ویژگی‌های سیستم ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار (ICF)
- مطابقت با مقررات ملی ساختمان
در مراحل تحلیل و طراحی ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار می‌توان ابعاد قسمت‌های مختلف را به‌طور دقیق براساس محاسبات سازه تعیین نمود. کلیۀ محدودیت‌هایی که در مقررات ملی ساختمان و آیین‌نامه‌های طراحی در برابر زلزله و آیین‌نامۀ بتن ایران درمورد ساختمانهای با شکل‌پذیری زیاد تعیین شده است، در این سیستم قابل‌اعمال است. ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمانهای بتن‌آرمه) و ضوابط ویژۀ طراحی در برابر زلزله درمورد سازه‌های با شکل‌پذیری زیاد، در ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار همزمان با رعایت نکات ذیل قابل‌اعمال است.
۱) حداقل مقاومت بتن ۲۰ نیوتن بر میلی‌مترمربع
۲) حداقل ضخامت دیوار باربر بتن مسلح ۱۵ سانتی‌متر
۳) حداقل مساحت میلگردهای قائم ۰٫۰۰۲۵
۴) قرارگیری میلگردها در دو شبکه برای دیوارها
۵) حداکثر فاصلۀ بین میلگردهای قائم وافقی در طول دیوار ۳۵ سانتی‌متر و در اجزای لبه ۲۰ سانتی‌متر
۶) حداقل میلگرد افقی عمود بر میلگردهای اصلی قائم ۰٫۰۰۲۵
- امکان ترکیب با سایر سیستم‌ها
علاوه بر امکان ساخت کامل یک ساختمان با استفاده از سیستم سازۀ بتن مسلح و قالب عایق ماندگار، می‌توان هریک از اجزای این سیستم را در کنار مصالح دیگر، ازجمله مصالح متداول به‌کار برد. برای مثال، می‌توان دیوارها را با استفاده از این روش اجرا کرد، درحالی‌که کف‌ها از قطعات بتن پیش‌ساخته و یا چوب ساخته شده‌اند. یا دیوارها را با استفاده از مصالح سنتی و کف‌های بالاتر از همکف را با استفاده از این سیستم اجرا کرد. این سیستم همچنین می‌تواند برای ساخت و قالب‌بندی پی‌ها به‌کار رود. ازآنجاکه قالب‌های فوم پلی‌استایرن سبک هستند، این سیستم می‌تواند در بازسازی بناها نیز به‌کار برده شود. همچنین هنگامی‌که نیاز به افزودن طبقاتی بر روی بنای موجود است، این سیستم به‌علت وزن کم، حمل‌ونقل و جابه‌جایی آسان قطعات آن و عدم نیاز به ماشین‌آلات سنگین، گزینه‌ای مناسب محسوب می‌شود.
- امکان اجرای سریع
به‌علت سبکی وزن قالب‌های پلی‌استایرن و عدم نیاز به جرثقیل در جابه‌جایی آن، قطعات سیستم به‌راحتی و باسرعت در جای خود تراز شده و آمادۀ بتن‌ریزی می‌شوند. برای هر مترمربع سقف، حدود یک‌دوم نفر ساعت کارگر و برای دیوار، یک‌چهارم نفر ساعت کارگر لازم است. با سیستم قالب‌های عایق ماندگار، سازۀ دیوار و سقف یک ساختمان به مساحت ۱۰۰ مترمربع را می‌توان در ۵ روز کاری اجرا کرد.
- سهولت اجرای نازک‌کاری
طیف گسترده‌ای از مصالح و روش‌ها، می‌تواند در نازک‌کاری دیوارها و سقف‌های ساخته‌شده با این روش، استفاده شود. ازجمله می‌توان به ورقه‌های گچی، انواع اندودها، آجرهای نما، پانل‌های چوبی و انواع تایل‌های سرامیکی اشاره کرد.
- امکان اجرا در فصول مختلف سال
به‌دلیل وجود فوم‌های پلی‌استایرن در دو طرف قطعات قالب و با توجه به اینکه این فوم‌ها نقش عایق حرارتی نیز ایفا می‌کنند، در روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار امکان بتن‌ریزی، در محدودۀ دمایی وسیع‌تر و دورۀ طولانی‌تری از سال امکان‌پذیر است. این لایه‌های عایق دمای بتن را تا زمان گرفتن در حد لازم حفظ می‌کنند.
