روش‌های اجرای پوشش سنگ طبیعی در نما

(بخش اول)

1- کلیات

سنگ از قدیمی‌ترین مصالح ساختمانی طبیعی به شمار می‌رود که قدمت استفاده از آن به بیش از 12000 سال قبل می‌رسد. سنگ‌های ساختمانی به دلیل زیبایی ظاهری و هزینه نگهداری پایین، ازجمله مصالح متداول برای پوشش‌های ساختمانی به شمار می‌روند. سنگ‌های ساختمانی از نظر کیفی باید سالم، بادوام و خوش ظاهر بوده و در هنگام انتخاب لازم است به مشخصات فیزیکی (چگالی، تخلخل، درصد جذب آب و ...)، مشخصات مکانیکی (مقاومت فشاری، خمشی، سایشی و ...) و دوام و پایداری در برابر عوامل جوی، تغییرات ابعادی و پایداری در برابر نمک‌های محلول و بخارات شیمیایی که احتمال می‌رود سنگ در معرض آن قرار گیرد، توجه شود. در صورت طراحی و اجرای صحیح و اصولی، پوشش سنگی از دوام بالایی برخوردار می‌باشد. این طراحی و اجرای اصولی، بر اساس قابلیت‌ها و محدودیت‌های سنگ و سیستم نگهدارنده آن به منظور مقاومت در برابر تمامی نیروهای وارد بر آن بر اساس ضوابط و مقررات مربوطه، بایستی انجام پذیرد. از جمله این ضوابط و مقررات می‌توان به ضابطه شماره 714 اشاره نمود که در سال 1395 با عنوان "دستورالعمل طراحی سازه‌اي و الزامات و ضوابط عملکردي و اجرایی نماي خارجی ساختمان‌ها منتشر و لازم‌الاجرا گردید. با توجه به اهمیت بصری نمای خارجی و نقش آن در محافظت از ساختمان در برابر عوامل محیطی، در این مقاله و بر اساس توصیه‌های دستورالعمل فوق به بررسی روش‌های اجرا و جزئیات اجرایی نماهای دارای پوشش سنگ طبیعی پرداخته شده است.

2- انواع نماهای خارجی

انواع نماهاي خارجی متداول شامل دیوار پرده‌اي (Curtain wall)، دیوار نما (Veneer wall) و نماي مهار شده به دیوار میان‌قابی (Infill wall) هستند (شکل 1) که هرکدام می‌توانند به صورت مهار شده یا چسبانده شده اجرا شوند. اصطلاح نماي پوششی (Cladding) یک واژه کلی است که به کلیه نماهاي دیوار خارجی اطلاق می‌شود.

1-2- دیوار پرده‌اي (Curtain wall)

دیوار پرده‌اي، داراي قاب سازه‌اي جداگانه است که مستقیماً به آن متصل شده و مجموعه به مانند یک پرده روي سطح خارجی ساختمان را می‌پوشاند. در یک دیوار پرده‌اي، بارهاي ناشی از وزن نما، باد و زلزله مستقیماً از دیوار به قاب سازه‌اي منتقل می‌شود. به طور معمول حداقل 50 میلی‌متر فاصله بین دیوار پرده‌اي و قاب سازه‌اي درنظر گرفته می‌شود. این فاصله براي تطابق بی‌نظمی‌هاي ابعادي غیرقابل پیش‌بینی در قاب است. نمونه‌اي از دیوارهاي پرده‌اي، دیوار پرده‌اي شیشه -آلومینیوم است. دیوارهاي پرده‌اي غیرشفاف شامل پانل‌هاي بتنی پیش‌ساخته، پانل‌هاي مسلح شده با الیاف شیشه، پانل‌هاي فلزي و نظایر آن است. در دیوارهاي پرده‌اي غیرشفاف ممکن است به منظور فراهم کردن امکان نازك‌کاري دیوار داخلی، افزودن عایق حرارتی، برق‌کاري و عبور لوله‌هاي تأسیساتی در داخل دیوار، یک دیوار پشتیبان اضافه شود. از آنجا که دیوار پرده‌اي مستقیماً به قاب سازه‌اي متصل است، بار باد را به قاب و درنتیجه به تیر و ستون منتقل کرده و لذا در برابر بار باد مقاومت می‌کند. در این حالت به دیوار پشتیبان (درصورت وجود) هیچ بار بادي وارد نمی‌شود.

