استفاده از سازه‌های چوبی از قدیم در همه‌ی کشورهای دنیا امری رایج و طبیعی بوده و کم‌کم با گذشت زمان و ارائه‌ی مصالح جدید به سمت استفاده از مصالح جدید رفتیم.
امروزه سازه‌های چوبی یکی از پرطرفدارترین سازه‌های موجود در دنیا بوده که در حدود بیش از 2 میلیارد خانه را با کمک این دست از مصالح ساخته شده است.
در این کتاب نیز قصد داریم به بررسی این دست از ساختمان‌ها بپردازیم.
این دست از سازه‌های ساختمانی بر خلاف باور عموم حتی برای سازه‌های ساختمانی تا 10 طبقه نیز کاربرد دارند.
در کشورهای پیشرفته نظیر ژاپن ، آمریکا و کانادا دارای آیین نامه‌های مخصوص به خود هستند.
در ایران نیز آیین نامه‌ی مربوط به سازه‌های چوبی در حال تدوین و نگارش میباشد.
مزایای استفاده از سازه‌های چوبی :
سبک بودن سازه‌های چوبی و در نتیجه کمتر شدن نیروی زلزله سرعت در اجرای اسکلت و بازگشت سریع سرمایه متناسب با هر آب و هوا و وضعیت اقلیمی متناسب با محیط زیست عمر طولانی و دوام بسیار بالا عایق‌بندی بسیار مناسب و کاهش مصرف انرژی.
معایب استفاده از سازه‌های چوبی :
نیاز به نیرو کار حرفه‌ای
مقاومت کم چوب در برابر آتش
مقاومت کم مصالح چوبی در برابر حشراتی مثل موریانه
نیاز داشتن به جنگل‌های زیاد یا واردات زیاد چوب.
مقاومت در برابر بلایای طبیعی :
این ساختمان‌ها به علت داشتن وزن کم و نحوه‌ی اتصال دادن اجزا به یکدیگر که شبیه به یک جعبه‌ی دوخته شده عمل میکند مقاومت بسیار بالای دارد.
ساختمان‌های چوبی بر خلاف سازه‌های بتنی و فولادی که برای ایمنی جانی به صورت معمول ساخته میشوند برای سطح خطر استفاده‌ی بی‌وقفه ساخته شده و باید بعد از زلزله به صورت کامل قابلیت استفاده کردن را داشته باشند.
همچنین ضریب میرایی بالای چوب در کاهش انرژی و کم کردن وزن ساختمان در حدود 7 تا 10 برابر باعث بهینه شدن این دست ساختمان‌ها در برابر بلایای طبیعی شده است.
انواع قاب‌های ساختمانی در سازه‌های چوبی :
این ساختمان‌ها نیز مانند ساختمان‌های عادی هم میتوان با استفاده از کلاف‌ها و دیوارها آنها را ساخت و هم با استفاده از مهاربندها و قاب‌های خمشی میتوان از آنها استفاده کرد.
به همین دلیل سیستم خوبی برای مناطق لرزه خیز نیز میباشد.
سقف‌های شیب‌دار در سازه‌های چوبی:
در ساختمان‌های ویلایی که معمولأ با سقف شیب‌دار ساخته میشوند نیز با ایجاد دوختگی بین خرپاهای سقف و دیوارها میتوان آنها را به صورت نیمه صلب فرض کرد.
برای سایر سقف‌ها که به صورت افقی اجرا میشوند نیز میتوان در ابتدا آنها را صلب فرض کرد و سپس بر اساس نیروها آن راکنترل کرد.
نکته‌ی مهم در اجرای سقف‌های سازه‌های چوبی این است که آنها را به شیوه‌ای کاملأ متناسب با دیوارها و دیوارها را با شالوده متصل کرد تا در انتقال نیروها مشکلی به وجود نیاید.
نکته‌ی مهم دیگری که باید برای ساخت این نوع ساختمان‌ها به آن توجه کرد این است که اجزا طوری در کنار یکدیگر قرار بگیرند که به راحتی هوابندی بین آنها انجام شود.