- انعطاف‌پذیری در ابعاد و اندازه
از ویژگی‌های این سیستم، قابلیت برش آن در ابعاد متفاوت است. این قابلیت، سبب می‌شود تا بتوان برای هر شکل هندسی و هر ابعادی راه‌حلی متمایز و عملی ارائه کرد. همچنین اجرای گوشه‌های ۴۵ درجه و فرم‌های منحنی امکان‌پذیر است. برش پانل‌ها می‌تواند با توجه به اندازۀ موردنیاز، در کارخانه صورت گیرد و یا در مواردی و با روش‌هایی مانند اره‌کردن در کارگاه انجام شود. همچنین، ضخامت قطعات می‌تواند با تغییردادن فواصل فوم‌ها و ابعاد شبکۀ درونی، به‌صورت دلخواه و با توجه به ویژگی‌های سازه‌ای (مانند بار وارده، طول دهانه، عایق‌بندی حرارتی و …) تغییر کند.
- سهولت جابه‌جایی و انبارکردن
یکی از مزایای این سیستم، امکان حمل و انبار کردن منظم قطعات آن، در کارگاه است. قطعات این سیستم می‌توانند به کمک هر نوع وسیله‌ای، با توجه به امکانات موجود در کارگاه حمل و جابه‌جا شوند.
- عدم نیاز به قالب‌بندی برای اجرای بتن
در روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار، فوم‌های تعبیه‌شده در قطعات علاوه بر ایفای نقش عایق حرارتی در دورۀ بهره‌برداری از ساختمان، در طی مراحل ساخت و عملیات بتن‌ریزی نیز نقش قالب را برعهده دارند. بنابراین نیازی به قالب‌بندی جداگانه برای بتن‌ریزی نخواهد بود. به علاوه برای بتن‌ریزی تا ارتفاع ۳ الی ۳٫۵ متر، پشت‌بند و کلاف لازم نبوده، دیوار تحمل فشار هیدرواستاتیک بتن را دارد.
- قابلیت اجرا در طبقات متعدد
با وجود سبک‌بودن دیوارها و سقف، برای اجرای طبقات بیشتر امکان قراردادن میلگردهای اضافی در دیوار و سقف براساس محاسبات سازه‌ای وجود دارد. بنابراین محدودیت اساسی نسبت به تعداد طبقات و دهانه‌های سقف قابل‌اجرا توسط این سیستم، وجود ندارد. به‌عبارت‌دیگر قابلیت باربری روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار با سایر سیستم‌های بتنی متعارف، تفاوت قابل‌ملاحظه‌ای ندارد.
- عدم نیاز به مواد جداسازنده
مطابق ضوابط فنی و اجرایی ساختمانهای بتنی قالب‌ها بعد از استفاده باید تمیز شده و به مواد رهاساز آغشته شوند. گرچه در اکثر مواقع پیمانکاران از مواد خورندۀ نفتی استفاده می‌کنند که باعث بروز مشکلاتی در بتن می‌شود. ازآنجاکه در روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار، قالب‌ها در محل به‌صورت ثابت قرار می‌گیرند و نیازی به استفاده از مواد جداسازنده نیست.
- قابلیت اجرا در مناطق آسیب‌دیده
برای کشورهایی که در معرض حوادث طبیعی قرار دارند، اسکان موقت آسیب‌دیدگان در حداقل زمان، در صورت بروز حوادث غیرمترقبه از اهمیت بسیاری برخوردار است. روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار راه‌حل مناسبی برای حل مشکل اسکان سریع آسیب‌دیدگان بوده و با توجه به ویژگی عایق‌بودن می‌تواند در برطرف‌کردن مشکلات آسیب‌دیدگان از نظر گرما و سرمای محیط، مفید باشد.
ویژگی‌های سیستم از نظر تأسیسات مکانیکی و الکتریکی
- نصب اجزای سیستم تأسیسات الکتریکی و مکانیکی
برای ایجاد حفره‌های موردنیاز، برای نصب کلیدها و پریزها و سایر اجزا مانند لوله‌های تأسیسات بهترین روش، استفاده از تیغه داغ است. برای محکم‌کردن پریزها و کلیدها در فوم‌های پلی‌استایرن، از فوم‌های ساختمانی و یا ملات‌هایی با پایۀ سیمان، استفاده می‌شود. در صورت نیاز می‌توان لوله‌های تأسیساتی را قبل از بتن‌ریزی در داخل قطعه، در جای خود قرار داد و پس از آن بتن‌ریزی کرد. از ضخامت ۵ سانتی‌متر پلی‌استایرن دیوار نیز، می‌توان لوله‌های آب و برق را عبور داد.
