گروه ارتمن با به کارگیری برجسته‌ترین مهندسین و طراحان مطرح صعت سازه‌های چوبی از ایران و آمریکا، برای اولین بار در کشور موفق شده است تا بحث طراحی، ساخت و اجرای انواع سازه های چوبی را بر مبنای اصول استاندارد دقیق آمریکا اجرایی نماید. سوال اینجاست: چرا سازه‌های چوبی؟ در روش های نوین صنعتی سازی نه تنها به مسئله مسکن بلکه به بهره برداری بهینه از مصالح، سرعت و کیفیت ساخت نیز توجه شده است.
یکی از راه های بهبود ایجاد مسکن استفاده از سیستم های ساخت و ساز صنعتی یا نیمه صنعتی می باشد که در اصطلاح فنی به آن بکارگیری مصالح پیش ساخته و نیمه پیش ساخته گفته می شود. در زمینه تولید ساختمان های نیمه پیش ساخته تکنولوژی های بسیاری در کشورهای پیشرفته جهان ایجاد شده است. یکی از بهترین روش های تولید ساختمان نیمه پیش ساخته، فن آوری و بهره برداری از چوب به عنوان رایج ترین و فراوانترین مصالح موجود در طبیعت می باشد، بطوریکه در آمریکا، کانادا، اروپا، ژاپن، چین و دیگر ممالک پیشرفته به عنوان یک سیستم پایدار و مطلوب مورد توجه قرار گرفته است.
ایجاد مسکن بدین صورت برای حدود ۲ میلیارد نفر از مردم جهان گواه بر این ادعا می باشد. امروزه انسان در ساخت خانه های چوبی با تکیه بر علم و تکنولوژی به کیفیت و اهداف ویژه ای رسیده است. در ساخت سازه از چوب کیفیت درختان مورد استفاده به عنوان شاخص اصلی می باشد. با توجه به کیفیت انواع چوب های می توان نتیجه گرفت که چوب درختانی که در منطفه کمربندی واقع در مدار ۶۶ درجه و ۳۳ درجه شمالی رشد نموده اند، مناسبترین نوع چوب برای ساخت خانه می باشد. علت مرغوب بودن این چوب ها رشد کند درختان در مناطق سردسیر و بالا بودن چگالی و سخت شدن بافت های چوب می باشد. سبک سازی، مقاومت بالا در برابر زلزله، سرعت در ساخت و بازگشت سریع سرمایه، عایق بندی و کاهش چشمگیر مصرف انرژی، عمر طولانی و بالای ۱۰۰ سال سازه، زیبایی و سازگاری با اقلیم و آب و هوای مختلف، نداشتن نخاله ساختمانی از جمله مواردی هستند که ساخت خانه های چوبی را در ردیف خانه های جذاب و مورد اقبال در دنیا قرار داده است.
مزایای خانه چوبی
- سبک سازی و مقاومت بالا در مقابل زلزله
- سرعت در ساخت و بازگشت سریع سرمایه
- عایق بندی و کاهش چشمگیر مصرف انرژی
- عمر طولانی سازه
- کاهش پرت مصالح ساختمانی
- صنعتی سازی و افزایش کنترل کیفیت در کارخانه
- استفاده از نیروی کار حرفه ای
- کاهش آلودگی محیط زیست
- افزایش ایمنی کار
- زیبایی و سازگاری با شرایط مختلف آب و هوا
- کاهش اثرات منفی الکترومغناطیس بر انسان
استحکام در برابر زلزله
ساختمان های چوبی کاربرد و شناخت وسیعی در کشورهای امریکا، ژاپن، کانادا و اروپا دارند. بطور کلی این سیستم به علت سبک بودن برای مناطق زلزله خیز بهترین سیستم به حساب می آید. سیستم سازه ای ساختمان های چوبی در اکثر کشورهای دنیا در مناطق زلزله خیز برای ساخت ساختمان های مسکونی با ارتفاع معمولی استفاده می شود. در کشور امریکا بیش از ۸۰% ساختمان ها بوسیله چوب ساخته شده اند.
در استانداردهای خانه های چوبی، یک ساختمان مستحکم به سازه ای گفته می شود که پس از وقوع زلزله مطمئن و سالم بماند و قابل بهره برداری و زندگی باشد در صورتیکه در سازه های فولادی و بتنی منظور از ساختمان مستحکم خانه ای است که در هنگام وقوع زلزله صدمات جانی آن به حداقل برسد ولی صدمات مالی و بهره برداری آن قابل تعیین نمی باشد. زمین لرزه های فراوانی که در نقاط مختلف جهان روی داده، نشان دهنده این است که خانه های با اسکلت چوبی مقاومت بسیار بالایی در برابر زمین لرزه دارند.
یک اصل بسیار مهم در این سیستم سازه ای یکپارچگی سازه می باشد. همه دیوارها، سقف ها، سقف خارجی، پی و دیگر اجزای سازه با دقت بسیار همانند جعبه ای یکپارچه به هم دوخته می شوند. از مهمترین مزایای سازه های چوبی مقاومت بالای آن ها در برای انواع بلایای طبیعی ( زلزله، سیل و آتش سوزی) می باشد. ضریب میرایی بالای چوب آن را مناسبترین نوع مصالح برای طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله می نماید و نیز کاهش بار مرده ساختمان تا هفت برابر نسبت به سازه های فولادی و بتنی بر این مقاومت می افزاید. بدین ترتیب به جرات می توان سازه های چوبی را یکی از بهترین سیستم های مقاوم در برابر زلزله دانست.
از مزایای دیگر ساختمان های چوبی امکان سازگار نمودن آن با شرایط آب و هوایی گوناگون می باشد. امروزه شاهد ساخت سازه های چوبی در دماها و رطوبت های مختلف در نقاط متفاوتی از جهان هستیم. در مناطق سردسیر که دارای زمستان های طولانی است و اغلب دمای هوا زیر صفر می باشد ساختمان های چوبی به عنوان بهترین گزینه معرفی می شوند.
سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی
چوب یکی از قدیمی‌ترین مصالح ساختمانی است که انسان با آن آشنایی پیدا کرده و در مناطق پوشیده از جنگل از آن برای ساخت خانه‌های مسکونی استفاده نموده است. در آغاز با تنه‌های قطور درختان دیوارهای کلبه را بنا کرده و سقف آن را با شاخ و برگ درختان پوشانده، گاهی بر روی همه اینها گل مالیده و گاهی نیز از پوست درختان و یا ورقه‌های نازک سنگ بعنوان بام پوش استفاده کرده است.
در نیم‌قرن اخیر صنعت چوب‌بری، عمل‌آوری چوب و سیستم‌های ساختمانی چوبی در کشورهای صنعتی جهان مانند کانادا، ایالات متحده امریکا، استرالیا، ژاپن و کشورهای اروپای شمالی از جمله کشورهای اسکاندیناوی پیشرفت فراوانی کرده است به گونه‌ای که امروز بیش از ۹۰ درصد ساختمانهای مسکونی با ارتفاع شش طبقه به پایین این کشورها دارای سازه چوبی می‌باشند.
صنعت ساختمانهای چوبی از جنگل آغاز می‌شود. جنگلداری دانشی است که از حوصله این مقاله خارج است، ولی بطور خلاصه می‌توان گفت که یک جنگلداری درست و اصولی ضامن کیفیت چوب ساختمانی و بقای سیستم‌های ساختمانی چوبی است. درختی که برای سازه‌های چوبی پرورش می‌یابد بطور معمول از نوع برگ سوزنی است که در بازار ایران به چوب روسی معروف شده است. جنگلداری صحیح شامل مبارزه با حشرات مضر و آفات گیاهی، قطع شاخه‌های خشک به منظور کاهش گره‌های چوب، پاک‌سازی گیاهان و درختانی که از رسیدن نور خورشید به درختان مورد نظر جلوگیری میکنند، قطع به موقع درختان برای ارسال به کارخانه چوب‌بری و کاشتن دوباره نهال برای برداشت بعدی است.
استفاده از قاب سبک چوبی در ساخت و ساز در کشور ایالات متحده امریکا از دهه ۱۸۴۰ در حومه شهر شیکاگو آغاز شد. روش اولیه ساخت به گونه قاب چوبی دیوارهای یک پارچه (Balloon Framing) بود که تمامی ارتفاع ساختمان را در بر میگرفت. تکامل این سیستم در کشور سوئد بگونه ساخت طبقه‌ای (Platform Framing) انجام گرفت و در دهه ۱۹۲۰ نخست به کشور انگلستان و سپس به کشورهای دیگر صنعتی گسترش پیدا کرد. باید توجه داشت که هر خانه‌ای که با چوب ساخته شده باشد در شمار این سیستم ساختمانی نیست. مهمترین مشخصات این سیستم ساختمانی مقاومت بالای آن در برابر زلزله، توزیع یکنواخت نیروهای جانبی باد و زمین لرزه در دیوار و سقف، استحکام قاب دیوارها و هدایت لرزه‌ای آنها، استحکام و پیوستگی عضوهای افقی مانند سقف و بام، اتصال داخلی و یکپارچگی تمام اجزای ساختمانی و سبکی آن است.
ساختمان های با اسکلت سبک چوبی
سیستم ساختمانهای قاب سبک چوبی استاندارد یکی از پیش رفته ترین سیستم های ساختمانی است که رعایت تمام اصول فیزیک ساختمان از قبیل عایق کاری حرارتی، رطوبتی، صدا و هوابندی در شمار الزامات آن است و در نتیجه یکی از کامل ترین و در عین حال آسیب پذیر ترین سیستم‌های ساختمانی است که در صورت اجرای نادرست میتواند زیان‌های مالی بزرگی ببار آورد. مهمترین نکته در این سیستم، محافظت سازه چوبی در برابر عوامل مخرب محیط از قبیل تغییرات شدید دما و رطوبت، قرار گرفتن در معرض قارچ‌ها، حشراتی که از چوب تغذیه میکنند، میکروارگانیزم‌ها و حرارت زیاد است. از طرفی دیگر آتش‌سوزی، بخصوص پس از وقوع زلزله و انتشار آن در مناطق با تراکم زیاد، خطری جدی برای ساختمانهای چوبی است. باید در نظر داشت که نحوه محاسبات بارهای وارده و طراحی این سیستم ساختمانی با سیستم‌های متداول دیگر متفاوت است.
سیستم ساختمانهای سبک اسکلت چوبی برای اجرای ساختمانهای کوتاه‌مرتبه و میان‌مرتبه، شش طبقه و کمتر، کاربرد گسترده‌ای داشته است. خطر آتش‌سوزی بیشتر از هر چیز دیگر در محدودیت طبقات خانه‌های چوبی تعیین کننده بوده است. بدیهی است که کمبود دانش در باره رفتار این ساختمانها در هنگام زمین لرزه و نیز نقشی تعیین کننده در ارتفاع مجاز ساختمان داشته است. جلوگیری از افزایش تراکم جمعیت جهت کاهش آلودگی‌های زیست محیطی و نقصان مشکلات اجتماعی یکی دیگر از عوامل محدودیت طبقات ساختمانهای مسکونی در کشورهای پیش رفته صنعتی بوده است. در چند دهه اخیر، با مطرح شدن فن‌آوری‌های جدید، نظیر خاموش‌کننده‌های خودکار آتش، ایجاد سلولهای آتش، اشباع چوب‌های بدون محافظ با مواد کندسوز‌کننده، و پیش‌بینی راه‌های فرار در هنگام آتش سوزی و تحقیقات گسترده در خصوص رفتار لرزه ای سازه‌های دارای قاب سبک چوبی، زمینه مناسبی برای افزایش تعداد طبقات و ارتفاع خانه‌های چوبی فراهم گردیده است.
