در شمارهٔ قبل نمونه کارهای اجراشده و در دست اجرای شرکت ام. ک. بتن چاپ شد. در این شماره شرح جزئیات بیشتری دربارهٔ یکی از مهمترین فعالیتهای کنونی شرکت ام. ک. بتن داده میشود. این شرکت از سالها قبل در صدد تجهیز کارخانه برای سیستم مدولار اجرای مسکن، متشکل از قطعات پیشساختهٔ بتنی، بوده است. نخستین اقدام در این زمینه در سال ۱۳۶۷ با اجرای یک واحد ۱۳۰ متری در محل دائمی نمایشگاهها (که هنوز برپاست) و نظرسنجی از بازدیدکنندگان اعم از مردم، ارگانهای دولتی و شرکتهای خصوصی صورت گرفت. پس از آن از آقای دکتر سیدشمسالدین مجابی درخواست شد طراحی و محاسبات سیستم را به عهده گیرند که ایشان با علاقهمندی به این کار پرداختند. همزمان با طراحی، ساخت قالب قطعات و نمونهسازی نیز صورت گرفته و در حال حاضر بیش از ۸۰٪ قالبها و تجهیزات جنبی و تعدادی قطعه به صورت نمونه ساخته شده که در کارخانهٔ شرکت ام. ک. بتن برای بازدید علاقهمندان نصب شده است. امید است شرکت با اتمام کار در آیندهٔ نزدیک با اجرای حدود ۱۰۰۰ مترمربع زیربنا در ماه وارد بازار کار شود. آقای دکتر سیدشمسالدین مجابی در این شماره مقالهای دربارهٔ سیستم پیشساختهٔ مدولار برای آگاهی عموم تهیه کردهاند که میخوانید.
طراحی و اجرای مسکن با قطعات پیشساختهٔ بتنی
سید شمسالدین مجابی
اجرای صنعتی ساختمان و انبوهسازی آن از اهداف اعلامشده و دیرینهٔ مسئولین مملکتی در ایران بوده و هست. نیاز فوری کشور به زیربنای ساختمانی حدود ۳۵ میلیون مترمربع در سال است، در حالی که با روشهای متعارف ساخت و تجهیز مالی امکانات بخش دولتی و بخش خصوصی در سال فقط میتوان حدود ۱۷ میلیون مترمربع احداث کرد. در واقع برآوردن نیازهای کوتاهمدت و درازمدت به ساختمانهای مسکونی، آموزشی، بهداشتی، خدماتی یا صنعتی و دستیابی به کمینهٔ قابل قبول ترازهای کیفیت زندگی، تنها از طریق بهرهگیری از روشهای صنعتی تولید ساختمان — به ویژه پیشسازی و انبوهسازی مسکن — میسر است.
بنا به آمار رسمی و نیمهرسمی، در کشور ما برای ساخت یک مترمربع زیربنای مسکونی ۳۱ تا ۳۴ نفر‑ساعت کار (کار مستقیم نفرات برای تولید ساختمان، بدون محاسبهٔ ساعات کاری مربوط به تولید مصالح و تجهیزات) مصرف میشود، که کمتر از نیمی از آن کار کارگری ساده و باقی کار کارگری فنی است. این در حالی است که در اروپا نفر‑ساعت کار مستقیم بعلاوهٔ کار وابسته برای تولید یک مترمربع زیربنای مسکونی از طریق شیوهٔ تولید صنعتی پیشسازی فقط ۱۳٫۸ ساعت است. مقایسهٔ این دو رقم نمایانگر برتری روشهای تولید صنعتی — به ویژه روش پیشسازی — برای کارفرمای اندیشمند و توانمندی است که سهولت و سرعت اجرای ساخت، زیبایی و دوام ساختمان، ایمنی و به ویژه مقاومت ساختمان در برابر زلزله، و کاهش بهای تمامشدهٔ ساختمان را مدنظر دارد.
طراحی نظام ساختاری مدولار برای اجرای مسکن متشکل از قطعات پیشساختهٔ بتنی، در راستای تحقق هدف اجرای صنعتی ساختمان و انبوهسازی صورت گرفته است. در مطالعاتی که برای تعیین مدول پایهٔ معماری برای طراحی و اجرای مسکن متشکل از قطعات پیشساختهٔ بتنی صورت گرفته، ویژگیهای فرهنگی، اقلیمی و نیازهای امروز مردم — و همچنین مشخصات فیزیکی ایرانیان، کمینهاندازههای امکانپذیر و بیشینهاندازههای قابل قبول برای فضاهای مورد نیاز زیست آنها — در نظر گرفته شده و الگوهای خرد اندازهٔ گوناگون برای فضاهای خواب، حمام، دستشویی، ناهارخوری، نشیمن پرداخته شده که به صورت یک مجموعه یا کاتالوگ در اختیار متقاضی قرار میگیرد. عرضهکنندهٔ مسکن با طرح سؤالاتی و بررسی عوامل بسیار — از جمله فرهنگ مورد پذیرش متقاضی، محدودهٔ سنی بهرهبردار یا بهرهبرداران، بهای مسکن… — متقاضی را به سوی انتخاب بهینه راهنمایی میکند.
