پیشرفت تکنولوژی موجب شده است تا روش های سنتی ساخت و ساز که اغلب دارای مشکلات عدیده فنی هستند و به محیط زیست آسیب فراوانی وارد می کنند از میان برداشته شوند و مصالح و فناوری های نوین که به روز شده سیستم های متداول ساختمانی هستند و اشکالات کمتر و مزایای بیشتری دارند به کارگیری شوند. یکی از این مصالح، قالب غیرماندگار سقف وافل است. قالب سقف وافل نوعی سیستم قالب بندی سقف است که قالب های وافل در بین تیرچه های پیش ساخته یا درجا قرار می گیرند و پس از اتمام بتن ریزی سقف و رسیدن مقاومت بتن به حد مطلوب مطابق با آیین نامه بتن ایران، قالب های وافل از زیر سقف خارج می شوند و برای سقف بعدی مورد استفاده قرار می گیرند. فلسفه طراحی سقف های وافل، حذف بتن ناحیه کششی ( اصطلاحا بتن ناکارآمد) می باشد که موجب کاهش وزن سازه می گردد. با توجه به بارهای وارد بر سازه، نوع کاربری ساختمان، موقعیت زمین، وضعیت لرزه خیزی منطقه و وضعیت ژئوتکنیکی زمین، قالب ها به صورت یک طرفه یا دو طرفه مورد استفاده قرار می گیرند. قالب های وافل از جنس پلاستیک فشرده می باشند. در این مطالعه به مقایسه اثرات زیست محیطی قالب های وافل با سیستم معمول تیرچه بلوک( پلی استایرن) پرداخته شده است. با توجه به خشکسالی های پی در پی، تغییرات اقلیمی و بحران آب در کشور، وجود آلودگی های زیست محیطی، اهمیت استفاده از مصالح و مواد نوین که آسیب کمتری به طبیعت وارد می کنند بیش از پیش احساس می شود. (فتاحی آلکوهی،1397) به مقایسه بین سقف تیرچه بلوک با سقف وافل از جنبه اجرایی پرداختند. تحقیقات ایشان نشان داد سقف های تیرچه بلوک دارای هزینه اجرایی پایین تری نسبت به سقف های وافل دارند ولی محدودیت های اجرایی در سقف های تیرچه بلوک برای دهانه های بلند وجود دارد. (حسینی فشمی،1399) تاثیر سقف گرین وافل بر حفظ انرژی ساختمان در مناطق گرم و خشک را از لحاظ معماری بررسی نمودند. نتایج نشان داد استفاده از سقف های گرین وافل در مناطق گرم و خشک با وجود ظرفیت حرارتی بالای خود امکان گردش هوای داخل بنا را بهبود می بخشد و موجب کاهش مصرف انرژی نیز می گردد. (رضانیا،1398) سقف های دال مجوف قالب ماندگار یوبوت و قالب غیرماندگار وافل را از لحاظ سازه ای و اقتصادی ارزیابی نمودند. در تحقیقات ایشان مدلسازی دو سازه با سیستم قالب وافل و قالب یوبوت در نرم افزار ETABS انجام گردید. نتایج مدلسازی نشان داد نیروی لرزه ای وارد بر طبقات سیستم ساخته شده با قالب یوبوت، به دلیل وزن بیشتر این سازه نسبت به سیستم وافل، بیشتر می باشد. خیز آنی و خیز دراز مدت سقف در سازه مدل شده با قالب یوبوت، بیشتر از سقف وافل است که این موضوع نشان دهنده عملکرد بهتر سقف وافل در مقایسه با سقف یوبوت است. همچنین میزان آرماتور مصرفی در سقف وافل حدودا 50 درصد کمتر از سقف یوبوت می باشد که عملکرد اقتصادی بهتر سقف وافل را نشان می دهد. نتایج کلی تحقیقات نشان داد که سازه با قالب وافل عملکرد سازه ای و اقتصادی بهتری نسبت به سازه ساخته شده با قالب ماندگار یوبوت دارد. (نوده فراهانی،1401) دال