ساخت و ساز پایدار ساختمان (قسمت دوم)

2 . انواع پانل دیواری پیش ساخته

دیوارهای خارجی از اجزای مهم ساختمان هستند و در طراحی چنین دیوارهایی عوامل متعددی از جمله استحکام ، دوام، ایمنی ، مقاومت حرارتی ، مدیریت هوا و رطوبت ، عملکرد آکوستیک ، مقاومت در برابر آتش، زیبایی ظاهری و هزینه، علاوه بر پایداری در مدرن، مد نظر است. ساخت و ساز همچنین روش ساخت (یعنی VPC یا NVPC) و ارتفاع (کم‌مرتبه، متوسط و بلند مرتبه) باید در نظر گرفته شود که می‌تواند بر انتخاب، برنامه‌ریزی و طراحی پانل‌های دیواری تأثیر بگذارد. اجزای سازه ای و غیر سازه ای. در این تحقیق، ساختمان های یک تا سه طبقه، چهار تا هشت طبقه و نه تا نوزده طبقه به ترتیب به عنوان ساختمان های کم، متوسط و بلند طبقه بندی می شوند [ 27 ]. در عمل، محصولات متعددی به صورت تجاری در دسترس هستند. با این حال، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است ، پنج نوع از پانل های دیواری پیش ساخته که به طور گسترده به عنوان دیوارهای خارجی در ساختمان های پیش ساخته استفاده می شوند ، یعنی پانل های LTF، LSF، SIP، CLT و PCSP ، در این مطالعه بررسی می شوند.

جدول 1 . انواع پانل دیواری پیش ساخته در این مقاله بررسی شده است.

انواع پانل دیواری	تابع	مزایا	معایب
قاب چوبی سبک (LTF)	باربر در ساختمان های کم ارتفاع و غیر باربر در ساختمان های متوسط تا بلند	سبک وزن، آسان برای ساخت، مقرون به صرفه، منبع تجدید پذیر	حساس به کپک و موریانه، مقاومت کم در برابر آتش، مشکلات دوام با قرار گرفتن در معرض رطوبت، مقاومت کم در برابر انفجار
قاب فولادی سبک سنج (LSF)	باربر در ساختمان های کم ارتفاع تا متوسط و غیر باربر در ساختمان های بلند	ساخت آسان، نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت در برابر قالب و موریانه، مقاومت خوب در برابر آتش، کربن تجسم کم	خوردگی گل میخ های فولادی، اثر پل حرارتی، مقاومت کم در برابر انفجار
پانل عایق سازه (SIP)	باربر در ساختمان های کم ارتفاع و غیر باربر در ساختمان های متوسط تا بلند	نسبت استحکام به وزن بالا، عایق حرارتی بالا، مقرون به صرفه، کربن تجسم کم	مقاومت کم در برابر آتش، مسائل دوام، مقاومت کم در برابر ضربه و انفجار
چوب چند لایه (CLT)	باربر در ساختمان های کم ارتفاع تا متوسط و غیر باربر در ساختمان های بلند	استحکام بالا، عایق حرارتی، منبع تجدید پذیر	مسائل دوام، مقاومت در برابر آتش کم، هزینه بالا
ساندویچ پانل بتنی پیش ساخته (PCSP)	باربر و غیر باربر در ساختمان های کم ارتفاع تا بلند	استحکام بالا، بادوام، مقاوم در برابر آتش، عایق حرارتی بالا، هزینه نگهداری کم، کربن عملیاتی کم	اتصال مرطوب، خوردگی آرماتور فولادی

2.1 . پانل با قاب چوبی سبک (LTF).

قاب‌های چوبی به طور گسترده برای ساختمان‌های مسکونی مورد استفاده قرار می‌گرفتند، و قاب‌های گل میخ چوبی از لحاظ تاریخی در پانل‌های دیواری برای ساخت و ساز پیش ساخته استفاده می‌شدند [ 17 ]، به دلیل سبک وزن و هزینه ساخت پایین [ 28 ]. پانل ها معمولاً از ناودانی های چوبی، و شبکه های چوبی بالا و پایین (یا صفحات) با تخته روکش تخته رشته ای جهت دار (OSB) یا گچ تخته گچی که با استفاده از پیچ و میخ به وجه های خارجی و داخلی متصل شده اند ( شکل 3 (الف)) تشکیل شده است. همانطور که در شکل 3 (الف) ارائه شده است، یک ماده عایق در بین ناودانی های چوبی قرار داده شده است. شکل 3 (ب) ساخت یک ساختمان پیش ساخته پانلی با دیوارهای قاب چوبی (قبل از نصب عایق و تخته روکش) را نشان می دهد. از آنجایی که الوار یک منبع تجدیدپذیر است ، پانل های LTF سازگار با محیط زیست هستند و به دستیابی به هدف خالص صفر تعیین شده توسط شورای جهانی ساختمان سبز (WGBC) کمک می کنند. LTF همچنین کاهش قابل توجهی در کربن تجسم یافته و بار ساختمان در مقایسه با LSF ارائه می دهد [ 29 ]. اگرچه علاقه فزاینده ای به مواد چوبی مورد استفاده برای ساخت و ساز ساختمان وجود دارد، برخی از خواص ساختاری و فیزیکی مواد چوبی محدودیت های خاصی را در کاربرد گسترده آن ایجاد می کند [ 30 ]. همانطور که در شکل 3 (ب) نشان داده شده است، پانل های LTF به طور گسترده در ساختمان های کم ارتفاع استفاده شده اند. با این وجود، کاربرد آنها در ساختمان های چند طبقه به دلیل مقاومت فشاری کمتر عمود بر دانه و همچنین کوتاه شدن کوتاه و بلند مدت [ 31 ] محدود است. ارتفاع ماژول های چوبی روی هم (که در آن دیوارهای LTF به عنوان باربر عمل می کنند) به طور کلی به چهار طبقه محدود می شود [ 17 ]. با این حال، اگر در داخل یک قاب سازه اولیه، یعنی به عنوان یک دیوار غیر باربر نصب شود، می توان آن را در ساخت ساختمان های پیش ساخته متوسط و بلند در نظر گرفت [ 32 ]. پانل های LTF باربر نیز برای مقاومت در برابر برش جانبی درون صفحه طراحی شده اند [ 33 ]. شکل دادن به مواد الوار نسبتا آسان است و ساختار قاب گل میخ انعطاف پذیر است [ 34 ]. با این حال، الوار به دلیل قرار گرفتن در معرض رطوبت [ 32 ] در برابر آتش و تخریب به دلیل کپک و موریانه آسیب پذیر است، که باعث می شود محبوبیت کمتری نسبت به فولاد و بتن داشته باشد [ 17 ]. علاوه بر این، از بررسی تجربی، شکست پانل‌های LTF تحت بارگذاری انفجاری با انفجار غلاف و ترک‌خوردگی ناودانی‌ها شدید بود [ 35]]، که ممکن است آن را برای ساختمان های ضروری یا حیاتی نامطلوب کند. اطلاعات بیشتر در مورد عملکرد انفجار پانل های LTF را می توان در Ref. [ 34 ].

2.2 . پانل با قاب فولادی سبک (LSF).