2-2- دیوار نما (Veneer wall)

این نوع نما مشابه دیوار پرده‌اي غیرشفاف است. دیوار نما می‌تواند در سازه‌هاي قابی و سازه‌هاي دیوار باربر استفاده شود. در این نوع نما وجود یک دیوار پشتیبان اجباري است. بارهاي وارد بر دیوار نما به دیوار پشتیبان منتقل می‌شود. دیوار پشتیبان بارها را به قاب سازه‌اي ساختمان منتقل می‌کند. دیوار نما به دو نوع مهار شده و چسبانده شده تقسیم می‌شود. در نماي مهار شده، مهار، نما را به سازه پشتیبان متصل می‌کند. بنابراین علاوه بر انتقال و تحمل بار ثقلی نما، این مهار باید بارهاي باد و زلزله را از نما به دیوار پشتیبان انتقال دهد. دیوار نماي مهار شده، عموماً با یک فضاي خالی 50 میلی‌متري بین نما و دیوار پشتیبان به صورت یک دیوار زه‌کش طراحی می‌شود. در نماي چسبانده شده، نما به دیوار پشتیبان چسبانده می‌شود. در این حالت حتماً باید نما با المان مناسب براي تحمل بارهاي لرزه‌اي به دیوار پشتیبان مهار شود و چسباندن تنها به منظور انتقال بارهاي ثقلی است. نماي چسبانده شده، دیواري با سطح آب‌بندي (Face-sealed (barrier) wall) شده است. دیوارهای EIFS و Stucco نمونه‌هایی از دیوار با سطح آب‌بندي شده هستند.

3-2- نماي مهار شده به میان‌قاب (Infill wall)

نماي خارجی مهار شده به میان‌قاب (دیوار غیرباربر قرار گرفته در فضاي بین تیر و ستون) در فضاي خالی بین تیرها و ستون‌ها قرار می‌گیرد و در این حالت قاب سازه‌اي در معرض دید قرار دارد. نماي مهار شده به میان‌قاب، تنها در سازه‌هاي قابی استفاده می‌شود و به دو صورت مهار شده و چسبانده شده طراحی می‌شود. در سازه‌هایی که چنین سیستم نمایی دارند، به دلیل پائین بودن مقادیر مقاومت حرارتی قاب سازه‌اي بتنی یا فولادي، مشکل عایق‌بندي حرارتی وجود داشته و انتقال حرارت از طریق تیر و ستون انجام می‌شود. با توجه به اینکه در دیوار پرده‌اي و دیوار نما، قاب سازه‌اي ساختمان پوشانده می‌شود، می‌توان کارایی حرارتی بالاتري بدست آورد. از لحاظ لرزه‌اي جزئیات و دتایل‌هاي این نوع نما ساده‌تر از سایر انواع نما می‌باشد.   رنگ های مرمریت رنگ های مرمریت شکل 1 - نماي شماتیک دیوار پرده‌اي، دیوار نما و دیوار میان قاب

3- روش‌های اجرای پوشش سنگی در نمای خارجی

بر اساس روش‌های اجرای پوشش سنگی، نماهای خارجی به دو گروه نماهای چسبانده شده و نماهای مهار شده تقسیم می‌شوند.