بتنی یک طرفه وافل را با سقف تیرچه بلوک به همراه پلاستو فوم از لحاظ کیفی و اقتصادی مورد بررسی قرار دادند. نتایج این مطالعه نشان داد استفاده از سیستم تیرچه بلوک هزینه اجرایی پایین تری نسبت به سقف وافل دارد ولی خطرات حمل و نصب تیرچه در این سیستم قالب بندی نیز وجود دارد. سقف تیرچه بلوک( پلی استایرن) محدودیت اجرا در دهانه های بلند را نیز دارد و سقف وافل از لحاظ ایمنی و عملکرد سازه ای بر سیستم تیرچه بلوک ارجحیت دارد. (نیری،1389) صلبیت سقف های مجوف را مورد مطالعه قرار دادند. تحقیقات نشان داد سقف مجوف، صلبیت قابل قبولی دارد همچنین حجم بتنریزی و میزان آرماتور در سیستم سقف مجوف کاهش قابل ملاحظه ای نسبت به دال تخت دارد. (حکیم آذری،1394) به بررسی مباحث مقررات داخلی، خارجی و الزامات زیست محیطی پرداختند. باتوجه به اینکه سهم عمده ای از مصرف انرژی در بخش ساختمان مصرف می گردد، آییننامه ها و مقررات فعلی در زمینه زیست محیطی کامل نیستند. ایشان در تحقیقاتشان پیشنهاد هایی در این زمینه مطرح نمودند از جمله توجه به طراحی نو آورانه و خلاق با رویکرد اقلیمی و محیطی، مکان یابی مناسب و توجه محیط زیستی در توسعه شهر، توجه به بهره وری آب، توجه به بهره وری انرژی و کنترل آلودگی های زیست محیطی، استفاده از انرژی های تجدید پذیر، استفاده از مصالح دوستدار محیط زیست و بازگشت پذیر، توجه به کیفیت اجزای ساختمان به منظور بهبود ایمنی و ارتقای آسایش ساکنان ساختمان ، توجه به آموزش و فرهنگ سازی گروه های هدف، از مسائل مرتبط با ساختمان سبز می باشند. بدین منظور این محققان پیشنهاد دادند که در آییننامههای موجود در صنعت ساختمان یا مقررات ملی ساختمان مبحث19 و مبحث22 موارد مذکور در نظر گرفته شود. (مظفرینژاد،1401) انرژی نهفته در ساختمان را برای شهر تهران مورد مطالعه قرار دادند. در این مطالعات مقدار انرژی نهفته در ساختمان و میزان انتشار کربن در ساختمان های بتنی محاسبه گردید. نتایج نشان داد ساختمان با اسکلت بتنی نسبت به ساختمان با اسکلت فولادی دارای انرژی نهفته کمتر و مضرات زیست محیطی کمتری است.
قالب وافل به عنوان یک قالب غیر ماندگار سقف محسوب می شود. یعنی پس از بتن ریزی سقف، از بتن جدا شده و امکان استفاده مجدد از قالب در سقف های بعدی یا پروژه های بعدی وجود دارد و پس از اتمام عمر مفید آن قابل بازیافت است. با داشتن این قابلیت، تمامی بلوک های سقفی را از ساختمان می توان حذف کرد. این موضوع علاوه بر حفظ منابع ملی به استحکام، سبک سازی و ایمنی بیشتر ساختمان در زمان وقوع زلزله کمک خواهد کرد. با توجه به شکل قالب وافل، تمامی تیرچه های پیش ساخته به همراه مشکلات نصب آنها در سقف حذف خواهد شد و اجرای تیرچه درجا که از نظر فنی نسبت به تیرچه پیشساخته ارجحیت دارد جایگزین آن خواهد گردید. همچنین به دلیل استحکام قالب هنگام اجرای سقف، نیرو های اجرایی به راحتی می توانند بر روی قالب تردد داشته باشند بدون آنکه نگران شکستن قالب یا در رفتن آن از محل باشند و این موضوع موجب افزایش ایمنی کار می گردد.
