سیستم بتنی قالب تونلی
سیستم بتنی قالب تونلی یکی از روش‌های مورد استفاده برای اجرای ساختمان‌های با سیستم باربر دیوار و سقف بتنی است. نام تونلی به دلیل شکل قالب‌های فلزی هم‌زمان دیوارها و سقف‌هاست. در سیستم تونلی، دیوارها و سقف‌های بتن مسلح به‌صورت هم‌زمان آرماتوربندی، قالب‌بندی و بتن‌ریزی می‌شوند. این روش ضمن بالا بردن سرعت و کیفیت اجرا، عملکرد سازه‌ای و رفتار لرزه‌ای مجموعه سازه را به لحاظ یکپارچگی اعضا و اتصالات آن‌ها به نحو چشمگیری بهبود می‌بخشد.
با افزایش روزافزون جمعیت و به تبع آن افزایش تمایل به شهرنشینی، نیاز به مسکن ضروری تر از همیشه شده‌است. نیاز به تعداد زیاد مسکن و همچنین لزوم افزایش سرعت در اجرا باعث شد که اولین بار بعد از جنگ جهانی دوم روشی با عنوان انبوه‌سازی صنعتی مسکن مورد استفاده قرار گیرد. در سال ۱۹۵۰ فقط ۳۱ درصد جمعیت جهان در شهرهای ک. چک و بزرگ ساکن بودند که این رقم در سال ۱۹۹۵ به ۴۵ درصد رسید. در سال ۲۰۰۰ از هر دو نفر، یک نفر در شهرها سکونت داشت و بیشتر این رشد در شهرهای کوچک و متوسط بود. کلان‌شهرهایی با بیش از ده میلیون نفر جمعیت، هم‌اکنون فقط ۴ درصد جمعیت جهان را در خود جای داده‌اند، لذا با توجه به روند افزایش روزافزون جمعیت و به تبع آن، نیاز روزافزون به مسکن و نیز ناکارایی سیستم‌های سنتی و متداول در تولید انبوه مسکن، رویکرد به روش‌های صنعتی ساختمان ضروری به نظر می‌رسد. اجرای سازه بتنی به روش قالب تونلی، از حدود ۴۰ سال پیش در جهان متداول شده‌است. این روش که نوعی تولید صنعتی ساختمان بتن مسلح محسوب می‌شود، بیشتر انبوه‌سازی و بلند مرتبه سازی استفاده می‌شود. روش قالب تونلی، مانند دیگر روش‌های ساخت صنعتی، از چهار مزیت کاهش زمان، کاهش هزینه، ارتقای کیفیت و افزایش ایمنی کارکنان برخوردار است. این سیستم که یکی از بهترین روش‌های ساخت و ساز صنعتی است، از ابتدا در کشورهایی که با مشکل زلزله روبرو بودند، مورد توجه قرار گرفت. در ایران نیز مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در سال ۱۳۸۷، ساخت سازه به روش قالب تونلی را جز فناوری‌های نوین ساخت و ساز در کشور اعلام نمود.
امروزه به دلیل افزایش جمعیت و تقاضای روزافزون نیاز به مسکن در کشور و به ویژه در نسل جوان؛ گسترش شهرنشینی؛ لزوم برقراری تعادل بین عرضه و تقاضای مسکن؛ کیفیت پایین شیوه‌های سنتی ساخت وساز؛ کاهش منابع انرژی و نیاز به صرفه جویی در مصرف و کاهش اتلاف انرژی ساختمان در راستای اصلاح الگوی مصرف؛ بالا بودن قیمت تمام شده مسکن و عدم امکان خرید توسط قشرها ضعیف و متوسط؛ افزایش سرعت احداث مسکن در بازهٔ زمانی کوتاه در جهت تحقق برنامه‌های میان مدت و بلند مدت دولت؛ افزایش بهره‌وری و جایگزین کردن نیروی کار تحصیل کرده؛ استفاده بهینه از منابع و مصالح؛ و زلزله خیزی کشورمان و به تبع آن، ناکارآیی سیستم‌های سنتی و متداول در تولید انبوه مسکن، نگرش به سمت سیستم‌های صنعتی تولید ساختمان ضروری به نظر می‌رسد.
