لوحة عازلة هيكلية

اللوحة العازلة الهيكلية ، أو اللوحة العازلة الهيكلية ( SIP )، هي شكل من أشكال الألواح المركبة المستخدمة كمادة بناء في صناعة البناء .

الألواح العازلة الهيكلية (SIP) هي عبارة عن مركب ذو بنية شطيرية، يتكون من طبقة عازلة ذات لب صلب محصورة بين طبقتين من الألواح الهيكلية. يمكن أن تكون الألواح من الصفائح المعدنية ، أو الأسمنت الليفي ، أو ألواح أكسيد المغنيسيوم (MgO)، أو الخشب الرقائقي ، أو ألواح الخشب الموجه (OSB)، ويمكن أن يكون اللب إما من رغوة البوليسترين الموسعة (EPS)، أو رغوة البوليسترين المبثوقة (XPS)، أو رغوة البولي إيزوسيانورات ، أو رغوة البولي يوريثان ، أو مركب على شكل قرص العسل (HSC).

يتحمل الغلاف الخارجي جميع قوى الشد، بينما يتعين على المادة الأساسية تحمل بعض قوى الضغط والقص فقط .

في الألواح العازلة الهيكلية (SIP)، يمكن دمج العديد من مكونات البناء التقليدي، مثل الدعامات والعوارض، والعزل، وحاجز البخار، وحاجز الهواء. ويمكن استخدام هذه الألواح في تطبيقات متنوعة، مثل الجدران الخارجية، والأسقف، والأرضيات، وأنظمة الأساسات.

على الرغم من أن الألواح ذات النواة الرغوية حظيت باهتمام واسع في سبعينيات القرن العشرين، إلا أن فكرة استخدام الألواح ذات الغلاف المقوى في البناء بدأت في ثلاثينيات القرن نفسه. وقد أُجريت الأبحاث والاختبارات على هذه التقنية بشكل أساسي في مختبر منتجات الغابات (FPL) في ماديسون، ويسكونسن ، كجزء من جهود إدارة الغابات الأمريكية للحفاظ على موارد الغابات. في عام ١٩٣٧، شُيّد منزل صغير ذو غلاف مقوى، وحظي باهتمام كبير استدعى السيدة الأولى إليانور روزفلت لافتتاحه. ودليلًا على متانة هذه الهياكل، فقد صمد المنزل أمام مناخ ويسكونسن، واستخدمته جامعة ويسكونسن-ماديسون كمركز رعاية نهارية حتى أوائل الألفية الثانية، حين أُزيل لإفساح المجال أمام مبنى جديد لكلية الصيدلة. ^{[ ١ ]} ومع نجاح الألواح ذات الغلاف المقوى، اقتُرح استخدام أغلفة أقوى لتحمل كامل الحمل الهيكلي والاستغناء عن الهيكل تمامًا .

وهكذا، في عام 1947، بدأ تطوير الألواح العازلة الهيكلية عندما تم اختبار لبّات من الورق المقوى المموج مع مواد خارجية مختلفة من الخشب الرقائقي، والخشب المضغوط المقوى، والورق المقوى المعالج. تم تفكيك المبنى في عام 1978، واحتفظت معظم الألواح بقوتها الأصلية باستثناء الورق المقوى، الذي لا يناسب التعرض للعوامل الجوية. تم استخدام ألواح تتكون من لبّ من البوليسترين وورق مغطى بألواح من الخشب الرقائقي في مبنى في عام 1967، وحتى عام 2005أدت الألواح أداءً جيداً.

استخدمت شركة وودز للإنشاءات في سانتا باولا، كاليفورنيا ، أنظمة الألواح العازلة الهيكلية (SIP) في منازلها وشققها من عام 1965 حتى عام 1984. وشكّل هذا العمل الأساس الذي استند إليه جون توماس وودز، وبول فلاثر وودز، وجون ديفيد وودز، وفريدريك توماس وودز عندما استخدموا مفهومًا مشابهًا لتسجيل براءة اختراع "قالب الأساس للمنازل الجاهزة" (براءة الاختراع الأمريكية رقم 4817353 ) الصادرة في 4 أبريل 1989. وتستخدم العديد من المنازل في سانتا باولا، وفيلور ، وبالم سبرينغز ، والمناطق المحيطة بها، الألواح العازلة الهيكلية (SIP) كطريقة أساسية للبناء. وقد حظي التصميم بموافقة (آنذاك) المجلس الدولي للبناء (ICBO) ومجلس سانتا باربرا للإنشاءات (SBCCI)، وهما الآن المجلس الدولي للبناء (ICC).