از دیگر خصوصیات این سقف، اجرای آسان آن توسط اکیپ های اجرایی است. با توجه به اینکه هنوز روش های سنتی اجرایی سقف مثل اجرای سقف تیرچه با بلوک پلی استایرن در کشور معمول است جهت زیر سازی این سقف می توان از وسایل اجرای سقف تیرچه بلوک مثل چهار تراش، قوطی فلزی، لوله داربست و جک های معمول سقف استفاده نمود. اجرای این سقف مشابه سقف تیرچه بلوک بوده و نیاز به نیرو های متخصص با آموزش های ویژه ندارد. شکل1 جزییات آرماتور بندی سقف وافل با تیرچه درجا را نمایش می دهد. همانطور که از شکل1 پیداست، اجرای تیرچه درجا در جهت وافل گذاری انجام می شود. در جهت عمود بر تیرچه گذاری نیز میلگرد های شناژ مخفی اجرا می گردد.
زیرسازی سقف وافل با ابزار معمول سقف تیرچه با بلوک پلی استایرن نیز انجام می شود. برای زیرسازی این سقف از لوله یا قوطی استفاده می گردد. شکل2 زیرسازی سقف با قالب گرین وافل را نمایش می دهد.
پس از پایان یافتن زیرسازی سقف، قالب گذاری سقف با توجه به نقشه قالب چینی انجام می شود.شکل3 قالب گذاری سقف با قالب گرین وافل را برای عملکرد یک طرفه نشان می دهد.
سقف وافل با عملکرد دو طرفه را با قالب های گرین وافل نشان می دهد. اجرای تیرچه درجا و میلگرد شناژ مخفی در دو جهت قالب انجام شده است. اجرای میلگرد افت و حرارت نیز بر روی قالب وافل انجام شده است. خاطر نشان می گردد مشکل چسبیدن میلگرد افت و حرارت به بلوک پلی استایرن که در سقف های تیرچه بلوک رخ می دهد، در سقف وافل اتفاق نمی افتد و این موضوع یکی از مزیت های سقف وافل نسبت به سقف تیرچه بلوک است.
با توجه به اینکه حدود 40 درصد از کل انرژی در صنعت ساختمان صرف می شود و بیش از 40 درصد از آلودگی های زیست محیطی نیز در صنعت ساخت و ساز ایجاد می شود لذا ضرورت دارد تا مصالحی که انرژی تولید آنها کمتر است یا موجب کاهش آسیب به محیط زیست می گردند مورد استفاده قرار گیرند. به عنوان مثال، برای اجرای یک متر مربع دیوار تیغهای حدود 144 قالب آجر مورد نیاز است که برای تولید این میزان آجر حدود 40 لیتر آب، 440 کیلوگرم خاک، 10 مترمکعب گاز طبیعی،11 کیلووات ساعت برق و در کل حدود 14 کیلوگرم آلاینده نتیجه تولید این مقدار آجر است که به محیط زیست وارد می گردد. (حکیم آذری،1394) لازم به ذکر است پس از پایان یافتن عمر مفید سازه، دیوارتخریب گردیده و به عنوان نخاله ساختمانی به محیط زیست بر می گردد. به عنوان مثالی دیگر برای تولید یک متر مکعب بتن با مقاومت 25 مگا پاسکال حدود 400 کیلوگرم سیمان، 130 کیلوگرم آب، 800 کیلوگرم ماسه و 900 کیلوگرم مورد نیاز است که استخراج سیمان، شن و ماسه از معدن نیاز به تخریب محیط زیست، مصرف برق و آب جهت دستگاه سنگ شکن و مصرف سوخت فسیلی جهت حمل مصالح توسط ماشین آلات است. بهادری نژاد و همکاران(1382) پس از انجام بررسی های میدانی مشخص گردید که برای تولید یک تن شن و ماسه حدود 8.1 مگا ژول برق مصرف می شود. همچنین برای تعیین مصرف انرژی تولید سیمان، به کارخانه سیمان ارومیه مراجعه نمودند و با توجــه بـه آمـارکارخانه سیمان مشخص گردید، میزان مصرف انرژی جهت تولیـد یـک تـن سـیمان، حدود 445 مگاژول برق و معادل 3370 مگا ژول انرژی حرارتی لازم است. انرژی لازم برای تولید شن و ماسه مصرفی برای تولید یک مترمکعب بتن، حدود 1.964 گیگا ژول می باشد. میزان انرژی لازم در کارخانه ذوب آهن جهت تولید یک تن فولاد با در نظر گرفتن مصرف انرژی الکتریکی، انرژی گاز طبیعی، انرژی زغال سنگ طبیعی و انرژی استخراج مواد اولیه حدود 58.241 گیگاژول است. با توجه به مثال های ذکر شده مشخص گردید که مقدار زیادی از انرژی کل کشور در صنعت ساخت وساز مصرف می گردد. بنابراین لزوم استفاده از مصالح با مصرف انرژی بهینه در این صنعت احساس می شود. جدول1 به مقایسه مقدار مصالح مصرفی در سقف تیرچه بلوک و سقف وافل در هر متر مربع می پردازد.
