انواع پانل‌های سه‌بعدی از نظر عملکرد سازه‌ای
پانل‌های سه‌بعدی که در این سیستم استفاده می‌شوند، برحسب نوع اتصال لایه‌های مختلف آن‌ها به سه گروه اصلی تقسیم می‌شوند:
۱) پانل مرکب کامل
در این نوع پانل لایه‌های بتنی بالا و پایین تحت تأثیر بارهای وارده و در محدودۀ خطی به‌صورتی رفتار می‌کنند که میزان تغییرشکل نسبی در آن‌ها یکسان بوده و درواقع مقطع به‌صورت یکپارچه عمل می‌کند. در این حالت برش بین‌لایه‌ای ناشی از خمش به‌صورت کامل از یک لایه به لایۀ دیگر منتقل می‌شود و پانل به‌طور کامل به‌صورت مقطع مرکب عمل می‌کند.
۲) پانل نیمه‌مرکب
در این نوع پانل، لایه‌های بالا و پایین نسبت به یکدیگر به‌طور محدود تغییرشکل داشته ولی به‌طور کامل مستقل نیستند. درواقع برش بین‌لایه‌ای ناشی از خمش در این حالت به‌صورت کامل از لایۀ بالا به لایۀ پایین منتقل نمی‌شود. در این حالت با توجه به درصد انتقال برش بین‌لایه‌ای میزان درصد عمل مرکب پانل مشخص می‌شود.
۳) پانل غیرمرکب
در این حالت لایۀ میانی و برش‌گیرها نمی‌توانند برش بین‌لایه‌ای ایجادشده در خمش را بین لایه‌ها منتقل کنند. در این شرایط هر لایه می‌تواند تغییرشکل مستقل داشته باشد. در این حالت پانل کاملاً غیرمرکب عمل می‌کند.
طراحی سازه‌ای سیستم پانل‌های سه‌بعدی
پانل‌های سه‌بعدی مورداستفاده در این سیستم گرچه در مرحلۀ تولید، حمل و نصب بسیار سبک هستند، ولی پس از پاشیدن بتن، وزن آن‌ها افزایش پیدا می‌کند. هرچند وزن نهایی آن‌ها از دیوارهای معمولی کمتر است و درصورت اجرای صحیح، یکپارچگی و مقاومت بسیار خوبی در برابر زلزله دارند. هنگام وقوع زلزله به‌طور معمول بیشترین صدمات جانی ناشی از ریزش سقف و دیوارهاست، اما در این سیستم به‌علت پیوستگی اجزای سازه، خطر ریزش به حداقل می‌رسد.
۱) طراحی براساس مقاومت خمشی
طراحی پانل‌های سقفی با توجه به رفتار خمشی این قطعات که از بتن مسلح تشکیل شده‌اند، براساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان انجام می‌شود. عملکرد ساختاری صفحات کف، درصورت کافی‌بودن تعداد مفتول‌های قطری، به‌صورت ترکیبی کامل و مانند دال خواهد بود. درصورت عدم کفایت مفتول‌های قطری، باید عملکرد مقطع با بهره‌گیری از تحلیل و محاسبات دقیق مشخص و اصلاح شود. حداقل میلگرد مصرفی در پانل‌های سقفی مانند سایر قطعات بتنی مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان تعیین می‌شود. درصورتی‌که از تیرهای بتن‌آرمه برای تقسیم بار در پانل‌های سقفی استفاده شود، باید مطابق ضوابط طراحی و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه نسبت به طراحی آن اقدام شود.
۲) طراحی برای مقاومت برشی
در سیستم پانل‌های سه‌بعدی، ضخامت قسمت بتنی دیوار معادل مجموع ضخامت لایه‌های بتنی دو طرف آن در نظر گرفته می‌شود و مشخصات آن مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان محاسبه و تعیین می‌شود. مقاومت برشی صفحات سقفی نیز مطابق ضوابط طراحی ساختمان‌های بتن‌آرمه محاسبه می‌شود و به‌دلیل عملکرد ضعیف بتن در برش، فقط مقاومت برشی میلگردها در نظر گرفته می‌شود.
۳) طراحی تقویت‌های لازم برای بازشوها
در اطراف بازشوها باید فولاد تقویتی با سطحی معادل میلگردهای قطع‌شده در هر جهت به‌صورت فولاد متمرکز در همان جهت قرار داده شود. در هر دیوار، سطح بازشو نباید از یک‌سوم سطح کامل دیوار بیشتر باشد. فاصلۀ بازشوها تا انتهای دیوار باید حداقل ۷۵۰ میلی‌متر باشد، درغیراین‌صورت باید تحلیل دقیق صفحات با منظورنمودن محل واقعی بازشوها انجام شود و طراحی براساس نتایج تحلیل به‌صورت خاص صورت گیرد.