سیستم ساختمانهای اسکلت سبک چوبی، یک سیستم مدوله شده بر پایه ۴۰ و یا ۶۰ سانتیمتر است. هر دیوار از تعدادی اجزای عمودی (وادار یا اِستاد) با فاصله مرکزی ۴۰ یا ۶۰ سانتیمتر، که در بالا و پایین به اجزای افقی متصل شده‌اند، تشکیل می‌شود. ابعاد چوب‌های به‌کار برده شده در سازه این سیستم ساختمانی نباید از اندازه اسمی ۵ در ۱۰ سانتیمتر کمتر باشد. این محدودیت ابعادی برای پایداری بیشتر سازه در هنگام آتش سوزی در نظر گرفته شده است. مکان خالی بین وادار(استاد)های دیوارها و تیرهای افقی سقف‌ها، جای بسیار مناسبی برای قرار دادن عایق‌های حرارتی و صوتی و عبور تأسیسات ساختمانی به‌شمار می‌رود.
سازه ویلایی با قاب سبک چوبی
دیوارهای این سیستم ساختمانی با پوشش‌های تخته‌ای مقاوم مانند تخته چندلا (Plywood) و یا ورق تولید شده از OSB (چوب تراشه جهت دار) می توانند به‌عنوان دیوارهای برشی عمل کنند. سقف‌ها نیز در این سیستم ساختمانی با ایجاد یکپارچگی، توسط پوشش‌های مقاوم، مانند دیافراگم قابل انعطاف عمل کرده و خرپاهای سقف نهایی با پوشش‌هایی از ورق های چوبی، به‌صورت یکپارچه در می آیند. یک اصل بسیار مهم در این سیستم ساختمانی تأمین یکپارچگی سازه آن است. شالوده، دیوارها، سقف‌های بین طبقات و سقف نهایی (بام)، و تمامی اجزای تشکیل‌دهنده سازه ساختمان باید به درستی و با دقت بسیار، مانند جعبه‌ای یکپارچه به یکدیگر دوخته شوند. اجزای ساختمانی باید به‌گونه‌ای طراحی شوند که چوب‌های به‌کار برده شده در سازه ساختمان تا حدامکان به گونه فشاری یا کششی عمل کنند، و باعث ایجاد گشتاور‌های ناشی از خروج از محوریت نشوند.
سازه ویلایی با قاب سبک چوبی
یکی دیگر از موارد بسیار اساسی در این سیستم ساختمانی، تأمین هوابندی آن است، به گونه‌ای که نفوذ هوا، حتی در مواردی که اختلاف فشار بین دو طرف جدار زیاد است، از حدود تعیین‌شده بیشتر نشود. از این روی، لازم است محل برخورد دیوارها با پی، درها و پنجره‌ها با دیوار، دیوارهای خارجی با یکدیگر و همچنین محل تلاقی خرپاها با دیوارهای خارجی، با استفاده از روش‌ها و مصالح مناسب، به درستی هوابندی شوند.
چوب تحت تأثیر نیروهای وارد شده، و همزمان با عوامل گوناگون طبیعی، از قبیل رطوبت و تغییرات آن، حرارت و تغییرات آن، و همچنین اشعه فرابنفش، میتواند با روندی تدریجی دچار تغییر شکل گردد. این تغییرات در طول زمان میتواند منجر به شکست و یا غیرقابل استفاده شدن سازه شود. در طراحی سازه چوبی، لازم است مسائل مربوط به تغییرات وابسته به زمان، از جمله خزش، در نظر گرفته شود
با آنکه چوب ماده‌ای آلی است با نگهداری درست و رعایت اصول طراحی و اجرایی سیستم خانه‌های چوبی، می‌توان برای آن عمری بسیار طولانی در نظر گرفت. برای مثال، چوب کشتی‌های جنگی با کهنگی بیش از ۲۰۰۰ سال که در سواحل یونان به دست آمده، سازه چوبی ساختمانهای ۷۰۰ ساله سوئدی و کلیساهای چوبی ۹۸۰ ساله نروژی هنوز کامل و بدون عیب پابرجا مانده‌اند. اگر بتوان یکی از سه عامل رطوبت، حرارت و اکسیژن را از سازه چوبی به دور نگاه داشت، می‌توان از فساد و تجزیه آن جلوگیری به‌عمل آورد. در پژوهش‌هایی که نگارنده بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی چوب‌های ساختمانهای ۶۰۰ تا ۷۰۰ ساله محله قدیمی شهر استکهلم به‌انجام رسانید، به نتیجه‌های قابل توجهی دست یافت. مقاومت و مدول الاستیسیته چوب‌هایی که به خوبی درون ساختمان محفوظ مانده‌اند، بین ده تا بیست درصد از چوب‌های تازه با چگالی و نوع یکسان بیشتر است. درصد جذب آب چوب کهنه و تغییرات ابعادی آن در هنگام جذب آب و در مجموع تأثیرپذیری آن در برابر عوامل محیط، از چوب نو کمتر است. خزش تحت تأثیر بار و تغییرات رطوبتی هوا، در چوب کهنه به مراتب کمتر از چوب نو است. تغییر شیمیایی مواد در پوسته سلولهای چوب به مرور زمان باعث مقاومت و استحکام بیشتر چوب در برابر عوامل محیط می‌شود. به‌طور کلی، می‌توان گفت که در صورت رعایت اصول سیستم خانه‌های چوبی، و آگاهی از نحوه برخورد چوب با عوامل محیط، می‌توان عمر مفید ساختمانهای این سیستم را بی‌گمان به بیش از صد سال رسانید، ولی در صورت سهل انگاری و یا عدم رعایت این اصول، ساختمانهای چوبی به شدت آسیب‌پذیر خواهند بود.
شالوده
شالوده این سیستم ساختمانی، علاوه بر تحمل بار سبک سازه چوبی، باید به گونه‌ای مؤثر از نفوذ آب، رطوبت و حشرات به داخل سازه چوبی جلوگیری به عمل آورد. در روش‌های اولیه پی‌سازی خانه‌های سبک چوبی، قاب دیوارها به‌طور مستقیم و یا به‌واسطه کلاف چوبی بر روی زمین قرار میگرفت که در طول زمان باعث فساد چوب می‌گردید. آنچه بیش از هر چیز در باره پی‌سازی این سیستم دارای اهمیت است، قرار دادن سازه چوبی در ارتفاعی بالاتر از سطح زمین است تا خطر نفوذ آب، رطوبت، قارچ‌ها و انواع حشرات به سازه چوبی کاهش یابد. این ارتفاع در آیین نامه های ساختمانی در حدود ۳۰ سانتیمتر ذکر شده است.