1-3- نماهاي سنگ چسبانده شده

نماهاي سنگی چسبانده شده که با زیرسازي اندود سیمانی یا مواد چسباننده به دیوار نگهدارنده متصل می‌شوند، از لحاظ رفتاري به تغییر شکل‌ها حساس‌اند و رفتار لرزه‌اي آن‌ها متکی به لایه نگهدارنده زیرین است. این نماها به صورت طبیعی ترد هستند. تغییر شکل لایه زیرین در این نماها منجر به ایجاد ترك می‌شود که این ترك عامل جداشدگی نما از دیوار نگهدارنده است. بنابراین اجراي این گونه نماها بدون وجود مهار لرزه‌اي (اسکوپ) ممنوع است. براي اینکه نماي چسبانده شده داراي مهار لرزه‌اي، عملکرد لرزه‌اي مناسبی داشته باشد باید دیوار نگهدارنده نما با جزئیات و دتایل‌هاي مناسب از اثرات جابجایی نسبی طبقات (دریفت) جداسازي شده و محافظت شود یا تغییر مکان‌هاي سازه با استفاده از سیستم‌هاي باربر جانبی مناسب محدود شود. آسیب‌پذیرترین نقاط نماي سنگی چسبانده شده، محل قطع‌شدگی‌ها از قبیل بازشوها و گوشه‌ها است. به ازاي هر 0/2 مترمربع نماي سنگی باید حداقل از مهار سیمی فولادي به قطر 3 میلی متر (یا سطح معادل آن) با روکش روي یا روکش‌هاي غیرفلزي استفاده شود. این مهار سیمی باید حلقه‌اي با پایه‌هاي با طول بیش از 400 میلی‌متر باشد که این پایه‌ها خم شده و در ملات درز نماي سنگی قرار گیرند. 50 میلی‌متر انتهایی از هر پایه سیمی باید با زاویه‌ی 90 درجه خم شود. حداقل ضخامت ملات سیمانی که بین دیوار پشت‌بند و نماي سنگی قرار می‌گیرد باید 25 میلی‌متر باشد. بست‌هاي نما باید داراي مقاومت کافی براي تحمل کل وزن نما در حالت کششی باشند. فاصله نما از دیوار پشت‌بند باید حداکثر 50 میلی‌متر باشد و این فاصله باید توسط ملات سیمان پرتلند و ماسه پر شود و قبل از گیرش، نما و دیوار پشت‌بند باید با آب تمیز خیس شده و در هنگام ریختن ملات کاملاً مرطوب باشند.

2-3- نماهاي سنگ مهار شده

نماهاي سنگی مهار شده نماهایی هستند که به سازه نگهدارنده خود با قطعات مکانیکی متصل می‌شوند. این نوع نماها هم در مقابل شتاب و هم در مقابل تغییر مکان حساس هستند. در این نوع نماها شتاب اعمالی ممکن است سبب شکست یا خرابی اتصالات شود و سبب خارج شدن قطعات نما از مکان‌شان گردد. همچنین تغییر مکان‌هاي نسبی سازه نگهدارنده می‌تواند باعث جابجا شدن یا دررفتن قطعات نماي مهار شده شود. میزان خطرآسیب دیدگی و خسارت در قطعات نماي مهار شده می تواند از طرق زیر کنترل شود:
  • محدود کردن نسبت هاي دریفت سازه نگهدارنده؛
  • جداسازي نما از دریفت طبقه از طریق اتصالات لغزشی یا درزها؛
  • مهار نمودن نما با اتصالاتی که با در نظرگرفتن نیروهاي وارده و اثر مولفه قائم زمین‌لرزه طراحی شده باشند.
باید توجه خاصی به طراحی نقاطی که قابلیت تغییر شکل‌هاي زیاد دارند، از قبیل بازشوها و گوشه‌ها معمول شود. قطعات سنگی مهار شده با ضخامت بیش از 40 میلی‌متر باید به طور مستقیم به دیوار پشتیبان بنایی یا بتن یا اِستادهاي فلزي مهار گردند.  

