معرفی سیستم پانل‌های سه‌بعدی
سیستم پانل‌های ساندویچی پیش‌ساخته بتنی اولین بار در سال ۱۹۶۷ میلادی توسط شخصی به نام ویکتور وایزمن در ایالت کالیفرنیای آمریکا به‌ثبت رسید و در دهۀ ۸۰ میلادی با عنوان پانل‌های ساندویچی با روش پاشیدن بتن در محل به‌طور گسترده در صنعت ساختمان مورداستفاده قرار گرفت. تولید سازه‌های پانل سه‌بعدی در ایران به‌صورت عملی و در مقیاس وسیع از حدود سال ۱۳۷۰ آغاز شد. کشورهای ارائه‌کنندۀ این سیستم در ابتدا اتریش و ایتالیا بودند و در سال‌های بعد ساخت و اجرای آن در کشورهای بسیاری مانند چین، ترکیه، برزیل، آرژانتین، کلمبیا و ایران گسترش یافت.
این سیستم از یک لایه عایق پلی‌استایرن منبسط‌شده در وسط و دو شبکۀ فلزی در طرفین که به‌وسیلۀ مفتول‌های فلزی (وادارهای برشی) به هم وصل شده‌اند، تشکیل شده و پس از نصب در محل موردنظر، روی شبکه‌های فلزی که در طرفین قراردارد، بتن پاشیده (شاتکریت) می‌شود. عناصر اصلی در این سیستم پانل‌های دیواری و سقفی هستند و هیچ‌گونه عضو باربر خطی مانند تیر یا ستون وجود ندارد. نقش اصلی سازه‌ای (مقاومت در برابر نیروهای ثقلی و جانبی) را پانل‌های دیواری بر عهده دارند و پانل سقفی نیز به‌صورت صفحات باربر، نیروها را به پانل‌های دیواری انتقال می‌دهند.
پانل سه‌بعدی یک روش مناسب و مؤثر برای اجرای ساده‌تر ساختمان با دیوار بتنی چندلایه و عایق‌بندی مؤثر است. روش پانل سه‌بعدی در انواع عملکردهای معماری استفاده می‌شود که دلیل آن انعطاف‌پذیری در طراحی و سهولت اجرای آن است. در بیشتر ساختمان‌هایی که در جهان با این سیستم ساخته می‌شوند، از پانل‌ها برای تمام اجزا شامل دیوار، سقف، کف و پله استفاده می‌شود. عملکرد لایۀ پلی‌استایرن و شبکه‌های فولادی و میله‌های متصل‌کننده در شبکه (وادارهای برشی) و بتنی که بر روی شبکۀ میلگردهای دو طرف دیوار پاشیده می‌شود، باعث می‌شود که مجموعۀ این پانل، به‌عنوان یک مقطع یکپارچه در محاسبات درنظر گرفته شود.
اگر وادارهای برشی وجود نداشته باشند، عملکرد این پانل به‌صورت دو لایۀ مجزاست. در شرایط کاملاً خاص و در مناطق زلزله‌خیز و در استان‌های موقت، به‌جای بتن، می‌توان از کاهگل در روی این پانل‌ها استفاده کرد. سقف‌های گنبدی را نیز می‌توان با این پانل‌ها اجرا کرد. فرم‌های آزاد و شکل‌های خاص را هم می‌توان با این پانل‌ها به‌راحتی اجرا نمود. شاتکریت بتن به دو روش تر و خشک امکان‌پذیر است. در روش خشک مصالح بتن به‌صورت خشک و مخلوط‌نشده با آب داخل لوله حرکت می‌کنند، هنگام پاشیده‌شدن هوا و آب به این مواد اضافه می‌شود. به همین دلیل به این روش، روش خشک می‌گویند.
در روش تر، ملات بتن در مخزن ساخته می‌شود، این ملات تر با فشار هوا بر روی شبکۀ میلگردهای طرفین دیوار پاشیده می‌شود. در اکثر قریب به اتفاق موارد برای اجرای سیستم پانل‌های سه‌بعدی از روش تر استفاده می‌شود. در یک مقایسۀ کلی با روش‌های سنتی و متداول اجرای ساختمان‌ها، سیستم پانل سه‌بعدی یک روش خوب و مؤثر برای ساخت ساده‌تر ساختمان با دیوار و سقف چندلایۀ بتنی با عایق‌بندی مناسب به‌شمار می‌رود.