ساختمانهای چوبی بسیار سبک هستند، به گونه‌ای که مجموع بار مرده و زنده هر مترمربع از سقف ساختمان از ۴۰۰ کیلوگرم کمتر است. برای مثال، باری که یک خانه چوبی دو طبقه دارای زیرزمین به زمین منتقل می‌کند، از وزن خاک دستی و خاک موجود قبل از احداث ساختمان بیشتر نیست. در نتیجه می‌توان گفت که ساختمانهای کوتاه‌مرتبه چوبی را می‌توان در زمین‌هایی که دارای مقاومت خاک حداقل هستند نیز اجرا کرد. از آن گذشته، خانه‌های چوبی، به‌دلیل سبکی و یکپارچگی، حتی در صورت نشست نامساوی خاک زیر شالوده، عملکرد خوبی دارند. در مجموع، می‌توان گفت که سیستم خانه‌های چوبی، برای زمین‌های سست، با مقاومت خاک بسیار کم، از بسیاری از سیستم‌های ساختمانی مناسب تر است. شالوده ساختمانهای چوبی میتواند به‌گونه‌های گسترده، نواری، منفرد و یا تلفیقی باشد. شالوده منفرد را می‌توان با استفاده از قطعات پیش‌ساخته بتنی قالب ماندگار اجرا کرد. در مواردی که مقاومت خاک بسیار کم است، از شالوده گسترده استفاده می شود.
دیوارهای خارجی
دیوارهای خارجی به تنهایی و گاهی به همراه دیوارهای داخلی به‌گونه دیوارهای باربر عمل میکنند. این دیوارها با قرار دادن تیرکهای چوبی (وادار یا استادها) با فاصله معین از یکدیگر و به صورت قاب ساخته شده و بر روی پی ساختمان که از بتن، آجر و یا مصالح غیرآلی دیگر ساخته شده قرار می‌گیرند. در ساختمانهای کم ارتفاع، ابعاد این وادارها بطور معمول ۵ در ۱۰ سانتیمتر است که با فاصله مرکزی ۴۰ یا ۶۰ سانتیمتر از یکدیگر قرار می‌گیرند روی قاب دیوارها را از داخل با تخته گچی و از خارج با ورق‌هایی از فرآورده های چوبی و یا مصالح مناسب دیگر می‌پوشانند.نمای این سیستم ساختمانی میتواند از انواع ورق‌های ساختمانی از جمله، ورق سیمانی، لمبه چوبی، پوشش‌های پلیمری گوناگون، ورق‌های فلزی، سفال و آردواز تشکیل شود. در نواحی پرباران، نماهای آجری کاربرد فراوانی دارند که بگونه‌ای خود ایستا بر روی پی بنا شده و برای پایداری در برابر نیروی باد با اتصالات فولادی به سازه چوبی دوخته میشوند. در قسمت داخلی دیوار، بخاربند و در قسمت خارجی و درزیرنما لایه مقاوم در برابر نفوذ باد و دافع آب قرار دارد. بین وادارهای چوبی را با یک عایق حرارتی معدنی از قبیل پشم سنگ، پشم شیشه یا پشم سرباره پر میکنند.
جداکننده‌های داخلی
اسکلت دیوارهای جداکننده داخلی را مانند سازه دیوارهای خارجی با وادارهای چوبی و به صورت قاب می‌سازند. دیوارها را بطور معمول بگونه‌ای افقی بر روی زمین ساخته و سپس برپا می کنند. در نوع پیش ساخته آن تمام اجزای دیوار در کارخانه ساخته شده و تاسیسات مکانیکی و برق نیز در آن کار گذاشته می شود. دو طرف دیوارهای داخلی را با تخته گچی می‌پوشانند. جداکننده‌های داخلی نیازی به بخاربند و عایق حرارتی ندارند ولی در مکان های مورد نیاز از چند سانتیمتر پشم سنگ با چگالی بالا بعنوان عایق صدا استفاده می شود. دیوارهای جداکننده دو واحد ساختمانی را بگونه‌ای دوتایی ساخته و با یک یا چند لایه اضافی تخته گچی پوشانده و داخل آن را با عایق حرارتی پر میکنند. این دیوارها به راحتی میتوانند افت صدایی برابر با ۵۰ دسیبل ایجاد نموده و پاسخگوی الزامات مبحث ۱۸ مقررات ملی ایران باشد.
سیستم سقف-کف بین طبقات
قاب‌بندی سقف بین طبقات از تیرهای ضخیم چوبی تشکیل می‌شود. فاصله بین تیرها، به‌طور معمول ۶۰، ۸۰ یا ۱۲۰ سانتیمتر است. در قاب‌بندی سقف، در صورت نیاز، می‌توان از تیرچه استفاده کرد. سقف طبقات، با استفاده از ورق‌های ساختمانی، با اتصالات خشک، بر روی تیرهای چوبی نصب میشوند. کف اطاق با الوار چوبی و یا تخته چندلایه ضخیم پوشیده شده و بر روی آن کف‌پوش مناسب قرار می‌گیرد. در صورت نیاز به شیب‌بندی، از ملات سیمانی و یا پلیمری مخصوص استفاده می‌شود. برای جلوگیری از انتقال صدای کوبه‌ای، از کف پوش نرم یا از کف شناور استفاده می‌شود.
