دانشگاه فنی فدرال زوریخ در حال بررسی روش ساخت و ساز جدیدی برای راه پله های بتنی سبک و قابل استفاده مجدد است .

پلکان مارپیچیِ بتنی کادنزا که شبیه به ستون فقرات است، توسط محققان دانشگاه فنی فدرال زوریخ با همکاری شرکت معماری ROK ساخته شده است و در آن رویکردهای صرفه جویی در مصالح و ساخت و ساز برگشت پذیر به نمایش گذاشته شده است.

پلکان کادنزا آخرین خدمت اهدا شده به ساختمان NEST است، این ساختمان آزمایشگاهی برای تکنیک‌های ساخت و ساز آزمایشی است که دانشگاه فنی فدرال زوریخ آن را با سایر مؤسسات تحقیقاتی در شهر دوبن دورف سوئیس به اشتراک می‌گذارد.

پلکان کادنزا در جدیدترین واحد ساختمان NEST به نام STEP2 بین طبقات نصب شده است و دارای 16 پله بتنی پیش ساخته یکسان است که به شکل مارپیچ چیده شده اند.

این پله ها همگی از یک قالب چاپ سه بعدی ساخته شده اند و به مسئله ضایعات مرتبط با قالب های یکبار مصرفی که معمولاً برای بتن استفاده می شود، می پردازند و توسط اتصالات خشک در جای خود ثابت نگه داشته می شوند.

این بدان معنی است که می توان به جای تخریب، این پلکان را جدا کرد و در ساختمان دیگری استفاده کرد.

مقدار بتن به کار رفته در این پلکان نیز به حداقل مقدار مورد نیاز رسیده است، که بر زیبایی غیرمعمول فرم های باریک و اسکلت مانند پلکان می افزاید.

بنجامین دیلنبرگر، رئیس دپارتمان فناوری‌های دیجیتال دانشگاه فنی فدرال زوریخ می گوید که این راه پله نمادی از مزایای ابزارهای دیجیتال در معماری و مهندسی است و راه‌ حلی برای استفاده در پروژه‌های ساختمانی آماده است.

دیلنبرگر می گوید: "سازه های بتنی سفارشی، چالشی برای قالب بندی های معمولی هستند. چارچوب‌های طراحی تا تولید دیجیتالی با قالب بندی‌های چاپ سه‌بعدی، مزایای زیادی برای بیان معماری، عملکرد سازه و کارایی مواد ارائه می‌دهند."

وی ادامه داد:" این پله ها تنها 20 میلی متر ضخامت دارند و از نظر ساختاری برای کاهش وزن شدید بهینه شده اند و تولید آنها منجر به ضایعات کمی می شود، زیرا یک مجموعه منفرد از قالب های چاپ سه بعدی اجازه تولید همه مراحل آنها را می دهد."

قالب های این پله ها از جنس پلاستیکپلی اتیلن ترفتالات تقویت شده با فیبر کربن هستند که به صورت سه بعدی چاپ شده اند. هرچند که ممکن است برخی از مهندسان وسوسه شوند تا پله ها را مستقیماً با بتن چاپ سه بعدی کنند، ولی محققان این پروژه در چاپ با قالب یک مزیت می بینند.

دستیار پژوهشی آنجلا یو بهمجله معماریDezeen  گفته است: «یک مجموعه فشرده و قابل استفاده مجدد از قالب‌های چاپ سه بعدی را می‌توان مکرراً برای ریخته‌گری چندین پله استفاده کرد.»

"این موضوع امکان مونتاژ چندین پله با حداقل ساخت دیجیتال را فراهم می کند و آن را به یک راه حل ایده آل برای تولید مقیاس پذیر طرح های سفارشی تبدیل می کند."

او اضافه کرد که همچنین این روش امکان ادغام میلگردهای فولادی را فراهم می کند، کاری که معمولاً با چاپ سه بعدی ناسازگار است زیرا میلگرد ها در مسیر ساخت قرار می گیرند.

پلکان کادنزا در خارج از محل مونتاژ و با جرثقیل به ساختمان NEST منتقل شد، اگرچه دانشگاه فنی فدرال زوریخ می‌گوید که می‌توان این پلکان را بدون ماشین‌آلات سنگین حمل و مونتاژ کرد و در فضاهای تنگ، از جمله در زمان مقاوم‌سازی یک ساختمان، نصب کرد.