- امکان عبور تأسیسات از داخل دیوارها و سقف
در روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار داکت‌های عبوری از دیوارهای جداکننده، می‌توانند با قسمت‌های باز در قطعات دیوار و کانال‌های موجود ادغام شوند. به‌عبارت‌دیگر، می‌توان لوله‌های آب، فاضلاب، کابل‌های برق و سایر تأسیسات را از داخل حفره‌های پیش‌بینی‌شده در قطعات دیوار عبور داد. حداکثر قطر این حفره‌ها ۵۰ میلی‌متر است. در مواردی که نیاز به فضای بیشتری برای عبور لوله‌هاست، یکی از دیواره‌های حفره را پس از گرفتن بتن برش داده و لوله‌ها را نصب می‌کنند. در قطعات سقف نیز، داکت‌هایی با قطر ۶۰ میلی‌متر به همین منظور تعبیه می‌شود. در صورت لزوم قطعات سقف می‌توانند اجزای بزرگتری مانند یک لوله با قطر ۱۰۰ میلی‌متر را نیز عبور دهند.
ویژگی‌ها و مزایای سیستم I.C.F
برخی از ویژگی‌ها و مزایای این سیستم عبارتند از:
- مطابقت با مقررات و ضوابط ملی ساختمان (مبحث نهم )و…
- امکان تلفیق و ترکیب با سایر سیستم‌های ساخت و ساز
- حمل و نقل و جابجایی آسان و امکان اجرای سریع
- امکان تعبیه بازشوها در جداره‌ها با ابعاد مختلف
- انعطاف‌پذیری در طراحی و ایجاد فرم‌های متنوع(۵)
- کیفیت بالا خصوصاً در بتن ریزی
- مناسب برای اجرای انواع نماسازی
- کاهش اتلاف مصالح
- عدم نیاز به اجرای قالب بندی در اجرای بتن ریزی
- افزایش مقاومت، استحکام و دوام ساختمان، محافظت ساختمان در برابر شرایط محیطی
- کاهش وزن ساختمان
- عایق حرارتی، برودتی و صوتی
- امکان عبور و نصب تاسیسات از داخل دیوار و سقف(۳)
بررسی سیستم I.C.F
بررسی سیستم سازه‌ای ICF از نظر هزینه و زمان ساخت
سیستم سازۀ بتن مسلح با قالب عایق ماندگار از لحاظ اقتصادی دارای مزایایی به شرح زیر است:
۱) به‌علت وزن ناچیز قطعات پلاستوفوم می‌توان در یک کامیون ۱۰ تنی، حدود ۴۰ مترمکعب از این سیستم را حمل کرد. بنابراین در هزینۀ حمل صرفه‌جویی می‌شود.
۲) با توجه به کوتاه‌بودن طول دورۀ ساخت در این روش نسبت به سایر روش‌های سنتی، ساختمان سریع‌تر قابل‌بهره‌برداری می‌شود، درنتیجه سرمایۀ ساخت زودتر به مرحلۀ بهره‌برداری خواهد رسید (کوتاه‌شدن دورۀ بازگشت سرمایه).
۳) به‌دلیل دقت در اندازۀ قطعات سیستم و اجرای توأم اجزای تأسیسات مکانیکی و الکتریکی با سازۀ اصلی، اکثر دوباره‌کاری‌های معمول در ساختمان و اتلاف مصالح، حذف می‌شود.
۴) استفاده از لایۀ پلی‌استایرن، سبب می‌شود رویۀ تمام‌شدۀ سفت‌کاری، مسطح و دقیق باشد، بنابراین ضخامت لایۀ روکاری نهایی، کاهش پیدا می‌کند. این امر باعث افزایش سرعت، کاهش وزن و هزینۀ اجرای پروژه خواهد بود.
۵) وجود لایۀ پلی‌استایرن در سطح خارجی بتن دیوار و سقف، تأثیرات تغییر درجه حرارت فصول مختلف سال و همچنین اختلاف دمای بین فضای داخل وخارج (حدود ۴۰ درجه سانتی‌گراد) را به حداقل می‌رساند. اختلاف دما بین فضای داخل و خارج در سایر ساختمان‌ها منجر به ایجاد ترک‌های حرارتی و کاهش استحکام بنا می‌شود.