جدول1- مقایسه انرژی مصالح مصرفی تیرچه بلوک با وافل یک طرفه
| ردیف | شرح | مقدار مصالح مصرفی تیرچه بلوک پلی استایرن (متر مربع) | مقدار مصالح مصرفی سقف وافل یک طرفه (مترمربع) |
| 1 | میلگرد | 9 کیلوگرم | 7 کیلوگرم |
| 2 | بتن | 0.15 مترمکعب | 0.13 مترمکعب |
| 3 | انرژی مصرفی جهت تولید میلگرد(گیگاژول) | 0.52417 | 0.40769 |
| 4 | انرژی مصرفی جهت تولید بتن (گیگاژول) | 0.2946 | 0.25532 |
| مجموع انرژی مصرفی (گیگاژول) | 0.81877 | 0.66301 | |
همانطور که از جدول1 پیداست استفاده از سیستم سقف وافل یک طرفه حدود 20 درصد صرفه انرژی نسبت به سقف تیرچه بلوک دارد. مقدار به دست آمده از جدول1 میزان انرژی مصرفی آشکارا را نمایش می دهد و انرژی ماشین آلات جهت استخراج و حفاری مصالح از معدن، انتقال مصالح از معدن به دپو، نیروی انسانی در نظر گرفته نشده است و این مقدار انرژی به صورت نهفته وجود دارد. بنابراین استفاده از سیستم قالب بندی وافل نسبت به سیستم قالب بندی تیرچه با بلوک پلی استایرن از لحاظ بهره بری انرژی به صرفه است. شایان ذکر است، این میزان صرفه جویی در انرژی ضمن حفظ منابع طبیعی و ملی کشور مثل گاز و انرژی های فسیلی، منجر به حفظ منابع طبیعی نیز می گردد.
ارزیابی فنی و زیست محیطی سیستم قالب بندی وافل
با توجه به اینکه در اکثر کشور های پیشرفته جهان، مباحث انرژی و محیط زیست در همه بخش های صنعت در اولویت قرار دارد و برای این موضوعات، قوانین و استاندارد های لازم تدوین شده است، در ایران نیز تا حدودی مباحث انرژی و محیط زیست بررسی شده است و آیین نامه ها و مقرراتی در این زمینه به تصویب رسیده است. یکی از این موارد، مبحث 19 مقررات ملی ساختمان است. در مبحث 19 بیشتر بر بدنه ساختمان و کاهش اتلاف انرژی از جداره ها پرداخته شده است و کمتر به استفاده از سیستم های قالب بندی با انرژی بهینه پرداخته شده است. یکی دیگر از موارد مهمی که در صنعت ساختمان می بایست مدنظر قرار بگیرد استفاده از مصالح تجدید پذیر می باشد که موجب کاهش مصرف انرژی و حفظ منابع طبیعی و کمک به حفظ محیط زیست است. قالب های غیرماندگار وافل قابلیت استفاده در اجرای بیش از 40 سقف را دارند و پس از پایان پروژه قابلیت بازیافت قالب و استفاده مجدد از قالب وجود دارد و از این لحاظ، این قالب ها کمک شایانی در حفظ انرژی و جلوگیری از پرت شدن منابع طبیعی دارد. جدول2 مزایای زیست محیطی، فنی و اقتصادی استفاده از قالب بندی وافل را نسبت به قالب بندی تیرچه با بلوک پلی استایرن نشان می دهد.
