آکوستیک
سیستم پانل بنتی اکسپوز و نمای ساخته شده در محل عملکرد مشابهی را در مورد انتقال صدا از نمای خارجی به فضای داخلی ساختمان فراهم می کند. با این حال ، اتصالات پریشان و باز بین پانل ها می توانند شرایطی را فراهم کنند که در آن انتقال صدا به داخل افزایش یابد.
دوام مواد
پانل بنتی اکسپوز که در سیستم های دیواری مورد استفاده قرار می گیرند ، شکل های مختلفی دارند. غالباً اتمام کار شامل سایش یا اصلاح سطح توسط ماسه بلاست ، رسوب سنگدانه ، اسیدشویی ، چکش کاری یا سایر روش ها می باشد. هر یک از این پایان ها چالش متفاوتی را در تولید یک صفحه بتونی پیش ساخته با دوام ایجاد می کند. سندبلاست سطح بتن می تواند سطحی را تولید کند که مقاومت کمتری در برابر نفوذ رطوبت داشته باشد. در نتیجه ، در مواردی که از این تکنیک برای اتمام استفاده می شود ، باید یک روش تصفیه سطحی مانند سیلر در نظر گرفته شود.
یک پانل پیش ساخته با یک سطح کاملاً معماری چالش هایی را در زمینه توسعه مخلوط بتن و قرار دادن فولاد تقویت کننده ایجاد می کند. پروفیل های پیچیده تر در سطح پانل معمولاً به کارایی بیشتر در مخلوط بتن ، تکنیک های یکپارچه سازی بهتر و اغلب ترمیم سطح پس از تولید نیاز دارند. پانل های پیش ساخته با عمق متفاوت پروفیل سطح نیز نیاز به دقت بیشتری در حفظ پوشش بتونی کافی روی فولاد تقویت کننده تعبیه شده دارند. به طور خلاصه ، هرچه ظاهر یک صفحه بتونی پیش ساخته پیچیده تر باشد ، روند بررسی و تأیید و برنامه کنترل کیفیت با چالش و اهمیت بیشتری همراه است.
بیشترین پریشانی و خرابی در سیستم های دیواره بتنی پیش ساخته را می توان ناشی از مشکلات حین نصب ، لنگرهایی که برای اتصال صفحات به سازه استفاده می شوند ، یا خوردگی فولاد تقویت کننده تعبیه شده دانست. ترک خوردگی صفحه ، جابجایی یا سایر شرایط پریشانی می تواند در مکانهایی رخ دهد که لنگرها به طور نامناسب یا نامناسب به هم متصل شده اند. ضعف ساخت و ساز اغلب نتیجه کنترل کیفیت پایین و خارج از تحمل ساخت یا نصب صفحات است. همچنین ، آسیب ناشی از دست زدن به هنگام ساخت می تواند منجر به ترک خوردن صفحه شود ، که ممکن است برخی از آنها برای چندین سال مشهود نباشد.
ارزیابی دوام بتن پیش ساخته در آینده از چند طریق انجام می شود. اغلب برای افزایش دوام بتن ، الزامات (حفره هوا ، حداکثر جذب ، حداقل مقاومت فشاری و …) مشخص می شود. تاریخچه مخلوط بتن نیز می تواند اطلاعات مفیدی را ارائه دهد.
ACI 318 معیارهای مختلفی را برای پذیرش مخلوط بتن مشخص می کند. علاوه بر این ، نسبت آب به سیمان ، حداقل مقاومت فشاری ، محدوده حباب هوا و معیارهای دیگر نیز ذکر شده است. در صورت لزوم ، آزمایش انجماد و ذوب نیز می تواند مطابق با ASTM C666 انجام شود.
علاوه بر مخلوط بتن پیش ساخته که نیازها و توصیه های ACI 318 را برآورده می کند ، ارزیابی و مطالعه عملکرد تاریخی یک مخلوط بتن خاص در یک محیط خارجی مشابه نیز می تواند انجام شود. از ارزیابی پتروگرافی (ASTM C856) نیز معمولاً برای ارزیابی سنگدانه در تلاش برای شناسایی ترکیب معدنی بتن و به ویژه سنگدانه استفاده می شود و بر اساس این مشاهدات و دانش گذشته از این خصوصیات ، برای پیش بینی عملکرد آینده است. روش دیگر ارزیابی ، قرار گرفتن در معرض نمونه های بتن پانل اکسپوز ،روش تسریع هوازدگی و ارزیابی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی تغییرات است.
قابلیت نگهداری
در صورت ساخت صحیح سیستم های پانل بتونی پیش ساخته نیاز به برخی از نگهداری ها دارند مهمترین ماده نگهداری پانلهای پیش ساخته در صورت استفاده از درزگیر در اتصالات و سیستم محافظ است. اگر برای زیبایی و یا به حداقل رساندن نفوذ رطوبت به صفحه ، از درزگیر یا پوشش بتونی استفاده شده است ، درزگیر یا پوشش به کاربرد مجدد نیاز دارد. چارچوب زمانی برای درزگیر و سیستم های محافظت از سطح بسیار متفاوت است اما معمولاً هر 7 تا 20 سال است.
سیستم های پانل بنتی اکسپوز ، طیف گسترده ای از رنگ ها ، پوشش ها و اشکال معماری را امکان پذیر می کند. بتن پیش ساخته می تواند در محیط هایی مورد استفاده قرار گیرد که امکان استفاده از بتن ریخته شده در محل را فراهم می کند. علاوه بر این ، بتن پیش ساخته ممکن است در یک محیط کنترل شده ساخته شده و در محیطی احداث شود که اجازه ریختن بتن را نمی دهد. بتن مورد استفاده در پانل های پیش ساخته باید به گونه ای طراحی شود که در محیطی که از آن استفاده می شود دوام داشته باشد.