قاب گل میخ فولادی ( شکل 4 (الف))، که از نظر ساخت شبیه به LTF است به جز جایگزینی ناودانی های چوبی با ناودانی های فولادی، به دلیل سرعت ساخت و مزایای هزینه در برخی موارد، بر چوب ترجیح داده شده است [ 32 ] . همانطور که در شکل 4 (الف) نشان داده شده است، پانل LSF از گل میخ های فولادی شکل سرد (CFS) تشکیل شده است که با استفاده از پیچ به مسیرهای اطراف متصل شده اند، با عایق بین گل میخ های فولادی، و گچ تخته های خارجی و داخلی. شکل 4 (ب) ساخت یک ساختمان را با استفاده از پانل های دیواری پیش ساخته LSF نشان می دهد. در مقایسه با چوب، قاب های فولادی بادوام و مستحکم هستند و مقاومت در برابر آتش بهتری دارند [ 37 ]. علاوه بر این، پانل های LSF نسبت به سیستم های ساختمانی معمولی مانند بتن مسلح و فولاد سازه ای انرژی تجسم یافته کمتری دارند [ 38 ]. ارزیابی کربن تجسم‌شده قاب‌های فولادی سبک و قاب‌بندی چوبی با سیستم‌های روکش‌کاری مختلف نشان داد که LSF با رندر عایق‌شده در مقایسه با روکش‌های آجری و سفالی حدود 60 درصد کربن کمتری دارد [ 39 ]. دیوارهای LSF مزایای زیادی از جمله مقاومت در برابر قالب و موریانه ها، نسبت استحکام به وزن بالا، ساخت آسان و نصب آسان دارند [ 37 ] و به طور گسترده به عنوان دیوارهای باربر در سطوح کم تا متوسط و بدون بار استفاده می شوند. دیوارهای باربر در ساختمان‌های بلند به ترتیب [ 40 ]. علاوه بر این، دیوارهای LSF برای ساخت پیشرفته و اتوماسیون ساخت مناسب‌تر (نسبت به دیوارهای قاب چوبی) هستند ، به عنوان مثال، رول‌سازی هاویک [ 41 ]، رول‌سازی Voestalpine [ 42 ] و غیره. با این وجود، برخی از معایب مانند خوردگی وجود دارد. ناودانی ها و پیچ های فولادی هنگام قرار گرفتن در معرض رطوبت و حرارتی پل زدن به دلیل رسانایی بالای ناودانی های فولادی [ 43 ]، که به یک مانع حرارتی اضافی نیاز دارد [ 44 ]. محققان در تلاش برای غلبه بر این مسائل هستند. به عنوان مثال، یانگ و همکاران. [ 45 ] یک دیوار LSF با گل میخ های شکاف دار برای کاهش پل حرارتی معرفی کرد. لیو و همکاران [ 46 ] یک دیوار LSF قابل جداسازی متشکل از یک قاب عایق برای بهبود عملکرد حرارتی با کاهش اثرات پل حرارتی ناودانی‌های فولادی ایجاد کرد. برای جزئیات بیشتر در مورد پانل LSF، عملکرد حرارتی و استراتژی های آن برای به حداقل رساندن پل حرارتی، خوانندگان ممکن است به Ref. [ 43 ]. علاوه بر این، حفاظت ناکافی در برابر آتش ناودانی های CFS ممکن است منجر به گرم شدن سریع گل میخ ها شود که می تواند استحکام و سفتی آنها را کاهش دهد [ 44 ]. بنابراین، روش های مختلفی مانند دو لایه گچ تخته [ 40 ]، دولایهدیوار ناودانی [ 44 ]، دیوار ناودانی پلکانی [ 44 ]، و ناودانی های توخالی مربع و مستطیل [ 47 ] برای بهبود مقاومت در برابر آتش و افزایش ظرفیت بارگیری پانل های دیواری LSF مورد بررسی قرار گرفتند. پانل های LSF همچنین به دلیل ایجاد ناپایداری های کمانش زودرس در گل میخ ها مقاومت محدودی در برابر انفجار ارائه می دهند [ 48 ]. اگرچه دیوارهای LSF سبک وزن هستند، اما می توانند با روکش، عایق، موانع حرارتی و ضد حریق مورد نیاز سنگین شوند. ضخامت عایق نیز به عمق ناودانی های فولادی محدود می شود و گاهی اوقات به یک دیوار LSF دو لایه نیاز دارد تا نیاز مقاومت حرارتی و آتش سوزی را برآورده کند [ 44 ].

2.3 . پانل عایق سازه (SIP)

پانل های عایق سازه ای (SIP) نوعی ساندویچ پانل پیش ساخته هستند که به طور گسترده در صنعت ساختمان سازی به عنوان قسمت کف، سقف و دیوار ساختمان استفاده می شود. این پانل ها دارای مزایایی نسبت به پانل های دیواری با قاب چوبی و قاب فولادی سبک هستند، به ویژه از نظر عملکرد حرارتی. SIP ها هیچ ناودانی در بین غلاف های خارجی ندارند و مسئله اثرات پل حرارتی را از بین می برند [ 50 ، 51 ]. علاوه بر این، SIP ها از نظر وزن سبک تر هستند و جذابیت آنها را برای ساخت و ساز پیش ساخته افزایش می دهد. همانطور که در شکل 5 (الف) نشان داده شده است – یک SIP معمولی شامل یک هسته فوم عایق است که بین دو پوسته نازک OSB (تخته رشته‌ای جهت دار) قرار گرفته است، با استفاده از چسب/چسب به هم متصل شده و بیشتر در ساخت و سازهای پیش ساخته مسکونی کم ارتفاع استفاده می‌شود. مسکن (معمولا یک تا دو طبقه، همانطور که در شکل 5 (ب) نشان داده شده است) به شکل یک دیوار باربر. به دلیل ظرفیت سازه ای محدود، SIP ها فقط به عنوان دیوارهای غیر باربر برای ساختمان های متوسط و بلند مناسب هستند. SIP ها آزادی بیشتری در ضخامت عایق در مقایسه با قاب فولادی سبک (که ضخامت عایق به عمق گل میخ فولادی مرتبط است) ارائه می دهد. SIP ها برای اتوماسیون از طریق خطوط تولید پانل مانند Gluestream [ 52 ] مناسب هستند. پوست چسبانده شده به هسته فوم، یا فوم تزریق شده بین پوسته ها، امکان ساخت کارآمدتر SIPها را نسبت به قاب های فولادی سبک فراهم می کند، که نیاز به جابجایی بیشتری برای جوش/پیچ کردن/پرچ کردن قاب و روکش دارند. علاوه بر این، مشاهده شد که SIP دارای انتشار کربن کمتری نسبت به LTF و LSF است که راه حل های ساختمانی اقتصادی را در یک مطالعه موردی ارائه می دهند [ 53 ].

به دلیل بهره وری انرژی SIP به دلیل عایق حرارتی و پتانسیل رسیدن به کربن خالص [ 55 ]، ساختمان هایی که با استفاده از SIP ساخته می شوند اغلب ساختمان های سبز نامیده می شوند [ 24 ]. با این حال، ورق های OSB SIP ها تحمل کمی در برابر رطوبت و آتش دارند [ 24 ]. علاوه بر این، امران و همکاران. [ 24 ] به واکنش مشکل ساز نوارهای چسب در OSB و تخریب احتمالی OSB به دلیل مورچه های سفید اشاره کرد. مواد دیگر برای لایه های خارجی SIP در گذشته مورد بررسی قرار گرفته اند (همانطور که در جدول 2 ذکر شده است ) برای غلبه بر مشکلات OSB. Smakosz و Tejchman [ 56 ] از تخته های سیمانی منیزیم به دلیل خواص مکانیکی بهبود یافته و سطح خارجی صاف در مقایسه با OSB استفاده کردند. اما نفوذ آب و فرآیند انجماد-ذوب می‌توانند مسائل مهمی باشند، اگر در طول ساخت به کنترل با کیفیت بالا پایبند نباشند. بردهای اکسید منیزیم (MgO) برای روکش در SIP توسط Manalo [ 57 ] با توجه به مصرف انرژی کم، استحکام بالا و مقاومت در برابر کپک و کپک استفاده شد. علاوه بر این، چندین SIP با استفاده از مواد مختلف، مانند پوست پلیمری تقویت‌شده با الیاف شیشه (GFRP) [ 58 ]، پوست پلیمری تقویت‌شده با الیاف بازالت (BFRP) [ 59 ]، و پوست پلیمری تقویت‌شده با الیاف کتان (FFRP) [ 60 ] توسعه یافته‌اند. (به جدول 2 مراجعه کنید ). با این حال، آن پانل ها دارای محاسن و معایبی هستند و باید قبل از استفاده از آنها برای ساخت و ساز ساختمان به دقت مورد توجه قرار گیرند. به عنوان مثال، پوست GFRP [ 58 ] و پوست FFRP [ 60 ] به مقاومت خمشی بالا، به دلیل استحکام کششی بالای GFRP و FFRP، کمک می کنند. با این حال، سطح در معرض آتش GFRP یا FFRP ممکن است منجر به عملکرد ضعیف شود. همچنین، جداشدگی بین پوست GFRP و فوم پلی اورتان (PUR) و فوم FFRP و پلی ایزوسیانورات (PIR) در تست های خمشی [ 58 ، 60 ] مشاهده شد . به طور مشابه، پوست فولادی عملکرد ساختاری SIP ها را افزایش می دهد، اما رسانایی حرارتی بالای پوسته فلزی می تواند مقاومت حرارتی را در مقایسه با سایر مواد کامپوزیتی کاهش دهد [ 61 ]. عملکرد SIP به‌ویژه در برابر ضربه زباله‌های بادی مورد بررسی قرار گرفته است، که آسیب‌پذیری و رفتار شکست پانل‌های SIP با انواع مختلف پوست، از جمله فولاد [ 62 ، 63 ]، OSB [ 64 ]، تخته فیبر سمنت [ 64] را نشان داد.]، OSB با ورقه ورقه الیاف شیشه [ 65 ] و پارچه الیاف بازالت [ 66 ] تقویت شده است. پانل های SIP با روکش های فولادی و OSB نیز مقاومت ضعیفی در برابر انفجار نشان دادند [ 67 ، 68 ]. اخیراً، یک SIP کامپوزیت با ورق‌های ژئوپلیمر تقویت‌شده با الیاف سازگار با محیط زیست (FRG) توسعه یافته است که استحکام خوبی از خود نشان می‌دهد، اما جدا شدن بین هسته فوم و غلاف‌های خارجی در طول آزمایش‌های فشرده‌سازی مشاهده شد [ 69 ].