جدول2- مزایای زیست محیطی، فنی و اقتصادی استفاده از قالب بندی وافل
ردیف | محاسن |
1 | حذف بلوک پلی استایرن |
2 | کاهش مصرف میلگرد |
3 | کاهش مصرف بتن |
4 | حذف بلوک MPS |
5 | کاهش خطر آتش سوزی و افزایش ایمنی |
6 | قابلیت استفاده در دهانه های بلند |
7 | کاهش وزن سازه |
8 | کاهش نیروی زلزله وارد بر سازه ( افزایش ایمنی و آسایش ساکنین) |
9 | نمای نمایان سقف و زیبایی بیشتر سقف از جنبه معماری |
10 | قابلیت استفاده مجدد از قالب( حداقل 40 مرتبه) |
11 | قابلیت بازیافت قالب و تولید مجدد |
12 | کاهش هزینه های ساخت و اجرا |
13 | قابلیت اجرای تیرچه درجا( بهبود کیفیت فنی سازه) |
14 | حذف اجرای سقف کاذب پارکینگ |
جدول 3 نیز به مقایسه اقتصادی قالب بندی سقف وافل با تیرچه بلوک پلی استایرن می پردازد. در جدول3 به مقایسه دو پروژه با قالب بندی وافل و قالب بندی تیرچه بلوک برای سازه ای با سطح کل زیربنا165000 مترمربع، مساحت کل پارکینگ ها 30600 مترمربع و مساحت خالص مسکونی (با کسر سرویس ها، حمام، راهرو ها و لابی ها) را نمایش می دهد.
جدول2- مزایای زیست محیطی، فنی و اقتصادی استفاده از قالب بندی وافل
ردیف | شرح | هزینه های سقف تیرچه با بلوک پلی استایرن | هزینه سقف گرین وافل | |||||
سطح زیربنا(مترمربع) | هزینه هر متر مربع(ریال) | هزینه کل(ریال) | سطح زیر بنا(مترمربع) | هزینه هر مترمربع(ریال) | هزینه کل(ریال) | |||
1 | خرید پلاستوفوم | 140250 | 1500000 | 210375000000 | 0 | 0 | 0 | |
2 | دستمزد اجرا | 165000 | 4000000 | 660000000000 | 165000 | 4500000 | 742500000000 | |
3 | هزینه رابیتس و نازک کاری سقف | 100800 | 1500000 | 151200000000 | 0 | 0 | 0 | |
4 | هزینه سقف کاذب پارکینگ ها | 30600 | 3000000 | 91800000000 | 0 | 0 | 0 | |
5 | هزینه کناف ساده زیر سقف وافل | 0 | 0 | 0 | 100800 | 4000000 | 403200000000 | |
6 | دستمزد ساخت و حمل تیرچه | 165000 | 400000 | 66000000000 | 0 | 0 | 0 | |
جمع کل هزینه (ریال) | 1179375000000 |
| 1145700000000 | |||||
ول 3 نشان می دهد که اختلاف قیمت بین استفاده از قالب بندی سقف وافل با تیرچه بلوک پلی استایرن 33675000000 ریال می باشد که عدد قابل توجهی می باشد و از لحاظ هزینه استفاده از قالب بندی سقف افل صرفه اقتصادی دارد. در پروژه های بزرگ انبوه سازی، به دلیل غیر ماندگار بودن قالب وافل، هزینه تمام شده اجرای سقف، نسبت به سقف تیرچه با بلوک پلی استایرن به مقدار قابل توجهی کمتر خواهد بود. یادآور می شود که هزینه های اجرا به صورت میانگین و برای نیمه دوم سال 1402 در شهر شیراز استعلام گرفته شده است.
