سبک سازی و بهینه سازی سازه در خانه ایرانی

طراحی اصولی و بهینه سازه همواره یکی از دغدغه‌های ساختمان سازان می‌باشد. امروزه ساخت ساختمان سبک یکی از اصول مهم ساخت است. شاید طراحی سازه‌ی ساختمان شما قبلاً انجام شده است و احساس می‌کنید که سازه شما سنگین طراحی شده است. با مشاوره رایگان با گروه سازه خانه ایرانی می‌توانید این مشکل را به راحتی حل نمایید. کاهش مصرف فولاد و بتن سازه، به معنی کاهش مقاومت ساختمان نیست؛ بلکه سبک سازی و اقتصادی کردن مصرف بتن و میلگرد یکی از راه‌های طراحی اصولی سازه است و منجر به مقاومت و رفتار مناسب ساختمان در زمان زلزله یا باد برای سازه‌هایی با اسکلت فلزی یا بتنی می‌شود.
روش‌های سبک‌ سازی سازه‌ی ساختمان به‌طور عمده به دو دسته تقسیم می‌گردند:
۱- سبک کردن اجزای باربر ساختمان
۲- سبک کردن سازه‌ی ساختمان
بخش عمده‌ای از مباحث مربوط به سبک سازی سازه، تکنیک‌های رایج در مورد دستیابی به وزن مناسب ساختمانی را در بر می‌گیرد که شامل: شناخت مصالح سبک رایج در صنعت ساختمان (در داخل و خارج کشور) و فنّاوری استفاده از آن‌ها، معیارهای ارزیابی میزان کارایی این مصالح به عنوان مصالح سبک و میزان تأثیر بکارگیری مصالح نو در کاهش وزن ساختمان، هزینه و زمان مورد نیاز اجرای یک ساختمان است.
تعریف مصالح سبک: مصالح سبک به مصالحی گفته می‌شود که وزن مخصوص آن‌ها از نمونه‌های مشابه کمتر بوده و استفاده از آن‌ها به کاهش وزن کلی ساختمان می‌انجامد.
مصالح سبک در یک تقسیم‌بندی کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند:
۱- مصالح سبک سازه‌ای
۲- مصالح سبک غیرسازه‌ای
۳- سیستم‌ها

▪مصالح سبک سازه‌ای:
به آن دسته از مصالح گفته می‌شود که در موارد سازه‌ای در بنا به کار برده می‌شوند که به سه نوع تقسیم می‌شوند:
۱- بتنی
۲- طبیعی
۳- صنعتی

مصالح بتنی
بتن سبک:
یکی از مصالح مهم و کارآمد در صنعت مدرن ساختمان است و دارای کاربردهای متنوعی است. قاب‌های ساختمانی چند منظوره، دیوارهای جداکننده، سقف‌های پوشاننده، صفحات انعطاف‌پذیر پل‌ها، عناصر پیش‌تنیده و پس‌تنیده و… از جمله موارد استفاده از این مواد هستند. در بسیاری از موارد، فرم‌های معماری تلفیق شده از طرح‌های عملکردی به‌وسیله‌ی بتن سبک به آسانی و بهتر از هر مصالح دیگری می‌تواند حاصل شود.
بکارگیری بتن سبک به عنوان مصالح ساختمانی نوین، ضمن کاهش بار مرده‌ی ساختمان، سرعت بسیار زیادی در اجرا به‌وجود می‌آورد. مزایای استفاده از بتن سبک سازه‌ای عبارت است از برخورداری از امتیاز سرعت در نصب، انطباق با هر نوع نقشه‌ی ساختمانی، وزن پایین، مقاومت زیاد و به‌صرفه بودن می‌باشد (بتن مصرفی در دیوارهای غیر باربر)، مصارف تیرآهن را حذف کرده یا به حداقل ممکن کاهش می‌دهد و انرژی مصرفی اولیه آن ۱۰ درصد آجر هم حجم خود است. بتن سبک سازه‌ای دارای خاصیت ویژه‌ای از نظر ایزولاسیون در برابر حرارت و صدا (بتن‌های عایق حرارتی) است.
بتن سبک را می‌توان از لحاظ کاربرد به سه دسته‌ی کلی تقسیم کرد:
۱-بتن سبک سازه‌ای
۲- بتن سبک مورد مصرف در واحد
۳- بتن غیرسازه‌ای (بتن عایق‌بندی و جداکننده)

