یوبوت، یکی از سیستم‌های اجرا سقف دال مجوف به وسیله قالبهای پلاستیکی است. سیستم یوبوت، از روش‌های جدید و کم مصرف اجرای سقف و کف محسوب میشود. مزیت‌های متعدد این سیستم، باعث گسترش کاربرد آن در سال‌های اخیر شده است. در این مقاله، به معرفی تاریخچه، اجزا، روش اجرا، مزایا، معایب و اصول طراحی سقف یوبوت می‌پردازیم.
در سال 2001 میلادی (1379 شمسی)، یک مهندس ایتالیایی به نام «روبرتو گراند» (Roberto Grande)، سیستم قالب‌بندی بتن جدیدی را با عنوان «یوبوت» (U-Boot) توسعه داد. هدف از معرفی این سیستم، کاهش مصرف بتن، هزینه ترابری و تولید دی اکسید کربن بود. قالب یوبوت برای اولین بار در سال 2002 میلادی (1380 شمسی) به منظور ساخت یک سازه مورد استفاده قرار گرفت. عملکرد رضایت‌بخش این قالب، باعث رواج آن در نقاط مختلف دنیا شد.
سقف یوبوت آماده برای بتن‌ریزی
انحصار اجرای سیستم یوبوت در اختیار شرکت ایتالیایی «دالی فرم» (Daliform) با عنوان با عنوان «یوبوت بتن» (U-Boot Beton) است. در سال 1388 شمسی، مجوز استفاده از سیستم سقف یوبوت در ایران با عنوان «دال مجوف دو پوشU-Boot» به تایید مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن رسید. در سال 2017 میلادی (1395 شمسی) شرکت دالی فرم همکاری رسمی خود را با شرکت‌های ایرانی آغاز کرد.
قالب یوبوت چیست و چه کاربردی دارد؟
قالب یوبوت، یک سیستم اجرای سقف دال مجوف دوطرفه بتنی به وسیله قالبهای پلاستیک بازیافتی است. قالبهای مورد استفاده در سیستم یوبوت قطعات پیش ساخته یا اصطلاحا مدولار به شکل مخروط‌های ناقص توخالی هستند. این قالبهای توخالی، یک دال بتنی متشکل از چندین تیر I شکل را به وجود می‌آورند. سرهم کردن قالبهای سیستم یوبوت به طور کامل در محل پروژه صورت می‌گیرد. پس از نصب قالب‌ها، سقف بتن‌ریزی میشود.
به طور کلی، دال‌های بتنی به سه نوع دال با هسته توپر، دال با هسته مجوف و دال ترکیبی تقسیم‌بندی می‌شوند. یوبوت، یک سیستم اجرا دال با هسته مجوف به شمار می‌رود.
مقایسه انواع دال
از سیستم‌های مشابه یوبوت می‌توان به «کوبیاکس» (Cobiax) و «بابل دک» (Bubble) اشاره کرد. البته برخلاف این دو سیستم، در یوبوت از قالبهای کروی استفاده نمی‌شود. به همین دلیل، سیستم یوبوت یک مزیت بیشتر نسبت سیستم‌های دال مجوف با قالبهای کروی دارد. در این سیستم، حمل و نقل قالب‌ها بسیار ساده‌تر از سیستم‌ها دیگر است.
نمونه‌ای از قالبهای مورد استفاده در سقف بابل دک مشابه سقف یوبوت
نمونه‌ای از قالبهای مورد استفاده در سقف بابل دک
اجزا قالب یوبوت کدام هستند؟
یوبوت، به قالبی گفته میشود که درون دال مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قالب دارای اجزا مختلفی برای نصب سیستم یوبوت است. قطعات اصلی قالب یوبوت عبارت هستند از:
· بدنه
· پایه
· فاصله دهنده یا «اسپیسر» (Spacer)
· پل
· درپوش
بدنه قالب یوبوت چیست؟
بدنه قالب یوبوت، بخش اصلی قالب به حساب می‌آید که وجود آن باعث ایجاد فضای خالی در سقف یوبوت خواهد شد. قالب یوبوت، انواع مختلفی دارد که در بخش مربوطه به آن خواهیم پرداخت.