4- بخش‌هاي مختلف سیستم نماي سنگی

سیستم نماي سنگی، داراي پنج بخش اصلی مرتبط با هم است که در هنگام طراحی سیستم پوشش، باید مد نظر قرار گیرد:
  • قطعات یا پانل هاي سنگی که پوشش نما هستند.
  • مهار، که پوشش نما را به پشت‌بند متصل می‌کند.
  • قاب‌هاي فرعی، زمانی که مهار مستقیماً به ساختمان متصل نیست، به صورت واسط، نما را به سازه ساختمان متصل می‌کند.
  • درزهاي بین قطعات یا پانل‌هاي سنگی.
  • دیوار پشتیبان یا سازه اصلی ساختمان (بسته به نوع سیستم نما) که بارهاي وارده به سنگ توسط مهارها یا چسباننده‌ها به آن انتقال داده می‌شود.

1-4- قطعات یا پانل‌هاي سنگی (پوشش نما)

1-1-4- الزامات مصالح سنگی نما

سنگ طبیعی مورد استفاده در ساخت دیوارهاي خارجی باید مطابق با الزامات زیر باشند.
  • در نماهاي سنگی چسبانده شده که وزن نما توسط ملات یا چسب تحمل می‌شود استفاده از مهارهاي مسلح کننده براي نگهداري لرزه‌اي نما اجباري است.
  • در نماي چسبانده شده به دیوار پشتیبان بتنی یا بنایی، مهارهاي سیمی (anchor ties) باید سیم‌هاي مهار مقاوم در برابر خوردگی بوده و حداقل قطر 3 میلی‌متر یا مساحت معادل آن را داشته باشند. باید حداقل 15 سانتی‌متر از پایه‌هاي حلقه‌ها با زاویه 90 درجه خم شده و در ملات درز قرار گیرد و فاصله بین حلقه‌ها (eyes or loops) از مرکز و در هر دو جهت باید حداکثر 300 میلی‌متر باشد.
  • در سنگ نما نباید اثر ترك‌خوردگی یا رگه‌هاي ضعیف به صورت آشکار نمایان باشد. در صورت وجود این مسائل باید نسبت به تعویض سنگ داراي ترك‌خوردگی یا رگه آشکار اقدام گردد.
  • در نماهاي سنگی مهار شده که وزن نما توسط اتصالات یا اِستاد فولادي (stud track) قائم تحمل می‌شود، تیرك‌هاي نگهدارنده اِستادهاي فولادي که به عنوان نگهدارنده و پشتیبان نما اجرا می‌شود، باید در فواصل کمتر یا مساوي 60 سانتی‌متر به قاب سازه‌اي متصل شده باشند. کفایت اتصال تیرك‌ها باید براي بارهاي وارده کنترل گردد.
  • در نماهاي سنگی مهار شده که وزن نما توسط اتصالات و اِستادهاي فولادي تحمل می‌شود، در کنار بازشوي در و پنجره باید از اِستادهاي فولادي اضافی براي مهار نماي سنگی استفاده شود.