الگوهای مطرح در طراحی سیستم مدولار را میتوان به شرح زیر ردهبندی کرد:
- الگوهای ابعادی (خرد اندازه، میان اندازه و کلان در ترازهای متفاوت).
- الگوهای عملکردی (با هدف بهینهسازی کاربرد مسکن).
- الگوهای شکلی (هندسهٔ طرح که تابع بسیاری از عوامل ذهنی و مادی است).
- الگوهای فلسفی (که در آن مباحثی چون اصالت عملکرد، اصالت ساختار و فن، و سلسلهمراتب ترجیحی فضا، زمان و مکان مدنظر قرار گرفته است).
با بهرهگیری عقلایی و صحیح از این الگوها میتوان گونههای بسیاری از نظامهای باز ساختاری را طراحی کرد که در آنها مدولهای معماری ترکیبهای متفاوت مسکن را در گونههای متعدد تولید میکنند. در طراحی نظامهای بازساختاری، کمترین تعداد مدولهای مشابه، با بالاترین امکان ترکیب و دستیابی به بیشترین امکان برای طراحی فضاهای معمارانه، مطرح بوده است. گفتنی آنکه طراحی نظامهای بازساختاری، بدون رفع ابهام از مفهوم «کیفیت» و دست یافتن به بینشی دقیق و تبیینشده از این مفهوم، میسر نگردیده است.
در این نوشتار فرصت آن نیست که دربارهٔ اصول نظری، عملی و اجرایی نظام هماهنگ مدولار به تفصیل بحث بپردازیم؛ در زیر صرفاً توضیحی اجمالی دربارهٔ سیستم مدولاری که طراحی شده داده میشود.
مدول پایه
بر مبنای تحقیقاتی که برای تعیین مدول پایهٔ عددی خرد اندازه m₀ = ۷۵ میلیمتر و مدول پایهٔ معماری برای مسکن ایرانی صورت گرفت، M = ۹۰۰ میلیمتر مناسب تشخیص داده شد. در زمینهٔ مسکن، در جداول ویژهای مضربهای این مدول پایه با اندازههای ارائهشده در کتاب Human Dimensions چاپ ایالات متحدهٔ آمریکا مورد مقایسه قرار گرفت و برتری مدول پایهٔ معماری ۹۰۰ میلیمتر نسبت به مدولهای پایهٔ معماری سادهٔ ۶۰۰ یا ۱۲۰۰ یا ۱۳۵۰ میلیمتر به اثبات رسید. نتیجهٔ این مطالعات در نشریهٔ شمارهٔ ۲۱۵ و ۲۱۶ مرکز تحقیقات مسکن و شهرسازی، تحت عنوان «هماهنگی مدولار در نظام طراحی و اجرای ساختمان» و «اندازهها و معیارها در طراحی و ساخت» آمده است.
در طراحی نظام متشکل از قطعات پیشساخته که در این مقاله ارائه میشود، مدول پایهٔ عددی که به عنوان شبکهٔ مبنایی به کار گرفته میشود m₀ = ۳۰۰ میلیمتر انتخاب شده است. این شبکهٔ پایه در اکثر کشورهای جهان نیز مورد استفاده قرار میگیرد و میتوان آن را مضربی از سه عدد ۲×۳×۵ دانست. مدول پایهٔ معماری یا شبکهٔ مبنایی برای طراحی فضای زیستی M = ۹۰۰ میلیمتر است. تبیین مدولهای معماری بر اساس کاتالوگهای بهینهسازیشدهٔ خرد اندازه، میان اندازه و کلان صورت میگیرد. این مدولهای معماری برای مسکن در تهران یا در نقاط دیگر کشور، برای کاشانههای کوچک تا ویلاهای بزرگ، متفاوت است. تمامی این مدولها مضربی از مدول پایه ۹۰۰ میلیمتر هستند (M = n × m) و پس از بررسی سلسلهمراتب ترجیحی اعداد مدولار در کشورهای اروپایی، ژاپن، اروپای شرقی و سازمان بینالمللی استانداردها انتخاب شدهاند. در این سیستم از سلسلهمراتب ترجیحی اعدادی که مضربهای ۱ و ۲ و ۳ از رشتهٔ اعداد ۱ و ۲ و ۳ و ۵ هستند بهره گرفته شده است، و اعدادی که در هر چهار مضرب مشترک بودهاند گزیده شدهاند. اندازهٔ آنها به میلیمتر عبارت است از: ۱۸۰۰، ۲۷۰۰، ۳۶۰۰، ۵۴۰۰، ۶۳۰۰، ۷۲۰۰ و ۹۰۰۰.