سقف خارجی
سقف خارجی ساختمان، به‌طور متداول، از نوع شیب‌دار است که میتواند از خرپاهای چوبی تشکیل شود. سقف‌های نهایی از نوع صاف در این سیستم بیشتر به شکل خرپای مسطح اجرا میشوند. درون سقف، عایق حرارتی مناسب قرار داده می‌شود و قسمت زیرین سقف با بخاربند و تخته گچی و یا مصالح مناسب دیگر پوشیده می‌شود. سقف خارجی میتواند به‌صورت خرپاهای سبک پیش‌ساخته و به‌عنوان واحدهای مجزا نصب شود. چنین قاب‌بندی، بر طبق تجربیات و محاسبات دقیق مهندسی طراحی می‌شود. استفاده از خرپا در بام نیاز به جداکننده‌های باربر داخلی را برطرف کرده و باعث نصب سریع‌تر قاب‌بندی سقف و بام می شود
خرپا و دیگر اجزای سقف باید به گونه‌ای طراحی و اجرا شوند که علاوه بر دارا بودن مقاوت لازم در برابر بارهای قائم، از یکپارچگی کافی نیز برخوردار باشند و بتوانند در برابر بارهای جانبی عملکرد مطلوبی داشته باشند. در طراحی این اجزا، لازم است اثر نیروهای وارده در هنگام حمل و نصب و وزن کارگران نصاب در زمان اجرا نیز در نظر گرفته شود. بام نهایی که به دو گونه شیب‌دار و مسطح اجرا می‌شود، از نظر مقاومتی دارای ساختار اصلی یکسانی است.
پوشش بام
به‌طور کلی، می‌توان گفت که بیشتر انواع بام پوش‌های متداول، برای این سیستم ساختمانی نیز قابل اجرا است، مشروط بر این که زیرسازی مناسب اجرا شده و تمهیدات لازم برای عایقکاری حرارتی و رطوبتی و همچنین محاسبات لازم جهت پیش‌بینی خطر میعان و نفوذ آب باران و فشار برف انجام گیرد. متداول‌ترین پوشش‌های بام برای سیستم ساختمانی اسکلت سبک چوبی عبارتند از سفال، ورق‌های فلزی با پوشش ماسه و رزین، کاغذهای چندلایه آغشته به قیر و ماسه و ورق‌های سیمانی. بام پوش متشکل از ورقه‌های چوبی (توفال چوبی)، در بسیاری از مناطق، به‌خصوص در ایالت کالیفرنیا برای سقف‌های شیب‌دار متداول بوده است ولی امروزه به‌دلیل ملاحضات مربوط به آتش سوزی و گسترش آتش در مجتمع‌ها و شهرک‌های ساختمانی مجاز نمی باشد.
لمبه‌های چوبی یا ورق‌هایی از فرآورده های چوبی مانند تخته چندلا، تخته از تراشه‌های چوب جهت‌دار و یا مصالح چوبی دیگر، بستر مناسبی برای پوشش بام در ساختمانهای چوبی را فراهم میکنند. بر روی این بستر، نخست یک لایه عایق رطوبتی و سپس، بسته به نوع پوشش نهایی بام، چوب‌های چهارتراش با ابعاد گوناگون و در دو جهت عمود برهم و با فاصله‌های مشخص از یکدیگر، بستگی به ابعاد قطعات بام پوش، کوبیده میشوند.
رفتار سازه ای سیستم ساختمانهای سبک چوبی
سیستم سازهای ساختمانهای سبک اسکلت چوبی با سیستم‌های موجود سازه‌های فولادی و بتنی بسیار متفاوت است. اجزای قائم سیستم خانه‌های سبک اسکلت چوبی تحت بارهای ثقلی، به‌عنوان عضو باربر فشاری عمل میکنند؛ اعضای فشاری که در دهانه‌های مهاربندی شده قرار می‌گیرند، علاوه بر بار ثقلی، نیروهای ناشی از بارهای جانبی باد و زلزله را نیز تحمل می‌نمایند. این اعضا همان وادارهای عمودی یا استادها می‌باشند. اتصال اعضای فشاری به کلاف عرضی کف به گونه‌ای مستقیم انجام می‌گیرد.تمام اجزای این سیستم از تیرهای چهارگوش چوبی تشکیل شده است. سقف جداکننده طبقات و سقف خارجی سازه نیز متشکل از تیرهای چوبی و یا خرپاهای چوبی است و فواصل تیرچه‌ها با توجه به ظرفیت باربری عضو و ابعاد قطعات پوشش که بطور معمول از ورق فرآورده‌های چوبی مانند تخته چندلا و یا ورق تولید شده از چوب تراشه جهت دار، تعیین می‌شود. تیرها و تیرچه‌ها عمدتا دارای مقاطع مستطیل شکل هستند. اعضای قائم سیستم نیز از همین نوع می‌باشند و تحت اثر بارهای ثقلی به عنوان عضو باربر و تحت اثر بارهای جانبی در دهانه مهار بندی شده قطری یا برشی پوشیده شده با ورق یا تخته، نیروهای جانبی ناشی از بار باد یا زلزله را تحمل می‌نمایند.
برای ایجاد کلاف پیرامون بازشوهای افقی در سقف، از تیرچه‌های چوبی استفاده می‌شود. به منظور مقابله با برش طبقه و مهار جانبی تیرچه‌های کناری، می‌توان از مهاربندی ضربدری استفاده نمود. اطراف بازشوهای قائم در دیوارها نیز، تیرچه‌های نعل درگاهی و وادارها با مقاطع مشابه استادهای چوبی به‌کار برده می‌شود. از آنجایی که تیر اصلی به طور معمول به صورت سراسری اجرا می‌گردد، برای ایجاد طره‌های ساختمانی از تیر پیوسته استفاده می‌شود تا لنگر قسمت طره تیر به عضو فشاری و از طریق عضو فشاری به شالوده منتقل گردد. مجموعه قاب‌های تشکیل دهنده سیستم سازه‌های چوبی، دارای اتصالات ساده بوده و تشکیل قاب ساختمانی ساده را میدهند؛ بنابراین تنها دهانه‌های مهاربندی شده یا دیوارهای برشی در هر جهت میتوانند در باربری جانبی به‌عنوان یک سیستم مقاوم مطرح باشند.
دیافراگم‌های ساخته شده از پانل‌های چوبی با قاب‌های سبک، میتوانند به صورت ایده‌ال، انعطاف پذیر در نظر گرفته شوند. در این حالت، کل دیافراگم به صورت چند دهانه تیر ساده بین تکیه‌گاه‌ها (تیرهای چوبی کف) عمل خواهد نمود. با توجه به اینکه اعضای فشاری در ارتفاع ساختمان ممتد نبوده و در هر طبقه قطع میشوند، لذا اتصال این اعضا به کف سقف یا شالوده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ اتصال اعضای فشاری به کف یا شالوده، به واسطه یک کلاف چوبی که به طور معمول با مواد مقاوم در برابر موریانه و قارچ‌ها اشباع شده است، انجام می‌گیرد. کلاف عرضی به‌واسطه میله‌های انتظار (بولت های فولادی) کار گذاشته در بتن که عملکرد مهار کششی را دارند به کف یا شالوده متصل می‌شود.