۴) طراحی در برابر زلزله
مقاومت بتن یکی از مهم‌ترین معیارهای طراحی در برابر زلزله در سیستم پانل‌های سه‌بعدی است. مقاومت مشخصۀ بتن در این سیستم نباید از ۲۰ مگاپاسکال کمتر باشد. از کلاف‌بندی قائم، در محل برخورد دیوارهای باربر اصلی، برای تأمین شکل‌پذیری لازم و از کلاف‌بندی در بالای دیوارهای باربر اصلی، برای تأمین یکپارچگی و انسجام سقف، استفاده می‌شود. کلاف‌بندی‌های قائم و افقی، باید به‌نحوی طراحی و اجرا شوند، که یک شبکۀ کلاف پیوستۀ فضایی تشکیل شود. در محل اتصال صفحۀ سقف به دیوار، باید لایۀ عایق حذف و به‌جای آن بتن‌ریزی انجام شود. برای تأمین یکپارچگی و عملکرد جعبه‌ای سازه، باید در محل اتصال صفحات دیواری به یکدیگر و صفحات دیواری به سقف، از میلگردهای اتصال استفاده کرد. تعداد و آرایش این میلگردها باید براساس محاسبات سازه و در موارد پیچیده توسط آزمایش تعیین شود.
روش اجرای سیستم پانل‌های سه‌بعدی
۱) اجرای پی
پس از آماده‌سازی خاک بستر و ریختن بتن مگر، پی به‌صورت نواری یا گسترده اجرا می‌شود. بتن مگر باید دارای حداقل عیار ۱۵۰ کیلوگرم بر مترمکعب و بتن شالوده دارای حداقل مقاومت فشاری ۳۰ مگاپاسکال باشد. قبل از بتن‌ریزی پی، میلگردهای U شکل که براساس نیروی برش پایۀ ساختمان (حاصل از زلزله و خروج از مرکزیت احتمالی) محاسبه می‌شود، در شالوده قرار داده می‌شود. امتداد میلگردهای انتظار باید بین شبکۀ میلگردها و عایق دیوار قرار گرفته و به شبکۀ میلگردها متصل شود. لازم است عایق پلی‌استایرن در مجاورت میلگردهای انتظار و با فاصلۀ مناسب به‌نحوی قرار داده شوند که بتن بین میگردها و عایق قرار گیرد. باید توجه داشت میلگرد انتظار دیوارها باید حتماً از نوع آجدار باشد و میلگردهای شناژهای قائم نیز باید تا کف پی ادامه پیدا کنند.
۲) نصب پانل‌های دیوار و اتصالات
در ابتدای نصب پانل‌های دیوار باید یک پانل در منتهی‌الیه گوشۀ یک دیوار خارجی به‌عنوان پانل مبنا نصب و شاقولی شود. در محل اتصال دو دیوار عمود بر هم، میلگردهای اتصال U شکل باید طوری چسبیده و عمود بر هم قرار گیرند، تا تشکیل خاموت بسته داده و پس از بتن‌ریزی در محل تقاطع عملکرد کلاف قائم داشته باشند. در محل اتصال پانل‌های دیواری با شالوده باید ۵ سانتی‌متر از هستۀ عایق برداشته شود. همچنین برای تأمین پایداری قائم پانل‌های دیواری در مرحلۀ پاشیدن بتن لازم است در فاصلۀ ۸۰ تا ۱۰۰ سانتی‌متری از بالای دیوار، پشت‌بندهایی با فاصلۀ افقی حداکثر ۳ متر از یکدیگر قرار گیرند.
۳) اجرای اتصالات بازشوها
وجود بازشوها در پانل‌های سه‌بعدی، قابلیت ترک‌خوردن را افزایش می‌دهد، درنتیجه استفاده از شبکه‌های توری یا میگردهای افقی و عمودی دورتادور بازشوها یا شبکه‌های مورب برای جلوگیری از بروز ترک ضروری است. پس از نصب پانل‌ها، باید شمشه‌های صاف و مقاوم در فواصل مناسب (حدود ۱ تا ۲ متر) به‌صورت عمودی روی پانل‌ها، به‌صورت موقت نصب شوند، به‌طوری‌که لبۀ بیرونی آن‌ها معادل لبۀ خارجی بتن پاشیده باشد. این شمشه‌های موقت پس از عملیات شمشه‌کشی از سطح بتن تازه برداشته می‌شوند.