با بهرهگیری از خصیصهٔ جمعپذیری مدولها میتوان به ترکیبات موزون و زیبایی رسید. برای تولید «مسکن حداقل» که مورد نظر وزارت مسکن و شهرسازی است میتوان از مدولهای معماری به ابعاد ۱۸۰۰، ۲۷۰۰ و ۳۶۰۰ میلیمتر، و برای توقفگاه (پارکینگ) ساختمانهای بلندمرتبه در طبقات زیرین از مدولهای معماری ۵۴۰۰ و ۶۳۰۰ میلیمتر بهره گرفت.
در این طرح، علیالاصول، مدول معماری و مدول ساختاری (سازهای) با هم برابر هستند و اندازهٔ «مدول خنثی» که واسط بین دو مدول معماری مجاور است ۳۰۰ میلیمتر است. شبکهٔ مدول خنثی که به صورت دو قائمه از راست به چپ و از بالا به پایین روی صفحهٔ نقشه قرار دارد، جایگاه استقرار اجزای ساختاری ساختمان است. این اجزای ساختاری هرگز در محدودهٔ مدول معماری — که فضاها را شکل میدهند — قرار نمیگیرند.
به منظور کسب انعطاف بیشتر در ترکیبهای معمارانه و همچنین در رسیدن به ضریب انعطافپذیری لازم برای ساختارهای با تعداد طبقات متفاوت، از سه نوع نظام پیشسازی به شرح زیر بهره گرفته شده است:
- الف) بیشترین تعداد قطعات ساختاری روبنا از پانلهای بتنی مجوف یا از بتن سبک و مسطح با نقشها و شکلهای معمارانهٔ ویژه هستند.
- ب) چندین قطعهٔ L‑شکل و T‑شکل که قابلیتهای بسیاری در زمینههای گوناگون مقاومت، ایستایی و نصب و طراحی فضاها برای نظام قطعات تأمین میکنند.
- ج) تعدادی قطعات قاب قوسیشکل با بهرهگیری از معماری متعارف ایرانی که به تراز گوناگونی فضاهای معمارانه میافزایند و امکانات بیشتری را برای ترکیب و تأمین فضاها به مهندس معمار ارائه میکنند.
اجزاء متشکلهٔ نظام ساختاری و معماری
۱. شالودهها مرکب از دو بخش مجزا هستند و عملکرد ساختاری متفاوت دارند. اول: قطعات کفشک که به چهار گونهٔ میانی، کناری، کنج و واسط تقسیم میشوند؛ این قطعات وسیلهٔ انتقال تلاشهای ناشی از زلزله به بتن لاغر به ضخامت مناسب به عنوان بستر کفشک هستند. دوم: قطعات کلاف — اجزایی منشوری شکل که موجب اتصال قطعات کفشک به صورت یکپارچه میشوند و به اشکال چلیپایی، T‑شکل و مستقیمالخط ساخته میشوند.
۲. پانلها یا صفحات ساختاری ساختمانی در چند نوع و به ابعاد مدولار گوناگون طراحی و ساخته میشوند: پانل باربر میانی؛ پانل باربر جانبی (در مجاورت ساختمان دیگر)؛ پانل نمای طبقات؛ پانل نمای تراس (آخرین طبقه)؛ و پانل نمای آخرین سقف برای بامهای شیبدار. این قطعات هر یک ممکن است دارای گشودگیهایی برای نصب در، پنجره یا نورگیر باشند و روی کلافی که در درون کفشک است قرار میگیرند؛ در طبقات نیز بر روی کلافهای افقی از بتن درجاریز که پانلها را به یکدیگر انسجام میبخشد نشانده میشوند.
