طراحی سازه سبک

دانش مهندسی نتیجه ‌خواست بشر برای عملکرد مطلوب با حداقل هزینه است. مفهوم بهینه سازی در مهندسی، تلاش برای رسیدن به هدف دانش مهندسی است. از این رو بهینه سازی و توسعه روش‌های بهینه سازی یکی از موضوعات به روز در تحقیقات دانشگاهی و مهندسی است. در طراحی سازه‌های ساختمانی، اصطلاح رایج سبک سازی ساختمان به جای بهینه سازی سازه کاربرد دارد. سبک سازی ساختمان همان کاهش مصرف مصالح سازه‌ای با رعایت اصول طراحی و ایمنی است.

هرچند عده‌ای از طراحان سازه بر این اعتقاد استوارند که سبک سازی اسکلت ساختمان موجب کاهش ضریب ایمنی سازه می‌گردد، لیکن با مطالعه منابع علمی و استانداردهای قانونی درمی‌یابیم که، استفاده از مصالح بیشتر امری عبث و در بسیاری از موارد موجب کاهش عملکرد مطلوب سازه در سطح موردنظر می‌گردد. چرا که سطح ایمنی مورد نظر حتی با در نظر گرفتن ضعف‌های اجرایی و موارد پیش بینی نشده نیز در اصول طراحی سازه دیده شده است و منافاتی با سبک سازی اسکلت ساختمان ندارد.

سبک سازی یکی از مباحث نوین در علم ساختمان است که روز به روز در حال گسترش و پیشرفت می باشد. این فن اوری عبارتست از کاهش وزن تمام شده ساختمان با استفاده از تکنیک های نوین ساخت مصالح جدید و بهینه سازی روش های اجرا کاهش وزن ساختمان علاوه بر صرفه جویی در هزینه زمان و انرژی زیان های ناشی از حوادث طبیعی مانند زلزله را کاهش داده و صدمات ناشی از وزن زیاد ساختمان را به حداقل می رساند.

برای بکارگیری تکنیک های سبک سازی نخست باید به مسئله اول علل سنگین شدن وزن ساختمان توجه کافی شود؛ پس از شناخت این علل و عوامل باید جهت حذف یا به حداقل رساندن تاثیر آنها و وزن تمام شده ساختمان تلاش نمود. روش های سبک سازی ساختمان بطور عمده به دو دسته تقسیم میگردند: سبک کردن اجزای باربر ساختمان و سبک کردن سازه ساختمان. بخش عمده ای از مباحث مربوط به سبک سازی و تکنیک های رایج در مورد دستیابی به وزن مناسب ساختمانی را در بر میگیرد که شامل: شناخت مصالح سبک رایج در صنعت ساختمان (در داخل و خاج کشور) و تکنولوژی استفاده از آنها, معیار های ارزیابی میزان کارایی این مصالح بعنوان مصالح سبک و میزان تاثیر به کار گیری مصالح نو در کاهش وزن ساختمان هزینه و زمان مورد نیاز اجرای یک ساختمان.

تعریف مصالح سبک

مصالح سبک به مصالحی اطلاق می شود که وزن مخصوص آن ها از نمونه های مشابه کمتر بوده و استفاده از آنها به کاهش وزن کلی ساختمان بیانجامد.

مصالح سبک در یک تقسیم بندی کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند:

• مصالح سبک سازه ای
• مصالح سبک غیر سازه ای
• سیستم هاچ

مصالح سبک سازه ای:

به ان دسته از مصالح گفته می شود که در موارد سازه ای در بنا به کار برده می شوند به سه نوع تقسیم می شوند: بتونی، طبیعی، صنعتی.

چه راه‌هایی برای سبک سازی ساختمان وجود دارد؟

همانطور که قبلا اشاره شد به طور کلی دو راه برای سبک سازی ساختمان از طرف اهالی فن ارائه می‌شود. راه اول بهره گیری از نقشه‌های ساختمانی است که کمترین مصالح سنگین و کمترین تعداد ستون در آن‌ها تعبیه شده است. دومین راه و متداول‌ترین راه هم استفاده از مصالح 

ساختمانی مدرن و سبک است. امروزه با پیشرفت تکنولوژی مصالح ساختمانی از آجر، کاشی، نما گرفته تا دیوار و اسکلت به صورت سبک تر از مدل‌‌های سنتی آن به بازار عرضه می‌شوند که استفاده از آن‌ها موثرترین گام در جهت سبک سازی ساختمان به شمار می‌رود.

مصالح سبک کدام‌اند و چه ویژگی‌هایی دارند؟

بیشترین وزن هر ساختمانی مربوط به اسکلت (ستون‌ها، دیوارها و کف) است. با کاهش وزن اسکلت می‌توان به کاهش وزن کلی و سبک سازی ساختمان رسید. در این راه چند گزینه پیش روی پیمانکاران و کارفرمایان قرار دارد.

استفاده از بتن سبک برای اجرای اسکلت بتنی

اسکلت بتنی شامل شبکه بندی از میلگردهای آهنی و بتن است. برای سبک کردن اسکلت بتنی می‌توان از بتن سبک استفاده کرد که خوشبختانه توسط شرکت‌های بزرگ و کوچک در سراسر کشور قابل دستیابی است.

انواع بتن سبک کدام است؟

در یک طبقه بندی کلی، بتن سبک به سه دسته بتن سبک دانه، بتن اسفنجی و بتن بدون ریزدانه تقسیم می‌شود.

