نظام الألواح الخرسانية المفرغة

ما هي الألواح الخرسانية المفرغة؟

اللوح الخرساني المفرغ: هو نظام يزيل الخرسانة غير العاملة أو الزائدة من اللوح الإنشائي واستبدالها بمُشكِّلات فارغة. حيث اخترع جورغان بريونينج (Jorgan Breuning) من الدنمارك نظام الألواح الفارغة منذ حوالي 20 عامًا. وأحد العيوب الرئيسية للألواح الصلبة التقليدية هو وزنها الذي لا يفرض ضغطًا على نفسها فحسب، بل يضع أيضًا عبئًا كبيرًا على المبنىوالأساس.

تساعد فكرة إنشاء فراغات هندسية داخل نظام بلاطة صلبة على تقليل الوزن الكلي لنظام الألواح. كما يوفر نظام الألواح المفرغة فرصة كبيرة لتقليل التكلفة والأثر البيئي دون المساومة على أداء الهيكل. حيث يتم استخدام أدوات التشكيل الفراغية لعمل بلاطات مفرغة للتخلص من الخرسانة غير الضرورية.

ومن ثم فهو يقلل من وزن اللوح ويحسن السعة الهيكلية وطول الامتداد للبلاطة. حيث تشرح هذه المقالة بعض الخصائص والميزات المهمة لنظام الألواح المفرغة.

عمل نظام الألواح الخرسانية المفرغة:

يشتمل اللوح المفرغ على مجموعة من مُشكِّلات الفراغات الصلبة التي تحتوي على الهواء. وعادة ما تكون هذه القوالب مصنوعة من البلاستيك أو أي مواد معاد تدويرها. حيث تعتمد الألواح المفرغة على هذه الفراغات المتكونة داخل الخرسانة خلال وقت الصب. كما ينشئ الترتيب مجموعة من الصناديق المجوفة في البلاطة التي تدعم السطح المسطح.

وبالتالي يوفر النظام الدعم في كلا الاتجاهين وينقل الحمل بأمان إلى العضو الرأسي. ومن ثم يطلق عليه ألواح ثنائية المحور أو ألواح ثنائية المحور. كما يتم وضع صانعي الفراغ في اللوح في ترتيب شبكي. ويتم ترتيبه باستخدام دعامات مؤقتة. كما تستخدم الشبكة الفولاذية بشكل شائع لإنشاء إطار لأنها تخلق أبعادًا هندسية مثالية بين الفراغات والخرسانة والتعزيز.

يمكن إنشاء نظام بلاطة خرسانية مفرغة باستخدام أي من صانعي الفراغات التالية:

• سطح الفقاعة (Bubble Deck).

• كوبياكس (Cobiax).

• صندوق البيتون (U-Boot Beton).

• نظام لوحة النحل (Bee Plate System).

• فقاعة الهواء (Airdeck).

جميع أدوات تشكيل الفراغات المذكورة أعلاه للألواح الخرسانية هي تقنيات تم تطويرها خلال العشرين عامًا الماضية. وهي تختلف من حيث شكل القوالب المستخدمة، وحد امتداد اللوح، ونوع المواد المستخدمة في تشكيل الفراغات.

يستخدم نظام سطح الفقاعة كرات بلاستيكية أو أشكال فقاعية، بينما يستخدم نظام صندوق البيتون (u-boot) أدوات تشكيل الفراغ على شكل هرم مبتور. وبصرف النظر عن نوع أدوات تشكيل الفراغات المستخدمة، فإنّها تسبب انخفاضًا حادًا في الوزن الساكن للبلاطة.

الحاجة إلى نظام الألواح الخرسانية المفرغة:

إنّ الحاجة المتزايدة لمقاومة الصوت والاهتزاز للمباني ذات العدد المتزايد من الركاب هي السبب وراء الطلب على الألواح الخرسانية ذات السماكة الكبيرة. ومع زيادة سمك اللوح، يزداد الوزن الميت أيضًا. حيث تتطلب هذه الزيادة في الوزن توسيع الأساس وحجم العمود.

إجمالاً، فهو يجعل المبنى يستهلك كمية كبيرة من الخرسانة والحديد التسليح. ولتجنب هذه القيود على الألواح الخرسانية الصلبة التقليدية، يفضّل استخدام نظام الألواح المفرغة. حيث هناك مشكلة أخرى يواجهها البناء التقليدي للألواح وهي الحد الأقصى للمدى.

نظرًا للكثافة العالية نسبيًا للألواح الأفقية الصلبة، فإنّ امتدادها محدود. وللتغلب على هذه المشكلة، تم تصميم المزيد من التعزيز للبلاطة. حيث يساعد استخدام الألواح المفرغة على تقليل وزن البلاطة دون المساس بقوتها الهيكلية. كما أنه يساعد في تصميم بلاطة أكثر سمكًا لدعم المزيد من الحمل على مدى فترة أطول.

خصائص نظام الألواح الخرسانية المفرغة:

يتم شرح معلمات القوة لنظام الألواح المفرغة مقارنة بنظام الألواح الصلبة أدناه.

1. قوة القص لنظام الألواح الخرسانية المفرغة:

تعتمد قوة القص على الكتلة الفعالة للخرسانة. وعادة، يتم قياسها لتكون 72-91% من قدرة القص للسطح الصلب. وبالتالي، في حالة الألواح المفرغة، تحتاج المناطق ذات الأحمال القصية العالية إلى عناية خاصة. على سبيل المثال، تخضع المناطق المحيطة بالأعمدة لأحمال قص ثقيلة.

في هذه المناطق، يمكن التخلص من الكرات (صانعي الفراغات) لتحقيق قدرة قص كاملة حول الأعمدة. وبالتالي، في مناطق القص الحرجة، يتم تصميم البلاطة بنفس طريقة تصميم بلاطة الخرسانة الصلبة.

2. قوة الانحناء لنظام الألواح الخرسانية المفرغة:

أظهرت الدراسات المختلفة التي أجريت بين سطح الفقاعة والسطح الصلب أن إجهاد الانحناء في لوح سطح الفقاعة أقل بنسبة 6.43% من إجهاد الألواح الصلبة.

3. انحراف نظام الألواح الخرسانية المفرغة:

استنادًا إلى تحليل العناصر المحدودة الذي تم إجراؤه على سطح الفقاعات والألواح الصلبة، وجد أن انحراف سطح الفقاعة يزيد بنسبة 5.88% عن الألواح الصلبة. كما تكون صلابة لوح سطح الفقاعة أقل بسبب الجزء المجوف.

3. اجهاد القص لنظام الألواح المفرغة:

يعتبر قص التثقيب مصدر قلق كبير للألواح الخرسانية المفرغة بسبب وزنها المنخفض. كما يتم دائمًا تحديد ما إذا كان القص المطبق أكبر أو أقل من سعة سطح الفقاعة. وإذا كان أكثر من الحد المسموح به، فيجب حذف الفراغ حول تلك المنطقة وإعادة فحص التصميم للقسم الصلب الجديد. حيث إذا كانت لا تزال أقل من القيمة المطلوبة، فيجب توفير تعزيز القص الإضافي.

تكلفة نظام الألواح الخرسانية المفرغة:

استنادًا إلى تحليل التكلفة الذي تم إجراؤه لمبنى (Town Hall) في دن هانغ، وجد أن سطح الفقاعة كان أقل تكلفة بنسبة 5 إلى 16% من سطح الخرسانة الصلب. وتم الانتهاء من ذلك من خلال دراسة سطح الفقاعة والسطح الصلب في ثلاثة أشكال مختلفة. كما تمت مقارنة نوعين مختلفين من سطح الفقاعة واستنتجوا أن بناء سطح الفقاعة أقل تكلفة من النظام التقليدي. حيث أعطت توفيرًا إجماليًا في حدود 20%.

مزايا نظام الألواح الخرسانية المفرغة:

• يتم تحقيق تقليل وزن الألواح من خلال نظام الألواح المفرغة. حيث سيساعد هذا في تحقيق مسافات أطول وأساس أخف وأعمدة أصغر.

• يوفر نظام الألواح المفرغة حرية التصميم في تشييد المباني. ويساعد على توفير لوحة أرضية مفتوحة مع عدد أقل من الأعمدة والعوارض. ومن ثم، يقوم النظام بإعداد المبنى للتكيف مع التغييرات المستقبلية.

• يقلل نظام الألواح المفرغة من كمية الخرسانة وحديد التسليح التي يستهلكها المبنى. وهذا النظام يحقق وفورات في شكل المواد والتكلفة.

• يبسط هذا النظام القوالب من خلال التخلص من الحزم والعمالة ذات الصلة. وهذا يوفر الوقت ويحدث تأثيرًا إيجابيًا على جداول المشروع.

• تعتبر أدوات تشكيل الفراغ المستخدمة في بناء الألواح الخرسانية المفرغة مواد معاد تدويرها. وبالتالي، يمكن أن يساهم هذا البناء في الحصول على شهادة (LEED).

• يساعد نظام الألواح الخرسانية المفرغة على تحقيق فوائد دورة الحياة من خلال زيادة مرونة المبنى. كما يساعد النظام المبنى على تلبية المتطلبات المتغيرة باستمرار، وبالتالي إطالة العمر الإنتاجي للمبنى.

• تقليل العمق الإنشائي للألواح الخرسانية المفرغة من خلال دمج أنظمة ما بعد الشد.