پایه قالب یوبوت چیست و چه کاربردی دارد؟
پایه، قطعه‌ای است که باعث فاصله گرفتن بدنه اصلی قالب یوبوت از کف و ثابت شدن آن میشود. پایه‌ها را می‌توان به دو نوع ثابت و متحرک تقسیم‌بندی کرد. البته، پایه‌ها اندازه‌‌های متفاوتی دارند.
اسپیسر قالب یوبوت چیست و چه کاربردی دارد؟
اسپیسر، قطعه‌ای است که برای اتصال دو قالب یوبوت در مجاورت یکدیگر و نگهداری آن‌ها در محل مشخص شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. استفاده از اسپیسر، اتصال صلب بین تمام قالب‌هارا به همراه دارد.
ساختار اسپیسرهای مورد استفاده در قالب یوبوت
نکته: اتصال صلب بین قالبهای یوبوت باعث اطمینان از مطابقت کامل هندسه و ظرفیت باربری (تحمل بارهای ناشی از وزن بتن، کارکنان و تجهیزات) با طرح میشود.
پل قالب یوبوت چیست و چه کاربردی دارد؟
پل، قطعه‌ای است که به منظور اتصال دو بدنه مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاربرد اصلی پل در محل‌هایی است که به دلیل فضای کم، امکان به کارگیری اسپیسر وجود ندارد.
درپوش یوبوت چیست و چه کاربردی دارد؟
درپوش، قطعه‌ای است که به منظور بستن کف قالب یوبوت تک مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قطعه از نفوذ بتن به فضای خالی قالب جلوگیری می‌کند. درپوش‌ها، انوع مختلفی نظیر درپوش ساده بسته، درپوش بسته با پایه، درپوش ساده حفره‌دار و درپوش حفره‌دار با پایه دارند.
کاربرد سیستم یوبوت چیست؟
سیستم یوبوت، اغلب در سازه‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که نیاز به فضای بزرگ با تعداد ستون‌های کم دارند. به این ترتیب، کاربرد اصلی این سیستم در موارد زیر است:
ساخت ساختمان‌های عمومی (پارکینگ و سالن‌های کنفرانس)، تجاری (فروشگاه، برج و تالارها)، مسکونی، صنعتی، بیمارستان‌ها و غیره
فونداسیون گسترده در خاک‌هایی با ظرفیت باربری پایین
دال‌های بتنی دو طرفه
مثال‌هایی از کاربرد سقف یوبوت در پارکینگ، سالن امتحانات، بیمارستان و محل کار
اجرای سقف یوبوت به چه صورتی انجام می شود؟
اجرای سقف یوبوت طی هفت مرحله قالب‌بندی، آرماتوربندی کف، چیدن قالبهای یوبوت، آماتوربندی روی قالب‌ها، بتن‌ریزی اولیه، بتن‌ریزی نهایی و باز کردن قالب‌ها صورت می‌گیرد. این نوع سقف را می‌توان بر روی دهانه‌های 12 تا 20 متری به خوبی اجرا کرد. فرآیند اجرای سقف یوبوت بسیار آسان است. در ادامه، به توضیح مختصر هر یک از این مراحل می‌پردازیم:
مرحله اول: آماده‌سازی و قالب‌بندی سقف
در مرحله اول از اجرای سیستم یوبوت، آماده‌سازی و قالب‌بندی فضای زیر سقف انجام میشود. برای قالب‌بندی اولیه در اجرای سقف یوبوت می‌توان از قالبهای چوبی، مدولار و غیره استفاده کرد. انجام شمع‌بندی در این مرحله، به منظور نگهداری و حفظ ایمنی ضروری است.