در حالت کلی اگر بتوان یکی از سه عامل اکسیژن، آتش و رطوبت را از چوب دور نگه داشت میتوان عمر به نسبت بالایی را از سازه انتظار داشت. به عنوان مثال در کشور سوئد سازه‌های چوبی با قدمت 980 سال نیز وجود دارند. یا در یونان بقایای کشتی چوبی 2000 ساله نیز وجود دارد.
فوندانسیون یا شالوده ساختمان‌های چوبی :
پی‌های این سازه‌های ساختمانی باید از رطوبت و نفوذ آب در امان باشند و علاوه بر این حتمأ باید از نفوذ حشرات به آنها جلوگیری شود.
در قدیم دیوارها به طور مستقیم و به واسطه‌ی کلاف‌های چوبی به زمین متصل میشد ولی در حال حاضر توصیه میشود که این اتصال مستقیم نباشد و حداقل از سطح زمین 30 سانتی‌متر فاصله داشته باشد.
همچنین به علت کم بودن بارهای مرده و زنده ( مجموعه این بارها کمتر از 400 کیلوگرم میباشد ) میتوان ساختمان‌های چوبی را در محل‌های که مقاومت خاک نیز کم میباشد اجرا کرد.
دیوارها و جداکننده‌ها :
در این ساختمان‌ها دیوارهای خارجی و در بعضی مواقع به همراه دیوارهای داخلی در نقش باربر عمل کرده و با قرار دادن تیرک‌های چوبی ( استادها یا وادارها ) میتوان آنها را ساخت.
در پوشش داخلی معمولأ از تخته‌های گچی به علت مقاومت خوب در برابر آتش‌سوزی استفاده میشود. و در بخش نما نیز از مصالحی مانند آجر و سنگ یا مواد متناسب با منطقه‌ی ساخت استفاده میشود.
جداکننده‌های داخلی نیز به صورت پیش ساخته معمولأ استفاده میشود و در هر دو نوع پیش ساخته و ساخت در محل پروژه تأسیسات از داخل آن عبور کرده و روی آن را معمولأ با پشم سنگ و سپس با پنل‌های گچی میپوشانند.
وضعیت مصالح و مدول الاستیسیته :
مصالح چوبی بر خلاف مصالحی مانند فولاد و بتن دارای دو مدول الاستیسیته میباشد.
یکی در راستای طولی و دیگری در راستای مماس بر مقطع که این دست از مصالح با عنوان مصالح غیر همگن در نرم‌افزارهای طراحی مثل ایتبس تعریف میشود.
مشخصات مصالح که شامل مدول الاستیسیته و سایر موارد دیگر میباشد از آیین نامه‌های معتبر و یا شرکت‌های تولید کننده چوب برداشت میشود.
تأسیسات مکانیکی و الکتریکی :
در ساختمان‌های چوبی تأسیسات به صورت کامل از داخل دیوارها و سقف‌ها عبور کرده و طبعأ نیازی به سقف‌های کاذب در این ساختمان‌ها نمی‌باشد.
استفاده از سیم اِرت ( Earth ) در این نوع ساختمان‌ها اجباری بوده و در نتیجه چاه اِرت نیز باید برای آنها وجود داشته باشد.
همچنین کابل‌های برقی ساختمان نیز باید داخل محافظ‌های فلزی و یا محفظه‌هایی از جنس مخصوص که امکان سوراخ شدن توسط میخ و یا سایر اجسام نوک نیز وجود دارد محافظت شوند.
آیین نامه‌های طراحی ساختمان‌های چوبی :
همانطوری که قبلأ گفته شد آیین نامه‌ی طراحی سازه‌های چوبی در ایران در دست تدوین و نگارش است و به عنوان منبعی برای طراحی میتوان از پیش نویس این آیین نامه استفاده کرد.
همچنین تا ورود آیین نامه‌ی رسمی میتوان از آیین نامه‌ی IBC2009 که در فصل 23 آن به طراحی سازه‌های چوبی پرداخته شده میتوان استفاده کرد.