کاربرد بتن سازه‌ای سبک در مرحله‌ی اول مبتنی بر ملاحظات اقتصادی است.
انواع بتن سازه‌ای سبک را می‌توان به‌صورت زیر طبقه‌بندی کرد:
بتن بدون ریزدانه:
با حذف ریزدانه‌ها از مخلوط به‌طوری که تعداد زیادی حفره‌های درونی در بتن ایجاد شود. در این موارد معمولاً درشت دانه‌های معمولی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع بتن بدون ریزدانه شناخته می‌شود.
بتن سبکدانه:
با استفاده از سنگ‌دانه‌های سبک و متخلخل که وزن مخصوص ظاهری آن‌ها کمتر از ۶/۲ می‌باشد، ساخته می‌شود. این نوع بتن به‌عنوان بتن دانه‌سبک شناخته می‌شود. اولین تقسیم‌بندی را می‌توان بین سنگ‌دانه‌های طبیعی و مصنوعی قائل شد. گروه اصلی سنگ‌دانه‌های سبک طبیعی عبارت است از دیاتومه، سنگ‌پا، پوکه، سنگ جوش‌های آتش‌فشانی و توف. به استثنای دیاتومه همه‌ی این سنگ‌‌ها دارای منشأ آتش‌فشانی هستند.
سنگ‌دانه‌های مصنوعی:
رس، شیل و اسلیت منبسط شده، ورمیکولیت، سرباره‌ی کوره‌ای، سنگ‌دانه کلینگرو پس‌مانده زغال کک.
بتن‌های به‌دست آمده از سنگ‌دانه‌های سبک به سه دسته تقسیم می‌شوند:
بتن سازه‌ای: از رس و شیل منبسط شده و به روش خاکسترهای کلوخه‌ای، خاکستر بادی گوندوله‌ای و سربار و رس، اسلیت و شیل منبسط شده به دست می‌آید.
بتن با مقاومت متوسط (نیمه سازه‌ای): از پوکه سنگ‌ها و سنگ‌های آتش‌فشانی تولید می‌شود.
بتن جدا کننده (بتن عایق): از پرلیت و ورمیکولیت حاصل می‌شود.
بتن سبک با سبک‌دانه پلی‌استایرن

نمونه موردی از سنگ‌دانه‌های سبک تولید داخل
سنگ‌دانه‌های سبک لیکا
ویژگی‌های عمومی دانه‌های لیکا:
بافت متخلخل دانه‌های لیکا که از انبساط خاک رس و در نتیجه ایجاد و محبوس شدن گازها در توده‌ی خمیری روان در دمای حدود ۱۲۰۰ درجه سانتی‌گراد به‌وجود می‌آید، از خصوصیات اساسی این دانه‌ها می‌باشد.
نتیجه‌گیری:
کسب مقاومت فشاری در حد مقاومت سازه‌ای با استفاده از بتن سبک حاوی لیکا امکان‌پذیر است. به‌کارگیری میکرو سیلیس در ساخت نمونه‌های بتن سبک باعث افزایش مقاومت فشاری می‌گردد.
استفاده از میکرو سیلیس باعث کاهش جذب حجمی و جذب مویینه‌ی بتن سبک حاوی لیکا می‌شود.
جمع شدگی ۹۰ روزه‌ی بتن سبک حاوی لیکا با به‌کارگیری میکروسیلیس، کمتر از نمونه‌ی شاهد می‌باشد.
به‌طور کلی توصیه می‌گردد با توجه به منابع فراوان رس در کشور همچنین فنّاوری ساخت دانه‌های لیکا و ساخت سازه‌های سبک، بررسی دانه‌های بتن سبک حاوی لیکا در سطح گسترده‌تری انجام گردد و دستورالعمل‌ها و استانداردهایی برای استفاده از لیکا در صنعت ساختمان تدوین شود.