تُصنع الألواح العازلة الهيكلية (SIPs ) في الغالب من ألواح الخشب المضغوط الموجه (OSB) المحصورة بين طبقتين من الرغوة، إحداهما مصنوعة من البوليسترين الموسع (EPS) أو البوليسترين المبثوق (XPS) أو رغوة البولي يوريثان الصلبة . ويمكن استخدام مواد أخرى بديلة لألواح الخشب المضغوط الموجه، مثل الخشب الرقائقي ، والخشب الرقائقي المعالج بالضغط لجدران الأساسات تحت مستوى ^الأرض ، والفولاذ، ^{والألومنيوم} ، وألواح الأسمنت مثل هارديباكر، وحتى مواد متطورة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ ، والبلاستيك المقوى بالألياف ، وألواح جدران أكسيد المغنيسيوم . وتستخدم بعض الألواح العازلة الهيكلية ^{ألواحًا} من الأسمنت الليفي أو الخشب الرقائقي، وأليافًا زراعية، مثل قش القمح، للطبقة الداخلية.

المكون الثالث في الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) هو وصلة الربط بين الألواح. يُستخدم عادةً الخشب ذو الأبعاد القياسية ، ولكنه يُسبب جسورًا حرارية ويُقلل من قيم العزل. وللحفاظ على قيم عزل أعلى عبر وصلة الربط، يستخدم المصنّعون الخشب المعزول، ووصلات الربط المركبة، والأقفال الميكانيكية، وألواح OSB المتداخلة، أو غيرها من الأساليب المبتكرة. وبحسب الطريقة المُختارة، قد تتوفر مزايا أخرى مثل أسطح تثبيت كاملة أو زيادة في المتانة الهيكلية.

تُصنّع الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) في أغلب الأحيان في مصانع تقليدية. وتُستخدم معدات معالجة لتنظيم الضغط والحرارة بشكل موحد وثابت. هناك طريقتان رئيسيتان للمعالجة تتناسبان مع المواد المستخدمة في قلب اللوح. عند تصنيع لوح ذي قلب من البوليسترين، يلزم الضغط والحرارة لضمان تغلغل المادة اللاصقة وتصلبها بالكامل. على الرغم من وجود بعض الاختلافات، إلا أنه بشكل عام، يُغطى قلب الرغوة أولاً بمادة لاصقة، ثم تُثبّت الطبقة الخارجية. تُوضع القطع الثلاث في جهاز تثبيت كبير، ويُطبّق الضغط والحرارة. يجب أن تبقى القطع الثلاث في جهاز التثبيت حتى تجف المادة اللاصقة تمامًا.

عند تصنيع لوحة ذات لب من البولي يوريثان، يتولد كل من الضغط والحرارة نتيجة لتمدد الرغوة أثناء عملية التشكيل. تُثبّت الطبقات الخارجية في جهاز تثبيت كبير يعمل كقالب. يجب إبقاء الطبقات الخارجية متباعدة للسماح لمواد البولي يوريثان السائلة بالتدفق إلى داخل الجهاز. بمجرد دخولها، تبدأ الرغوة بالارتفاع. يُصمّم القالب/المكبس عادةً لتحمّل الحرارة والضغوط الناتجة عن التشكيل الكيميائي للرغوة. تُترك اللوحة العازلة للهب (SIP) في القالب/المكبس لتتصلب قليلاً، وبعد إخراجها تستمر في التصلب لعدة أيام.

حتى وقت قريب، كانت كلتا العمليتين تتطلبان بيئة مصنع. إلا أن التطورات الحديثة قد وفرت بديلاً يتمثل في معدات معالجة الألواح العازلة الهيكلية (SIP) التي تسمح بتصنيعها في موقع العمل. وقد يستفيد المقاولون في الدول النامية أكثر من غيرهم، حيث لا تتوفر هذه التقنية، ولكنها قد تكون الأنسب للحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتحسين الاستدامة في قطاع الإسكان.

إن استخدام الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) يجلب العديد من الفوائد وبعض العيوب مقارنة بالمباني التقليدية ذات الهياكل الإطارية.

تُعدّ تكلفة الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) أعلى من تكلفة مواد البناء التقليدية ذات الإطار الخشبي في الولايات المتحدة؛ إلا أن هذا قد لا ينطبق على أماكن أخرى. يتميز المنزل المبني جيدًا باستخدام الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) بغلاف بناء أكثر إحكامًا وجدران ذات خصائص عزل حراري أعلى، مما يقلل من تسرب الهواء ويخفض تكاليف التشغيل. كما أن طبيعة الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) المعيارية والمتكاملة تُقلل وقت البناء مقارنةً بالمنازل ذات الإطار الخشبي، بالإضافة إلى تقليل عدد العمال المطلوبين. يمكن استخدام الألواح كأرضيات وجدران وأسقف، ويُعدّ استخدامها كأرضيات مفيدًا بشكل خاص عند تركيبها فوق مساحة غير معزولة أسفلها. ونتيجةً لذلك، تكون التكلفة الإجمالية لدورة حياة المبنى المبني باستخدام الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) أقل عمومًا من تكلفة المبنى التقليدي ذي الإطار الخشبي، بنسبة تصل إلى 40%. ويبدو أن انخفاض التكلفة الإجمالية للبناء (المواد والعمالة) مقارنةً بالإطارات التقليدية يعتمد على الظروف، بما في ذلك ظروف سوق العمل المحلية ومدى ملاءمة تصميم المبنى لإحدى التقنيتين.

يتفوق نظام الألواح الخشبية الموجهة (OSB) هيكليًا على البناء التقليدي ذي الإطار الخشبي في بعض الحالات، لا سيما في مقاومة الأحمال المحورية. وتحافظ الألواح العازلة الهيكلية (SIPs) على مرونة مماثلة للمنازل ذات الإطار الخشبي عند دمج تصاميم مخصصة. ونظرًا لأن ألواح SIPs تعمل كإطار وعازل وتغليف خارجي، ويمكن توفيرها مقطوعة مسبقًا من المصنع لتناسب المشروع المحدد، فإنه يمكن بناء الغلاف الخارجي للمبنى بسرعة كبيرة. كما تتميز ألواح SIPs بخفة وزنها وصغر حجمها، مما يسهل عملية البناء خارج الموقع. علاوة على ذلك، يتميز أداء ألواح SIPs البيئي بالجودة العالية بفضل عزلها الحراري الاستثنائي . كما أنها توفر مقاومة للرطوبة ومشاكل البرودة، مثل انكماش الضغط والجسور الحرارية، وهي خصائص لا تضاهيها الأخشاب ومواد البناء التقليدية. ^{[ 3 ]}

عند اختبارها في ظروف المختبر، يتم تركيب الألواح العازلة الهيكلية (SIP) المضمنة في نظام الجدار أو الأساس أو الأرضية أو السقف في بيئة مستقرة (بدون تسرب للهواء)؛ أما الأنظمة التي تتضمن عزلًا من الألياف الزجاجية فلا يتم تركيبها في بيئات مستقرة لأنها تتطلب التهوية لإزالة الرطوبة.

باستثناء المعادن الإنشائية، كالفولاذ، فإن جميع المواد الإنشائية تتعرض للزحف مع مرور الوقت. في حالة الألواح العازلة الهيكلية (SIPs)، دُرست إمكانية زحف الألواح العازلة الهيكلية المغطاة بألواح الخشب الموجه (OSB) ذات النوى المصنوعة من البوليسترين الموسع (EPS) أو رغوة البولي يوريثان، وتوجد توصيات تصميمية خاصة بالزحف. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تتطلب الآثار طويلة المدى لاستخدام مواد غير تقليدية للواجهة والنوى إجراء اختبارات خاصة بكل مادة لتحديد قيم تصميم الزحف.

في الولايات المتحدة، تتراوح أحجام ألواح العزل الهيكلية (SIPs) عادةً بين 1.2 و7.3 متر ( 4 إلى 24 قدمًا ) في العرض. أما في أماكن أخرى، فتتراوح الأبعاد النموذجية للمنتج بين 300 و600 و1200 ملم في العرض، و2.4 و2.7 و3 أمتار في الطول، بينما يصل طول ألواح الأسقف إلى 6 أمتار. تُسهّل الأجزاء الأصغر حجمًا عملية النقل والمناولة، ولكن استخدام أكبر لوح ممكن يُنتج أفضل عزل حراري للمبنى. عند كثافة تتراوح بين 15 و20 كجم/م² ^، قد يصعب التعامل مع الألواح الطويلة دون استخدام رافعة لوضعها، وهذا عامل يجب أخذه في الاعتبار نظرًا للتكلفة وقيود الموقع. تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه عند الحاجة لظروف خاصة، يمكن طلب امتدادات أطول، كما هو الحال في الأسقف الطويلة. يبلغ الارتفاع النموذجي للألواح في الولايات المتحدة 2.4 أو 2.7 متر (8 أو 9 أقدام ) . تتوفر الألواح بعرض يتراوح بين 4 و12 بوصة (100-300 مم)، ويبلغ سعرها التقريبي 4-6 دولارات أمريكية للقدم المربع ^في الولايات المتحدة ^{[ 6 ]} . في الربع الأخير من عام 2010، تم تسويق طرق جديدة لتشكيل الألواح ذات الشكل الدائري، والمنحنى الجيبي، والأقواس، والألواح الأنبوبية المعزولة هيكليًا (SIPs). ونظرًا لطبيعة هذه الألواح المصممة حسب الطلب والصعوبة التقنية في تشكيلها ومعالجتها، فإن سعرها عادةً ما يكون ثلاثة أو أربعة أضعاف سعر الألواح القياسية للقدم المربع. ^{[ 7 ]}         

يُعدّ البوليسترين الموسع (EPS) أكثر أنواع الرغوة شيوعًا، وتبلغ قيمة مقاومته الحرارية ( R-value ) حوالي 4 درجة فهرنهايت/قدم ^مربع /ساعة/وحدة حرارية بريطانية (ما يعادل حوالي 0.7 كلفن/متر مربع ^/ واط) لكل 25 مم من السماكة. وهذا يعني أن طبقة من الرغوة بسماكة 89 مم (3.5 بوصة ) في لوح بسماكة 110 مم (4.5 بوصة) ستعطي قيمة R-value تبلغ 13.8 (تنبيه: قد يكون استقراء قيم R-value على السماكة غير دقيق نظرًا للخصائص الحرارية غير الخطية لمعظم المواد). يبدو هذا ظاهريًا مشابهًا لعزل الألياف الزجاجية بقيمة R-13، ولكن نظرًا لوجود مساحة أكبر بكثير من الجدران الخشبية ذات قيمة R-value المنخفضة في المنازل ذات الهيكل الخشبي التقليدي، والتي تعمل كجسر حراري، فإن الأداء الحراري لجدار الألواح العازلة الهيكلية (SIP) بقيمة R-13.8 سيكون أفضل بكثير.     

أدت خصائص عزل الهواء في المنازل المبنية بتقنية الألواح العازلة الهيكلية (SIP) إلى قيام برنامج "إنرجي ستار" التابع لوكالة حماية البيئة الأمريكية بوضع بروتوكول فحص بديل لاختبار تسرب الهواء التقليدي لتقييم تسرب الهواء في المنزل. يساهم هذا في تسريع العملية وتوفير المال للمقاول ومالك المنزل.

يشير قانون البناء الدولي إلى مواصفات تصميم الخشب الرقائقي APA، رقم 4 - تصميم وتصنيع ألواح الخشب الرقائقي المركبة، لتصميم الألواح العازلة الهيكلية (SIPs). ^{[ 8 ]} تناولت هذه الوثيقة الميكانيكا الهندسية الأساسية للألواح العازلة الهيكلية، لكنها لم تُحدد خصائص التصميم للألواح التي تُقدمها أي شركة مصنعة مُحددة. في عام 2007، أُدرجت أحكام التصميم الإلزامية للألواح العازلة الهيكلية المُغطاة بألواح الخشب المُوجه (OSB) لأول مرة في قانون البناء السكني الدولي لعام 2006. تُقدم هذه الأحكام إرشادات حول استخدام الألواح العازلة الهيكلية كألواح جدارية فقط.

إلى جانب هذه المعايير غير الاحتكارية، اعتمد قطاع الألواح العازلة الهيكلية (SIP) بشكل كبير على تقارير تقييم الكود الاحتكارية. في أوائل عام 2009، دخلت جمعية SIPA في شراكة مع ICC NTA، وهي وكالة مستقلة لمنح شهادات تقييم المنتجات، لإصدار أول تقرير كود شامل على مستوى القطاع، وهو متاح لجميع أعضاء SIPA المؤهلين. على عكس تقارير الكود السابقة، فإن الأحكام التوجيهية الواردة في تقرير كود SIPA مستمدة من منهجية تصميم هندسية تسمح للمهندس المصمم بمراعاة ظروف التحميل غير المذكورة في تقرير الكود. ^{[ 5 ] [ 9 ]}

• رابطة الألواح العازلة الهيكلية (SIPA) - رابطة الألواح العازلة الهيكلية.
• ملاجئ IADDIC - تطورات جديدة في معدات تصنيع SIP القابلة للتشغيل الميداني.
• شركة الألواح الهيكلية المحدودة - شركة كندية لتصنيع الألواح العازلة الهيكلية