۶) خاصیت ناتراوایی پلی‌استایرن از نفوذ رطوبت و سایر املاح خورنده به داخل بتن باربر اصلی، جلوگیری می‌کند. این امر درنهایت دوام ساختمان را افزایش می‌دهد.
بررسی سیستم سازه‌ای ICF از نظر انرژی
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های سیستم سازۀ بتن مسلح قالب عایق ماندگار کاهش مصرف انرژی، برای گرم و سرد کردن فضای داخل است. به‌علت استفاده از قطعات پلی‌استایرن در قالب سقف و دیوار، ضریب هدایت حرارتی K بین ۰٫۲۵ تا ۰٫۳۵ متغیر است. این مقدار حدود ۳۰ درصد ضریب حرارتی ساختمانهای متعارف است. به‌عبارت‌دیگر اتلاف انرژی در این سیستم حدود ۳۰ درصد سایر ساختمان‌ها است. این امر موجب صرفه‌جویی بسیار در مصرف سوخت می‌شود. ضمن آنکه حجم دستگاه‌های حرارتی لازم و استهلاک این تجهیزات را نیز کاهش می‌دهد. درواقع علت تمایز عایق‌بندی این سیستم با سیستم‌های سنتی، عدم وجود پل‌های حرارتی رایج است که دلیل آن حذف فواصل ممکن بین قطعات فوم به‌علت شکل خاص و پیش‌ساخته‌بودن آن‌ها است.
بررسی سیستم سازه‌ای ICF از نظر عایق صوتی
در مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان، بخش ۱۲ـ۸ (مقررات آکوستیکی ساختمان‌ها)، حداقل مقادیر کاهش صدای وزن یافته برای انواع ساختمان‌ها، تعیین شده است. این جداول برای دیوارهای قسمت‌های مختلف در یک ساختمان، تنظیم شده‌اند. در جداول مذکور، بیشترین مقدار کاهش صدا ۵۰ دسی‌بل تعیین شده است. طبق آزمایشات انجام‌شده در انستیتوی جوردانو در ایتالیا بر روی دیوارها در روش قالب‌های عایق ماندگار با مشخصات ذیل:
۱) ضخامت هستۀ بتنی ۱۵ سانتی‌متر
۲) ضخامت پانل پلی‌استایرن در هر طرف ۵ سانتی‌متر
۳) میلگرد قائم میلگرد شمارۀ ۸ و میلگرد افقی میلگرد شمارۀ ۵،
مقدار کاهش صدای وزن یافته، برابر ۶۰ دسی‌بل اندازه‌گیری شده است.
بررسی سیستم سازه‌ای ICF از نظر مقاومت در برابر حریق
بتن ازجمله مصالحی است که برخلاف مصالحی نظیر چوب قابلیت اشتعال نداشته و نمی‌سوزد و ذوب نیز نمی‌شود. پلی‌استایرن مصرفی در این روش نیز ازجمله مواد خوداطفاء است که با آتش شعله‌ور نمی‌شود. بنابراین زمان دوام دیوارها و سقف در روش قالب‌های عایق ماندگار در برابر حریق نسبت به سایر سیستم‌ها طولانی‌تر بوده و بسته به ضخامت لایه‌ها، بین ۲ تا ۴ ساعت است.
بررسی سیستم سازه‌ای ICF از نظر تأثیرات زیست‌محیطی
تحقق مفاهیم معماری پایدار ارزش والایی است که باید همواره درصدد دستیابی به آن با طراحی معماری صحیح و مناسب تلاش نمود. معماری پایدار باید متبلورکنندۀ احساس انسان‌ها نسبت به طبیعت در جهت صیانت و حفاظت از آن باشد. دلایل زیادی مبنی بر ضرورت تغییر دیدگاه بشر برای نحوۀ استفاده از منابع انرژی وجود دارد. به همین دلیل امروزه اجرای ساختمان با مفاهیم پایداری و مبانی معماری سبز، حائز اهمیت بسیار است. طراحی پایدار باید با توجه به این اصل صورت گیرد که ساختمان جزئی کوچک از طبیعت پیرامونی است و باید به‌عنوان بخشی از اکوسیستم عمل کرده و در چرخۀ حیات در موقعیت مطلوب و مناسب قرار گیرد.