بتن اسفنجی:
یکی از راه‌های ساختن بتن سبک، ایجاد حباب‌های گاز در ملات خمیری مخلوط بتن می‌باشد که حباب‌ها باید در ضمن اختلاط و تراکم، پایداری خود را حفظ کنند. چنین بتنی به‌عنوان بتن اسفنجی یا متخلخل شناخته می‌شود. از مزایای دیگر استفاده از بتن اسفنجی آن است که می‌توان آن را برید، میخ را نگه می‌دارد و به مقدار قابل قبولی پایا می‌باشد. اگرچه درصد جذب آب این نوع بتن بالا است ولی سرعت نفوذ آب در آن مادامی که حفره‌ها با مکش آب پر نشود پایین می‌باشد؛ به این دلیل بتن اسفنجی مقاومت نسبی خوبی در مقابل یخبندان دارد و اگر دوغابی شود می‌توان از آن در ساختن دیوارها استفاده نمود.

بتن گازی:
این نوع بتن در نتیجه‌ی یک واکنش شیمیایی که گاز را در ملات تازه ایجاد می‌کند ساخته می‌شود. این بتن هنگامی که سخت می‌شود شامل تعداد زیادی حباب‌های گاز می‌باشد.
خواص بتن گازی یا بتن هوادار اتوکلاوه شده:
این نوع بتن به علت وزن کم و خواص عایق‌بندی حرارتی باعث کاهش جرم ساختمان و صرفه‌جویی در مصرف انرژی می‌گردد. از این رو کاربرد آن در سطح جهان در حال گسترش می‌باشد. از خواص عمده‌ی بتن گازی وزن مخصوص کم، مقاومت مناسب، جذب آب، عایق‌بندی حرارتی و مقاوم در برابر آتش قابل ذکر می‌باشد. برای کاربردهای نیمه سازه‌ای مانند پانل‌های سقف و دیوار مورد استفاده قرار می‌گیرند.
وضعیت تولید بتن گازی در کشور:
الف) مجتمع تولیدی و صنعتی سیپورکس (شرکت فرآورده‌های ساختمانی ایران)
ب) مجتمع تولیدی بنای سبک (هبلکس)
نتیجه‌گیری:
بتن گازی ماده‌ای است که نزدیک به ۷۰ سال پیشینه‌ی کاربرد به‌عنوان بتن سبک جهت تولید بلوک‌های سبک ساختمان و یا پانل‌های سبک مسلح ساختمانی دارد. خواص مطلوب شامل جرم حجمی پایین، نسبت مناسب مقاومت به جرم حجمی، عایق‌بندی مناسب حرارتی و ثبات حجمی و جمع شدگی ناشی از خشک شدن نسبتاً پایین باعث شده است این ماده در بسیاری از کشورهای جهان با شرایط اقلیمی مختلف تولید و مورد استفاده قرار ‌گیرد.

بتن کفی:
با افزودن یک ماده‌ی کف‌زا (معمولاً بعضی شکل‌های پروتئین هیدرولیز شده یا صابون صمغی) به مخلوط بتن، ساخته می‌شود. ماده‌ی کف‌زا در ضمن اختلاط با سرعت زیادی حباب‌های هوا را تولید می‌کند. همچنین نسبت به بتن معمولی دارای مقاومت بهتری در مقابل آتش می‌باشد.

بتن پلیمری سبک:
بتن پلیمری امتیازاتی نسبت به بتن معمولی دارد مانند وزن مخصوص کمتر، عایق بودن حرارتی و کاهش ابعاد مقاطع بتنی؛ ولی دارای نقایصی هم هست؛ مانند نفوذپذیری آب، ضرورت بکارگیری روش‌های ویژه برای اتصال قطعات به یکدیگر. استفاده از بتن‌های پلیمری سبک در تهیه‌ی قطعات پیش‌ساخته‌ی نماهای ساختمانی و تزیینی متداول گردیده است. بتن پلیمری افزون بر امتیازات بتن معمولی سبک، دارای مقاومت فشاری بالا، نفوذپذیری کم، امکان رنگ‌پذیری و پذیرش طرح‌های تزیینی و نیز امکان تهیه در ضخامت‌های کم می‌باشد.