بتن سبک دانه

بتن سبک دانه بتنی است که در ساخت آن به جای دانه‌های شن و ماسه از ذرات سبک‌تری استفاده شده است که وزن مخصوص کمتری دارند و در عین حال استحکام سازه را پایین نمی‌آورند. دانه‌های بتن سبک خود به دو دسته طبیعی و غیر طبیعی تقسیم می‌شوند. دانه‌های طبیعی شامل دانه دیاتومه، پوکه معدنی، توف، شیل و اسلیت منبسط شده هستند و از دانه‌های غیر طبیعی هم می‌توان به دانه لیکا در اندازه‌های مختلف، ورمیکولیت سرباره، پس مانده زغال کک اشاره کرد. این دانه‌ها وزن مخصوص کمتری نسبت به دانه‌های شن و ماسه دارند و در نهایت موجب سبک سازی ساختمان می‌شوند. 

 بتن اسفنجی

بتنی اسفنجی بتنی است که در آن حفره‌های هوا و گاز باعث ایجاد تخلخل می‌شوند و در نهایت یک بتن سبک را به وجود می‌آورند. بتن اسفنجی نام‌های دیگری از قبیل بتن متخلخل، بتن کفی و بتن گازی نیز دارد.

بتن بدون ریزدانه

همانطور که می‌دانیم بتن از سه جزء سیمان، آب، شن و ماسه تشکیل می‌شود. بتن بدون ریزدانه در واقع بتنی است که حاوی مواد ریزدانه یعنی ماسه نیست و تنها از سیمان، آب و شن تشکیل شده است. حذف ماسه از بتن هم وزن آن را کاهش می‌دهد و هم به دلیل دارا بودن تنها شن (دانه درشت) تخلخل بیشتری دارا است که باز هم باعث سبک‌تر شدن بتن و در نتیجه سبک سازی ساختمان می‌شود.

بتن پلیمری

بتن پلیمری یا بتن رزینی بتنی است که به جای آب که ماده حلال در بتن است، در آن از رزین استفاده شده است و به جای دانه‌های شن و ماسه در آن از الیاف پلیمری استفاده شده است که با این تغییرات در فرمولاسیون بتن، بتن پلیمری به وجود آمده نه تنها سبک‌تر از بتن معمولی است بلکه خلاف دیگر بتن‌های سبک که آب دوست هستند و بزرگ‌ترین مشکل آن‌ها جذب آب است؛ بتن پلیمری خاصیت آبگریزی بالایی دارد و عایق خوبی برای رطوبت، حرارت، برودت و صدا است و هزینه تولید آن نیز به مراتب پایین‌تر از سایر مصالح مورد استفاده در فرایند سبک سازی ساختمان است.

استفاده از اسکلت فلزی سبک در سبک سازی ساختمان

همانطور که دربالا به آن اشاره شد یکی از راه‌های سبک سازی ساختمان سبک کردن اسکلت آن است زیرا بیشتر وزن ساختمان را تشکیل می‌دهد. استفاده از اسکلت فلزی سبک مانند ال اس اف می‌تواند تا حد زیادی از هزینه‌های اجرای اسکلت فلزی را کاهش دهد و در زمان هم صرفه جویی کند.

اسکلت فلزی ال اس اف چیست؟

اسکلت ال اس اف در واقع اسکلتی است که از ورق‌های فولادی گالوانیزه ساخته شده است. این ورق‌ها به صورت سرد شکل داده شده‌اند و همین امر نشان از مقاومت و استحکام بالای آن‌ها دارد. اسکلت فولادی در کارخانه در ابعاد مورد نظر برش داده و خم می‌شود، همانطور که گفته شد این امر در حالت سرد و بدون حرارات صورت می‌گیرد سپس یک پوشش از زینک روی ورق‌های فولادی قرار می‌گیرد. در نهایت این ورق‌ها آماده سرهم شدن می‌شوند که به گالوانیزه شهرت دارد.

بزرگترین مزیت این اسکلت در قابلیت بازیافت آن است. این قابلیت هم دوست‌دار محیط زیست است و هم هزینه‌های بازسازی و نوسازی را کاهش می‌دهد. اسکلت فلزی فولادی سبک نسبت به اسکلت فلزی مرسوم هزینه کمتری را بر روی دوش کارفرما می‌گذارد. اجرای آن سرعت بالایی دارد زیرا اسکلت در کارخانه ساخته می‌شود و در محل کارگاه سرهم می‌شود که سرعت اجرای آن را بالا می‌برد. انعطاف بالا در طراحی انواع سازه‌ها از مهم‌ترین مزایای اسکلت فولادی سبک است. از این اسکلت می‌توان برای سبک سازی ساختمان، خانه، ویلا، مدرسه، اداره و … استفاده کرد و پاسخگوی انواع سبک معماری و طراحی داخلی است.

سبک سازی ساختمان با کاهش وزن نمای ساختمان

پس از اسکلت ساختمان، بخش‌هایی مانند نمای ساختمان، تزیینات داخلی ساختمان هم بخش‌هایی هستند که می‌توان با استفاده از روش‌های نوین با کم کردن وزن آن‌ها، به سبک سازی کلی ساختمان پرداخت. استفاده از سیمان، سنگ، آجر و … در اجرای نمای ساختمان باعث بالا رفتن وزن ساختمان می‌شود. برای سبک کردن وزن نمای ساختمان می‌توان از نما فوم‌ها استفاده کرد. استفاده از فوم به جای سقف کاذب، کنف، گچبری و تزیینات دیگر هم یکی از روش‌های سبک سازی ساختمان است اگرچه سهم کمی هم در این راه بر عهده دارد.