از آنجا که سیستم بر اساس ایجاد صندوقچه‌های مقاوم بتنی شکل گرفته‌است، میزان مصرف بتن و میلگرد مهم‌ترین عامل در برآورد هزینه اجرای این روش است. اما علاوه بر هزینه مصالح مصرفی، عملیات اجرایی نیز دارای اهمیت و تأثیر بسزایی در هزینه‌های این روش می‌باشد. مهم‌ترین نکته که در این زمینه قابل ذکر است، امکان استفاده مجدد قالب‌ها و قطعات در یک دوره زمانی ۲۴ ساعته است بدین شکل که ۲۴ ساعت پس از بتن ریزی قالب باز شده و تنها پایه‌های اطمینان در زیر سقف باقی می‌ماند و بنابراین هر روز عملیات قالب بندی و آرماتوربندی و بتن ریزی بدون وقفه انجام می‌شود. این خصوصیت در بین اکثر سیستم‌های قالب بندی منحصر به فرد است. این مزیت منجر به کاهش تعداد قالب‌های مورد نیاز در پروژه، بدون افزایش مدت زمان اجرای آن یعنی کاهش هزینه‌ها خواهد شد. نکته دیگر که در زمینهٔ این قالب‌ها قابل ذکر است، سبکی آن‌ها نسبت به قالب‌های متداول است. امروزه با استفاده از قالب‌های تونلی که خود دارای خیز منفی هستند چند ساعت در چرخهٔ عملیات قالب بندی از جهت عدم نیاز به عملیات خیز دادن به قالب سقف صرفه جویی می‌شود. در ضمن در قالب بندی به کمک این سیستم، تعداد پیچ و مهره‌ها بسیار کمتر خواهد بود. این امر هزینه نصب قطعات و نیروی انسانی مورد نیاز آن را به نحوه مؤثری کاهش می‌دهد. به دلیل یکپارچگی سیستم، مشکلات ناشی از ضعف مصالح به کار رفته، مانند ترک‌های بتن پس از گرفتن و سخت شدن، ترک‌های حرارتی یا نشست پی کاهش می‌یابد که خود باعث افزایش کیفیت سیستم می‌گردد. لازم است ذکر شود بتن ریزی سیستم قالب تونلی نیز باید به گونه‌ای صورت گیرد که در محل اتصال دیوار به سقف، درزهای سرد ایجاد نشود؛ بدین ترتیب که پس از اتمام بتن ریزی دیوار، در لایه نهایی آن ویبره مجدد ایجاد شود و یک فرصت کوتاهی داده شود تا بتن دیوار، نشست خود را انجام دهد ولی به گیرش اولیه نرسد، سپس بتن ریزی دال اجرا می‌گردد. در این صورت احتمال ترک خوردگی دال و دیوار و تمرکز تنش به حداقل می‌رسد. ملاحظه می‌شود که در صورت رعایت برخی نکات اجرایی ساده، سازه‌ای با کیفیت حاصل می‌گردد که به دلیل عدم ایجاد اتصال سرد مقاومت بهتری در برابر زلزله دارد. همچنین سازه قالب تونلی در مقابل آتش‌سوزی عملکرد مناسب تری نسبت به سازه‌های فولادی دارد. بدون تردید یکی از مزایای مهم این سیستم، سرعت اجرایی زیاد و قابلیت بالای برنامه‌ریزی در این شیوه از اجرا است. این امر سبب کاهش ریسک مالی عملیات، کوتاه شدن زمان اجرا و بازگشت سریع تر سرمایه خواهد شد. با توجه به پیش ساخته بودن قطعات در این سیستم، میزان نیاز به نیروی انسانی ساده، کاهش می‌یابد. در نتیجه میزان نیاز به نظارت کارگاهی نیز کاهش قابل ملاحظه‌ای خواهد داشت. همچنین می‌توان با به‌کار بردن تعداد بشتر قطعات، سرعت عملیات را حتی به ۲ یا ۳ برابر افزایش داد. در این سیستم می‌توان از هر قالب ۲۰۰ مرتبه در کارگاه استفاده کرد و تنها یکبار هزینه حمل و نقل پرداخت نمود. در صورتی که اگر از سیستم‌های پیش ساخته استفاده شود، هزینه حمل قطعات به ده‌ها برابر افزایش خواهد یافت، در عین حال که در این سیستم اکثر قطعات مورد استفاده حجم و وزن زیادی ندارند.قالبهای تونلی با رعایت نکات نگهداری تا ۵۰۰ و حتی ۱۰۰۰ بار قابل استفاده می‌باشند
در این سیستم، پنج گروه قالب وجود دارد:
در این سیستم دیوارها و سقفهای بتن مسلح به‌طور هم‌زمان آرماتوربندی، قالب بندی و بتن ریزی می‌شوند.
در این روش قالبهای بزرگی به صورت میز، با پایه‌های مستقر روی چرخ یا غلتک کل سقف یک فضا را می‌پوشانند و روی آن‌ها آرماتوربندی سقف انجام و سپس بتن ریزی می‌شود. بعضی از این روش‌ها شباهت زیادی به روش تونلی متعارف دارند و امکان بتن ریزی هم‌زمان دیوار و سقف در آن می‌باشد. در این روش دیوارهای نمای اصلی پس از اجرای دیوارهای سازه‌ای و سقف، با مصالح گوناگونی قابل اجراست.