۴) نصب لوله‌های تأسیسات الکتریکی و مکانیکی
اجرای سیستم تأسیسات مکانیکی در روش پانل‌های سه‌بعدی به‌صورت روکار ترجیح داده می‌شود. درغیراین‌صورت استفاده از لولۀ پلیمری برای تأسیسات مکانیکی و لولۀ پولیکا (و یا لولۀ خرطومی) برای لوله‌کشی برق توکار توصیه می‌شود. هنگام اجرای لوله‌های آب گرم در سیستم توکار باید عایق اطراف لوله به فاصلۀ حدود ۲ سانتی‌متر برداشته شود تا لوله‌های آب گرم با لایه‌ای از بتن دورتادور خود احاطه شوند.
ویژگی‌های سیستم از نظر تأسیسات مکانیکی و الکتریکی
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های سیستم پانل‌های سه‌بعدی آن است که بعد از قرارگرفتن پانل‌ها در مکان خود و محکم‌شدن آن‌ها توسط اتصالات، می‌توان عملیات تأسیساتی را آغاز کرد. فضای خالی بین شبکۀ فولادی و فوم پلی‌استایرن، فضای بسیار مناسبی برای قرارگیری کابل‌های برق، تلفن و لوله‌های آب و گاز فراهم می‌کند. در بعضی موارد برای تأمین فضای کافی باید مقداری از فوم پلی‌استایرن را برداشت. باید به این نکته توجه کرد که دو طرف فوم را لایه‌ای از بتن، به ضخامت حداقل ۴ سانتی‌متر می‌پوشاند. بنابراین، باید تجهیزات را به‌گونه‌ای قرار داد که پس از اتمام کار، هم‌سطح با دیوار باشند. همچنین باید روی تمام کلیدها، جعبه‌ها و لوله‌هایی را که در معرض پاشیدن بتن قرار می‌گیرند، پوشاند. عایق پلی‌استایرن که در تولید پانل‌های سه‌بعدی به‌کار می‌رود، باید از نوع کندسوز باشد.
۵) نصب پانل‌های سقف
روش اجرای سقف در سیستم پانل‌های سه‌بعدی می‌تواند یکی از روش‌های سقف پانلی یا سقف غیرپانلی (مانند تیرچه بلوک، تیرهای با جان باز و یا دال بتنی) باشد. لازم است نصب پانل‌های سقف پیش از اتمام بتن‌پاشی دیوارها انجام شود و در محل اتصال به دیوارها، شناژ افقی تعبیه شود.
۶) اجرای در و پنجره
در این سیستم، محل قرارگرفتن درها و پنجره‌ها را می‌توان قبل و یا حتی بعد از نصب پانل‌ها مشخص کرد و برید. برای این منظور باید با توجه به ابعاد درها و پنجره‌ها، علامت‌گذاری لازم بر روی پانل‌ها انجام شود و سپس پانل‌ها با استفاده از ابزار دستی یا الکتریکی برش داده شوند. میلگردهای شبکه در چهار گوشۀ پنجره به‌صورت مورب اجرا می‌شوند. همچنین چهارضلعی بریده شده به‌وسیلۀ اتصال ناودانی (اتصال U شکل) پوشانده می‌شود، تا استحکام لازم حاصل شود. برای اینکه چارچوب در داخل هستۀ پلی‌استایرن محکم شود، دورتادور آن بتن‌ریزی شده و با شاخک‌های کار گذاشته شده، درون دیوار کاملاً درگیر می‌شود. ابتدا قاب پنجره در محل موردنظر بعد از تراز و شاقول کردن، نصب می‌شود. بعد از تکمیل میلگردهای اتصال که روی قاب پنجره هم جوش می‌شود پانل‌های دیواری نصب می‌شوند.
۷) پاشیدن بتن (شاتکریت)
در این مرحله دو طرف پانل‌های سه‌بعدی با بتن پوشیده می‌شوند. ضخامت لایۀ بتنی با توجه به شرایط بارگذاری و نیروهای وارد بر پانل، متفاوت است، ولی به‌طور معمول دو برابر فاصلۀ بین فوم و شبکۀ مفتولی است. قبل از پاشیدن بتن باید از قرارگیری مناسب تمامی کابل‌های برق و تلفن و لوله‌های آب و گاز مطمئن شد و عملکرد صحیح آن‌ها را بررسی کرد. پاشیدن بتن را می‌توان هم به‌صورت دستی و هم با استفاده از دستگاه شاتکریت انجام داد. درصورت استفاده از دستگاه شاتکریت، سرعت اجرا بیشتر خواهد بود.