مرحله دوم: آرماتوربندی کف
در مرحله بعدی، آرماتوربندی در کف دال طراحی شده صورت می‌گیرد. به طور کلی، آرماتوربندی باید به گونه‌ای اجرا شود که حداقل یک میگرد در فاصله بین دو قالب مجاور یوبوت وجود داشته باشد. میلگردهای نصب شده به منظور تقویت مقاومت فشاری سقف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مرحله سوم: چیدن قالب های یوبوت و تنظیم فاصله آن‌ها
پس از اتمام آرماتوربندی کف سیستم، قالبهای یوبوت مطابق با طرح و نقشه‌های اجرایی بر روی میلگردها چیده شده و محل قرارگیری آن‌ها توسط اسپیسرها فیکس میشود. در ساختار اسپیسرها، چندین حفره وجود دارد. این حفره‌ها با قراگیری بر روی شیار‌ها و برآمدگی‌های سقف قالب‌ها، علاوه بر اتصال و نگهداری قالب‌ها کنار یکدیگر، فاصله بین آن‌ها را نیز تنظیم می‌کنند.
نکته: در صورت نیاز به قالب‌هایی با طول بیشتر می‌توان از ابزار پل برای اتصال دو قالب یوبوت به یکدیگر استفاده کرد.
مرحله چهارم: آرماتوربندی بر روی قالب های یوبوت
در این مرحله، آرماتوربندی بر روی قالبهای یوبوت انجام میشود. میلگردهای مورد استفاده در بالای قالب‌ها، وظیفه تحمل بارهای کششی اعمال شده را بر عهدده دارند. پس از تکمیل آرماتوربندی اصلی، میلگردهای اضافی مطابق با نقشه اجرایی در محل‌هایی نظیر وسط دهانه، روی ستون، روی دیوارهای برشی، بازشوهای بزرگ و غیره قرار داده می‌شوند.
نکته: در صورت نیاز به افزایش مقاومت سیستم در برابر بارهای برشی می‌توان از میلگردهای برشی در فاصله بین قالب‌ها استفاده کرد.
مرحله پنجم: بتن ریزی لایه اول بر روی کف
بتن‌ریزی در سیستم یوبوت در دو لایه صورت می‌گیرد. در لایه اول، پس از جانمایی آرماتورهای کششی، بتن بر روی کف قالب نصب شده در مرحله اول ریخته میشود. ارتفاع لایه اول بتن به اندازه پایه‌های قالب یوبوت بستگی دارد. بر این اساس، ارتفاع لایه اول بتن به منظور پوشاندن کامل پایه‌ها می‌تواند بین 10 تا 60 سانتی‌متر باشد. هدف از ریختن لایه اول بتن، محبوس کردن هوا، جلوگیری از نفوذ بتن به فضای خالی و جابجا شدن قالب‌ها است. در این مرحله، باید تمام فضای کف به خوبی و تا ارتفاع مشخص بتن‌ریزی شود.
نکته: بتن‌ریزی در سیستم یوبوت از اهمیت بالایی برخوردار است. این فرآیند باید با احتیاط کامل انجام شود. در صورت بتن‌ریزی نامناسب، امکان رخ دادن ترک پس از گیرش بتن وجود خواهد داشت.
مرحله ششم: تکمیل بتن ریزی سقف
پس از ریختن لایه اول بتن، بتن‌ریزی لایه دوم با یک فاصله زمانی شروع میشود. این فرآیند تا رسیدن به ضخامت سقف مورد نظر ادامه می‌یابد.
نکته: توجه داشته باشید که فاصله بتن‌ریزی بین لایه اول و دوم نباید به گونه‌ای باشد که منجر به گیرش لایه اول شود.
مرحله هفتم: باز کردن قالب‌ها
در مرحله آخر، شمع‌بندی و قالبهای اجرا شده در مرحله اول باز شده و به طبقه بعدی منتقل می‌شوند.
الزامات اجرایی و دتایل سقف یوبوت چه هستند؟
سقف یویوت یکی از سقف‌های دال مجوف به حساب می‌آید و استاندارد اختصاصی برای نحوه اجرای آن وجود ندارد. به این ترتیب، برای بررسی الزامات اجرایی و دتایل سقف یوبوت می‌توان از نکات ذکر شده در استاندارد ملی INSO 18336 با عنوان «محصولات بتنی پیش‌ساخته — دال‌ها با هسته مجوف» استفاده کرد. اجرای سقف یوبوت بسیار ساده است. با این وجود، در صورت عدم رعایت ملاحظات اجرایی در این سیستم، نتیجه کار نامطلوب خواهد بود. برخی از این ملاحظات عبارت هستند از:
به منظور جلوگیری از بلند شدن قالب (مخصوصا قالب‌هایی با ارتفاع بیشتر از 20 سانتی‌متر)، توصیه میشود میلگردهای کف به لوله یا پروفیل متصل شوند.
از اعمال بارهای بیش از 80 کیلوگرم بر قالب‌ها خودداری شود.
به منظور اتصال شبکه میلگردهای بالایی با میلگردهای پایینی و فیکس کردن قالب‌ها در بین این دو شبکه، باید از میلگردهای سنجاقی استفاده کرد.
اسلامپ مناسب برای بتن‌ریزی در حین اجرا سقف یوبوت، 11 الی 13 سانتی‌متر است.
به منظور یکنواختی سطح بتن، یک شاخص مناسب مورد استفاده قرار گیرد.
هنگام بتن‌ریزی در هر طبقه، از جک اطمینان در سقف‌های پایینی استفاده شود.
در حین بتن‌ریزی، هیچ ضربه‌ای به سقف وارد نشود.
تمام عملیات‌های توضیح داده شده در بخش اجرای سقف یوبوت باید مطابق با آیین‌نامه‌ها و استانداردهای موجود صورت گیرد.
مزایای سقف یوبوت چه هستند؟
سقف یوبوت به دلیل مزایای متعدد، از محبوبیت و کاربرد بالایی برخوردار است. در ادامه، به معرفی برخی از این مزیت‌ها می‌پردازیم:
کاهش هزینه ترابری به دلیل حمل و نقل آسان: ساختار سیستم یوبوت، امکان روی هم سوار کردن قالب‌ها را فراهم می‌کند. به این ترتیب می‌توان تعداد زیادی از قالب‌ها را با سرویس‌های کم به محل پروژه انتقال داد. این ویژگی، هزینه ترابری را کاهش می‌دهد.
سبکی، نازکی و سادگی: استفاده از یوبوت باعث کاهش وزن سازه (حدود 40 درصد)، تغییرشکل (حدود 15 درصد)، بار اعمال شده بر فونداسیون و سطح مقطع یا تعداد پایه‌ها میشود.
افزایش تعداد طبقات ساختمان: به دلیل پایین بودن میزان مصرف بتن و ضخامت کم سقف یوبوت، فضای بیشتری برای ایجاد طبقات باز میشود.
کاهش عمق فونداسیون مورد نیاز: به دلیل کاهش وزن سازه در صورت استفاده از سقف یوبوت، بار کمتری به فونداسیون وارد خواهد شد. به این ترتیب می‌توان عمق فونداسیون را کاهش داد. این ویژگی، هزینه اجرای فونداسیون را نیز کاهش می‌دهد.
آزادی عمل بیشتر در طراحی: حذف تیرها، کاهش وزن و افزایش مقاومت، آزادی عمل بیشتری را به منظور طراحی ابعاد، تعداد و محل قرارگیری المان‌هایی مانند بازشوها و ستون‌ها فراهم می‌کند.
بهبود عایق صدا، حرارت و لرزش: مقاومت بالای سقف یوبوت باعث کاهش لرزش سازه میشود. وجود فضای خالی درون سقف نیز انتقال صوت و حرارت را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.
بهبود عملکرد لرزه‌ای: به دلیل یکپارچگی بیشتر سقف یوبوت (به طور کلی سقف‌های دال بتنی)، عملکرد آن‌ها در برابر زلزه بهتر است.
امکان اجرای دهانه‌های بلند: حذف ستون‌ها، وزن پایین و استحکام بالا، امکان اجرای دهانه‌های بلندتری را نسبت به دیگر سقف‌ها فراهم می‌کند.
قابلیت اجرا در اسکلت بتنی و فلزی: سادگی و استحکام بالا، سقف یوبوت را به گزینه مناسبی برای اجرا در اسکلت‌های بتنی و فلزی تبدیل کرده است.