عایق حرارتی
فضای خالی بین استادهای دیوارهای خارجی، بین تیرها یا تیرچه‌های کف و سقف و در داخل شالوده‌ها مکان مناسبی است برای قرار دادن عایق حرارتی، که موجب کاهش تبادل حرارت پوسته خارجی ساختمانهای چوبی با قاب سبک در شرایط آب و هوایی گرم و سرد می‌شود. این عایقکاری همچنین میتواند با جذب نوفه‌های خارجی آسایش ساکنان را افزایش داده و مانند جاذب صدا عمل نماید.
ضریب انتقال حرارتی چوب نسبت به مصالح دیگر بسیار پایین است و در نتیجه پدیده پل حرارتی در این سیستم ساختمانی مطرح نمی‌باشد. عایق حرارتی متداول در این سیستم از انواع گوناگون پشم های نسوز معدنی است. عایق حرارتی در انواع رولی یا تخته‌ای و یا به صورت فله به بازار عرضه می‌شود که نوع فله‌ای آن بیشتر در داخل شیروانی‌ها و بین تیرچه‌های سقف به کار برده می‌شود. در قسمت داخلی دیوارهای بتی شالوده می‌توان از یک عایق حرارتی پلیمری مانند تخته‌های پلی‌استایرن که با چسب‌های مخصوص به دیوار نصب می‌شود، استفاده کرد.
در مناطق سردسیر عایق حرارتی با چگالی بالا را در زیر شالوده و در زمین اطراف آن نیز قرار میدهند. کاربرد انواع عایق‌های حرارتی پلیمری بالاتر از تراز پایه در ساختمانهای چوبی به‌علت افزایش بار آتش ساختمان و خطر آتش سوزی غیر استاندارد بوده و به هیچ وجه مناسب نمی‌باشند، بخصوص آنکه اینگونه عایق‌ها نمیتوانند همزمان مانند عایق صوتی عمل نمایند.
بخاربند
برای جلوگیری از انتقال بخار آب ناشی از اختلاف فشار جزیی بخار آب در دو طرف عضو ساختمانی، از یک لایه نازک مقاوم در برابر نفوذ بخار آب استفاده می‌شود. بخاربند میتواند از جنس پلیمر، به طور معمول از ورقه‌های پلی اتیلن و یا بیتومن باشد. بخاربند باید در سمتی از جدار نصب شود که فشار بخار آب زیاد است، یعنی در قسمت گرم و بطور معمول در طرف داخلی عایق حرارتی. البته نحوه قرارگیری اجزای پوسته خارجی ساختمان باید بر طبق محاسبات فیزیک ساختمان و با درنظر گرفتن شرایط آب و هوایی منطقه صورت گیرد، در غیر این صورت پوسته خارجی به‌درستی در برابر عوامل محیط عمل نکرده و همچنین میتواند خطر بروز میعان وجود داشته باشد. بخاربند از عبور بخار آب از میان دیوارهای خارجی و سقف جلوگیری می‌نماید و خطر بروز میعان را به شدت کاهش می‌دهد.
عبور تاسیسات از دیوارها و سقف‌ها
تأسیسات الکتریکی و مکانیکی
تاسیسات این سیستم ساختمانی همگی باید از درون دیوارها و سقف کشیده شوند و بدیهی است که نیازی به سقف کاذب در این سیستم ساختمانی نمی‌باشد. محل عبور کانال‌ها و لوله‌های تأسیسات الکتریکی و مکانیکی ساختمان، مجراها و سوراخ‌هایی است که به همین منظور در قطعات سازه پیش‌بینی شده است. فاصله بین استادها در دیوارها و فاصله بین تیرهای کف و فاصله بین خرپاهای سقف محل مناسبی برای عبور کانال‌های تأسیساتی می‌باشند، ولی کوشش می شود تا جایی که امکان دارد از درون دیوارها عبور داده شوند. ایجاد یک اتصال به زمین (Earth) برای تأسیسات الکتریکی ضروری است که در این صورت لازم است در طراحی ساختمان چاه زمین «ارت» پیش‌بینی شود. برای محافظت کابل‌های برق باید آنها را از درون لوله‌های فلزی و یا پلی وینیل کلرید سخت عبور داد. لوله های برق باید مقاوم در برابر حرارت بالا بوده و میخ نتواند به سادگی بداخل آن کوبیده شود.
آیین‌نامه‌های معتبر ساختمانی سیستم قاب سبک چوبی
با توجه به آن که تاکنون آیین‌نامه‌ای برای طراحی سازه‌های چوبی در ایران تدوین نشده است، می‌توان از آیین‌نامهIBC (International Building Code ایالات متحده آمریکا سال ۲۰۰۹ میلادی، به خصوص از فصل ۲۳ آن، استفاده کرد. این آیین نامه همچنین توسط ایالت کالیفرنیا که یکی از زلزله خیزترین مناطق جهان میباشد پذیرفته و به رسمیت شناخته شده است. در فصل ۲۳ آیین‌نامه IBC 2009 الزامات عمومی، اجرایی و طراحی ساختمانهای چوبی ذکر شده است. براساس فصل ۱۶ این آیین‌نامه، بارگذاری لرزه‌ای سازه‌ها باید بر مبنای استاندارد ASCE 7-05 که در آن میزان بارهای طراحی ساختمانها و سایر سازه‌ها توسط انجمن مهندسان راه و ساختمان آمریکا به چاپ رسیده، انجام شود. آیین نامه IBC تا پیش از تدوین آیین نامه ملی ساختمانهای چوبی مورد تایید مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن میباشد. آیین‌نامه‌های معتبر دیگری نیز در سطح جهانی در خصوص ساختمانهای چوبی وجود دارند که از آن جمله می‌توان به آیین‌نامه NDS 2005که مشتمل بر مشخصات اجرایی ساختمانهای چوبی است و استاندارد ۲۰۰۵ SDPWS که ملاحظات ویژه‌ای را برای طراحی سازه‌های چوبی در برابر باد و زلزله ارائه می‌نماید و استاندارد DIN 1052 در رابطه با طراحی سازه‌های چوبی و مقررات عمومی ساختمان اشاره کرد.