2-1-4- ویژگی‌ها و مشخصات فنی کلی و حدود قابل پذیرش سنگ نما

براي نماسازي ساختمان ها باید از سنگ هایی استفاده کرد که مشخصات زیر را داشته باشند:
  • از نظر بافت و ظاهر سالم بوده و پوسیدگی نداشته باشد. همچنین بادوام و عاري از هوازدگی و رگه‌هاي سست مارنی، میکایی، الیوین، پیریت، ترکیبات سولفاتی و سولفیدي و سایر موادي که در اثر عوامل جوي و هوازدگی تخریب می‌شوند، باشد.
  • سنگ نما باید فاقد شیار، ترك، درزهاي باز، حفره یا دیگر نقص هایی که احتمال دارد به انسجام ساختاري آن در زمینه استفاده موردنظر آسیب وارد کند، باشد. همچنین سطوح و خطوط مرئی سنگ نباید لب پریدگی داشته باشد.
  • در مقابل عوامل جوي نظیر باران، تابش خورشید، گازهاي موجود در هوا، بخار آب و وزش باد مقاوم باشد.
  • سطوح نماي سنگ باید یکنواخت بوده و به بهترین وجه کلنگی، تیشه‌اي، چکشی یا صیقلی شود به نحوي که رگه‌ها و نقش طبیعی آن به خوبی مشخص باشد.
  • سنگ باید متراکم و داراي ساخت و بافت یکنواخت بوده و از بلورهاي ریز تشکیل شده باشد و درجه خلوص آن حتی‌المقدور زیاد باشد.
  • حداکثر قدرت مکش آب برابر 8% وزن سنگ باشد.
  • در برابر یخ‌زدگی و هوازدگی مقاومت کافی داشته باشد.
  • آب، درون آن نشت نکند. به عبارت دیگر در آب از هم پاشیده نشده و با آن ترکیب نشود.
  • داراي سختی بیش از 3 باشد.
  • در مورد سنگ‌هاي نما، ضریب انبساط حرارتی کانی‌هاي مختلف سنگ و همچنین ملات پشت آن باید نزدیک باشد تا از خرد شدن سنگ و جدا شدن آن از ملات جلوگیري به عمل آید. میزان رنگ پریدگی سنگ‌هاي تزئینی نماي خارجی ساختمان در اثر آفتاب و هوازدگی نیز از اهمیت ویژه‌اي برخوردار است که باید مورد توجه قرار گیرد.
  • حداقل ضخامت سنگ‌هاي نماي ریشه‌دار 150 میلی‌متر و سنگ پلاك نماي چسبانده شده 20 میلی‌متر است.
  • حداقل ضخامت مجاز سنگ نماي مهار شده از طریق محاسبات سازهاي یا آزمایشات عملکردي به خصوص مقاومت خمشی و بار گسیختگی در مهار تعیین میشود. همچنین ضروري است که هم مقاومت خمشی قطعه، در بین نقاط مهاربندي و هم بار گسیختگی در نقاط مهاربندي در نظر گرفته شود. حداقل ضخامت قطعات سنگی می‌تواند بر اساس نوع سنگ و مشخصات آن ، ابعاد قطعه سنگی ، بارهاي وارد شده، محل قرارگیري و جهت آن روي ساختمان، رویارویی با شرایط جوي و عمر مفید مورد انتظار، نوع مهار و سیستم مهاربندي و ترتیب قرارگیري، ملاحظات مربوط به حمل و نقل و سهولت کار با آن و مشخصات معماري نظیر نوع پرداخت سطح سنگ، تغییر کند.حداقل عرض و ارتفاع سنگ بادبر در نما به ترتیب باید 200 و 150 میلی‌متر و حداکثر بار سنگ 40 میلی‌متر باشد.
  • در مورد سنگ بادبر سرتراش و بادکوبه‌اي باید حداقل ارتفاع هر سنگ 180 میلی‌متر، حداقل تراش سطوح زیري و بالایی سنگ 150 میلی‌متر و سطوح جانبی آن 80 میلی‌متر و حداکثر بار آن 15 میلی‌متر باشد.
  • در مورد سنگ‌هاي تمام تراش باید کلیه سطوح سنگ با قلم تراشیده و تیشه‌داري شود، به نحوي که مسطح و بدون اعوجاج بوده و حداکثر بار آن 2 میلی‌متر باشد.
  • ارتفاع سنگ ریشه‌دار در نما نباید از عرض و ریشه آن بیشتر باشد.
  • جذب آب، میزان حل شدن در آب، تخلخل، پایداري در برابر هوازدگی و مواد شیمیایی باید با استانداردهاي مربوطه تطابق داشته باشد.