معایب سقف یوبوت چه هستند؟
در کنار تمام مزیت‌های سقف یوبوت، این سیستم نیز مانند سیستم‌های دیگر دارای معایب مختص به خود است. از اصلی‌ترین معایب این نوع سقف می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
اجرا سقف یوبوت در دهانه‌های کوتاه اقتصادی نیست (برخلاف سقف سیاک).
در صورت بتن‌ریزی نامناسب، امکان ورود بتن به درون قالب یا عدم پوشش کامل بتن تا کف قالب وجود دارد.
مصرف بتن در قالب دوبل (به دلیل ارتفاع بیشتر) و قالب اصلاح شده (به دلیل ابعاد کوچکتر) بیشتر است.
در صورت اتصال نامناسب قالب‌ها، امکان بلند شدن آن‌ها وجود دارد.
در این سقف نیاز به استفاده از جک یا شمع‌بندی برای نگهداری قالب کف سقف وجود دارد (برخلاف سقف عرشه فولادی و دیگر سقف‌های کامپوزیت).
وجود اسپیسرهای مربعی از پوشش کامل بتن بر روی سقف جلوگیری می‌کند.
سقف‌های جایگزین زیادی وجود دارد.
انواع قالب های یوبوت کدام هستند؟
قالبهای یوبوت مورد استفاده در ایران به سه نوع اصلی تک، دوبل و اصلاح شده تقسیم می‌شوند. در ادامه به معرفی هر یک از انواع قالبهای یوبوت می‌پردازیم.
مشخصات قالب یوبوت تک چیست؟
قالب تک را می‌توان به عنوان اولین قالب ساخته شده در سیستم یوبوت در نظر گرفت. ساختار این نوع قالب یوبوت به صورت یک تکه و باز است. تور رفتگی‌های موجود در چهار گوشه قالب از حرکت بیش از حد آن در حین بتن‌ریزی جلوگیری می‌کنند. در پایین گوشه‌های قالب، پایه‌هایی به منظور ایجاد فاصله مورد نیاز برای لایه اول بتن‌ریزی وجود دارند. این فاصله، باعث محبوس شدن هوا و جلوگیری از ورود بتن به قالب میشود. ابعاد قالب یوبوت تک 52*52 سانتی‌متر و ارتفاع آن از بین تا 28 سانتی‌متر است. ارتفاع پایه‌های این نوع قالب با توجه به ضخامت مورد نیاز برای مرحله اول بتن‌ریزی و نوع مدل مورد استفاده، از 0 تا 17 سانتی‌متر تغییر می‌کند.
شکل و ابعاد قالب یوبوت تک، باعث سرعت تولید بالاتر، حمل و نقل آسان‌تر و هزینه تمام شده پایین‌تر (تولید و ترابری) آن شده است. از معایب این نوع قالب می‌توان به احتمال نفوذ بتن به فضای خالی طراحی شده، امکان ایجاد ترک سرد بین دو لایه بتن و تمرکز تنش در حد فاصل لایه اول بتن و تیر ایجاد شده بین دو قالب اشاره کرد.
مشخصات قالب یوبوت دوبل چیست؟
قالب بتن دوبل، از تجهیزات مورد استفاده در نسل دوم سیستم اجرا سقف یوبوت است. این نوع قالب با عنوان قالب یوبوت ساندویچی نیز شناخته میشود. ساختار قالب یوبوت دوبل به صورت دو تکه و بسته است. ابعاد یوبوت دوبل نیز مانند قالب تک، 52*52 سانتی‌متر است. ارتفاع این نوع قالب از 20 تا 56 سانتی‌متر و ارتفاع پایه‌های آن از 0 تا 17 سانتی‌متر تغییر می‌کند. در واقع، قالب یوبوت دوبل از دو قالب یوبوت تک به هم چسبیده تشکیل شده است.
استفاده از قالب یوبوت دوبل، مشکل نفوذ بتن به فضای خالی طراحی شده را از بین می‌برد. به علاوه، بتن‌ریزی در هنگام استفاده از این قالب به صورت پیوسته و در یک مرحله انجام میشود. این موضوع، مشکل رخ دادن ترک سرد را نیز برطرف می‌کند. البته، هزینه و زمان نصب قالب دوبل از قالب تک بیشتر است.
مشخصات قالب یوبوت اصلاح شده چیست؟
در شرایطی که بتن اسلامپ مناسبی نداشته و ویبره بتن به خوبی صورت نگرفته باشد، امکان عدم پر شدن سطح زیر قالب‌ها وجود خواهد داشت. ابعاد نسبتا بزرگ قالبهای یوبوت تک و دوبل، احتمال رخ دادن این مشکل را بیشتر می‌کند. به منظور حل این مسئله، قالب یوبوت اصلاح شده با ابعاد 30*30 سانتی‌متر ساخته شد.
از مزیت‌های دیگر قالب یوبوت اصلاح شده می‌توان به هزینه کمتر آن‌ها نسبت به مدل‌های تک و دوبل اشاره کرد. البته مصرف بتن و وزن سقف در هنگام استفاده از این نوع قالب بیشتر از انواع دیگر است.
نکته: اکثر قالبهای یوبوت از جنس پلی پروپیلن هستند. با این وجود، گاهی اوقات از یونولیت یا پلی استایرن نیز به منظور ساخت قالب یوبوت استفاده میشود. البته استفاده از قالبهای یوبوت یونولیتی به دلیل وجود معایب زیاد محدود است.
طراحی سقف یوبوت به چه صورتی انجام می شود؟
به طور کلی، طراحی سقف‌های مختلف در شرایط بارگذاری متفاوت به سیستم آن‌ها بستگی دارد. به این ترتیب، عملکرد سقف یوبوت در مواجهه با بارهای اعمال شده مشابه دال‌های مجوف است. البته دال‌های مجوف در شرایط بارگذاری مانند عضوهایT شکل عمل می‌کند؛ در صورتی که رفتار سقف یوبوت در هنگام بارگذاری مانند عضوهایI شکل است. طراحی سقف یوبوت مطابق استانداردهای زیر انجام میشود:
· آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد 2800)
· مقررات ملی ساختمان (مبحث 9)
· موسسه بتن آمریکا (استانداردACI 318-08) یا قوانین اتحادیه اروپا (استاندارد EN 1992-1-1)
· در سیستم سقف یوبوت، کنترل برش پانچ از اهمیت بالایی برخوردار است. طراحی اسکلت این سقف توسط نرم افزارETABS و طراحی دال با نرم افزاهای SAFE یا Adapt صورت می‌گیرد.
توزیع بار در سقف یوبوت به چه صورت است؟
نحوه توزیع بارها در سازه‌های عمرانی، یکی از مهمترین عوامل موثر بر پایداری این سازه‌ها است. به همین دلیل، طراحی سازه‌های عمرانی باید بر مبنا توزیع مناسب بارها بین عضوهای مختلف صورت گیرد. در سقف یوبوت، بارهای اعمال شده به طور کامل توسط دال‌های بتنی و ستون‌ها تحمل می‌شوند. به دلیل عدم استفاده از تیر در ساخت سقف‌های یوبوت، مساحت دهانه‌های سازه بزرگ‌تر خواهد بود.
محاسبات سقف یوبوت طبق چه استانداردهای صورت می گیرد؟
به منظور طراحی سیستم سقف یوبوت، بارهای مختلف طبق استانداردهای زیر مورد محاسبه قرار می‌گیرند:
بارگذاری ثقلی: آیین نامه تعیین حداق بار وارده بر ساختمان‌ها و ابنیه فنی (استاندارد شماره 519)
بارگذاری جانبی: طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد شماره 2800)
بارهای اسکلت بتن آرمه: موسسه بتن آمریکا (استاندارد ACI 318-99)
بارهای دیوار برشی: موسسه بتن آمریکا (استاندارد ACI 318-99)
بارهای دال و فونداسیون: موسسه بتن آمریکا (استاندارد ACI 318-95)