آیین‌نامه‌های معتبر ساختمانی سیستم قاب سبک چوبی
این سیستم در زمان کمی برپا می‌شود، و سرعت اجرا نسبت به شیوه‌های سنتی و حتی صنعتی سنگین بسیار بالاتر است. نسبت فرآوری محصول در کارخانه نسبت به سایت در این سیستم ساخت، بر اساس نوع اجرا و مقدار پیش‌ساخته‌سازی، میتواند بسیار متغیر و متفاوت باشد. این سیستم قابلیت اجرا در تمام شرایط جوی را دارد، و با تغییرات شرایط جوی، مشکلات جدی در اجرا به‌وجود نخواهد آمد، مشروط بر اینکه از ریزش مستقیم برف و باران بر روی سازه چوبی و جمع شدن آب زیاد در داخل ساختمان جلوگیری بعمل آید. این سیستم در واقع یک سیستم مدوله شده است که استفاده از قطعاتِ از پیش‌برش‌خورده یا پانل‌های مدوله شده پیش‌ساخته، قابلیت اجرای طرح‌های مدولار را افزایش می‌دهد.
این سیستم برای تنوع در معماری فضا و اختیار دادن به طراح در ایجاد طرح‌های گوناگون قابلیت بالایی دارد. سهولت اجرای دهانه‌های متنوع و تغییر ارتفاع، به‌اضافه سادگی قرار دادن بازشو در جداره‌ها این سیستم را از جهت تطابق با طرح‌های معماری در سطح بسیار خوبی قرار داده است. به‌دلیل کاهش زیاد وزن، اتلاف اندک مصالح نسبت به شیوه‌های سنتی و دستی، کاربرد مصالح و اجزای ساختمانی مدوله شده، اجرای نازک کاری پیش ساخته با روش خشک و سرعت بالا این سیستم برای انبوه‌سازی بسیار مناسب است.
در صورتی که عمل‌آوری شیمیایی اجزای چوبی ساختمان، در مکان‌های مورد نیاز، به‌خوبی انجام شده‌باشد، و به شرط رعایت اصول فنی در طراحی و اجرا، سیستم ساختمان چوبی مقاومت کافی در برابر حشرات، قارچ‌ها و میکروارگانیسم‌ها خواهد داشت. از نظر زیست‌محیطی، این سیستم ساختمانی در زمره سیستم‌هایی است که انرژی اندکی برای ساخت اجزای آن مصرف می‌شود و تمام مصالح آن از طبیعت گرفته شده و در نتیجه در کشورهای صنعتی از مالیات‌های مربوط به آلودگی محیط زیست معاف گردیده است. اجرای خشک، امکان برچیدن و در برخی موارد استفاده مجدد مصالح و اجزای این سیستم را تا حد زیادی ایجاد کرده است، به‌علاوه آنکه قطعات و اجزای ساختمانی این سیستم به طور کلی از مصالح قابل بازگشت به چرخه تولید ساخته شده‌اند. ساخت و ساز و بخصوص انبوه سازی ساختمان های اسکلت چوبی بیش از پیش در کشورهای صنعتی جهان در حال توسعه است. چندین برج یازده طبقه ای چوبی، در چند سال گذشته، در شهرک چوبی “لیمنولوگ” واقع در کشور سوئد ساخته شده‌اند.
مقاومت در برابر آتش
سازه این سیستم ساختمانی، از چوب و فرآورده‌های چوبی تشکیل شده است و از آنجایی که چوب در برابر آتش آسیب پذیر است، تمامی سازه چوبی با مصالح نسوز پوشانده می‌شود. در اکثر موارد، تخته‌های گچی به عنوان لایه محافظ در برابر آتش مورد استفاده قرار می‌گیرند بگونه ای که در اکثر ساختمانهای چوبی تمامی سطح داخلی دیوارها و سقف‌ها با تخته‌های گچی پوشیده میشوند. گچ به واسطه آب تبلور (۲۱ درصد) پایداری زیادی در برابر آتش دارد و به گونه‌ای گسترده به عنوان یک ماده عایق حرارت جهت حفاظت ستونها و اجزای ساختمانی فلزی و چوبی در هنگام آتش سوزی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
گسترش حرارت در سطح مقطع چوب در هنگام آتش‌سوزی
چوب قابل اشتعال است ولی ذغال ایجاد شده در سطح چوب به واسطه خاصیت عایقکاری حرارتی خود از سرعت نفوذ آتش به درون چوب می‌کاهد و باعث پایداری بیشتر آن می‌گردد. بواسطه همین پدیده تیرهای چوبی قطور در آتش سوزیها مقاومت بمراتب بیشتری از خود نسبت به فولاد نشان داده‌اند. از چوب فرآورده‌های فراوانی با خواص متنوع تهیه می‌شود که کاربرد بسیاری در صنایع گوناگون دارند. کار با چوب بسیار راحت است و به سادگی قابل استفاده در ساختمان میباشد. یکی از مهمترین خواص چوب در صنعت ساختمان قابلیت انطباق و شکل پذیری آن است.
