full screen background image

ساختمان های بتنی سبکتر و مقاوم‌تر

پژوهشگران در دپارتمان معماری زوریخ (ETH D-ARCH) یک سیستم کف بتنی ساختمان ساخته اند که نیازی به تقویت فولادی ندارد و از کف های بتنی معمولی (شکل ۱) هفتاد درصد سبک تر است. طراحی این کف ها از اصول ساخت و ساز تاریخی الهام گرفته شده است.
در محیط های شهری فضا بسیار پر ارزش است. در نتیجه معمارها به دنبال راه هایی هستند تا بتوانند هرچه بیشتر ساختمان های بتنی را فشرده تر، مقرون به صرفه تر و همچنین سازگارتر با محیط زیست بسازند. یک رویکرد برای رسیدن به این هدف روی آوردن به ساخت و ساز سبک وزن است: برای مثال هرچه سقف ساختمان های بتنی چند طبقه نازک تر باشد، فضای بیشتری برای طبقات بیشتر وجود خواهد داشت. وزن کمتر باعث می شود به استقامت کمتری نیاز باشد و در نتیجه امکانِ مصرف مصالح ساختمانی کمتر در فونداسیون و دیوارها وجود دارد که این نیز باعث کاهش هزینه ها می شود.
با استفاده از تکنیک های متداول و امروزیِ ساخت و ساز بتنی تقریباً فرصتی برای کاهش وزن وجود ندارد: برای اینکه مطمئن شویم کف هر طبقه به اندازه ی کافی توانایی تحمل بار را دارد، باید به طور میانگین ۲۵ سانتیمتر ضخامت داشته باشد و همچنین با استفاده از میله ها و شبکه های فولادی محکم سازی شود. این مقدار مصالح باعث سنگین شدن آن می شود.

ساختمان های بتنی - ساختمان های بتنی سبکتر و مقاوم‌تر - سامانه - آینده پژوهی - پویش محیطی - شهر تهران

شکل ۱ – کف های بتنی معمولی

تحمل بار بالاتر ساختمان های بتنی بدون نیاز به فولاد

پژوهشگران مؤسسه ی فناوری زوریخ ETH در زمینه ی معماری رویکرد جدیدی را ارائه کرده اند. این پژوهشگران سازه کف بتنی را به صورتی توسعه داده اند که در آن ها ضخامت تخته بتنی تحمل بار تنها دو سانتیمتر بوده و با وجود این بسیار پایدار هستند. Philippe Block استادیار معماری و سازه و معاون مرکز ملی مهارت در پژوهش (NCCR) در Digital Fabrication می گوید که «این کار کف اتاق ها را تا هفتاد درصد سبک می‌کند». در تولید بتن مقادیر زیادی CO2 آزاد می شود و از آنجا که این سازه ها به بتن کمتری نیاز دارند، می‌توان گفت که به حفاظت از محیط زیست نیز کمک می کنند.
کاهش وزن امکان پذیر است. زیرا میتوان به جای تخته های بتنی مسطح، از تخته های بتنی قوس دار استفاده کرد؛ مانند سقف های گنبدی کلیساهای گوتیک. به سادگی میتوان گفت که آنها بخاطر شکلی که دارند می‌توانند بدون نیاز به تقویت شدن با آرماتورهای فولادی، بارهای سنگین را تحمل کنند.

کاربرد روش های قدیمی در طراحی ساختمان‌های بتنی جدید

Block میگوید «ما طراحی خود را بر اساس مبانی ساخت و ساز تاریخی تکنیک های فراموش شده انجام دادیم». تا کنون پژوهشگران ساختارهای زیادی را ازجمله تاق قوسی کاتالانیایی تحلیل کرده اند. این روش ساخت سنتی در اواخر قرن ۱۹ توسط معمار اسپانیایی Rafael Guastavino به آمریکا راه پیدا کرد. این معمار تاق های قوسی آجری را با تیرهای عمودی نازکی در سمت فوقانی تقویت می کرد. این تیرها سطح صافی را برای کف ایجاد می کنند و همچنین باعث می شوند تاق در برابر بارهای نامتقارن پایدار باشد؛ یعنی زمانی که وزن افراد یا اشیاء بصورت یکنواخت در اتاق توزیع نشده باشد.
پژوهشگران ETH از این اصل تیرهای تقویت کننده در سازه های بتنی خود استفاده کردند. آنها با استفاده از نرم افزار خاصی محاسبه کردند که تیرها باید چگونه چیده شوند تا نیروهای فشرده سازی تحت بار بصورت بهینه توزیع شوند. در نتیجه ی این کار الگوی پیچیده ای از خطهای نازک به دست آمد که در گوشه ها همگرا می‌شدند. ستون ها به وسیله ی مجموعه ای از رابطه ای فولادی به هم وصل می شوند که نیروهای افقی حاصل را جذب میکنند؛ مانند پشتبندهای اُریب که در کلیساها تاق های قوسی را مستحکم می کنند. به گفته ی Block «این ساختار بسیار محکم است». تست های فشار نشان داده اند که این ساختار می تواند ۴٫۲ تُن بار نامتقارن را تحمل کند که این مقدار دو و نیم برابر بیشتر از مقدار مورد قبول اساسنامه ی ساخت و ساز در سوئیس است.

ساخت اولین ساختمان بتنی جدید

اکنون پژوهشگران این تخته های بتنی مبتکرانه را برای کف ساختمان برای اولین بار بصورت عملی در ساختمان پژوهشی NEST در دوباندورف تست می کنند. در ابتدای امسال قرار است یک پنتهاوس دو طبقه برای مهمانان بر روی سقف ساختمان ساخته شود. در هر طبقه چهار واحد وجود خواهد داشت هرکدام پنج متر در پنج متر هستند و از پیش ساخته شده و سپس به محل مورد نظر انتقال داده می شوند. این واحدها یک برتری دیگر نیز دارند: می توان از فضاهای خالی بین تیرهای بتنی برای تهویه و لوله های گرمایش و سرمایش استفاده کرد که این نیز باعث می شود فضای کمتری اشغال شود.
تا به امروز تولید این سازه های بتنی پرهزینه بوده است. زیرا که قالب گیری آنها باید در قالب های دوطرفه ی دقیقی انجام شود. Block و تیمش یک قدم فراتر رفتند: آن ها برای کاهش هزینه ها سازه های اولیه را با استفاده از چاپگر سه بُعدی ساختن و بجای بتن از شن ترکیب شده با نوعی چسب استفاده کردند. این سازه ها می توانند ۱٫۴ تن بار را تحمل کنند و همچنین استانداردهای ساختمانی سوئیس را برآورده سازند. Block میگوید: «مبانی ساخت و ساز ما اجازه ی استفاده از موادی را به ما می دهند که قبلاً برای ساخت و ساز نامناسب بودند. شما فقط باید به شکل درست از آنها استفاده کنید تا به ساختار محکمی دست پیدا کنید».




پاسخ دهید

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