نتیجه گیری
در این مقاله به ارزیابی اثرات زیست محیطی استفاده از سیستم قالب بندی وافل در مقایسه با قالب بندی تیرچه با بلوک پلی استایرن پرداخته شده است. از آنجایی که حدود 40 درصد از کل انرژی در صنعت ساختمان مصرف می گردد و بیش از40 درصد از آلودگی های زیست محیطی نیز در این صنعت رخ می دهد، لزوم استفاده از مصالح دوستدار محیط زیست بیش از پیش احساس می شود. در این پژوهش به مقایسه مصرف انرژی در این دو سیستم پرداخته شد و مشخص گردید استفاده از سیستم قالب بندی وافل بدون در نظر گرفتن انرژی نهفته، بیش از 20 درصد بهره بری انرژی دارد. با توجه به قابل بازیافت بودن قالب های وافل امکان بازگشت این مصالح به چرخه ساخت و ساز وجود دارد. همچنین کاهش مصالح مصرفی ساخت وساز مثل بتن و میلگرد، منجر به کاهش وزن سازه می گردد و از این جهت هم از لحاظ فنی و اقتصادی این سیستم مزیت بیشتری نسبت به سیستم تیرچه بلوک دارد ضمنا استفاده از سیستم قالب بندی وافل از تخریب محیط زیست جلوگیری می کند و موجب حفظ سرمایه های ملی، کاهش آلودگی های زیست محیطی و توسعه پایدار می گردد. حذف بلوک پلی استایرن در این سیستم، خطر آتش سوزی را کاهش می دهد. مقایسه اقتصادی دو سیستم قالب بندی وافل با سیستم تیرچه بلوک نشان داد سیستم قالب بندی وافل صرفه اقتصادی دارد. قابلیت اجرای تیرچه به صورت درجا در سقف وافل ضمن بهبود کیفیت اجرای سازه، موجب عملکرد بهتر سقف و ایجاد دیافراگم صلب نیز می گردد.
با توجه به مطالعات اندکی که در زمینه ارزیابی انرژی و زیست محیطی قالب های وافل انجام شده است، پیشنهاد می گردد در مطالعات آتی به ارزیابی انرژی نهفته در صنعت ساختمان با استفاده از سیستم قالب بندی وافل پرداخته شود.
منابع
بهادری نژاد، مهدی و فطانت دیدار، توحید،1382،آب مورد نیاز تولید مصالح و ساخت دو برج مسکونی در تهران با اسکلت های فولادی و بتنی،ششمین کنفرانس بین المللی مهندسی عمران،اصفهان
حسینی فشمی، مرتضی و قربانی پارام، افشین،1399،بررسی تاثیر سقف گرین وافل بر حفظ انرژی ساختمان در مناطق گرم و خشک (نمونه موردی: کشور ایران )،چهارمین کنفرانس بین المللی مطالعات نوین مهندسی عمران، معماری، شهرسازی و محیط زیست در قرن ۲۱،تهران
حکیم آذری، محمد و طاهری اصل، احمدرضا،1394،بررسی مباحث و مقررات داخلی و خارجی و تهیه پیش نویس الزامات زیست محیطی،کنفرانس بین المللی پژوهش های نوین در عمران، معماری و شهرسازی،تهران
رضانیا، مژده،1398،مقایسه سازه ای و اقتصادی سقف های دال مجوف قالب ماندگار یوبوت و قالب غیر ماندگار وافل،ششمین کنفرانس بین المللی یافته های نوین علوم و تکنولوژی با محوریت علم در خدمت توسعه،تهران
فتاحی آلکوهی، رضا و خدادادی، مهرداد و حسینی، سید امیرحسین،1397،ارزیابی و مقایسه سقف های تیرچه بلوک و سقف های دال مشبک (وافل)،کنفرانس بین المللی عمران، معماری و مدیریت توسعه شهری در ایران،تهران
مظفری نژاد، آرین و مفیدی شمیرانی، سید مجید و فیاض، ریما،1401،بررسی انرژی نهفته در ساختمان مبتنی بر توسعه پایدار در اقلیم شهر تهران،
فصلنامه جغرافیا و برنامه ریزی منطقه ای، دوره دوازدهم، شماره چهل و هفتم،1401، 480-473
نوده فراهانی، رسول و اسلامی، امین و قدسی باغستان، مهرداد،1401،ارزیابی اقتصادی و کیفی دال بتنی با قالب غیر ماندگار یکطرفه وافل در مقایسه با سقف تیرچه بلوک به همراه پلاستوفوم،ششمین کنفرانس بین المللی مطالعات جهانی در مهندسی عمران ، معماری و شهرسازی،تهران
نیری، حیدر علی و ایرانی پرست، مرتضی،1389،سختی و صلبیت سقف های مجوف (وافل) و کاهش بار مرده در مقابل دال های دوطرفه،کنفرانس بین المللی سبک سازی و زلزله،کرمان
این مقاله در دومین کنفرانس بین المللی مهندسی عمران، یافته های نوین و کاربردی به چاپ رسیده است
نویسندگان:
دکتر محمدعلی شکوهی
مهندس مسعود پروین
مهندس بهاره شناسا