در این روش پیش دال خرپایی یا ساده یا دال‌های نواری بتنی بر روی لبه‌های دیوارهای جانبی فضاها قرار می‌گیرد. در صورت استفاده از پیش دال، پیش از بتن ریزی، آرماتورهای فوقانی پیش دال جاگذاری می‌شود و اتصال میلگردهای سقف و دیوار نیز در همین مرحله انجام می‌شود. سپس بتن ریزی قسمت فوقانی پیش دال و محل‌های اتصال پیش دال یا دال پیش ساخته با سقف انجام می‌شود. در این روش اجرا، دیوارهای خارجی معمولاً هم‌زمان با سایر دیوارها قالب‌بندی و بتن‌ریزی می‌شوند. دیوارهای نما نیز معمولاً بتنی و با اجرای درجا هستند. این امر باعث می‌شود امکان خروج قطعات قالب از ساختمان با پیچیدگی بیشتری انجام شود. کوچک بودن قطعات هم به همین دلیل است، و امکان خروج قطعات از محل درها و پنجره‌ها را فراهم می‌سازد.در سیستم قاب بتنی پیوسته با توجه به مدولار بودن قالب‌ها، بهترین اندازه‌ها در پلان از نظر معماری، نزدیک‌ترین آن‌ها به ابعاد قالب هاست. طراحی معماری در این روش، به دلیل محدودیت دهانه قالب‌ها باید با ابعاد قالب سازگار و منطبق باشد. آیین‌نامه‌ها و تجربه ساخت نشان میدهد که هماهنگی معماری با الزامات سازه‌ای در این روش منجر به سهولت اجرا و در نتیجه کاهش زمان خواهد شد. در صورت بهره‌گیری از این سیستم، بهتر است برای نما از بتن نمایان، با طرح‌های مختلف استفاده شود. این امر باعث می‌شود هزینه‌های مربوط به نما به حداقل برسد.
در ساختمان‌های حداکثر ۴ طبقه، طراحی پلان‌ها به نحوی باشد که قاب‌ها از یک طرف و عمود بر جهت استقرار ساختمان‌ها خارج شوند و در ساختمان‌های بیش از ۴ طبقه توصیه می‌شود پلان‌ها به گونه‌ای باشند که تعداد دیوارهای برشی در دو جهت عمود برهم تقریباً یکسان باشند. اندازه دهانه تونل‌ها، به منظور کنترل تنش‌ها در سقف و نیز زیاد نشدن ضخامت دال بتنی سقف، بین ۳ تا ۵/۵ متر توصیه می‌شود. عمق تونل‌ها نیز حداکثر ۶ متر توصیه می‌شود.
محل استقرار تجهیزات بهداشتی روی دیوارهای سازه‌ای پیش‌بینی می‌شود. داکت‌های تأسیساتی به صورت متمرکز و قابل دسترس در نظر گرفته شود و سرویس‌ها در اطراف آن‌ها مستقر شوند. به دلیل امکان پیش ساخته شدن پله‌های بتنی، بهتر است از پله‌های دو طرفه رفت و برگشت برای ارتباط عمودی در ساختمان استفاده شود. بهتر است از ایجاد اختلاف سطح در طبقات ساختمان اجتناب شود.
دیوارهای باربر، دارای شکل‌پذیری کمتری نسبت به قاب‌های خمشی هستند. هنگامی که دیوارها هم‌زمان تحت بارگذاری ثقلی زیاد و نیروهای ناشی از زلزله قرار می‌گیرند، خطر فروریختن آن‌ها وجود دارد. در آیین‌نامه‌ها تنش یا مقاومت نهایی در برابر نیروی زلزله ۳۳ درصد افزایش داده می‌شود. یکی از مهم‌ترین مزیت‌های سیستم‌های یکپارچه، پیوسته بودن عملیات بتن ریزی است. این امر باعث عدم شکل‌گیری درز سرد شده و در نتیجه پیوستگی سیستم سازه را افزایش می‌دهد.به جز محدودیت‌های آیین‌نامه‌ای در خصوص سازه‌های با سیستم دیوارهای باربر، محدودیت سازه‌ای دیگری بر این سیستم متصور نیست.
از آنجا که میزان مصرف فولاد در این روش کمتر از مصرف فولاد در سازه‌های بتنی متداول برای ساختمان‌های بلند است و نظر به این که امکان استفاده از جرثقیل سبب سرعت بسیار زیاد این روش در اجرای ساختمان‌های بلند مرتبه می‌باشد، توصیه می‌شود از این روش در ساختمان‌های بلند مرتبه و سازه‌های تکرار شونده استفاده شود. از این روش می‌توان در ساخت مجموعه‌های مسکونی و صنعتی در مقیاس گسترده و انبوه، با روش‌های تولید صنعتی ساختمان به خوبی استفاده کرد.