بتن الیافی:
بتن مسلح شده با الیاف یا بتن الیافی، بتنی است که با سیمان هیدرولیکی مصالح سنگی ریزدانه و درشت‌دانه و الیاف مجزا و غیر پیوسته ساخته می‌شود. هدف از مسلح نمودن بتن با الیاف، افزایش مقاومت کششی، جلوگیری از توسعه‌ی ترک‌ها و افزایش سختی به‌وسیله‌ی انتقال تنش در عرض مقطع یک ترک می‌باشد. بدین ترتیب در مقایسه با بتن بدون الیاف، امکان تغییرشکل‌های بزرگ‌تری در بتن فراهم می‌شود.

نتیجه‌گیری:
مصالح سبک بتنی در سه نوع بتن سبک‌دانه، بتن اسفنجی و بتن بدون ریزدانه ارائه می‌شود که هرکدام از این موارد در کاهش وزن ساختمان اثر چشمگیری دارند. بتن‌های سبک‌دانه با انواع سبک‌دانه‌های طبیعی و مصنوعی تهیه می‌شوند و در موارد سازه‌ای، نیمه‌سازه‌ای و غیرسازه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند. بتن‌های اسفنجی در دو نوع بتن گازی و کفی ارائه می‌گردند که غالباً مصارف سازه‌ای دارند. بتن بدون ریزدانه نوع سوم بتن‌های سبک می‌باشد که در کاهش وزن بار مرده ساختمان نقش به سزایی دارد. بنابراین ممکن است استفاده از مصالح سبک باعث کاهش هزینه‌ی تمام شده در ساختمان شود؛ همان‌طور که استفاده از مصالح سبک بدون هزینه‌ی اضافی می‌تواند نقش مناسبی در عایق سازی حرارتی ساختمان ایفا کند.

مصالح سازه‌ای طبیعی

مصالح چوبی
چوب به‌عنوان یکی از مصالح ساختمانی دارای چند خاصیت با ارزش است، از جمله مقاومت نسبی بالا، چگالی کم و نیز رسانایی پایین. در عین حال چوب چندین نقطه ضعف نیز دارد. دارای خواص متفاوت از جهات مختلف است. همچنین چوب دارای قابلیت پوسیدن و اشتعال است. چوب سنگین‌تر معمولاً مقاوم‌تر است و بار بیشتری را نیز تحمل می‌کند. قابلیت هدایت حرارتی چوب کم است و به این دلیل برای ساختن عایق حرارتی مناسب است. چوب از لحاظ مصرف به اشکال مختلف چوب‌های ورقه‌ای و گرد بریده می‌شوند. چوب‌های گرد ضخامت بین۱۴ الی ۳۴ سانتیمتر و درازای ۷ الی ۸.۱ متر دارند و به دو دسته گردبینه و تیر تقسیم می‌شوند.

چوب‌های بریده‌ شده:
۱- چهار تراش: مقطع آن مربع است. مقطع ابعاد آن کمتر از ۲۰ سانتیمتر و درازای آن ۴ یا ۵ متر است.
۲- بینه: از تقسیم یک گردبینه به‌دست می‌آید.
۳- الوار: ممکن است چهارگوش یا سه‌گوش باشد که تقریباً راست و بدون گره است. طول آن ۳ متر است.
چوب‌های ورقه‌ای:
اغلب این ورقه‌ها به‌صورت روکش برای سطح تخته‌های مصنوعی مثل نئوپان و تیر استفاده می‌شوند. چوب‌های مصرفی در روکش سازی باید از مرغوبیت بالائی برخوردار باشند.
چوب‌های مصنوعی شامل تخته چند لایه: مزایای آن کم کردن پدیده‌ی هم‌کشیدگی و واکشیدگی است.

