تاریخچه سیستم پانل‌های پیش‌ساخته سه‌بعدی

شرکت‌های ساختمانی متعددی در جهان به ساخت این پانل‌ها و اجرای ساختمان‌های پانل سه‌بعدی مبادرت ورزیده‌انـد. از سـوی آن شرکت‌ها کارهای آزمایشگاهی و مطالعات نظری متعدد در موسسات تحقیقاتی مختلف بـرای مستندسـازی و تهیـه مـدارک فنـی مربوط به طراحی و اجرا، انجام شده است. اکثر مدارک فنی مذکور به صورت مدارک انحصاری بـرای شـرکت‌های مزبـور در آمـده و صرفاً برای تولیدات آن شرکت قابل استفاده است. به همین دلیل تاکنون آیین‌نامه مدونی از این سیسـتم سـاختمانی در ادبیـات فنـی جهانی ملاحظه نمی‌شود.

تاکنون مراکز تحقیقاتی و پژوهشی متعددی در دنیا برای بررسی و شناخت رفتار پانل‌ها و سازه‌های پـانلی، تحلیـل‌هـای عـددی متعدد و آزمایش‌های مکانیکی شامل آزمایش‌های استاتیکی، دینـامیکی و میـز لـرزان انجـام داده‌انـد. همچنـین بـرای بهینـه‌سـازی سیستم‌های پانلی از لحاظ رفتار مکانیکی و آثار حرارتی مطالعات فراوانی انجام شده است.

سازه‌های با سیستم پانل سه‌بعدی از یک تا چهار طبقه در نقاط مختلف دنیا با شرایط آب و هوایی گوناگون ساخته شده‌اند. زمینه‌سازی برای تولید سازه‌های پانل سه‌بعدی در ایران از سال‌های اول دهه 70 آغاز شد. پانل‌های سه بعدی ساختمانی می‌توانند در سازه‌های متعارف بتنی و فلزی به عنوان دیوار برشی جهت باربری جانبی مورد استفاده قرار گیرند.

ساختار پانل‌ها به گونه‌ای است که امکان استفاده از آنها در ساختارهای کم ارتفاع به عنوان اعضای باربر قائم و افقی، نیاز به دیگر اجزای باربر از جمله تیر و ستون را مرتفع می‌سازد. در واقع ساختمان‌های کم ارتفاع را می‌توان با تکیه بر رفتار سه بعدی پانل‌ها بدون نیاز به قاب‌های باربر طراحی و اجرا نمود. علاوه بر آن پانل‌ها قابلیت کارکرد و استفاده همزمان با قاب‌های ساختمانی متعارف را دارا می‌باشند. عملکرد و اجرای مناسب این پانل‌ها قابلیت استفاده از آنها را در سازه‌های موجود فراهم می‌سازد. ویژگی اخیر می‌تواند با هدف مقاوم‌سازی و تقویت باربری قاب‌های موجود مورد استفاده قرار گیرد.

عملکرد لرزه‌ای سیستم‌های پانلی به دلیل ساختار خاص آنها دارای تفاوت‌هایی با اعضای متعارف سازه‌ای می‌باشد. در این رابطه خواص مکانیکی اجزای پانل و عملکرد جعبه‌ای ساختار سازه‌ای آن، باعث ایجاد سازه‌ای با شکل‌پذیری کمتر نسبت به سازه‌های معمول می‌شود. در عین حال علی‌رغم شکل‌پذیری کمتر، رفتار کلی سازه‌های سه بعدی پانلی نشانگر ضرایب اضافه مقاومت بالاتری در مقایسه با انواع دیگر ساختارهای باربر جانبی بوده است.

در مجموع این دو ویژگی اخیر موجب می‌گردد ضریب رفتار این سازه‌ها در حدود ضریب رفتار سازه‌های با سیستم دیوارهای برشی بتن آرمه به دست آید. ترکیب پانل‌ها با سیستم‌های قابی دیگر در شرایط طرح از ابتدا یا ارایه طرح مقاوم‌سازی می‌تواند با تکیه بر شکل‌پذیری قاب و اضافه مقاومت پانل به طرح سازه‌ای کنترل شده توسط مهندس طراح منتهی گردد.

در خصوص سازه‌های پانلی به دلیل باربر بودن دیوارها لازم است مسیر انتقال نیروهای ثقلی و جانبی در ارتفاع دچار انقطاع یا انحطاط از محور نباشد. به عبارت دیگر برای حصول عملکرد مطلوب از این سیستم ساختمانی، دیوارهای سازه‌ای از پایین‌ترین تراز تا بالاترین تراز مورد نیاز بدون قطع‌شدگی یا انحراف ادامه یابد.

در سیستم‌های کامل پانلی به دلیل عدم حضور اعضای باربر غیر پانلی، طرح معماری ساختمان باید با ملاحظات کامل سازه‌ای از جمله عدم تغییر مسیر انتقال بار در ارتفاع، فاصله دهانه‌های باربر، تأمین تقارن در طرح دیوارهای باربر، جلوگیری از تعبیه بازشوهای بزرگ در دیوارها و سقف و نظایر آن همراه باشد. در صورت عدم امکان تأمین کامل شرایط فوق لازم است مهندس طراح یا تمهیدات ویژه نسبت به طرح مناسب سازه‌ای مبادرت ورزد. ساختار دیافراگم‌های افقی ساختمان‌های پانلی سه بعدی می‌تواند به منظور تأمین دهانه بارگیر مورد نیاز علاوه بر سقف‌های پانلی از انواع دیگر سیستم‌های سقف متداول از جمله سقف تیرچه بلوک، سقف با تیرچه‌های با جان باز یا دال بتن آرمه باشد.

علاوه بر جنبه‌های مقاومتی سازه‌های پانلی، جنبه‌های پایانی در این سیستم‌ها، نظیر سازه‌های بتن‌آرمه نیز مطرح می‌باشد. با توجه به ساختار هندسی پانل، آثار گزندبار ناشی از شرایط محیطی می‌تواند بر پایایی پانل تأثیرگذار باشد. این موارد در طرح سازه‌ای توسط مهندس محاسب با توجه به شرایط اقلیمی مختلف مورد توجه قرار می‌گیرد.

تأمین پایایی سازه‌های پانلی سه بعدی از طریق روش‌های نظیر استفاده از مصالح استاندارد و یا در نظر گرفتن پوشش کافی میلگردها به منظور کاهش آثار خوردگی و دیگر پی‌آمدهای گزندبار آن مورد اهتمام می‌باشد.

سیستم‌های پانلی سه بعدی جزو سیستم‌های ساختمانی نیمه پیش‌ساخته محسوب می‌گردد که با رویکردی میانه می‌توانند مجموعه مزایای سیستم‌های درجا و پیش‌ساخته را احصا نمایند. مشخصات این سیستم ساختمانی به صـورت تولیـد کارخانـه‌ای در یـک مرحلـه، و اجـرا و نصـب کارگـاهی در مرحلـه‌ای دیگـر قابلیت‌های ویژه‌ای به این روش ساختمانی داده است. اصولاً سیستم پانلی در صورتی توجیه فنی و اقتصادی دارد کـه بـا آن به عنـوان یک سیستم صنعتی برخورد شود. استفاده از سیستم‌های صنعتی با رویکرد کاهش هزینه‌های ساخت و افـزایش قابلیـت‌هـای کنتـرل کیفی توأم می‌باشد.