کلیهٔ مقررات و آییننامههای مربوط به نظامهای مقاوم در برابر تلاشهای ناشی از زلزله در مورد این نظام ساختمانی‑ساختاری در نظر گرفته و اعمال شدهاند. این تلاشها عبارتاند از نیروهای محوری قائم یا افقی، لنگرهای خمشی، و تلاشهای برشی بین پانلها در تراز افقی یا قائم. وسیلهٔ جذب این تلاشها کلافهای افقی و قائم در قطعهٔ پیشساخته است. شرایط مربوط به پیشگیری از گسیختگی زنجیرهای قطعات یا پانلها در آییننامههای امروز جهان و الزامات مربوطه نیز رعایت شدهاند. فولاد مربوط به گسیختگی زنجیرهای، که موجب تأمین اتصال قائم قطعات از شالوده تا سقف میشود، با رشتههای فولادی مجهز به قلاب اجرا میشود. قفلهای برشگیر در سطوح کلافهای درجاریز افقی و قائم وجود دارد و عاملی است برای محدود کردن اندازهٔ گشودگی ترکخوردگیها یا فاصلهٔ بتن دو قطعهٔ مجاور.
یادآور میشود که تمامی قطعات ساختمان با یک سلسله کلافهای فضایی افقی و قائم که پس از نصب قطعات هر طبقه در تراز سقف و بین دو قطعهٔ مجاور فولادگذاری و بتنریزی میشوند، انسجام کامل مییابند. کلیهٔ اتصالات بین قطعات از نوع اتصال تر است و هیچگونه اتصال خشک، پیچی یا جوشی در این نظام وجود ندارد.
قطعات منشوری شکلی به عنوان درپوش — به عرض تقریبی ۲۰۰ میلیمتر و به ارتفاع طبقه — وجود دارد که مدول خنثی را در نما و در درون بنا میپوشاند. البته این امکان وجود دارد که مدول خنثی هرگز روی سطح نما ظاهر نشود؛ در این صورت گوناگونی قطعات به دلیل افزودن عمق گلوگاه کلافهای قائم افزایش خواهد یافت و موجب افزایش هزینهها خواهد شد. قطعات دیگر منشوری شکلی به عنوان آبچکان روی دستانداز بام قرار میگیرد که با صرف هزینه و زمان کمی میتوان تغییرات معمارانهٔ مورد نظر طراح را در آن ایجاد کرد و نمای ساختمان را تغییر داد.
۳. کفها و سقفها از قطعات مسطح مجوف (Hollowcore) بر مبنای مدول معماری پایهٔ ۹۰۰ میلیمتر در جهت طول و عرض تشکیل شدهاند. در جهت طولی — یعنی در جهت دهانهٔ باربر — طولهای مدولار از ۲۷۰۰ میلیمتر تا ۷۲۰۰ میلیمتر به صورت مضربی از مدول پایهٔ معماری (n × m) متغیر است. در جهت عرضی نیز ابعاد مدولار عبارتاند از ۹۰۰، ۱۸۰۰، ۲۷۰۰ و ۳۶۰۰ میلیمتر. ایجاد و تولید قطعات مجهز به نقوش گوناگون در سطح زیرین سقف و تولید قطعات ذوزنقهای نیز مطرح است.
قطعات سقف در راستای باربر مجهز به فولادهای حلقوی بسته بوده و در تراز بالایی دیوارهای هر طبقه توسط یک کلاف درجاریز به فولادهای حلقوی قائم دیوارها متصل میشوند؛ پس از نصب فولادهای طولی، اقدام به بتنریزی میشود. توان برشی کلاف و اندازهٔ فولادها جذب لنگر تکیهگاهی را در تراز قابل توجهی میسر میسازد. اتصالات طولی و عرضی قطعات سقف توسط فولادها (بُرشگیر) به یکدیگر و به دیوارها دارای توان باربری کافی است، به گونهای که میتوان سقف را یک دیافراگم (صفحه) افقی صلب در برابر نیروهای ناشی از زلزله تلقی کرد.
در بدنهٔ قطعات دیوار و سقف محفظهای برای عبور خطوط ارتباطی برق و تلفن در نظر گرفته شده است؛ پوشش این شیارها توسط نوارهای درپوش آلومینیومی، پلاستیکی یا چوبی و گچی امکانپذیر خواهد بود. انتقال مایعات گرم و سرد به صورت روکار به سهولت امکانپذیر و از هر لحاظ مقرون به صرفه است.
گوناگونی و زیبایی قطعات — که به کارفرما یا طراح مجتمع امکان میدهد تا با کسب آگاهی نسبت به امکانات وسیع این سیستم دیدگاههای معمارانهٔ خود را تحقق بخشد — دشواری قالبسازی و تولید قطعات را جبران میکند. لازم به یادآوری است که لازمهٔ بهرهگیری از یک نظام قطعات پیشساختهٔ مدولار، طراحی مجتمع با بهرهگیری از اصول هماهنگی مدولار به عنوان ابزار و اندیشه است. نقشههای نمونهٔ ویلایی که در شمال ایران در مرحلهٔ ساخت است همراه با تصویرهایی از قطعات نظام در این صفحات آمده است.