برای بارگذاری نیز میتوان از آیین نامه‌ی مبحث 6 مقررات ملی ساختمان و یا ASCE7-05 استفاده کرد.
مقاومت در برابر آتش سوزی :
همانطور که قبلأ گفته شد، سازه‌های چوبی در برابر آتش‌سوزی از مقاومت کمی برخوردار هستند به همین دلیل رویه‌ی آنها را با پنل‌های گچی میپوشانیم. چرا که گچ با تبلور در حدود 20 درصد آب را در خود دارد.
همچنین میتوان از عایق‌های پوششی برای محافظت از چوب‌ها استفاده کرد.
شاید جالب باشد که بدانید تیرهای فولادی مقاومت بیشتری نسبت به خود نشان میدهند. و دلیل آن هم به وجود آمدن یک لایه‌ی زغالی شکل بر روی سطح چوب میباشد که توسط عایق کاری سرعت نفوذ به داخل آتش را به شدت کند میکند.
مقاومت در برابر حشرات :
سازه‌های چوبی برای مقاوم سازی در برابر حشرات الزامأ باید از عایق‌های مخصوصی استفاده کند.
یکی از روش‌های عایق کردن پاشیدن ماده‌ی عایق با پمپ است که به صورت سطحی عمل عایق‌کاری انجام میشود.
و در روش دیگر چوب‌ها در استوانه‌های بسته قرار گرفته و تحت خلاء مواد عایق به رویه و درون مقطع نفوذ میکند.
مقاومت در برابر زلزله :
سازه‌های چوبی به علت وزن کم اسکلت و کم بودن بار مرده در ساختمان طبعا نیروی زلزله‌ی کمتری نیز به آن وارد میشود.
سازه‌های چوبی بر روی یکی از بزرگترین میزهای لرزه‌ی دنیا با مقیاس واقعی و با اندازه زلزله‌ی 7.5 ریشتری در ژاپن مورد آزمایش قرار گرفتند و در یک ساختمان 7 طبقه ، فقط در طبقه‌ی آخر میزان خرابی‌های بسیار جزئی دیده شد.
ساختمان‌های چوبی عملکردی فوق‌العاده در زلزله داشته و از دلایل آن هم میتوان به میرایی بالای مصالح، کم کردن وزن ساختمان و طراحی برای سطح عملکرد استفاده‌ی بی‌وقفه اشاره کرد.
لازم است بدانید آزمایش فوق یکی از قوی‌ترین و شدیدترین آزمایش‌های تاریخ دنیا بوده که برای سنجش ساختمان‌های چوبی به کار رفت.
قدرت این زلزله بر اساس دوره‌ی بازگشت زلزله‌های 2500 ساله و میزان انرژی آن در حدود 2.1 میلیون کیلوگرم بود.
نتیجه‌گیری :
استفاده از سازه‌های چوبی در دنیا در حال حاضر در کشورهای پیشرفته امری بسیار رایج و مرسوم بین مهندسین میباشد.
در کشورهایی همچون ژاپن ، آمریکا و کانادا اهمیت بیشتری به دست از ساختمان‌ها داده میشود.
این ساختمان‌ها در برابر زلزله عملکرد فوق‌العاده خوبی از خود نشان میدهند.
سطح عملکردی اسن ساختمان‌ها بر اساس استفاده‌ی بی‌وقفه میباشد.
اما مانند هر سازه‌ی دیگری معایب خاص خود را دارد که میتوان به آسیب پذیر بودن در برابر آتش‌سوزی و حشرات و رطوبت اشاره کرد.
و عدم درک دفتار صحیح ساختمان‌های چوبی در برابر نیروهای زلزله‌ی قائم که اخیرأ به آیین نامه‌ی 2800 ایران اضافه شده است.
همچنین استفاده از این ساختمان‌ها نیاز به یک برنامه‌ی مدون برای کاشت درخت و ایجاد جنگل دارد و نمیتوان به سادگی در محیط زیست دخالت کرده و شروع به قطع درختان کرد.