ویژگی‌های سیستم پانل‌های سه‌بعدی
ساختمان‌هایی که با ساختار پانل‌های سه‌بعدی شکل می‌گیرند، در زمرۀ سیستم‌های نیمه‌پیش‌ساخته با مصالح بتن مسلح محسوب شده و از امتیازات ساختمان‌های نیمه‌پیش‌ساخته برخوردارند. ازجمله این امتیازات می‌توان به کاهش نسبی هزینه‌های اجرا، کاهش نیروی انسانی موردنیاز، عدم اتلاف مصالح و عدم تنوع ماشین‌آلات موردنیاز، کاهش زمان اجرا، امکان کنترل کیفیت بهتر، وابستگی کمتر زمان اجرا به شرایط جوی، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و تعداد محدود تجهیزات نصب اشاره کرد. در مقابل، باید به نقاط ضعف سیستم‌های پیش‌ساخته مواردی مانند بالابودن هزینۀ حمل‌ونقل قطعات، نیاز به جرثقیل برای جابه‌جایی در محل، نیاز به دقت زیاد در جزئیات و اتصالات و برخی محدودیت‌ها در طراحی معماری اشاره کرد. البته در سیستم پانل‌های سه‌بعدی رویکردی میانه در مقایسه با سیستم‌های درجا و پیش‌ساخته موردنظر است. در ادامه به تعدادی از ویژگی‌های سیستم پانل‌های سه‌بعدی اشاره شده است.
۱) در این روش به‌دلیل استفاده از فنّاوری پاشیدن بتن (شاتکریت) بسیاری از مشکلات ساختمان‌های بتن‌آرمه برطرف می‌شود. مهم‌ترین نکتۀ سازه‌ای در این روش، تکمیل اتصالات بعد از نصب پانل‌ها در محل و قبل از پاشیدن بتن است، که ساختاری یکپارچه با اتصالات یکپارچه و مطمئن را فراهم می‌کند.
۲) در سیستم پانل‌های سه‌بعدی پس از استقرار پانل‌های حمل‌شده به محل اجرا و نصب تمامی ملزومات اتصالات در کلیۀ زوایا، فرایند پاشیدن بتن انجام گرفته و درنهایت ساختار صلب با قابلیت باربری سه‌بعدی و عملکرد جعبه‌ای برای تحمل بارهای ثقلی و جانبی شکل می‌گیرد. به همین دلیل درجات نامعینی سیستم به تعداد فزاینده‌ای افزایش یافته، به‌گونه‌ای که برخلاف سیستم‌های قابی نیروی ایجاد شده در سیستم به‌صورت گسترده در نقاط مختلف سازه پخش می‌شود و از تمرکز نیروها و تنش‌ها جلوگیری می‌شود.
۳) مزایای مختلفی ازجمله کاهش مساحت شالوده، جلوگیری از ایجاد نیروهای بلندشدن در تراز پی سازه، عدم ایجاد گشتاور پیچشی مضاعف، افزایش مفصل‌های پلاستیک در سازه تا رسیدن به آستانۀ ناپایداری، یکپارچگی و درجات آزادی فزایندۀ سیستم برخی از آثار مثبت ناشی از ویژگی‌های سازه‌ای سیستم پانل‌های سه‌بعدی است.
۴) در سیستم پانل‌های سه‌بعدی به‌دلیل استفاده از دو لایه عایق در ساختار دیوار و سقف، عناصر تشکیل‌دهنده به‌عنوان عایق‌های حرارتی عمل کنند.
۵) به‌دلیل گستردگی شبکۀ فولادی در تمامی اعضای سیستم در تمامی سطوح، احتمال ایجاد آوار و ریزش‌های ناشی از شکست برشی مصالح در بارگذاری‌های لرزه‌ای به حداقل ممکن کاهش پیدا می‌کند، به‌گونه‌ای که در حالات حدی نهایی و حتی در حالت حدی گسیختگی، اجزا پس از گسیخته‌شدن در محل خود باقی می‌مانند.