جدول 2 . بررسی پانل های عایق سازه ای (SIP).

رفر	انواع پوست	انواع هسته	مزایا	معایب
[ 68 ، 73 ، 74 ]	OSB	EPS/PIR/PUR	در دسترس بودن، پانل اندازه بزرگ [ 24 ]	مستعد حمله موریانه، دوام، نفوذ رطوبت، مقاومت کم در برابر آتش، ظاهر زیبایی [ 75 ]
[ 75 ، 76 ]	ورق های شیشه/پلی پروپیلن	پلی استایرن	کم هزینه، با استحکام بالا، بادوام [ 76 ]	مقاومت در برابر آتش پایین [ 77 ]
[ 56 , 57 , 78 ]	برد MgO	GFR-PUR/EPS	مقاومت در برابر قالب و کپک، سطح خارجی صاف، مقاوم در برابر آتش [ 56 ، 57 ]	نفوذ آب، فرآیند انجماد-ذوب، در دسترس بودن، و اندازه پانل محدود [ 24 ، 56 ].
[ 63 ]	فولاد	EPS	با استحکام بالا، مقاوم در برابر آتش، مقاوم در برابر قالب و کپک، سبک وزن، طول طولانی ممکن است از استوک کویل [ 24 ]	مسئله خوردگی، ظاهر زیبایی
[ 60 ]	ورق FFRP	PIR	استحکام خوب، سبک وزن، مقرون به صرفه [ 79 ]	مقاومت کم در برابر آتش، بسیار آبدوست، مشکل دوام به دلیل رطوبت [ 80 ]
[ 81 ، 82 ]	تخته فیبر سیمانی	EPS/EPS-FC	مقاومت در برابر رطوبت، مقاومت در برابر آتش، مقاومت در برابر کپک و کپک، ظاهر زیبایی [ 81 ]	شکننده، استحکام کششی کم، سختی جابجایی و نصب، محدودیت در اندازه پانل [ 24 ]
[ 59 ]	ورق BFRP	PUR/XPS/RW/PUR + RW/XPS + RW	استحکام بالا، مقاومت در برابر خوردگی، هدایت حرارتی کم [ 83 ]	مقاومت در برابر آتش کم [ 84 ]
[ 85 ]	GFRP/GFRC	EPS	استحکام بالا، بادوام، هدایت حرارتی کم [ 24 ]	مقاومت در برابر آتش کم [ 24 ]
[ 51 ]	تخته سه لا	PUR	قدرت خوب [ 51 ]	در دسترس بودن، جذب رطوبت، مقاومت در برابر آتش کم، حساسیت به حمله موریانه، اندازه پانل محدود [ 24 ]
[ 83 ]	ورق FRG	PUR	بادوام، مقاوم در برابر قالب و موریانه، مقاومت در برابر آتش [ 83 ]	مسائل وابستگی [ 83 ]

توجه: برای مخفف عایق مربوطه به جدول 4 مراجعه کنید.

در استرالیا، استفاده از محصولات پلی استایرن منبسط شده (EPS) (که در SIP ها رایج است) در سیستم عایق خارجی و دیوار نهایی در ساختمان های چند طبقه ممنوع شده است [ 70 ، 71 ]. به همین ترتیب، استفاده از مواد قابل احتراق با درجه بندی کمتر از A2 در ساخت ساختمان های خانگی با ارتفاع بیش از 18 متر در انگلستان ممنوع است [ 26 ]. بنابراین، علاقه فزاینده ای در بین محققان و صنایع برای توسعه بیشتر در SIP برای ساختمان های پیش ساخته، به ویژه برای ساختمان های متوسط و بلند وجود دارد که می تواند نیازهای کلی، از جمله عملکردهای ساختاری، آتش سوزی، حرارتی و صوتی را برآورده کند. در عین حال، باید سازگار با محیط زیست، سبک وزن، بادوام و نصب آسان باشد.

در عمل فعلی، اتصالات بین SIP، مسیرهای حاشیه، کف و سقف با استفاده از میخ و پیچ یا چسب انجام می شود و دستورالعمل های طراحی بر این اساس توسعه یافته است [ 72 ]. اتصال بین پانل ها و سازه اصلی (به عنوان مثال، قاب فولادی) ممکن است برای یکپارچگی سازه دشوارتر و حیاتی باشد. هیچ دستورالعمل خاصی برای چنین اتصالی از سیستم SIP در دسترس نیست و می‌تواند برای ترویج استفاده از SIP به عنوان دیوارهای غیرباربر در ساختمان‌های چند طبقه ارزش تحقیقات بیشتر را داشته باشد.

2.4 . پانل چوبی چند لایه (CLT).

پانل CLT نوع دیگری از پانل های پیش ساخته است که از الوارهای چند لایه تشکیل شده است که در جهت عمود بر هم قرار گرفته اند و با استفاده از چسب ها برای تشکیل یک پانل مستطیلی مستطیل مستطیل، جامد و مستطیل به هم متصل شده اند . پانل های CLT از اوایل دهه 1990 برای ساخت خانه ها استفاده شده اند [ 86 ]. همانطور که در شکل 6 (ب) نشان داده شده است، صفحات CLT به شکل دیوارها و کف به طور فزاینده ای در ساختمان های پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرند. ساخت ساختمان ها با استفاده از محصولات چوبی در مقایسه با فولاد و بتن بسیار سازگار با محیط زیست و انرژی کارآمد در نظر گرفته می شود، زیرا یک منبع تجدید پذیر و مواد کربن خنثی است [ 32 ]. در سال‌های اخیر، ساخت ساختمان‌هایی با استفاده از چوب در سراسر جهان برای مقابله با مسائل زیست‌محیطی ناشی از مصالح ساختمانی مانند بتن و فولاد مورد توجه قرار گرفته است. مطالعه LCA نشان داد که جایگزینی فولاد یا بتن با CLT می تواند ردپای کربن را تا حدود 40 درصد برای یک ساختمان چند طبقه کاهش دهد [ 87 ] و در مقایسه با سازه های بتنی صرفه جویی بیشتری در انرژی ایجاد کند [ 88 ]. پانل های CLT استحکام و مقاومت حرارتی بالایی دارند و برای دیوارهای باربر [ 11 ] در ساختمان های چند طبقه مناسب هستند تا در برابر نیروهای برشی افقی و فشار محوری مقاومت کنند [ 89 ]. با این وجود، پانل های CLT دارای معایب قابل توجهی هستند، از جمله مقاومت کم در برابر آتش و زوال ناشی از رطوبت [ 88 ]، که مانع از استفاده گسترده آنها در ساخت و سازهای بلند و احتمالاً برای ساخت و سازهای پیش ساخته حجمی می شود که در آن آتش سوزی از طریق فضای خالی ماژول ها می تواند خطرناک باشد. پانل های CLT نیز در مقایسه با پانل های LTF، LSF و SIP سنگین تر هستند [ 11 ].

هزینه ساخت و ساز CLT در مقایسه با ساخت بتنی بیشتر است [ 90 ]. با توجه به افزایش علاقه و پیشرفت‌های اخیر در ساخت‌وسازهای چوبی انبوه بلندمرتبه و بلند، آئین‌نامه بین‌المللی ساختمان (IBC 2021) و آیین‌نامه ملی ساختمان کانادا (NBCC 2020) محدودیت ارتفاع ساختمان سازه‌های چوبی را افزایش داده است. به ترتیب به 18 و 12 داستان [ 91 ]. در استرالیا، با توجه به مقاومت در برابر آتش و پایداری سازه، ساخت ساختمان‌های چوبی حفاظت‌شده در برابر آتش به حداکثر ارتفاع 25 متر یا هشت طبقه طبق قانون ملی ساخت و ساز (NCC) استرالیا محدود شده است [ 71 ]. با این حال، توسعه دهندگان ساختمان این انعطاف را دارند که از ارتفاع 25 متری فراتر بروند، مشروط بر اینکه بتوانند تمام الزامات ایمنی ضروری را با ابداع روش های خود برآورده کنند، که ممکن است دلیل عدم تمایل توسعه دهندگان باشد. خوانندگان ممکن است به Ref. [ 92 ] برای اطلاعات دقیق در مورد ساخت، طراحی و ساخت CLT.

2.5 . ساندویچ پانل بتنی پیش ساخته (PCSP)

PCSP ها بیش از 70 سال پیش [ 94 ] برای غلبه بر کاستی های عایق حرارتی پانل های بتنی پیش ساخته جامد توسعه یافتند . اگرچه برخی از محققان به PCSP به عنوان SIP [ 24 ] اشاره می کنند، باید توجه داشت که SIP ممکن است دارای لایه های داخلی و خارجی باشد که از مواد مختلف ساخته شده است، همانطور که در بخش 2.3 توضیح داده شد . در مقابل، PCSP دارای هر دو لایه داخلی و خارجی است که از مواد بتن ساخته شده است که آن را منحصر به فرد و متمایز می کند همانطور که از نامش (ساندویچ پانل بتنی پیش ساخته) پیداست. همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است ، یک لایه عایق بین دو لایه بتنی (همچنین به عنوان چرم بتن شناخته می شود) قرار می گیرد و با استفاده از اتصال دهنده های برشی مکانیکی به یک پانل ساندویچ سه لایه متصل می شود. PCSP به دلیل استحکام بالا، مقاومت در برابر خطرات چندگانه، دوام، پایداری، بهره وری انرژی و ویژگی های زیباشناختی همه کاره، برای نمای ساختمان در ساخت و سازهای پیش ساخته به شکل دیوارهای باربر و غیر باربر ترجیح داده می شود [ 95 ]. همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است . در مقایسه با سایر پانل‌های پیش ساخته، وزن سنگین‌تر PCSP آن را برای امکانات تخصصی مانند آزمایشگاه‌ها و سالن‌های عمل بیمارستانی مناسب می‌سازد، که معیارهای ارتعاش به دلیل جرم بیشتر ساختمان راحت‌تر برآورده می‌شوند [ 17 ]. علاوه بر این، به دلیل جرم حرارتی بالای بتن، اوج بارهای گرمایش و سرمایش برای PCSPها به ترتیب 13 و 30 درصد کمتر از پانل های LSF یا LTF با مقادیر U یکسان است [ 96 ]. مطالعات بر روی ارزیابی چرخه عمر (LCA) نمای ساختمان با استفاده از PCSP ها نشان داد که PCSP می تواند انتشارات عملیاتی را در طول عمر ساختمان در مقایسه با دیوار روکش آجری سنتی [ 97 ] و پانل های بتنی پیش ساخته جامد [ 98 ] کاهش دهد، که با هدف WGBC 2030 نتایج LCA همچنین کاهش قابل‌توجهی در انتشار کربن و تقاضای انرژی در هنگام استفاده از خاکستر بادی در تولید PCSPها نشان داد [ 97 ]. علاوه بر این، سازه‌های بتنی پیش ساخته می‌توانند به کاهش ضایعات ساختمانی و حفظ منابع کمک کنند، زیرا می‌توانند عمر مفید صد ساله یا بیشتر داشته باشند، همچنین می‌توانند مجدداً به عنوان سنگدانه خرد شده برای مخلوط بتن، ساخت روسازی و پس‌انداز در پایان کار استفاده شوند. زندگی [ 97 ]. نمونه های PCSP برای ساختمان های پیش ساخته VPC و NVPC در شکل 9 ارائه شده است .

بسته به عملکرد اتصال دهنده های برشی در ایجاد عمل کامپوزیت بین دو بتن، PCSP ها به دو نوع PCSP های غیر کامپوزیت و PCSP های مرکب طبقه بندی می شوند. شکل 10 تفاوت بین PCSP های غیر مرکب و مرکب را نشان می دهد، در حالی که شکل 11 توزیع کرنش را در PCSP ها با سطوح مختلف عملکرد ترکیبی (یعنی کاملاً کامپوزیت، غیر مرکب و جزئی مرکب) نشان می دهد. درجه بیشتر عملکرد کامپوزیت منجر به کرنش‌های کوچک‌تر می‌شود ( شکل 11 (الف))، که امکان استفاده از مقاطع نازک‌تر را برای بارگذاری معین ( شکل 10 (a))، در مقایسه با بخش‌های ضخیم‌تر غیر مرکب ( شکل 10) فراهم می‌کند. (ب)) با درجه کم (یا ناچیز) عمل کامپوزیتی با کرنش های بزرگ ( شکل 11 (ب)). با این حال، در عمل، اکثر PCSP ها به صورت جزئی مرکب رفتار می کنند (جایی در بین کاملاً مرکب و غیر مرکب، همانطور که در ( شکل 11 (c) نشان داده شده است) به دلیل لغزش اجتناب ناپذیر بین دو بتنی، مگر اینکه هر دو انتهای پانل ها با لبه های بتنی جامد برای جلوگیری از لغزش [ 101 ] طراحی شده اند که مطلوب نیست.

در PCSP غیر مرکب ( شکل 10 (ب))، بتن داخلی ساختاری شبیه به یک پانل بتنی پیش ساخته جامد است و برای تحمل بارهای عمودی و جانبی طراحی شده است ، در حالی که لایه خارجی به عنوان روکش عمل می کند و از پوشش محافظت می کند. لایه عایق همانطور که در شکل 12 نشان داده شده است ، کانکتورهای برشی عمدتاً برای انتقال وزن وایت خارجی به وایت داخلی و همچنین مقاومت در برابر کشش، فشار و نیروهای لرزه ای طراحی شده اند. در PCSP کامپوزیت ( شکل 10 (a))، هر دو نوع داخلی و خارجی برای حمل بارهای ساختاری از طریق عمل مرکب توسعه یافته در بین استفاده از اتصال دهنده های برشی طراحی شده اند [ 102 ]. به همین دلیل است که اتصال دهنده های برشی برای PCSP ها نیز به ترتیب به کانکتورهای برشی غیرکامپوزیت و کامپوزیت برای PCSP های غیر کامپوزیت و کامپوزیت طبقه بندی شدند [ 96 ].

PCSP های کامپوزیت می توانند تا 100% عمل کامپوزیت در خمش [ 105 ]، و تقریباً 80-90% ظرفیت تحمل بار محوری در تراکم در مقایسه با پانل های دیوار جامد [ 106 ، 107 ] به دست آورند. بر این اساس، از شکل 10 جالب توجه است که انواع کامپوزیت 200 میلی متر و غیر مرکب PCSP با ضخامت 300 میلی متر ظرفیت ساختاری تقریباً معادل (محوری و خمشی) در مقایسه با پانل های بتنی پیش ساخته جامد با ضخامت 200 میلی متر دارند [ 103 ]. این نشان می دهد که PCSP کامپوزیت می تواند ظرفیت باربری بالایی را با استفاده از بتن کمتر ارائه دهد و در مقایسه با دیوار بتنی جامد و PCSP غیر مرکب به ترتیب حدود 25% و 40% سبک تر است. از نظر عملکرد حرارتی، مشابه PCSP غیر کامپوزیتی است، در حالی که به دلیل وجود لایه عایق پیوسته، مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به پانل بتنی جامد دارد. علاوه بر این، PCSP های کامپوزیتی به دلیل کاهش استفاده از مواد و کاهش هزینه های حمل و نقل، بلند کردن و جابجایی در مقایسه با PCSP های غیر کامپوزیتی، مزایای اقتصادی دارند [ 103 ]. علیرغم اینکه PCSPهای مرکب مزایای قابل توجهی نسبت به PCSPهای غیر کامپوزیتی ارائه می دهند، کاربرد آنها در مقایسه با PCSPهای غیر کامپوزیت محدود بود [ 95 ]. برخی از دلایل اصلی این امر ممکن است فقدان دانش مناسب در مورد عملکرد ساختاری PCSP های مرکب، فقدان دستورالعمل های طراحی مناسب، طراحی پیچیده و اختصاصی اتصال دهنده های برشی باشد زیرا اکثر اتصال دهنده های برشی کامپوزیت به صورت محرمانه توسعه یافته و آزمایش شده اند. تکیه بر ظرفیت اتصال دهنده های برشی ارائه شده توسط سازنده کانکتورها [ 95 ، 108 ]. دلایل دیگر ممکن است شامل مشکلات بلند کردن، مهاربندی و اتصال به دلیل ترکیبات بتنی نازک PCSP های کامپوزیتی باشد، در حالی که در PCSP های غیر کامپوزیتی تمام اجزای بالابر، مهاربندی و اتصال در یک لایه ضخیم داخلی شبیه به لایه سنتی نصب می شوند. پانل های بتنی پیش ساخته این چالش‌های کنونی از استفاده مناسب از استحکام، مواد و مزایای کم‌هزینه PCSP‌های کامپوزیتی جلوگیری می‌کند.

عمل کامپوزیت بین لایه های بتن و لایه عایق یکی از مسائل چالش برانگیز در استفاده از استحکام کامل PCSP های مرکب است. همانطور که در شکل 13 (الف) و (ب) مشاهده شده است، طراحی ناکافی کانکتورها می تواند منجر به شکست شدید PCSP شود. از سوی دیگر، مواد اتصال دهنده های برشی به طور قابل توجهی بر عملکرد حرارتی PCSP ها از طریق پل های حرارتی تأثیر می گذارد. در نتیجه، تلاش زیادی برای بهبود عملکرد ترکیبی و عملکرد حرارتی با استفاده از انواع اتصال دهنده های برشی انجام شده است. علاوه بر این، محققان استفاده از انواع مختلف بتن را برای بهبود مقاومت و کاهش ضخامت و وزن پانل ها مورد بررسی قرار داده اند. جدول 3 پیشرفت های PCSP ها (هر دو نوع مرکب و غیر مرکب)، با در نظر گرفتن مواد مورد استفاده برای لایه های بتنی، عایق، و اتصال دهنده های برشی و آزمایش های انجام شده (بر اساس مراجع بررسی شده در این مطالعه) را خلاصه می کند.

جدول 3 . خلاصه ای از مواد و آزمایشات در تحقیقات PCSP.

رفر.	نوع بتن	نوع تقویت کننده	نوع عایق	اتصالات برشی	آزمایشات انجام شده	t _ext (mm)	t _int (mm)	تی _اینچ (میلی متر)	نوع پنل
[ 113 ]	RAC	فولاد	EPS	میله های BFRP	برش مضاعف / خمش چهار نقطه	60	60	170-270	CP
[ 121 ]	NC	فولاد	XPS	میله های BFRP	برش دوبل	60	60	100	–
[ 122 ]	NC	فولاد	XPS	گره های برشی خرپایی/ستاره ای شکل/نشکن Vierendeel ساخته شده از GFRP	برش تکی/برشی دوبل	75	75	50-100	–
[ 123 ]	NC	فولاد	XPS	فولاد / GFRP / پلیمر	برش دوبل	51	51	152	–
[ 124 ]	NC	فولاد	XPS	کانکتورهای سری NC Thermomass	برش دوبل	60	90	30	–
[ 125 ]	NC	فولاد	EPS	صفحات فولادی تخت	برش دوبل	60	60	30-120	–
[ 126 ]	SCC	–	EPS	شبکه CFRP	برش دوبل	50	50	50-150	–
[ 127 ]	NC	فولاد	XPS/EPS	GFRP راه راه	برش دوبل	60-80	60-80	100	–
[ 128 ]	NC	فولاد	EPS	ورق فولادی تخت	برش تکی	70	120	240	–
[ 129 , 130 ]	NC	فولاد	EPS/XPS/PIR	کراوات Nu، کانکتورهای Thermomass CC و X-series، اتصالات HK Ca	برش مضاعف / خمش شش نقطه	76-100	76-100	76-100	CP
[ 131 , 132 ]	NC	فولاد	XPS	کامپوزیت فولاد W شکل-GFRP	برش منفرد/خمش چهار نقطه	55	55	50-80	CP
[ 104 ]	NC	فولاد	_	GFRP C شکل	برش دوبل	60	75	60-300	–
[ 133 ]	NC	فولاد	XPS	صفحه تخت GFRP، صفحه راه راه، لوله شش ضلعی	برش دوبل	75	75	50	–
[ 134 ]	NC	فولاد	_	GFRP I شکل	برش دوبل	60	75	60-300	–
[ 135 ]	NC	فولاد	EPS	قفس های هیبریدی GFRP/فولادی	خمش چهار نقطه	64	64	76	CP
[ 136 ]	NC	پیش تنیدگی رشته های فولادی	EPS	خرپا فولادی	تست خمشی تحت فشار یکنواخت / خمش سه نقطه ای سیکلی / برش مضاعف	76	76	50.8	CP
[ 137 ]	LWC فوم دار	فولاد	فوم هیدراته معدنی	میله های فولادی رزوه دار	خمش چهار نقطه	100	100	150	CP
[ 138 ]	NC با میکروسفرهای منجمد شده	فولاد	پلی استایرن گرافیت	میله کامپوزیت فولادی دمبلی شکل-FRP	خمش چهار نقطه	60	120	130	NCP
[ 114 ]	TRC	–	اف سی	صفحه و پین GFRP	خمش چهار نقطه ای شبه استاتیکی و چرخه ای	30	50	150	NCP
[ 139 ، 140 ]	NC	فولاد	تخته شیاردار EPS + پلی استایرن	صفحات فولادی Z شکل	برش مضاعف / خمش چهار نقطه	76	76	76	CP
[ 141 ]	NC	فولاد	EPS/XPS	شبکه برشی GFRP	خمش چهار نقطه ای یکنواخت و چرخه ای	60	100	60	CP
[ 142 ]	NC	فولاد	EPS	صفحات سگمنتال GFRP	خم شدن سه نقطه	25-76	76	102	CP
[ 143 ]	NC	فولاد	XPS	GFRP C شکل، خرپا فولادی	خمش چهار نقطه	76	76	127	CP
[ 144 ]	CC	فولاد	PUR	ورق فولادی تخت + نوع پین	خمش چهار نقطه	60	120-150	70-100	NCP
[ 145 ]	NC	فولاد	EPS	خرپا فولادی	آزمایش خمش بار توزیع شده یکنواخت	25	25	100	CP
[ 146 ]	NC	فولاد	XPS/EPS	سیستم اتصال برشی شکل پذیر	تست خمشی تحت فشار یکنواخت	76.2	76.2	50.8	CP
[ 101 ]	NC	پیش تنیدگی رشته های فولادی	XPS	فولاد M-tie و بتن	تست خمشی تحت فشار یکنواخت	76	76	51	CP/NCP
[ 116 ]	UHPC	فولاد	XPS	گل میخ های بتنی	خمش چهار نقطه	20-30	20-30	90-110	CP
[ 147 ]	NC	فولاد	XPS	گریتینگ GFRP	برش مضاعف / خمش چهار نقطه	50-75	50-75	50-250	CP
[ 148 ]	NC	فولاد	XPS	کانکتورهای سری NC Thermomass	کشش مستقیم / برش مضاعف / خمش چهار نقطه	60	60-100	50	NCP
[ 149 ]	NC	فولاد	EPS/XPS	شبکه های برشی GFRP	خمش چهار نقطه (منفی و مثبت)	60	60	100	CP
[ 150 ]	HPFRC	–	VIP + فوم فنولیک	شبکه CFRP	خم شدن سه نقطه	25-40	40	90	CP
[ 107 ]	NC	فولاد	EPS	کانکتورهای برشی خرپا مانند Vierendeel ساخته شده از GFRP	خمش چهار نقطه ای / فشرده سازی غیر عادی	65	65	50	CP
[ 151 ]	SCC	فولاد	لاستیک خرده لاستیک بازیافتی	میله های کراوات فولادی	فشرده سازی متحدالمرکز	40	40	20	CP
[ 152 ]	SC	فولاد	پلی استایرن راه راه	مفتول فولادی	فشرده سازی متحدالمرکز، خارج از مرکز، و مورب / برش مضاعف	35	35	80-160	CP
[ 106 ]	NC	فولاد	EPS/XPS	خرپا GFRP	فشرده سازی غیرعادی/خمش چهار نقطه ای	50-80	50-80	50-80	CP
[ 153 ]	SCC	فولاد	EPS	خرپا فولادی	فشرده سازی متحدالمرکز	25	25	50-100	CP
[ 154 ]	NC	فولاد	EPS	میله های کراوات فولادی	فشرده سازی متحدالمرکز	50	50	85	CP
[ 112 ]	اف سی	فولاد	EPS	خرپا فولادی	فشرده سازی متحدالمرکز	50	50	25	CP
[ 119 , 155 ]	NC	BRFP	EPS	میله های BFRP	ترکیبی خمش محوری/برشی دوبل	60	60	150	CP
[ 156 ]	UHPC	شبکه GFRP	XPS	میله های GFRP	خمش محوری ترکیبی	25	25	152	CP
[ 157 ]	SC	فولاد	EPS	میله های کراوات فولادی	چرخه ای در صفحه جانبی	35	35	80-130	CP
[ 158 ]	CC	فولاد	تخته پلی استایرن	میله های کراوات فولادی	در صفحه جانبی	75	75	50	CP
[ 159 ]	NC	فولاد	XPS	رکاب فولادی	چرخه ای در صفحه جانبی	50	50	100	CP
[ 105 , 110 , 111 , 120 ]	GC	فولاد/BFRP	XPS/Rockwool	لوله های شش ضلعی GFRP / سری CC Thermomass	خمش چهار نقطه / فشرده سازی متمرکز و خارج از مرکز / آتش	75-100	75-100	50-100	CP
[ 160 ]	NC	فولاد	پشم معدنی	میله های GFRP	آتش	70	140	60-200	NCP
[ 161 ]	NC	فولاد	EPS	پایه های فولادی	آتش	50	50	50	CP
[ 162 ]	NC	رشته های پیش تنیدگی/فولاد	EPS/XPS/PIR	Thermomass CC و NC سری/C-C-grid/C-Clip فولادی	انفجار	76.2	76.2-152	50.8	CP/NCP
[ 163 ]	SC	فولاد	EPS	میله های کراوات فولادی	انفجار	50.8	50.8	50.8-101.6	CP
[ 164 , 165 ]	LWC	فولاد	XPS	میله های GFRP/میله های فولادی هیبریدی-GFRP	ضربه برشی مضاعف / افت وزن	55-75	55-75	90	CP

نکته: t _ext، t _int و t _بهترتیب به ضخامت بتن خارجی wythe، داخلی بتن wythe و لایه عایق اشاره دارد. بتن معمولی NC، بتن سنگدانه بازیافت شده با RAC، بتن SCC خود تحکیم/تراکم، بتن سبک LWC، بتن مسلح با نساجی TRC، بتن مسلح با الیاف با کارایی بالا HPFRC ، بتن پاششی SC، بتن فوم FC، UHPC – بتن با عملکرد فوق العاده بالا، بتن CC – سرامیت، بتن GC-ژئوپلیمر. پانل CP-کامپوزیت، پانل NCP-غیر ترکیبی. برای مخفف عایق مربوطه به جدول 4 مراجعه کنید.

جدول 4 . انواع عایق ها با مخفف مربوط به آنها.

کلمات اختصاری	انواع عایق
EPS	پلی استایرن منبسط شده
XPS	پلی استایرن اکسترود شده
PIR	پلی ایزوسیانورات
PUR	پلی اورتان
GFR-PUR	پلی اورتان تقویت شده با الیاف شیشه
EPS-FC	بتن فوم دار بر پایه پلی استایرن منبسط شده
RW	پشم سنگ
اف سی	فوم بتن
VIP	پانل عایق خلاء

2.5.1 . مواد بتن در PCSP

مواد بتنی جزء حیاتی PCSPها برای مقاومت در برابر بارها هستند و می توانند باربر یا غیر باربر باشند. در اینجا، باربر به وزنه ها و/یا پانل هایی اطلاق می شود که تحت بارهای عمودی از طبقات فوقانی قرار می گیرند ( شکل 8 (الف) و (ب))، در حالی که باربر غیر باربر به وزنه و/یا پانل اشاره دارد که هیچ بار عمودی دیگری غیر از وزن خود را تحمل نمی کند ( شکل 8 (c)). هر دو نوع باربر و غیر باربر و/یا پانل ها ممکن است تحت بارهای افقی درون صفحه و خارج از صفحه قرار گیرند، از جمله باد و لرزه، همانطور که در شکل 12 ارائه شده است . ضخامت بتن با توجه به بار اعمال شده، عمق لنگر اتصالات برشی، پوشش به آرماتور و مقاومت در برابر آتش متفاوت است، که می تواند با ضخامت کمتر از 25 میلی متر تا بیش از 150 میلی متر، همانطور که در جدول نشان داده شده است، طراحی شود. 3 . برای پانل های باربر، ضخامت بتن معمولاً 50-75 میلی متر است، همانطور که در جدول 3 برای PCSP های مرکب ارزیابی شده برای عملکرد فشار محوری مشاهده شده است. لایه‌های بتنی خارجی را می‌توان برای بهینه‌سازی بازده انرژی ساختمان با ادغام فناوری جدید خورشیدی مورد استفاده قرار داد [ 109 ].

PCSPهای سنتی معمولاً از بتن معمولی و آرماتورهای فولادی تشکیل شده بودند [ 96 ]. با این حال، با پیشرفت فناوری بتن و تقاضای پایداری بالاتر، چندین نوع بتن سبز، از جمله بتن ژئوپلیمری [ 110 ، 111 ]، بتن فوم دار [ 112 ]، بتن سنگدانه بازیافتی [ 113 ]، و بتن مسلح نساجی [ 114 ] مورد استفاده قرار گرفت. برای تولید PCSP های سازگار با محیط زیست کاوش شده است (به جدول 3 مراجعه کنید ). علاوه بر این، بتن با مقاومت بالا (تا 80 مگاپاسکال) [ 115 ] و بتن فوق العاده با کارایی بالا (UHPC) [ 116 ] برای افزایش مقاومت و کاهش ضخامت و وزن پانل ها استفاده شد. از سوی دیگر، خوردگی فولاد به عنوان یک مشکل در کاهش دوام و هزینه نگهداری روکش های بتنی پیش ساخته مشاهده شد [ 117 ، 118 ]. میلگردهای پلیمری تقویت شده با الیاف (FRP) ممکن است راه حل مناسبی برای مقابله با مسئله خوردگی میلگردهای فولادی ارائه دهند ، که به طور گسترده در مقالات برای اجزای ساختاری بتن مسلح (RC) مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجایی که PCSP ها به طور گسترده به عنوان دیوارهای خارجی در ساختمان های پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرند، در سال های اخیر تلاش هایی توسط محققان [ 105 ، 110 ، 111 ، 119 ، 120 ] برای جایگزینی میلگردهای فولادی با آرماتورهای بازالتی FRP (BFRP) در بتن با PCSP انجام شده است. که کاربرد بالقوه میلگردهای FRP را در PCSP ها آشکار کرد. با این حال، مطالعات محدود به رفتارهای استاتیک پانل بررسی پارامترهای محدود بود. تحقیقات بیشتر در مورد رفتارهای استاتیک و دینامیکی PCSPها با مواد بتن مسلح BFRP در توسعه راهنمای طراحی و ترویج کاربرد گسترده چنین PCSPها ضروری است.

2.5.2 . اتصالات برشی در PCSP

همانطور که قبلا ذکر شد، اتصالات برشی یکی دیگر از اجزای حیاتی در حفظ عملکرد حرارتی و ساختاری مورد نظر PCSP ها هستند. اتصال دهنده های برشی به دو نوع اصلی تقسیم می شوند: اتصال دهنده های برشی غیر مرکب و کامپوزیت. عملکرد اتصال دهنده های برشی غیر کامپوزیتی مقاومت در برابر نیروهای کششی و فشاری ناشی از فشار و مکش جانبی باد خارج از صفحه، فشار لرزه ای و تشکیل مکش در هنگام بلند کردن پانل ها و همچنین مقاومت در برابر برش و خم شدن از صفحه است. وزن غیر سازه ای خارجی همراه با اقدامات لرزه ای عمودی و درون صفحه ( شکل 12 ). عملکرد اتصال دهنده های برشی مرکب این است که هر دو بتن داخلی و خارجی را در کنار هم نگه می دارند تا با ایجاد عمل کامپوزیت در برابر هر گونه بارگذاری عمودی و جانبی مقاومت کنند. لازم به ذکر است که شکست اتصال دهنده های برشی غیر مرکب در PCSP های غیر مرکب ممکن است منجر به جدا شدن ذرات بتن بدون آسیب رساندن به عملکرد سازه ای ساختمان شود، همانطور که در شکل 13 (الف) مشاهده می شود. با این حال، چنین خرابی هایی همچنان می تواند برای ایمنی افراد اطراف ساختمان ها (به ویژه در ساختمان های چند طبقه) خطرناک باشد. از سوی دیگر، خرابی اتصال دهنده های برشی مرکب در PCSP های کامپوزیتی ممکن است مستقیماً بر ظرفیت باربری محوری پانل ها تأثیر بگذارد که ممکن است منجر به فروریختن ساختمان شود.

با درک اهمیت اتصال دهنده های برشی کامپوزیت در حفظ عملکرد کامپوزیت و مزایای متعدد PCSP های کامپوزیت، بسیاری از کانکتورهای برشی کامپوزیت تجاری توسعه یافته و در نقاط مختلف جهان مورد استفاده قرار می گیرند. اتصال دهنده های برشی را می توان از بتن، فولاد و مواد FRP، همانطور که در شکل 14 ، شکل 15 و شکل 16 نشان داده شده است، ساخت . در ابتدا، بتن [ 101 ]، میلگردهای فولادی/خرپا [ 112 ، 152 ]، و سایر اتصالات فلزی [ 26 ، 96 ، 139 ] برای اتصال وایت های داخلی و خارجی استفاده شد. با این حال، مشخص شد که استفاده از بتن و فولاد برای اتصال دو بتن می تواند منجر به پل حرارتی شود و مقاومت حرارتی پانل را تقریباً 41 درصد کاهش دهد (با 0.1 درصد سطح مقطع اتصال دهنده های فولادی ضد زنگ به سطح سطح پانل. مساحت) و 37 درصد (با 1.0 درصد سطح مقطع شبکه های بتنی به سطح سطح پانل)، به ترتیب [ 96 ]. بنابراین، چندین اتصال دهنده FRP معرفی شدند که به دلیل رسانایی حرارتی پایین (تقریباً 1.7٪ فولاد ضد زنگ و 14٪ بتن) مشخصات [ 24 ]، همانطور که در شکل 16 نشان داده شده است .

مواد FRP دارای استحکام کششی بالا و ظرفیت برشی ضعیف هستند [ 131 ، 132 ]، که ممکن است منجر به سطحی از عدم تمایل در استفاده از اتصال دهنده های برشی FRP شود به این معنا که ممکن است ایمنی سازه را به خطر بیندازد. مقاومت برشی موثر اتصال دهنده های FRP را می توان با اتخاذ یک مکان شیبدار، درگیر کردن مقاومت کششی بالای FRP از طریق مکانیزم خرپایی به طور قابل توجهی بهبود بخشید [ 121 ، 155 ]. برای توضیح دقیق مکانیسم خرپایی اتصالات برشی FRP می توان به رفر [ 155 ] اشاره کرد. مکانیزم مشابهی در طراحی اکثر اتصالات برشی مرکب تجاری موجود در شکل 16 (d-j) اتخاذ شده است. با این وجود، چندین اتصال دهنده محدودیت ها و رویه های طراحی اختصاصی خود را دارند. به عنوان مثال، PCSP ها با اتصال دهنده های IconX در شکل 16 (f) عملکرد ترکیبی خوبی را در خمش و فشرده سازی نشان دادند [ 107 ]، اما این نوع کانکتورها فقط در PCSP با حداکثر ضخامت عایق 100 میلی متر [ 168 ] قابل استفاده هستند. به همین ترتیب، اتصالات خرپایی فولادی عملکرد کامپوزیت بالایی را توسعه می دهند [ 136 ]، اما برای پانل هایی با ضخامت عایق بیشتر از 100 میلی متر مناسب هستند [ 95 ]. علاوه بر این، اتصال دهنده های برشی پیوسته مانند خرپا فولادی و شبکه های CFRP شکاف هایی را بین عایق ایجاد می کنند که باید با استفاده از فوم اسپری با خواص حرارتی مشابه با لایه عایق پر شود. این اغلب در طول ساخت به یک چالش تبدیل می‌شود، زیرا بتن در حفره‌های فوم جریان می‌یابد که منجر به ایجاد پل‌های حرارتی بین wythes می‌شود [ 96 ، 136 ، 150 ]. محدودیت دیگر جهت اتصال دهنده های برشی است. اکثر اتصال دهنده های برشی موجود، اتصال دهنده های برشی یک طرفه هستند و در جهت طولی یا درون صفحه به طور موثر در برابر برش مقاومت می کنند، در حالی که در جهت عرضی یا خارج از صفحه ( شکل 18 )، این رابط ها ممکن است مقاومت برشی ضعیفی از خود نشان دهند. [ 125 ، 168 ]. این امر مستلزم کنترل دقیق ساخت در تراز اتصال دهنده های برشی یک طرفه است. از سوی دیگر، اتصال دهنده های برشی دو طرفه مانند آستین های فولادی استوانه ای در شکل 15 (الف) ساخت انعطاف پذیر و مقاومت برشی یکنواخت را در همه جهات ارائه می دهند. با این حال، کاربرد آنها در PCSP های کامپوزیت بررسی نشده است، که ممکن است به دلیل افزایش پل حرارتی با استفاده از تعداد زیادی آستین فولادی باشد. جدا از محدودیت های ذکر شده در بالا، مهندسان طراح باید به اطلاعات طراحی و ظرفیت برشی اتصالات تجاری ارائه شده توسط سازنده اعتماد کنند [ 95 ،122 ]، زیرا هیچ دستورالعمل مناسبی در مورد انتخاب و پیش‌بینی قدرت آن کانکتورها وجود ندارد. در دسترس بودن و هزینه اتصال دهنده های برشی تجاری نیز عامل تعیین کننده ای در انتخاب کانکتورها است.

با این وجود، محققان بسیاری از انواع اتصال دهنده های برشی FRP را برای بهبود عملکرد کامپوزیت، کاهش پل های حرارتی و آسان تر ساختن توسعه داده اند. اخیرا، هوانگ و همکاران. [ 133 ] اتصالات برشی لوله شش ضلعی GFRP دو طرفه (همانطور که در شکل 16 (k) نشان داده شده است) همراه با یک سیستم لنگر، که مقاومت برشی به طور قابل توجهی بالاتری را نشان داد (تقریباً یکنواخت در هر دو جهت داخل صفحه و خارج از صفحه ). ) سفتی و عملکرد ترکیبی نسبت به کانکتورهای تجاری Thermomass سری CC ( شکل 16 (h)) [ 105 ]. با این حال، به دلیل دیواره نازک لوله های شش ضلعی، تعداد زیادی اتصال دهنده در نمونه های تست خمشی برای دستیابی به درجه بالایی از عملکرد ترکیبی مورد نیاز بود، که ممکن است در کاربردهای عملی برای لایه عایق مشکل ایجاد کند. در حالی که افزایش ضخامت لوله شش ضلعی بدون شک باعث افزایش استحکام برشی و سختی می شود، اما در این مرحله نمی توان گفت که آیا این یک مقطع بهینه (در مقایسه با مقاطع لوله دایره ای یا مربعی) خواهد بود. علاوه بر این، عملکرد برشی لوله‌های شش ضلعی تنها با در نظر گرفتن عایق با ضخامت 50 میلی‌متر مورد بررسی قرار گرفت و ممکن است مقاومت برشی کمتری را با لایه عایق ضخیم‌تر (یعنی 100 میلی‌متر تا 300 میلی‌متر، که برای برآورده کردن الزامات عملکرد حرارتی در مورد غیر معمول نیست، ایجاد کند. آب و هوای سخت). اخیراً، پان و همکاران. [ 104 ] و او و همکاران. [ 134 ] به ترتیب اتصالات برشی I شکل ( شکل 16 (l)) و C شکل ( شکل 16 (m)) GFRP را برای PCSP های نوع غیر کامپوزیتی با لایه عایق ضخیم تر تا 300 میلی متر پیشنهاد کرد. از نظر استحکام برشی و سختی، کانکتورهای I شکل بهتر از اتصال دهنده های لوله شش ضلعی عمل کردند. به طور کلی، تحقیقات موجود در مورد توسعه اتصالات برشی FRP دو طرفه و PCSP های مرکب محدود است و کمبود دانش در مورد عملکرد ساختاری کلی PCSP ها تحت بارگذاری استاتیکی و دینامیکی ممکن است از کاربرد گسترده آنها در صنعت ساخت و ساز جلوگیری کند. اخیراً، گام قابل توجهی توسط انجمن بتن Tilt-Up برای ترویج کاربرد گسترده PCSP های کامپوزیت با بررسی عملکرد ساختاری آنها تحت بارهای خمشی محوری خمشی و ترکیبی و روش های طراحی پیشنهادی برای PCSP های مرکب با استفاده از انواع اتصال دهنده های برشی اختصاصی، انجام شد. که ممکن است در آینده در قالب کد ساختمان با گنجاندن روش ها و نمونه های طراحی دقیق تر مورد استفاده قرار گیرد [ 169 ] ].

همچنین در سال‌های اخیر علاقه فزاینده‌ای نسبت به توسعه اتصالات برشی کامپوزیت FRP-فولاد برای PCSP وجود دارد، زیرا این اتصالات ترکیبی FRP-فولاد مزایای مقاومت برشی بالای فولاد و هدایت حرارتی پایین FRP را با هم ترکیب می‌کنند. جیانگ و همکاران [ 131 ، 132 ] عملکرد برشی اتصالات برشی فولادی-GFRP (SGFRP) W شکل (در شکل 17 (الف) ) و رفتار خمشی PCSPهای کامپوزیت با استفاده از اتصالات SGFRP W شکل را مورد مطالعه قرار دادند . نتایج حاصل از آزمایش های برشی مقاومت برشی بالاتری از اتصال دهنده های SGFRP در مقایسه با تنها GFRP یا فولاد نشان داد [ 131 ]. با این حال، آزمایش‌های خمشی روی پانل‌ها، جدا شدن باندهای بتن را به دلیل عدم وجود لنگر مناسب نشان داد [ 132 ]. وانگ و همکاران [ 138 ] اتصالات برشی کامپوزیت فولادی با روکش FRP را توسعه داد، همانطور که در شکل 17 (c) نشان داده شده است، و مقاومت خمشی PCSPهای نوع غیرکامپوزیتی با ضخامت لایه عایق بزرگ 130 میلی متر را بررسی کرد. به طور مشابه، یانگ و همکاران. [ 164 ] از اتصال دهنده های ترکیبی GFRP-فولاد ( شکل 17 (ب)) برای بررسی مقاومت ضربه ای PCSP های مرکب که پیوند عالی بین دانه های بتن را نشان می دهند، استفاده کرد. با این حال، ساخت PCSP با اتصالات ترکیبی GFRP-فولاد در Ref. [ 164 ] ممکن است زمان بر باشد زیرا هر دو انتهای تعداد زیادی اتصال دهنده باید به لایه های تقویت کننده بتن جوش داده شوند. از این رو، کارهای تحقیقاتی آینده با تمرکز بر توسعه اتصالات برشی دو طرفه مقرون به صرفه و قوی ساخته شده از FRP یا مواد هیبریدی فولاد-FRP برای PCSP های کامپوزیتی می تواند سودمند باشد.

2.5.3 . لایه عایق در PCSP

از آنجایی که هدف از توسعه PCSP پرداختن به کاستی های پانل های بتنی پیش ساخته جامد در جهت عایق حرارتی بهتر، وزن سبک و بهره وری انرژی ساختمان ها بود [ 170 ، 171 ]، محققان از مواد عایق مختلف به عنوان هسته PCSP ها برای دستیابی به بالا استفاده کرده اند. عملکرد عایق حرارتی اگرچه وظیفه اصلی لایه فوم عایق، ایجاد مقاومت حرارتی است، اما سطح معینی از مقاومت برشی را بین لایه بتن و عایق ارائه می دهد [ 155 ]. با این حال، شکست چنین اتصال برشی غیر قابل پیش بینی است و در طراحی PCSP ها در نظر گرفته نمی شود. به همین دلیل، بررسی مقاومت برشی اتصال دهنده ها در PCSP ها اغلب با اعمال یک ورق پلاستیکی به عنوان یک اتصال شکن در بین بتن و عایق برای به دست آوردن ظرفیت برشی واقعی اتصالات انجام می شود [ 123 ]. برخی از مواد عایق رایج در PCSPها شامل فوم های PUR، EPS و XPS [ 25 ]، همانطور که در جدول 3 نشان داده شده است . سایر مواد عایق عبارتند از پشم شیشه، پشم سنگ و پانل های عایق خلاء (VIP) [ 95 ]. عایق VIP کمترین رسانایی حرارتی 0.004-0.008 W/mK را در مقایسه با XPS (0.030-0.037 W/mK)، EPS (0.030-0.040 W/mK) و PUR (0.023-0.027 W/mK) دارد [ 95 ]. . عایق VIP برای توسعه PCSP های نازک با مقاومت حرارتی بالا استفاده شد که نشان دهنده عایق VIP به عنوان یک لایه عایق کارآمد است [ 150 ]. با این حال، عایق VIP پرهزینه و شکننده است و برای جلوگیری از به خطر انداختن خلاء داخلی نیاز به رسیدگی دقیق دارد [ 95 ]. به عنوان یک ماده غیر قابل احتراق، عایق‌های پشم سنگ و پشم شیشه در پانل‌ها در طول آزمایش‌های آتش‌سوزی مورد استفاده قرار گرفتند، که کاربرد چنین مواد عایق را در مواردی که مقاومت بالا در برابر آتش مورد نظر است نشان می‌دهد [ 120 ، 160 ]. انتخاب مواد عایق اغلب به ضخامت لایه عایق (20 تا 300 میلی متر در جدول 3 )، هزینه، مقاومت حرارتی (R-value)، اندازه و در دسترس بودن بستگی دارد. به عنوان مثال، برای دستیابی به R-value بالاتر، می توان از عایق VIP با ضخامت کم استفاده کرد، اما هزینه پانل به طور قابل توجهی افزایش می یابد. به طور مشابه، ضخامت لایه عایق با فوم PUR در مقایسه با فوم های EPS و XPS برای دستیابی به همان R-value [ 172 ] کمتر خواهد بود، در حالی که هزینه بیشتری را نیز متحمل می شود. چندین ماده عایق دیگر به صورت تجاری موجود است. به عنوان مثال، ایریوم یک فوم معدنی غیر قابل احتراق است که از دوغاب پایه سیمانی، فوم آبی و حباب های هوا ساخته شده است. دارای رسانایی حرارتی به اندازه 0.035 W/mK، مشابه فوم های EPS/XPS [ 173]]، و ممکن است نسبت به سایر فوم های عایق، پیوند بهتری با مواد بتن ایجاد کند. در نتیجه، می تواند به طور بالقوه به عنوان یک لایه عایق در مطالعات آینده PCSP ها استفاده شود. برای اطلاعات بیشتر در مورد مواد عایق ساختمان می توان به رفر [ 174 ] مراجعه کرد. جدول 4 انواع مختلف مواد عایق در نظر گرفته شده در مطالعات PCSP ها را نشان می دهد.

Intriguing_stories_about_chicken_road_casino_and_the_unique_challenges_of_mobile

اکتبر 28, 2026