هرچند که روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار را نمی‌توان به‌عنوان سیستمی کاملاً پایدار محسوب کرد، زیرا هنوز مصالح مورداستفاده در سازه‌های بتنی، قابلیت استفادۀ دوباره را ندارند، اما با درنظرگرفتن مسائلی مانند کاهش اتلاف انرژی و توزیع مناسب انرژی در محیط، این روش نسبت به سیستم‌های سنتی به مفاهیم پایداری نزدیک‌تر است.
روش سازۀ بتنی با قالب عایق ماندگار، مزایا و قابلیت‌های اجرایی سیستم‌های بتنی را داراست، اما بخشی از محدودیت‌هایی که اجرای اسکلت بتنی، به‌علت شرایط خاص فعل و انفعالات شیمیایی مربوط به گرفتن بتن، با آن روبه‌رو است در این سیستم حذف می‌شود. روش ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار از نظر قابلیت انطباق با اقلیم‌های متفاوت قابل‌مقایسه با سازه‌های سنتی است، که دارای مزیت‌های بسیاری از دیدگاه مطابقت با اقلیم در شرایط آب‌وهوایی گوناگون هستند.
کاربردهای مناسب سیستم سازه‌ای ICF
در ساختمانهای بتن مسلح با قالب عایق ماندگار، پس از ارائه و تصویب طرح معماری، این طرح توسط کارشناسان مجرب به نقشۀ مدولاسیون اجرایی تبدیل می‌شود. سپس سفارش ساخت قطعات به خط تولید انتقال می‌یابد. کارآمدترین طراحی در این سیستم، تکرار مدول در طبقات است و مدول صحیح، سیستم را کارآمدتر می‌کند. درصورتی‌که احتیاج به ایجاد فضای باز در همکف یا تغییرات عمده در پلان‌ها باشد، می‌توان این روش را با سیستم سازه‌ای دیگری تلفیق کرد.
این روش برای اجرای کلیۀ بناهایی که دهانه‌های آن‌ها کمتر یا برابر با ۹ متر باشد، مانند ساختمانهای مسکونی، اداری، آموزشی، بهداشتی و … مناسب است. برای استفاده از سیستم قالب‌های عایق ماندگاری در اجرای بناهایی مانند ورزشگاه، سوله و .. لازم است از ترکیب این روش با دیگر سیستم‌ها استفاده شود. روش سازۀ بتن مسلح با قالب عایق ماندگار برای عملکردهای زیر مناسب تشخیص داده می‌شود:
۱) کلیۀ ساختمانهای یک تا دو طبقه
۲) مجموعه‌های اسکان موقت
۳) واحدهای مسکونی با طبقات محدود و سقف شیب‌دار
۴) مراکز بهداشت روستایی، درمانگاه، بیمارستان
۵) مجموعه‌های فرهنگی، ورزشی، تفریحی
۶) ساختمانهای کارگاهی و صنعتی
۷) ساختمانهای مخابراتی
۸) ساختمانهای خوابگاهی
۹) ساختمانهای آزمایشگاهی
۱۰) غذاخوری‌ها، سلف‌سرویس‌ها و رستوران‌ها
۱۱) فضاهای آموزشی با تعداد کلاس و طبقات محدود
محدودیت‌های سیستم سازه‌ای ICF
محدودیت‌های روش سازۀ بتن مسلح با قالب عایق ماندگار شامل محدودیت‌های ارتفاعی و نیز محدودیت‌های ساختمانهای دیوار باربر بتن مسلح است. حداکثر طول دهانه‌ها نیز معادل قطعات متعارف بتنی، ۷ الی ۹ متر است. اجرای سطوح منحنی با این سیستم امکان‌پذیر است. دیوارهای باربر با مدول‌های متفاوت را می‌توان طبق منحنی طرح برید و شکل داد. اما اجرای سطوح منحنی با شعاع‌های خیلی کم امکان‌پذیر نیست. یکی از مهم‌ترین معایب این روش مانند تمامی سیستم‌های بتنی، عدم امکان استفادۀ مجدد از مصالح آن است. صعوبت جابه‌جایی در، پنجره و یا تجهیزات ساختمان، پس از اتمام ساخت، از دیگر محدودیت‌های این روش محسوب می‌شود. زیرا اجرای چنین تغییراتی، نیازمند دستگاه‌های برش بتن است.
منبع: فنّاوری‌های نوین ساختمانی، محمود گلابچی، حامد مظاهریان، انتشارات دانشگاه تهران، ۱۳۹۱