تک تک پله ها از بتن با الیاف فولادی دارای مقاومت فوق العاده بالا ساخته شده اند و وزن این پلکان 45 کیلوگرم است که حدود 60 درصد کمتر از یک پله بتنی معمولی است. نحوۀ عملکرد حساب شده ای که توسط شرکت معماری سوئیسی ROK برای این پلکان در نظر گرفته شده نیز به گونه ای است که طراحی های مختلف را امکان پذیر می سازد.

مونتاژ توسط دو مولفه تسهیل می شود: اولی مجموعه ای از اتصالات به هم پیوسته است که در هر پله چاپ می شود تا با دقت به یکدیگر متصل شوند و دومی سیستمی از سه کابل آلیاژ فولادی است که از طریق کانال های موجود در پله ها در امتداد *تیر فقراتی پلکان حرکت می کنند. 

(*تیر فقراتی: تیری است که به عنوان سازه ی تکیه گاه برای پله ها استفاده می شود.)

این یک سیستم پس کشیدگی است، بنابراین تنها زمانی که پله ها در سر جای خود قرار گرفته باشند، از طریق اعمال گرمای جزئی که توسط ژنراتور تولید می شود، به این کابل ها کشش اعمال می شود. این کار باعث می شود که پله ها در وسط راه پله محکم نگه داشته شوند.

مایکل کناس، یکی از بنیانگذارانشرکت معماری ROK، در این باره می گوید: "پیش تنیدگی بر پایه چیزی موسوم به "فولاد حافظه دار" است که می تواند از طریق گرمایش و سرمایش نیروهای پر قدرتی را ایجاد کند. این سیستم در مقایسه با روش های مرسوم، باعث صرفه جویی در فضا می شود و استفاده از آن آسان است.»

سیستم کششی و تک تک پله‌ها را می‌توان جدا کرد و همین امر آن را به یک تکنیک ساخت‌وساز قابل استفاده مجدد تبدیل می‌کند، در عین حال انتظار می‌رود که خود بتن عمر طولانی داشته باشد و برخی استدلال می‌کنند که این عمر طولانی، انتشار کربن بالای آن را جبران می‌کند.

کلاوس اینفالت، مدیرعامل شرکت ساختمانی SW Umwelttechnik می گوید: « قطعات بتنی پیش ساخته از بسیاری جهات،  به پایداری در ساخت و ساز کمک می کنند. پایداری، طول عمر و قابلیت بازیافت، آنها را به عنصری ضروری برای آینده ای پایدار در ساخت و ساز تبدیل می کند.

ساختمان NESTدر سال 2016 افتتاح شد و توسط مؤسسات تحقیقاتی Empa وEawag سوئیس اداره می شود. این ساختمان از سه سکوی باز تشکیل شده است که ماژول های مختلف مانند واحد STEP2 را می توان برای مدت محدودی بر روی آنها نصب کرد. این ماژول ها پس از پایان تحقیقات برچیده می شوند.

پروژه‌های قبلی انجام شده در این مرکز شامل سقف دال بتنی HiResهمراهبا کانال های تهویه چاپ سه بعدی و یک روش ساخت و ساز روباتیک برای سازه های چوبی بوده است.

عوامل پروژه

• طراحی پله: دپارتمان فناوری های دیجیتال دانشگاه فنی فدرال زوریخ، شرکت معماری ROK
• سیستم ساخت و تولید: دپارتمان فناوری های دیجیتال دانشگاه فنی فدرال زوریخ، شرکت ساختمانی SW Umwelttechnik
• توسعه قالب و چاپ سه بعدی: دپارتمان فناوری های دیجیتال دانشگاه فنی فدرال زوریخ، شرکتBASF Forward AM، شرکت New Digital Craft
• طراحی سازه: شرکت مهندسی عمران WaltGalmarini AG
• بتن پیش ساخته: شرکت ساختمانی SW Umwelttechnik
• سیستم پس کشیدگی: به توضیحات مطلب مراجعه کنید
• مدیریت پروژه:  شرکت معماری ROK