۶) ازآنجاکه اعضای باربر در سیستم پانل‌های سه‌بعدی، جداکنندۀ فضاهای معماری نیز هستند، استفاده از سایر جداکننده‌های غیرباربر به حداقل می‌رسد. همچنین به‌دلیل ساخت اعضای نیمه‌پیش‌ساخته در کارخانه و حمل و نصب سریع آن، سرعت اجرای کار به‌نحو قابل‌توجهی افزایش پیدا می‌کند.
۷) با توجه به تولید صنعتی پانل‌ها (که عناصر اصلی سیستم پانل‌های سه‌بعدی محسوب می‌شوند)، جزئیات اجرایی و روش ساخت، این سیستم یک روش تولید صنعتی ساختمان محسوب می‌شود. در همین راستا با استفاده از اصول نوین مدیریت پروژه و فرایند مهندسی ارزش می‌توان با این روش بهره‌وری تولید مسکن را به‌نحو قابل‌توجهی افزایش داد.
اجزای سیستم پانل‌های سه‌بعدی
مهم‌ترین اجزای تشکیل‌دهندۀ سیستم پانل‌های سه‌بعدی، دیواره‌ها و سقف‌هایی است که بخشی از آن در کارخانه و بخشی در محل اجرای ساختمان شکل می‌گیرند. این دیواره‌ها تحمل نیروهای قائم و افقی (بارهای ثقلی و بارهای جانبی) را بر عهده دارند. این پانل‌ها که نقش دیوارهای داخلی و خارجی ساختمان را نیز بر عهده دارند، از اجزای زیر تشکیل می‌شوند:
۱) عایق پلی‌استایرن
۲) شبکۀ میلگردها
۳) خاموت‌های برشی
۴) شبکۀ اتصال
۵)بتن پاشیده‌شده بر روی شبکۀ میلگردها (شاتکریت)
۱) عایق پلی‌استایرن
این لایه از جنس پلی‌استایرن منبسط‌شده است که با انبساط دانه‌های پلی‌استایرن در دستگتۀ مخصوص ساخته می‌شود. از مهم‌ترین خصوصیات این ماده آن است که هیچگاه تبدیل به محل رشد و نمو قارچ‌ها نشده و قابل‌تجزیه نیست و ازآنجاکه یک هیدروکربن خالص است، با آب تجزیه نشده و متورم نمی‌شود.
۲) شبکۀ میلگردها
شبکۀ میلگردهای جوش‌شده با ماشین‌آلات تمام‌اتوماتیک ساخته می‌شوند. این شبکه متشکل از مفتول‌های طولی (تار) و عرضی (پود) از فولاد است. در مناطق مرطوب باید از مفتول‌های قطری گالوانیزه استفاده شود. کنترل کیفیت از نظر جوش شبکه باید به‌طور کامل انجام شود. حداکثر تعداد نقص، دررفتگی و عدم اتصال قابل‌قبول تنها برابر با یک نقطۀ جوش در هر مترمربع پانل است.
۳) خاموت‌های برشی (وادارهای برشی)
خاموت‌های برشی میلگردهایی هستند که در شبکۀ میلگرد در طرفین عایق پلی‌استایرن را به هم متصل کرده و با توجه به زاویه و نحوۀ قرارگیری این عناصر، عملکرد سه‌بعدی پانل را تأمین می‌کنند.
۴) شبکه‌های اتصال
این شبکه‌ها در محل تقاطع دو دیوار عمود بر هم، دو دیوار کنار هم یا روی هم و در اتصال دیوار به سقف برای تأمین اتصال دو قطعه قرار گرفته و دارای اشکال متنوعی (مسطح، ناودانی و گونیا) هستند.
۵) بتن پاشیده‌شده بر روی شبکۀ میلگردها (شاتکریت)
شاتکریت (بتن پاشیدنی) بتنی است که بر روی یک سطح با فشار زیاد پاشیده می‌شود، تا لایه‌ای متراکم، خودنگهدار و باربر ایجاد شود. استفاده از این نوع بتن به تجربه و تأمین لوازم مناسب نیاز دارد و به‌ویژه پاشیدن آن به‌صورت مناسب و صحیح نیازمند کارگران ماهر است. مصالح مصرفی این بتن شامل سیمان پرتلند و سنگدانه با قطر محدود (مطابق مشخصات فنی و آیین‌نامه‌های مربوطه) است.
منبع: فنّاوری‌های نوین ساختمانی، محمود گلابچی، حامد مظاهریان، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱
