تیر روکش لایه

تیر (الوار) روکش لایه (Laminated Veneer Lumber = LVL) یک محصول مهندسی شده چوبی است که از لایه‌های متعددی از چوب با ضخامت کم تشکیل شده که در راستای موازی الیاف و با استفاده از چسب بروی هم مونتاژ می­شوند. LVL دارای مزایای بسیار گسترده­ای نسبت به الوارهای متداول چوبی است از جمله تولید در شرایط قابل کنترل در کارخانه، محکم­تر، صاف­تر و همگن­تر. LVL با توجه به ساختارش، کمتر دچار اعوجاج، پیچش، تاب و کمان و تغییر ابعاد می­شود. LVL یکی از محصولات سازه­ای با قابلیت مقایسه با تیرهای لایه­ای (Glued laminated timber = Gluelam) اما با قابلیت تحمل تنش بالاتر است. (1)

تاریخچه

تیرهای لایه­ای مانند LVL، یکی از نوآوری­های نسبتاً جدید است. توسعه LVL نتیجه تحول در فناوری­های جدید و فشار اقتصادی برای استفاده از گونه‌های جدید و درختان کم قطر است که قابلیت استفاده برای ساخت الوارهای چوبی را نداشتند.(2) در حالی که استفاده از تخته­لایه در اوایل قرن بیستم به‌طور زیادی رواج پیدا کرده بود، ابداع LVL به دهه 1980 و بعد از ابداع تخته تراشه معطوف بوده‌است.(3) LVL به عنوان یکی از زیرشاخه­های تیرهای لایه­ای (Gluelam) در مؤسسه تعیین خصوصیات سازه­های چوبی شناخته می­شود. نخستین بررسی­ها در زمینه تیرهای مهندسی شده به جنگ جهانی دوم بر می­گردد. در 1942، تقاضا برای چوب و سازه­های چوبی به شدت افزایش پیدا کرد به گونه­ای که کاهش منابع چوبی به شدت چشمگیر بود.(4) (5) ابداع تیرهای روکش لایه امروزی را گاهی می­توان به Arthur Troutner  مرتبط دانست. در اواسط قرن 19 میلادی از LVL برای ساخت مبلمان و پیانو استفاده می­شد، تا زمانی­که Troutner  نخستین LVL در مقیاس بزرگ برای استفاده در ساخت و ساز را توسعه داد. تولید صنعتی و کاربرد گسترده LVL توسعه داده شده توسط Troutner در نیمه دهه 1980 بسیار مورد توجه قرار گرفت؛ زمانی­که نگرانی­های زیست‌محیطی در مورد کاربرد بی رویه از الوارهای چوبی افزایش یافته بود. (6)(7)

خصوصیات کیفی

تیرهای روکش لایه از لحاظ ظاهری خیلی شبیه به تخته لایه هستند، اگرچه در تخته لایه­ها، لایه به صورت متقاطع قرار می­گیرند،(8) اما در تیرهای روکش شده لایه‌ها به صورت موازی الیاف بروی هم مونتاژ می‌شوند که تقریباً به ساختاری شبیه به چوب دارد  Allen و همکاران (2004)  . تیرهای روکش لایه را معمولاً از لحاظ حد مجاز مدول الاستیسیته و تنش خمشی قابل تحمل در بازار می‌شناسند.(9) مدول‌های الاستیسیته معمول در محدود 12 تا 14 گیگا پاسکال و تنش‌های خمشی در محدود 19 تا 21 مگاپاسکال است. ترکیب چسب و ساختار تیرهای روکش لایه تا د زیادی به سازنده آن بستگی دارد، اما معمولاً یک متر مکعب تیر روکش لایه متشکل از 5/97 درصد چوب، 4/2 درصد چسب فنل فرمالدهید، 02/0 درصد رزورسینول فرمالدهید و 03/0 درصد پرکننده تشکیل شده‌است.(10)(11)