تخته خرده چوب (نئوپان، تخته فیبرها، صفحات چوب سیمان):
این صفحات در برابر آتش کاملاً مقاوم هستند. در برابر قارچ‌های چوب کاملاً متفاوت‌اند. در برابر آب و رطوبت و پوسیدگی، سرما و یخبندان کاملاً مقاوم‌اند. عایق صدا و حرارت هستند. سبک می‌باشند و در اکثر قسمت‌های ساختمان قابل مصرف‌اند. قابلیت نصب بر روی آجر و بتن را دارند. از نظر اتصالات قابلیت‌های چوب را دارند و همچنین قابل پخ زدن و پیچ کردن هستند.
۱- کانتکس: از این محصول برای ساختن دیوار، سقف کاذب و مانند این‌ها استفاده می‌شود. کانتکس از مصالحی است که عایق حرارت و صوت بوده و مقاوم در برابر آتش‌سوزی است که به‌راحتی بر روی تیرهای آهنی و چوبی و تیرچه‌های بتنی قابل نصب است.
۲- آندولین: پوشش موج‌دارسقف است که متشکل از الیاف گیاهی و مواد شیمیایی و مصنوعی اشباع شده می‌باشد.
۳- تخته‌های گلوکام: به‌صورت‌های گوناگون در ساختمان بکار برده می‌شوند؛ از جمله در اجرای اسکلت، کف‌سازی، قاب‌سازی، چهارچوب‌بندی سقف و بام، پی‌سازی، پوشش دیوارها و بام، تزیین خارجی و پوشش خارجی، عایق‌بندی حرارتی و صوتی، نازک‌کاری سقف و دیوارهای داخلی و نیز پوشش کف.
نتیجه‌گیری:
چوب از جمله مصالح سبک سازه‌ای می‌باشد. بسیاری از بناهای چوبی در سرتاسر دنیا در برابر عوامل مختلف محیطی و طبیعی از جمله شرایط اقلیمی و نیروهای جانبی از جمله زلزله و باد مقاومت و پایداری بسیار خوبی از خود نشان داده‌اند. البته مشکلات پایه‌ای در زمینه‌ی استفاده از این نوع مصالح سبک علی‌الخصوص در زمینه سازه‌ای وجود دارد؛ هرچند که سایر کشورها تجربه‌های موفقی در زمینه استفاده از این نوع مصالح داشته‌اند.

مصالح سبک صنعتی
یکی از روش‌های سبک‌سازی ساختمان‌ها کاهش وزن تیغه‌های باربر در ساختمان است. یکی از روش‌های نیمه پیش‌ساخته، روش ساخت‌ و ساز به کمک پانل‌های ساندویچ یپیش‌ساخته تردی است که با نام‌های تجاری مختلف از قبیل پوما، سپ وسیلانو شناخته می‌شود. با این روش تا دو طبقه ساختمان با استفاده از باربری قطعات مورد نظر ساخته می‌شود.
پانل‌ها به دو گروه سازه‌ای و غیرسازه‌ای تقسیم می‌شوند. پانل‌های سازه‌ای در موارد سازه‌ای و غیرسازه‌ای به کار برده می‌شوند.
۱- پانل‌های ساندویچی یا بتن پاششی
۲- پانل با هسته لانه‌زنبوری
۳- پانل‌های اف.آر.پی
پانل‌های ساندویچی با بتن پاششی
پانل‌های سه‌بعدی ساندویچی از جمله کامپوزیت‌های پلیمری می‌باشند. ساندویچ پانل مصرفی به عنوان نام و پوشش دیواری به‌صورت کنگره‌ای و صاف و نوع سقفی آن با برجستگی‌هایی به‌صورت شادولاین می‌باشد. پانل‌های سقفی دیافراگم کف را تشکیل می‌دهد. این پانل‌ها در کنار یکدیگر مستقر شده و روی پانل‌های دیوار نصب می‌گردند. پانل‌های دیوار افزون بر این که جداکننده‌ی فضاهای معماری هستند، نقش دیوار باربر قائم و دیوار برشی در برابر بارهای جانبی را هم ایفا می‌کنند. بنابراین عموماً در این‌گونه سازه‌ها اسکلت فلزی یا بتنی وجود ندارد و ساندویچ پانل به دلیل شکل خاص خود از ظرفیت باربری بالایی برخوردار است. پانل‌های غیرباربر در ساختمان، افزون بر کاهش وزن مزایایی از قبیل یکپارچه بودن تیغه‌ها با سازه در برابر بارهای جانبی را دارا می‌باشد.

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

8 − شش =