مقاومت در برابر قارچ‌ها و حشرات
برای حفاظت چوب در برابر قارچ‌ها و نفوذ حشراتی مانند موریانه که از آن تغذیه میکنند، آن را با مواد شیمیایی گوناگون مقاوم می‌سازند. نحوه اعمال مواد محافظت‌کننده بر دو گونه اشباع عمقی و آغشتگی سطحی تقسیم می‌شود. در آغشتگی سطحی، چوب را در محلول ماده محافظت‌کننده فرو می‌برند، با قلم مو بر روی آن پخش میکنند و یا با پمپ می‌پاشند. در این روش ماده محافظت‌کننده بر روی سطح چوب باقی مانده و یا یکی دو میلی‌متر به داخل آن نفوذ می‌کند. برای ایجاد مقاومت پایدار روش اشباع عمقی بکار گرفته می‌شود. در این روش چوب را داخل استوانه‌ای بسته قرار داده و مواد شیمیایی را تحت خلاء و فشار، به داخل آن وارد میکنند. مواد شیمیایی مناسب میتوانند چوب را برای مدت بسیار زیادی در برابر حمله موریانه، حشرات موذی و پوسیدگی ناشی از فعالیت قارچ‌ها حفاظت کنند. علاوه بر حفاظت شیمیایی، از روش‌های گوناگون حفاظت فیزیکی برای جلوگیری از نفوذ حشرات بداخل ساختمان استفاده می‌شود که مهمترین آنها در استانداردهای ساختمانی کشور استرالیا آمده است.
مقاومت در برابر زمین لرزه
زمین‌لرزه‌های فراوانی که در گوشه و کنار جهان به وقع پیوسته است، نشان داده اند که خانه‌های با قاب سبک چوبی مقاومت بی نظیری در برابر زمین‌لرزه دارند. در ایالت کالیفرنیا واقع در ایالات متحده امریکا مساحت مدارس عمومی بیش از چهارصد میلیون متر مربع است که بیش از هشتاد درصد آنها دارای اسکلت چوبی هستند. در زمین‌لرزه نورتریج (۱۹۹۴) هیچ کدام از سازه‌های چوبی این مدارس دچار آسیب جدی نگردیدند. تخریب جدی تنها در میان اجزای غیر چوبی این ساختمانها بوقوع پیوست. در سال ۲۰۰۲ دولت ایالتی کالیفرنیا تصمیم گرفت که در ساختمان سازه‌های بتنی و آجری مدارس کالیفرنیا تجدیدنظر بعمل آورد زیرا که ساختمانهای با قاب سبک چوبی بهترین مقاومت را در برابر زلزله از خود نشان داده بودند. در بسیاری از خانه‌های چوبی پی بتنی نتوانسته است در برابر زمین لرزه مقاومت نماید ولی سازه چوبی بدون آسیب زیاد پابرجا مانده است. با وجود آنکه سیستم ساختمانهای سبک اسکلت چوبی مقاومت بی‌نظیری در برابر زمین‌لرزه از خود نشان داده‌اند، آتش سوزی‌های پس از زلزله و انتشار آتش مشکل اساسی این خانه‌ها در برابر زلزله بوده است. در زمین لرزه هوگوکن نامبو که در سال ۱۹۹۵ در کوبه ژاپن بوقوع پیوست ۶۸۰۰ کشته از خود برجای گذاشت که همگی در خانه های غیر چوبی بودند. زمین لرزه های دیگری که در گوشه و کنار دنیا بوقوع پیوسته است آمار مشابهی بدست میدهند.
در سال ۲۰۰۳ میلادی زلزله بم به قدرت ۶/۶ ریشتر باعث مرگ در حدود ۵۰ هزارنفر یعنی یک چهارم جمعیت شهر گردید. در سال ۱۹۹۴ میلادی در منطقه نورتریج ایالت کالیفرنیا زمین لرزه ای با قدرت ۷/۶ ریشتر بوقوع پیوست و ۴۰ بیلیون دلار خسارت به بار آورد و باعث مرگ تنها ۵۷ نفر گردید. تمامی این افراد در خانه‌های غیر چوبی بودند بجز ۱۶ نفر که در اثر سرنگونی دیوار و دودکش آجری جان سپردند. دلیل اساسی کمی تلفات در این زمین لرزه در مقایسه با زلزله بم، وجود ۹۹ درصدی خانه های چوبی مسکونی در منطقه نورتریج است.
آزمون زلزله به قدرت ۵٫۷ ریشتر بر روی ساختمان هفت طبقه چوبی
نیمه شب یکشنبه ۱۴ جولای ۲۰۰۹ یکی از شدید ترین زمین لرزه‌ها در آزمایشگاه زمین‌لرزه شهر میکی واقع در کشور ژاپن، روی میز لرزان و بر روی ساختمان هفت طبقه قاب سبک چوبی در اندازه واقعی انجام گرفت. شدت این زلزله، هفت و نیم ریشتر، به اندازه ای است که تنها در هر ۲۵۰۰ سال یکبار میتواند اتفاق افتد. این زمین لرزه نتوانست باعث تخریب ساختمان هفت طبقه چوبی شود و تنها آسیبی جزیی به اجزای یکی از طبقات رسانید. ساختمان چوبی در اندازه واقعی، در هنگام آزمون، بر روی میز لرزان فولادی به شدت به اطراف و بالا و پایین حرکت میکرد. این میز برای تحمل باری برابر با ۲/۱ میلیون کیلوگرم طراحی شده است و لرزش وارده از روی زلزله ای که در سال ۱۹۹۴ در شهرنورتریج واقع در ایالت کالیفرنیا اتفاق افتاد، ولی با ۱۸۰ درصد قدرت آن شبیه سازی شده است. هدف از اجرای این آزمون که بزرگترین آزمون زمین لرزه تاریخ بشری است، به مبارزه طلبیدن آیین نامه های جدید ایالات متحده امریکا بود که چندی پیش ساخت خانه های چوبی از هفت طبقه به بالا در مناطق زلزله خیز کشور مانند نواحی شمال کالیفرنیا را ممنوع کرده بود. بیشتر ساختمانها با این ارتفاع از فولاد و یا بتن ساخته میشوند که در برابر زمین لرزه مقاومت خوبی از خود نشان نداده‌اند. این آزمون راه را برای ساخت ساختمانهای بلندمرتبه چوبی در امریکا هموار کرده است.
در ایالات متحده امریکا، بیش از ۸۰ درصد تمامی ساختمانها از جمله ساختمانهای اداری، صنعتی و مسکونی، بیش از ۹۰ درصد تمامی ساختمانهای مسکونی و در حدود ۹۸ درصد تمامی ساختمانهای ایالت زلزله خیز کالیفرنیا دارای سازه چوبی می باشند.