فرایند تولید

LVL معمولاً توسط شرکت‌هایی در آمریکای شمالی تولید می‌شود که تیرهای I شکل را نیز تولید می‌کنند. LVL با اندازه‌های مطابق و سازگار با عمق قالب سازه‌های I شکل برای استفاده به عنوان تیر و سردرهای بزرگ ساخته شده‌است. علاوه بر این, برخی از تولید کنندگان, LVL را به اندازه قوس که در ساخت تیرهای I شکل مورد نیاز است برش زده می‌شوند. تولید کنندگان آمریکای شمالی در سال ۲۰۱۲ بیش از ۱.۲ میلیون متر مکعب (43.4 میلیون فوت مربع) LVL در ۱۸ کارخانه مختلف تولید کردند. میزان تولید در سال ۲۰۱۳ با بیش از ۱۴ درصد رشد افزایش یافت. [12] [13]. قرارگیری کارخانه‌های LVL در کنار خطوط تولید تیرهای I شکل تصادفی نیست، چراکه سازندگان ساختمان معمولاً ترکیبی از تیرهای I شکل با LVL را برای کف و سقف ساختمان استفاده می‌کنند.(14)

کاربردها

سازندگان مسکونی و طراحان ساختمان معمولاً ترکیبی از I - joist و LVL را برای استفاده در سقف و کف ساختمان استفاده می‌کنند. LVL یک ماده ساختمانی بسیار قابل‌اعتماد در نظر گرفته می‌شود که بسیاری از ویژگی‌های مشابه با الوارهای با اندازه بزرگ را فراهم می‌کند. همچنین می‌توان از LVL در ترکیب با Gluelam برای افزایش قدرت و مقاومت تیر در برابر تنش‌های خارجی استفاده کرد.(15) لازم به ذکر است که به دلیل عدم نفوذپذیری چسب مورد استفاده در ساخت LVL در برابر مواد شیمیایی مورد استفاده برای تیمار، کاربرد LVL برای مصارف خارج ساختمان محدود است. یک تراس که با استفاده از LVL تیمار شده تحت فشار ساخته شده بود، به دلیل پوسیدگی داخلی اجزای LVL با قدمت ۱۲ساله در آمریکا فرو ریخت، در حالیکه بازرسی‌های دیداری را گذرانده بودند. فروپاشی سازه‌های ساخته شده با LVL در آمریکای شمالی، ۳۳ % متعلق به ساختمان‌های مسکونی جدید، ۲۵ % متعلق به سازه‌های تعمیر شده، ۸ % ساختمان‌های غیر مسکونی و ۳۴ % متعلق به سازه‌های مبلمانی و غیره گزارش شده‌است [۱۶].

تیرهای سازه‌ای

LVL متعلق به گروه فراورده‌های مهندسی شده چوبی با نام تیرهای سازه‌ای است. سایر اعضای این دسته عبارتند از تیرهای رشته­ای موازی (PSL) و الوارهای رشته ای لایه­ای (LSL). تمام اعضای این گروه از استحکام بالای برخوردنارند و در نتیجه برای برخی کاربردها قابل جایگزینی به جای یکدیگر را دارند.(17)  PSLاز لایه‌های چوبی که تبدیل به رشته‌های بلند شده‌اند که به صورت موازی و در جهت موازی با الیاف بروی هم قرار گرفته و پرس می‌شوند. در LSL به جای روکش از تراشه­های چوبی استفاده می‌شود که قرارگیری آن‌ها در جهت موازی الیاف تقریباً کمتر از PSL است. طول تراشه‌ها نیز در LSL کمتر از PSL است و تقریباً شبیه به یک تخته تراشه با ضخامت بالا می‌باشد . مجموعه لایه‌های PSL و LVL خیلی شبیه هم هستند، فقط در ابعاد با هم تفاوت دارند. مجموعه لایه‌های PSL طول و عرضی تا 60 فوت و 12 اینچ می‌توانند داشته باشند، در حالیکه در LVL طول و عرضی تا 40 و 80 فوت می‌توانند داشته باشند.(18)

تیر رشته های موازی (PSL)

تیر رشته‌های موازی یک نوعی از فراورده‌های مهندسی شده چوبی هستند که از رشته‌های چوب قرارگرفته به صورت موازی در جهت الیاف با چسب ساخته می‌شوند. از آن برای تیرها، ستون، سرستون­ها و ... استفاده می‌شود. رشته چوب‌های مورد استفاده در PSL حداقل دارای یک بعد به اندازه 4/6 میلی‌متر باید باشند و میانگین طول آن‌ها حداقل 300 برابر کوچکترین بعد آنهاست.