پاشیدن بتن هرگز نباید به گوشه‌ها ختم شود. زاویۀ نازل نسبت به سطح دیوار باید ۹۰ درجه باشد. درغیراین‌صورت مصالح بازگشتی افزایش یافته و تراکم و مقاومت بتن تا حد محسوسی کاهش پیدا می‌کند. در داخل کنج‌ها، پاشیدن بتن روی نیمساز زاویه انجام می‌شود، تا اتلاف مصالح و تخلخل به حداقل برسد. فاصلۀ بهینۀ نازل تا سطح موردنظر بین ۵۰ تا ۸۰ سانتی‌متر است. بیشترشدن فاصله باعث افزایش مصالح بازگشتی و کاهش تراکم و مقاومت خواهد شد. درصورتی‌که فاصله از این حدود کمتر شود، مصالح بازگشتی افزایش خواهد یافت، ولی کاهش تراکم و مقاومت را در پی نخواهد داشت. باید توجه داشت که در اثر کاهش فاصله، کارگران در معرض اصابت ذرات بازگشتی قرار می‌گیرند.
به‌عنوان یک آزمایش اولیه که با دیدن امکان‌پذیر است، اگر بتن پاشیده‌شده روی شبکۀ میلگرد جوش‌شده بچسبد، نشان‌دهندۀ دوربودن بیش از حد نازل و یا کم‌بودن سرعت آن است. جمع‌شدن تدریجی بتن در پشت شبکه، نشانگر بتن‌پاشی صحیح است. بتن‌پاشی دیوار نباید از بالا به پایین انجام شود، بلکه پاشیدن بتن از پایین به بالا باید تا حدود ۸۰-۶۰ سانتی‌متری از بالای دیوار ادامه یافته، سپس بقیۀ عملیات بتن‌پاشی از کنج دیوار و سقف به پایین انجام گیرد. یک لولۀ دمندۀ هوا در طول عملیات پاشیدن بتن باید استفاده شود، تا از انباشتگی مصالح روی سطوح جلوگیری کند. درصورتی‌که امکانات استفاده از این سیستم وجود نداشته باشد، باید یک تختۀ چوبی یا یونولیت هم‌زمان با بتن‌پاشی حرکت کند، تا مواد اضافی در مرحلۀ بتن‌پاشی روی دیوار نچسبد.
اجرای نماسازی روی پانل‌های سه‌بعدی
۱) نمای دیوارهای بیرونی
اگر نما از جنس سنگ یا آجر و یا مشابه آن باشد، ابتدا ردیف به ردیف آجر یا سنگ با اسکوپ لازم، با فاصلۀ حدود ۲ سانتی‌متر جلوی پانل‌های دیواری چیده می‌شود. سپس ملات لازم، طبق مشخصات نقشه‌ها، پشت آن ریخته می‌شود. اگر نمای نهایی سیمانی یا شسته باشد، بعد از کروم‌بندی روی پانل‌ها به ضخامت ۲ تا ۳ سانتی‌متر، بتن ریزدانه از پایین به بالا و هم‌تراز کروم‌بندی اجرا می‌شود و پس از سخت‌شدن، روی آن نماسازی شسته انجام می‌شود.
۲) نمای دیوارهای داخلی
برای اجرای نمای دیوارهای داخلی، پس از کروم‌بندی و بتن‌پاشی روی دیوارها و زیر سقف، گچ‌کاری با ضخامت حدود ۰٫۵ سانتی‌متر انجام می‌شود.
حمل‌ونقل و نگه‌داری پانل‌ها
ازآنجاکه حفظ و نگه‌داری صحیح و مناسب پانل‌ها، در مراحل نصب و اجرا از اهمیت بسیاری برخوردار است، رعایت نکات زیر در مورد حمل و نگه‌داری پانل‌ها در مراحل اجرایی ساختمان ضروری است:
۱) پانل‌ها باید در محیط‌های دور از تابش مستقیم اشعۀ خورشید و همچنین بارش باران و رطوبت نگه‌داری شوند.
۲) پانل‌ها نباید در معرض مواد آتش‌زا یا حرارت که باعث احتراق پلی‌استایرن می‌شود، نگه‌داری شوند.
۳) پانل‌ها باید دور از مواد و شرایط محیطی خورندۀ فولاد و حلال پلی‌استایرن نگه‌داری و انبار شوند.
۴) نگه‌داری پانل‌ها روی یکدیگر، باید به‌گونه‌ای باشد که جوش شبکه و مفتول‌ها آسیب نبینند. از بارگذاری و راه‌رفتن روی آن‌ها که باعث آسیب به شبکۀ جوش شده و مفتول‌های قطری می‌گردد، باید جلوگیری شود.
منبع: فنّاوری‌های نوین ساختمانی، محمود گلابچی، حامد مظاهریان، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱
