معرفی انواع سیستم سقف
سیستمهای سقف پرکاربرد در کشور عبارتند از :
- سقف تیرچه بلوک (سفالی، لیکا، پلی استایرن و …)
- سقف کامپوزیت عرشه فولادی (Steel Deck)
- دالهای بتنی
در کنار سیستمهای سقف معرفی شده در بالا بعضی از سیستمهای نسبتا جدید که بیشتر در پروژه های با کاربری خاص متداول هستند و یا روش نوینی از اجرای سیستمهای قدیمی تر سقف میباشند، عبارت اند از :
- سیستم دال پیش تنیده
- سیستم سقف Hollow core
- سیستم دال مجوفWaffle
- سیستم سقف دال مجوف کوبیاکس
- سیستم سقف دال مجوف شار دک
- سیستم سقف دال مجوف یوبوت (U-boot)
که در ادامه این مقاله به مزایا، معایب و ساختار هر یک به جهت مقایسه پرداخته می شود.
سقف تیرچه و بلوک
يكي از انواع متداول سقفهای بتني، سقفهاي تيرچه و بلوك هستند. طرح و اجراي آسان تر و صرفهی اقتصادي، فلسفه اصلي رجوع به سقفهاي تيرچه و بلوك است.
از آنجا كه مقاومت بتن در برابر نيروهاي فشاري، بسيار خوب ولي در برابر نيروهاي كششي كم است، در قطعات بتن مسلح، نيروهاي كششي به طور عمده توسط آرماتورهاي فولادي تحمل مي شوند.
به همين دليل، در تيرهاي تحت خمش و دالها، سعي بر اين است كه قسمتي از بتن تحت كشش، حذف شده و تنها آن مقدار از سطح بتن كه براي جاي گذاري خاموتها و آرماتورهاي كششي لازم است، باقي بماند.
اين كار به ويژه براي كاهش بار مرده سقف، داراي اهميت بوده و در عمل منجر به طرح دالهای سقف تیرچه و بلوک جزء دالهای یک طرفه به حساب می آید که در این نوع سقف برای کاهش بار مرده از بلوکهای توخالی (مجوف) بتنی یا سفالی برای پر کردن حجم سقف استفاده می شود.
سقفهای تیرچه و بلوک نوعي از دالهای با پش بند محسوب می شوند. دال با پشت بند را میتوان مطابق شكل 1 مجموعه اي متشكل از تيرهاي موازي با مقطع T شکل در نظر گرفت كه در هر تير، آرماتورهاي كششي در پايين جان تير قرار دارد.
در عمل براي تأمين يكپارچگي سقف و تحمل نيروهاي كششي ناشي از افت بتن و تغيير دما، آرماتورهايي در دو جهت در دال فوقاني قرار داده مي شود.
در صورتي كه فاصله پشت بندها كم باشد، طرح و محاسبه اين دالها همانند طرح تير T شکل است و تنها لازم است تا مقاومت دال واقع در بين دو پشت بند مجاور در برابر بارهاي وارده كنترل شود.
در برخي موارد در اجراي سقفها، از قالبهاي قابل جابجا كردن نيز استفاده میشود كه در اين نوع سقفها، محل بلوكها خالي میماند. اين سقفها در زمره سقفهای تيرچه و بلوك نیستند.
بديهي است كه قال بندي دال با پشت بند، نسبت به دال مسطح، هزينه و دقت بيشتري را ميطلبد. علاوه بر آن جاي گذاري درست آرماتورهاي كششي در داخل قالب و رعايت پوشش حداقل بتن روي آرماتورها، نياز به دقت بيشتري دارد.
انواع سقفهای تيرچه و بلوك
سقفهاي تيرچه و بلوك به دو دسته كلي سقفهای با تيرچه های بتني و سقفهای با تیرچه های فولادي با جان باز تقسيم بندي ميشوند. حال آنكه هر يك از اين نوع سقفها به لحاظ جزئيات اجرايي و نيز نوع بلوك مصرفي تنوع دارند (مانند سقفهای با بلوك بتني، بلوك سفالي، بلوك پلی استايرن و….
اجزاي اصلي تشكيل دهنده سقف تيرچه و بلوك
سقف اجرا شده با تيرچه و بلوك از انواع سقفهاي با پشت بند ( تيرك دار ) بتني است كه تحمل فشار به بتن بالايي با ضخامت حداقل پنج سانتيمتر واگذار ميگردد و كشش توسط ميلگردهاي كششي تيرچه ( ميلگردهاي تحتاني تيرچه ) تحمل مي شود.
بتن بالايي همچنين، همانند يك دال نازك با دهانهاي برابر فاصله دو تيرچه، خمش موضعي را در محل بين دو تيرچه تحمل مي كند.
در اين نوع سقف، تيرچه ها به فاصله حداكثر 70 سانتيمتر ( محور تا محور ) كنار هم و در امتداد دهانه كوتاهتر سقف قرار مي گيرند و با بتن پوششي كه در محل ريخته ميشود و ضخامت آن حداقل پنج سانتيمتر است، تيرهاي T شكل چسبيده و مجاور هم را تشكيل ميدهند.
براي پركردن فاصله تيرچه ها، از عناصر گوناگون، مانند آجرهاي توخالي، بلوكهاي بتني و حتي پلاستيك و چيزهاي ديگر استفاده مي شود. اين عناصر پركننده در سقف تحمل نيرو نمي كنند. بنابراين، سقف تيرچه و بلوك از اجزاي اصلي، به شرح زير تشكيل مي شود :
- تيرچه
- بلوك
- ميلگرد حرارتي و افت و ميلگرد منفي
- بتن پوششي (درجا)
كه نقش هريك از اين اجزا در مراحل دو گانه باربري، يعني مرحله حمل و نقل تيرچه و اجراي سقف و مرحله بهره برداري را، به ترتيب زير مي آوريم :
الف) تيرچه
عضو پيش ساخته اي است، متشكل از بتن و فولاد به مقطع تقريبي T كه در دو نوع تيرچه خرپايي و تيرچه پيش تنيده، توليد مي شود و مانند همه قطعه هاي پيش ساخته در دو مرحله تحت اثر نيرو قرار مي گيرد.
اين دو مرحله به علت اهميت آنها بايد به دقت مورد ملاحظه قرار گيرند :
الف) مرحله اول باربري :
در اين مرحله بايد تيرچه به تنهايي قادر به تحمل بار ناشي از وزن خود در هنگام حمل و نقل بوده و همچنين قادر به تحمل وزن مرده سقف ( وزن تيرچه ، بلوك و بتن پوششي ) بين تكيه گاههاي موقت ( شمع بندي ها ) در زمان اجراي سقف باشد.
ب) مرحله دوم باربري :
اين مرحله در تيرچه پس از حصول مقاومت بتن پوششي فرا ميرسد كه تكيه گاه هاي موقت اجرايي برداشته شده و تيرچه به عنوان عضو كششي مقطع تيرT تحمل نيرو مي نمايد.
تيرچه پيش ساخته خرپايي: تيرچه پيش ساخته خرپايي فولادي و پاشنه بتني تشكيل شده است .
در صورتي كه داراي قالب سفالي باشد، تيرچه كفشك دار ناميده مي شود.
تيرچه پيش ساخته خرپايي براي تحمل مراحل دوگانه باربري، از اجزاي زير تشكيل مي شود :
- عضو كششي
- ميلگردهاي عرضي
- ميلگردهاي بالايي
عضو كششي
در مرحله اول باربري تيرچه، فولاد زيرين خرپا به عنوان عضو كششي خرپاي تيرچه بايد قادر به تحمل نيروي كششي ( حاصل از لنگر خمشي ) ناشي از وزن خود تيرچه در زمان حمل ونقل باشد .
همچنين قادر به تحمل نيروي كششي ( حاصل از لنگر خمشي ) ناشي از وزن مرده سقف در فاصله محور تا محور تيرچه ها و بين دو تكيه گاه موقت ( شمع بندي ) باشد.
در مرحله دوم باربري تيرچه، فولاد زيرين خرپا به عنوان عضو كششي تير T عمل مي كند.
حداقل تعداد ميلگرد كششي دو عدد بوده و سطح مقطع ميلگردهاي كششي از طريق محاسبه تعيين مي شود.
توصيه مي شود قطر ميلگردهاي كششي از 8 ميليمتر كمتر و از 16 ميليمتر بيشتر نباشد.
براي صرفه جويي در مصرف فولاد و پيوستگي بهتر آن با بتن، معمولا از ميلگرد آجدار، به عنوان عضو كششي استفاده مي شود.
ميلگردهاي عرضي
در مرحله اول باربري، ميلگردهاي عرضي همانند عضو مورب خرپا عمل مي كنند .
به كمك اعضاي كششي و بالايي، ايستايي لازم را جهت تحمل وزن خود تيرچه ( در هنگام حمل و نقل ) و وزن مرده سقف بين تكيه گاههاي موقت ( در هنگام اجرا ) تامين مي نمايند.
در مرحله دوم باربري تيرچه، ميلگردهاي عرضي، پيوستگي لازم بين ميلگرد كششي خرپا و بتن پوششي ( بتن درجا ) را تامين مي كنند.
همچنين مقابله با نيروي برشي تير T به وسيله ميلگردهاي عرضي انجام مي گيرد.
در بعضي از انواع تيرچه هاي پيش ساخته، در خرپا به جاي ميلگرد از ورق خم كاري شده به جاي عضو كششي – ميلگردهاي عرضي – ميلگردهاي بالايي استفاده مي شود.
اين ميلگردها جهت منظورهاي زير در تيرچه مصرف مي شوند:
الف) تامين اينرسي لازم جهت مقاومت تيرچه در هنگام حمل و نقل
ب) تامين مقاومت لازم جهت تحمل بار بلوك و بتن پوششي در بين تكيه گاه هاي موقت، پيش از به مقاومت رسيدن بتن
ج) تامين پيوستگي لازم بين تيرچه و بتن پوششي
د) تامين مقاومت برشي مورد نياز تيرچه.
ميلگرد بالايي
در مرحله اول باربري، فولاد تعبيه شده در قسمت بالاي تيرچه، به عنوان ميلگرد بالايي خرپا عمل مي نمايد .
به كمك ديگر اعضاي خرپا، وزن تيرچه را هنگام حمل و نقل و همچنين وزن مرده سقف را در فاصله دو تكيه گاه موقت ( هنگام قالب بندي و بتن ريزي پيش از به مقاومت رسيدن بتن پوششي) تحمل مي كند.
در مرحله دوم باربري تيرچه اگر ميلگرد بالايي در ضخامت بتن پوششي و بالاتر از سطح بلوكها قرار گيرد، در نقش فولاد افت حرارتي مقطع مركب سقف عمل ميكند.
در مقطع تير T و در صورتي كه پايينتر از سطح بلوكها قرار گيرد، نقشي نخواهد داشت .
بتن پاشنه تيرچه پيش ساخته :
براي تامين تكيه گاه بلوكها و نيز براي پرهيز از قالب بندي قسمت زيرين جان تير T در موقع اجرا، بتن پاشنه تيرچه در كارخانه ريخته مي شود.
حسن ديگر اين عمل اين است كه بعلت فراهم بودن شرايط بهتر اجرا در كارخانه، پوشش آرماتورهاي كششي به صورت مطمئنتري تامين ميگردد.
اين پوشش در مقاومت سقف در برابر آتش سوزي اثر به سزايي دارد.
حداقل عرض بتن پاشنه 10 سانتيمتر است و نبايد از 35/1 برابر ضخامت سقف كمتر باشد.
ارتفاع بتن پاشنه بايد به ميزاني باشد كه قابل بتن ريزي بوده و پوشش بتني روي ميلگرد را جهت ايجاد مقاومت در برابر آتش سوزي تامين نمايد .
همچنين پس از قرار گرفتن بلوك روي تيرچه ها، سطح زيرين بلوك با سطح زيري تيرچه همسطح گردد.
معمولا ضخامت بتن پاشنه 5/4 تا 5/5 سانتيمتر و عرض آن 10 تا 16سانتيمتر است.
حداقل تاب فشاري بتن پاشنه 250 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع است.
تيرچه پيش ساخته پيش تنيده:
اين نوع تيرچه كه فقط در كارخانه هاي مجهز توليد مي شود، از مقطع بتني T و سيمهاي فولادي با مقاومت بالا ( 17500 تا 19000 كيلوگرم بر سانتيمتر مربع ) تشكيل مي شود.
سيم ها را پيش از بتن ريزي تيرچه توسط جك هايي تحت كشش قرار داده و پس از حصول مقاومت لازم بتن، آنها را آزاد مي كنند.
در نتيجه، بتن تيرچه تحت تنش فشاري قرار ميگيرد.
ب)بلوك
براي پركردن محلهاي خالي بين تيرچه ها، از بلوك هاي توخالي استفاده ميشود كه جنس آنها از سفال يا بتن و حتي پلاستيك و يونوليت است.
بلوكها علاوه بر خاصيت پركنندگي فضاي خالي، در حكم قالب بتن پوششي نيز هستند.
بلوكها در سقف هاي اجرا شده با تيرچه و بلوك، تحمل نيرو نميكنند و فقط خاصيت پركنندگي دارند.
از بلوك به عنوان قالب هميشگي يا قالبي كه پس از اجرا باقي مي ماند، براي قالب بندي بغل گونه جان تيرهاي T و همچنين بتن پوششي درجا استفاده مي شود.
قسمت زيرين بلوك، جهت تامين سطحي مسطح براي انجام نازك كاري و قسمتهاي تيغه داخلي بلوك به منظور تقويت مقطع تعبيه ميگردند.
بلوكها در محاسبات مقاومت سقف به حساب نميآيند و اساسا به منزله قالبهايي هستند كه بايد نيروهاي اجرايي پيش از بتن ريزي سقف را تحمل نمايند.
مثلا” در روي سقف، پيش از بتن ريزي، تحمل نيروي حاصل از رد شدن چرخ فرغون را داشته باشد .
همچنين بايد مقاومت كافي براي تحمل نيروهاي حاصل از حمل و نقل و دپو نمودن را داشته باشد.
شكل بلوك با توجه به موارد ياد شده طراحي مي شود و بلوك توخالي معمولا” از مواد مختلف توليد مي شود.
مانند :
1- بتن با مصالح سنگي معمولي
2- بتن با مصالح سبك وزن
3- سفال
4- مصالح چوبي يا مقوايي
5- يونوليت و مشابه.
مواد تشكيل دهنده بلوك نبايد روي بتن درجا اثر شيميايي داشته باشند.
ارتفاع و طول بلوك، تابع ضخامت كل سقف و فاصله تيرچه ها از همديگر ميباشد. عرض بلوك، معمولا” 20 تا 25 سانتيمتر است.
وزن بلوك بايد طوري باشد كه به آساني با دست در روي سقف جا به جا گردد.
بلوكهاي سفالي بايد عاري از ترك و دانه هاي آهكي باشند، و رنگ آنها كاملا” يكنواخت بوده و به طور يكسان پخته شده باشند.
سطوح بلوك سفالي بايد صاف و عاري از انحناء و خميدگي و داراي لبههاي تيز و مستقيم بوده و بافت ريز و متراكم داشته باشند.
سطح خارجي بلوك، به جهت ايجاد چسبندگي لازم به بتن بالايي و همچنين به نازك كاري زير سقف شياردار ميباشد.
وزن بلوک بستگی به وزن بتنی دارد که بلوک با آن ساخته میشود.
بلوکهای ساخته شده از شن و ماسه طبیعی رودخانه‌ای یا شکسته، دارای وزن ویژه‌ای معمولی و در حدود 2000 کیلوگرم بر متر مکعب هستند.
بلوکهای با وزن ویژه کمتر از 1680 کیلوگرم بر متر مکعب را سبک به حساب می‌آورند.
در ساخت این بلوکها از دانه‌هایی مانند پوکه معدنی و پوکه ساختگی استفاده میشود.
مقاومت بلوکهای سبک با وجود کاهش وزن، در مقایسه با بلوکهای معمولی، کاهش چشمگیری ندارد .
بلوکهای سیمانی به لحاظ شکل ظاهری به انواع توخالی باربر و غیر باربر و توپر و آجر بتنی و از نقطه نظر محل مصرف به دیواری توکار و نمادار، تیغه‌ای، ستونی و سقفی گروه‌بندی میشوند.
بلوکهای ویژه‌ای نیز برای دودکش، نعل درگاه، جدول خیابانها و پیاده‌روها و فرش کف ساخته میشود.
ج) ميلگردهاي افت حرارتي
جهت مقابله با تنشهاي متفرقه در بتن پوششي و به منظور جذب تنشهاي ناشي از افت و تغيير حرارت ، ميلگردهايي در دو جهت عمود برهم و در قسمت بالايي تير نواري T و روي بلوكها نصب مي گردند ، كه ميلگرد افت و حرارتي ناميده مي شوند.
در صورتي كه ارتفاع تيرچه خرپايي به حدي باشد كه ميلگرد نصب ( بالايي ) در محل تعبيه ميلگرد افت قرار گيرد ، مي توان از ميلگرد مزبور به عنوان ميلگرد افت و حرارتي در جهت طولي تيرچه استفاده كرد. قطر ميلگرد افت حرارتي بر اي ميلگرد ساده، دست كم 5 ميليمتر، و براي ميلگرد با مقاومت بالا 4 ميليمتر و حداكثر فاصله بين بتن پوششي ( بتن درجا ) :
بتن پوششي، قسمتي از تير مركب است كه در محل كارگاه پس از جاگذاري تيرچه ها و بلوكها بتن ريزي ميگردد و پس از حصول مقاومت لازم به كمك عضو كششي بار وارد بر سقف را تحمل ميكند.
محدوديتها و ويژگيهاي فني سقف تيرچه و بلوك
سقفهاي اجرا شده با تيرچه بلوك، داراي محدوديتهاي اجرايي به شرح زير هستند :
- فاصله محور تا محور تيرچه ها نبايد از 70 سانتيمتر بيشتر باشد.
- بتن پوششي قسمت بالايي تير ( بتن روي بلوك ) نبايد از 5 سانتيمتر، يا 12/1 فاصله محور به محور تيرچه ها كمتر باشد.
- عرض تيرچه نبايد از 10 سانتيمتر كوچكتر باشد و همچنين نبايد از 35/1 برابر ضخامت كل سقف كمتر باشد.
- حداقل فاصله دو بلوك دو طرف يك تيرچه، پس از نصب نبايد كمتر از 65 سانتيمتر باشد.
- ضخامت سقف براي تيرهاي با تكيه گاه ساده نبايد از 20/1 دهانه كمتر باشد. در مورد تيرهاي يكسره نسبت ضخامت به دهانه، به 26/1 كاهش مي يابد. در سقفهايي كه مسئله خيز مطرح نباشد، اين مقدار تا 35/1 دهانه نيز كاهش مييابد.
- حداكثر دهانه مورد پوشش سقف ( در جهت طول تيرچه پيش ساخته خرپايي ) با تيرچه هاي منفرد، نبايد از 8 متر بيشتر شود. توصيه مي شود براي اطمينان بيشتر، دهانه مورد پوشش، بيشتر از 7 متر نباشد و در صورت وجود سربارهاي زياد، و يا دهانه بيش از هفت متر، از تيرچه هاي مضاعف استفاده شود.
قالب بندی در سقف تیرچه و بلوک
به طور كلي به محض اينكه تيرچهها و بلوكهاي انتهايي بين دو تكيه گاه اصلي قرار گرفتند، شمع بندي و قالب بندي به وسيله چهار تراشهای عمود بر جهت تيرچه كه در مورد تيرچه هاي پيش ساخته خرپايي، فاصله آنها از همديگر 1 تا 20/1 متر است، انجام مي شود.
موقع شمعبندي ، خيز مناسبي برابر 200/1 دهانه به طرف بالا در نظر گرفته مي شود تا پس از بارگذاري خيز منفي اوليه حذف شده و سقف مسطح گردد.
به طور كلي، چهار تراشها و شمعها بايد طوري نصب شوند كه بتوانند در مقابل نيروهاي وارده مقاومت نمايند. آنها را بايد طبق اصول و قواعد مربوط به آن، به يكديگر متصل كرد .در اجراي تكيه گاه هاي موقت و جمع آوري آنها، نكته هاي زير بايد رعايت گردند :
الف) در صورتي كه شمعها روي زمين تكيه داشته باشند، بايد مطمئن بود كه زمين زير شمع، به علت دستي بودن خاك يا جذب رطوبت بعدي، نشست نكند. به طور كلي، در صورت سست بودن زمين، بايد با افزايش سطح تكيه گاه شمعها و جلوگيري از نمناك شدن زمين، از نشست جلوگيري كرد.
ب) چنانچه تكيه گاه شمعها، سقف طبقه زيرين باشد، بايد وزن شمع بندي و سقف مورد احداث به منزله سربار سقف زيرين در نظر گرفته شده و با توجه به عمر بتن سقف زيرين، تقويت لازم براي آن پيش بيني گردد. در غير اين صورت، سقف زيرين تحمل سربار وارده را ننموده و اين باعث آسيب ديدن آن خواهد شد.
ج) در جمع آوري تكيه گاه هاي موقت نيز بايد از حصول مقاومت كافي سقف مورد نظر، جهت تحمل وزن خود و سربارهاي وارده از جمله شمعهاي مربوط به سقف بالاتر، اطمينان حاصل كرد.
سقف عرشه فولادی
یکی از فاکتورهای مهم در اجرای ساختمان به روشهای جدید، سرعت بالای اجرا، سبک سازی و حذف مصالح و روشهای قدیمی وقت‌گیر و پرهزینه است.
سبک سازی و اجرای سریع دو اصل بسیار مهم است که در تمامی دنیا توجه ویژه به آنها شده است. یکی از بخش‌های ساختمان که تاثیر فوق‌العاده‌ای در سرعت ساخت دارد، سقفهای سازهای است.
سقف عرشه فولادی یکی از روشهای نوین اجرای سقف است. سقف عرشه فولادی با ورق‌های گالوانیزه ذوزنقه‌ای شکل آجدار بدون استفاده از میلگرد و حذف قالب بندی اجرا میشود.
وزن این سقف نسبت به سقفهای مشابه حدود ۳۰ تا ۶۰ درصد کمتر و سرعت اجرای این سقف حدود ۱۲ برابر بیشتر از سقفهای متداول مانند دال بتنی و تیرچه بلوک است.
این نوع سقف در اصل، مخصوص ساختمانهای اسکلت فلزی است ولی در ساختمانهای اسکلت بتنی نیز با اتخاذ تدابیری قابل اجرا است.
هر چند مدت زیادی از گسترش این نوع سقف در کشورمان نمیگذرد اما در واقع این سیستم اجرای سقف از سال 1939 و با تدوین یک استاندارد صنعتی برای طراحی، اجرا و بهره برداری از این سقف توسط انستیتو سقف فوالدی SDI به طور رسمی وارد صنعت ساختمان شده است.
در کشور ما نیز جدیدا تمایل به اجرای سقفهای عرشه فولادی بدلیل سرعت بالای آن زیاد شده است. این نوع سقف در اصل، مخصوص ساختمانهای اسکلت فلزی میباشد ولی در ساختمانهای اسکلت بتنی نیز با اتخاذ تدابیری قابل اجرا میباشد.
استفاده از این نوع سقف در پروژه هایی که پیمانکار به دلایلی از برنامه زمانی ارائه شده عقب افتاده است و نیاز به اتمام کار در بازه زمانی کوتاه است یا درجاهایی که نیاز به سرعت انجام کار میباشد، بعنوان یکی از بهترین گزینه های اصلی مورد توجه قرار میگیرد.
مزایای اصلی سقف عرشه فولادی
- افزایش سرعت ساخت و ساز
یکی از عوامل مهم و با ارزش در صنعت ساختمان که باعث رواج سقف عرشه فولادی میشود، سرعت اجرای بالا و در قبال آن بازگشت سریع سرمایه است.
مهمترین مزیت سقفهای عرشه فولادی افزایش سرعت ساخت است که باعث شده استفاده از آن در تمام دنیا رواج یافته که حذف عملیات قالب بندی و شمع گذاری دلیل عمده آن است.
- کاهش مصرف فولاد و بتن
انتخاب بهینه عرشه سبب کاهش ضخامت دال، تعداد تیرهای فرعی و میزان آرماتور دال میشود.
- کاهش وزن
این دال نسبت به دیگر دالهای ساختمانی به دلیل شکل و فرم خاص عرشه تا حدود ۳۰ درصد کاهش وزن داشته که با کم شدن وزن کل دال، ابعاد، وزن تیر، ستونها و در نهایت بار نهایی بر روی شالوده کاهش می‌یابد.
- کاهش هزینههای کلی
به طور کلی استفاده از روشهای صنعتی سازی از جمله سیستم عرشه فولادی باعث کاهش زمان اجرا، پرت مصالح، هزینههای جاری و در نتیجه کاهش کلی هزینههای پروژه میشود.
- افزایش ایمنی سازه
عرشه فولادی می‌تواند به عنوان تکیه گاه جانبی مؤثری ایفای نقش کند و برای باز توزیع بارهای ناشی از باد در مرحله ساخت طراحی شود.
- بهبود عملکرد سقف در هنگام زلزله
یکپارچگی این سقفها باعث صلبیت کافی در مقابل زلزله است.
- پیوستگی و یکدست بودن سطح زیرین سقف
سقفهای عرشه فولادی دارای سطح زیرین یکنواختی بوده که در کاربردهایی نظیر پارکینگ میتوان بدون هیچ گونه پوششی به کار رود.
- کاهش هزینههای حمل و نقل
معایب سقفهای عرشه فولادی
سختی استفاده در اسکلت‌های بتنی به همراه الزام تمهیدات خاص
با مقایسه سقفهای معمول در صنعت ساختمان مانند تیرچه بلوک تیرچه فلزی یا بتنی، دال بتن مسلح، سقفهای کامپوزیت (مرکب) میتوان گفت که سقفهای عرشه فولادی یکی از ایمن‌ترین و اقتصادی‌ترین سقف‌هایی است که در صنعت ساخت و ساز مورد استفاده قرار گرفته است.
کاربرد سقف عرشه فولادی
سقف عرشه فولادی برای استفاده در سازههای مختلف از جمله موارد زیر به کار می‌رود.
- با صفحات سیمانی سبک مانند LSF و CSF ،PBS ، LGS .
- در سازههای صنعتی پیش ساخته سبک
- برای سازههای اسکلت فلزی سبک و سنگین (مدرن، سنتی، صنعتی و نیمه صنعتی)
- برای سازههای اسکلت بتنی با حذف قالب بندی، تیرچه، بلوک و کم کردن حجم بتن سقف می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.
دالهای بتنی
همان گونه که قبلا بیان شد بر اساس تعاریف متداول، دال به یک عضو سازهای با ضخامت کم اطلاق میشود که بارهای وارد بر آن با عملکرد خمشی به تکیه گاه منتقل میگردد.
از نظر سازهای دالهای بتن آرمه عناصر بسیار مطلوبی برای پوشش سقف محسوب میشوند به طوری که در ساختمانهای مسکونی، تجاری، اداری و پارکینگ گرفته تا عرشهی پلها و ساختمانهای با کاربری ویژه از دالهای بتن آرمه به طور وسیع برای پوششش سقف استفاده میشود.
دالهای افقی بتنی مسلح، معمولاً دارای ضخامتی بین ۱۰ تا ۵۰ سانتیمتر بوده و عمدتاً در سقف طبقات به کار برده میشوند. از دالهای نازک تر نیز به عنوان سنگ فرش استفاده میگردد.
عملیات ساخت دال بتنی
یک دال بتنی ممکن است به صورت پیش‌ساخته یا اجراشده در محل پروژه باشد. دالهای پیش‌ساخته در کارخانه تولید شده و به محل انتقال می‌یابند تا در بین تیرهای فولادی یا بتنی نصب شوند.
این نوع از دالها ممکن است به صورت پیش‌تنیده (درکارخانه)، پس‌تنیده (در محل کارگاه)، یا تنیده نشده باشد. لازم است که تکیه‌گاه دال در سازه، از نظر ابعاد به صورت دقیق ساخته شود، تا دال پیش‌ساخته به شکل مناسب در محل خود قرار گیرد.
در محل پروژه، دال بتنی با استفاده از قالبهایی که خمیر بتن را به داخل آن می‌ریزند، اجرا میشود. در حالتی که دال به صورت مسلح اجرا میشود، آرماتورهای تقویتی را قبل از بتن‌ریزی در داخل قالب قرار میدهند.
برای نگهداشتن میل‌گردها در داخل قالب، از وسایل پلاستیک استفاده میشود تا بتن، به صورت کامل آرماتورهای تقویتی را پوشش دهد.
ممکن است در هنگام اجرای دال کف، از دیوارهای کناری خود ساختمان، به عنوان قالب برای بتن‌ریزی استفاده شود، ولی در دال سقف، از قالبهایی مانند سینی که توسط داربست‌های موقتی نگه‌داشته شده‌اند استفاده میشود که بعد از سفت‌شدن بتن، این داربست‌ها را بر می دارند.
قالبها، عمدتاً از صفحات و قطعات چوبی، پلاستیکی یا فولادی ساخته میشوند. امروزه، در پروژههای ساختمانی تجاری، معمولاً برای بالا بردن کیفیت کار، از قالبهای پلاستیکی و فولادی استفاده میشود.
در حالی که در ساخت و سازهایی با بودجه کم، استفاده از قطعات چوبی بسیار رایج است. گاهی هم احتیاجی به استفاده از قالب نیست.
برای مثال در دالهای کف که توسط آجر یا دیوارهای پی احاطه شده‌اند، دیوارها به عنوان کناره‌های سینی قالب عمل میکنند. وظيفه دال در يک سازه بتن مسلح ايجاد يک سطح تخت قابل استفاده انواع دالها از نظر محل قرار گيری دالهای آويخته دالهای آويخته بارها را بوسيله عملکرد خمشی منتقل می‌نمايند و فضای بالايی و پائينی را جدا میکنند.
دالهای روی زمين بارهای متمرکز را بر روی تکيه گاهی مثل زمين پخش میکند و سطحی برای کار کردن فراهم می‌نمايد و سطح زمين را نيز محفوظ میکند .
دالهای بتن مسلح معمولاً ضخامت ثابتی دارند و میتوانند بر روی تيرهای بتن مسلح و فولادی، ديوار بتن مسلح و غير مسلح يا بستر زمين تکيه نمايند.
دالها ممکن است به صورت دال یک طرفه و یا دال دوطرفه وجود داشته باشند. دال یک طرفه از نظر سازهای مشابه یک تیر عریض است که با عملکرد در یک جهت و با تحمل لنگرهای خمشی، بار را به تکیه گاههای دو طرف خود منتقل میکند.
در مقابل در یک دال دو طرفه، با عملکرد دال در دو جهت متعامد و با تشکیل لنگرهای خمشی قابل مقایسه در دو جهت، بارهای متعامد بر دال به تکیه گاه ها منتقل میشوند. بسته به شرایط تکیه گاهی، انواع مختلفی از دالها وجود دارد.
سیستمهای معمولی دال :
- تیر – دال
- دال تخت
- دال قارچی
- دال مشبک (مجوف)
تیر – دال
رایج ترین نوع دال، سیستم تیر – دال میباشد که در سازه های بتنی استفاده می شود. در این سیستم قالب بندی و بتن ریزی تیرها و دال همزمان صورت گرفته و سیستم یک پارچه ای تشکیل می شود.
بار کف از طریق دال به تیرهای پیرامونی منتقل شده و از آن جا به ستون ها منتقل می شود. نوع دیگر دال، دال تخت می باشد که یک دال دوطرفه است که با ضخامت ثابت مستقیماً روی ستون ها بدون سرستون یا با سر ستون قرار می گیرد و تیرها حذف می شوند.
دال تخت
سقف دال تخت معمولا در اجرای سقف طبقات استفاده می شود این نوع سقف ها مزیت بسیار بالایی نسبت به انواع سقف های تیرجه ای دارد و سهولت اجرا و وزن بسیار کم ازمزایای سقف دال می باشد. در این ساختمان ها روی دال به سادگی کف سازی شده و زیر دال، با پوشش مناسب برای استفاده از فضای زیر سقف آماده می گردد.
دال تخت مجوف
همانند دال تخت، مستقيماً بر ستونها متکی است ولی به منظور کاهش اثر وزن دال با استفاده از قالبهای جعبه‌ای شکل فضاهای داخلی در قسمت تحتانی دال ايجاد میشود. معمولاً برای بالا بردن مقاومت برشی در اطراف ستونها، آن را بصورت توپر می‌سازند.
دال تخت قارچی
همانند دال تخت، مستقيماً بر ستونها متکی است ولی به دليل مقدار قابل توجه لنگر منفــی تکيه گاهی و تنشهای ناشی از برش بالا سر ســتون‌ها افزايش مقطع میيابد و احياناً ضخامت دال در اطراف ستون قدری افزايش میيابد. در دال تخت قارچی اتصال دال به ستون با سرستون يا کتيبه يا هر دو صورت می‌پذيرد.
سقف دال پیش تنیده
يكي از اجزاي اصلي تشكيل دهنده ساختمانها، سقفهاي بتني ميباشد كه نقش اساسي آنها انتقال بارهاي قائم و افقي ناشي از وزن مرده سقف، سربارها و نيروهاي باد و زلزله به تيرها، ستونها و ديوارهاي باربر است.
نظر به اينكه سقفها سهم نسبتا زيادي از قيمت تمام شده ساختمان را به خود اختصاص ميدهد طراحان ساختمان سيستم هاي متنوعي را به منظور هر چه اقتصادي تر كردن آنها ابداع و اجرا كرده اند كه صرفه جويي در مصرف بتن و فولاد ،كاهش يا حذف قالب بندي، بهبود روشهاي ساخت و ارتقاي كيفيت اجرا، محورهاي اساسي كوشش هاي انجام شده را تشكيل ميدهند.
حذف قالب و بهبود كيفيت اجراي سقف به بهترين وجه با استفاده از روش پيش ساختگي ميسر ميشود.
در اين روش براي فراهم آوردن امكانات بهتر و توجيه اقتصادي، كل يا قسمتهايي از سقف در تراز زمين و در كارخانه هاي مجهز به طور پيش ساخته توليد ميشوند، سپس به محل اصلي حمل و نصب ميگردند.
در اين روش قطعات در شرايط راحت تر و با تجهيزات مناسب تر ساخته شده و در نتيجه هزينه ساخت كاهش يافته ونظارت فني در شرايط بهتري انجام ميگيرد.
سرعت نصب، حذف قالب بندي كف و همچنين نياز به نيروي انساني كمتر براي نصب از مزاياي ديگر اين روش اجرايي است.
بيشترين كاربرد بتن پيش تنيده در زمينه سازه هاي ساختماني به صورت توليد تيرها و دالهاي با تكيه گاه ساده است. و يكي از رايج ترين نوع اين تيرها تيرهاي پيش ساخته و پيش كشيده Double Tee ميباشد.
مفهوم پیش تنیدگی :
پیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی ( Prestress ) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم، به طوری که در اثر این تنش، مقداری از تنشهای ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می کند.
هدف اصلی از پیش تنیده کردن یک عضو بتنی، محدود کردن تنشهای کششی و ترکهای ناشی از لنگر خمشی، تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو می باشد.
بتن جسمی است مقاوم در مقابل فشار، ولیکن مقاومت آن در مقابل کشش بسیار کم می باشد، بنابراین می توان با وارد کردن فشار به بتن، کشش ایجاد شده در اثر بار مرده و زنده را در عضو بتنی تقلیل و در نتیجه مقاومت آن را افزایش داد.
در سیستم سقف بتنی پیش تنیده به جای آرماتورهای معمولی از يک سری كابل (تاندون‌های با مقاومت كششی بالا) استفاده میشود.
اين كابل‌ها تحت كشش زيادی قرار گرفته و در دو انتهای تير توسط گره های مخصوص تثبيت میشوند.بدين ترتيب كابل‌های پيش كشيده پس از رها شدن از كشش، تمايل به جمع شدن و رسيدن به حالت اوليه دارند. بنابراین نيروی فشاری زيادی در قسمت زيرين تار خنثی در بتن ايجاد میشود.
به تبع اين نيرو در مقابل نيروی كششی كه به واسطه بارهای ثقلی در بتن ايجاد میشود، قرار می‌گيرد. بنابراين كابل‌ها مقداری از نيروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی می‌نمایند.
آن چه در سیستم پیش تنیدگی مزیت اصلی به شمار میآید. امکان اجرای دهانههای زیاد با حداقل تعداد ستون یا بدون آن است.
کاربرد این روش بیشتر در سیستمهای مهار خاک و سنگ، پل سازی، شمع سازی فلزی، مهار سدهای بتنی، پایدار سازی تونل و اجرای سقفهای دال بتنی است.
مزایای بتن پیش تنیده
۱ ) نداشتن ترکهای دائمی
یکی از مهمترین خواص سازه های بتن پیش تنیده نداشتن ترکهای دائمی میباشد. این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازه ها نسبت به سازه های بتنی و بتن آرمه می شود.
این امر به خصوص در محیطهایی با گازها و زمینهای خورنده و همچنین سازه های دریایی بسیار حائز اهمیت می باشد. برتری بتن پیش تنیده نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است .
۲ ) وزن کمتر سازه
وزن سازه های بتن پیش تنیده به مراتب از وزن سازه های بتن آرمه معادل کمتر است. اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده می شود، میزان بتن لازم کمتر است.
ثانیاً چون فولاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است، معمولاً وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پنجم وزن فولاد معمولی معادل می گردد.
۳ ) نداشتن خیز به سمت پایین
خیز به طرف پایین ( deflection ) تیرهای بتنی پیش تنیده تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم می باشد. زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، تحت تاثیر نیروهای پیش تنیدگی مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است، که از شدت خیز به طرف پایین می کاهد.
۴ ) تست سازه قبل از بارگذاری
در سازه های بتن پیش تنیده قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، سازه به وسیله نیروی پیش تنیدگی به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش های زیادی قرار می گیرد، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد می باشد.
۵ ) قابلیت انعطاف پذیری
با تغییر مقداری نیروی پیش تنیدگی می توان سازه را صلب و یا انعطاف پذیر کرد، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری بکند.
۶ ) اقتصادی بودن سازه
سازه های بتن پیش تنیده معمولاً برای دهانه های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از سازه های بتن آرمه می باشد.
۷ ) انعطاف پذیری در معماری
سازه های بتن پیش تنیده به دلیل حذف بعضی از ستونها و پایه ها، امکان اجرای سازه با دهانه های بزرگتر را امکان پذیر ساخته و قابلیت سازه از نظر معماری را افزایش می دهد.
به عنوان مثال سطح هیپربولوئید ( که از دوران هذلولی به وجود می آید) پیش تنیده برای پوشش سقف ساختمانهای صنعتی با دهانه های ۱۰ تا ۱۸ متر، سازه های فضایی و … از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه و از نظر معماری بسیار زیبا می باشد.
روشهای پیش تنیدگی
الف) بتن پیش تنیده پیش کشیده (Pre-tensioned concrete ) :
بتن پیش کشیده بتنی است که کابلهای پیش تنیدگی آن قبل از ریختن بتن کشیده شده باشند. در بتن پیش کشیده کابلهای داخل بتن به بتن چسبیده اند و در واقع کابل بدون غلاف داخل بتن جای میگیرد و بعد از اینکه بتن به مقاومت مشخصه رسید، کابلها را از تکیه گاه های دو طرف آزاد کرده و قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع می نمایند.
تمام نیروی پیش تنیدگی به طور کامل در طولی از کابل به بتن منتقل می شود که این طول انتقال، بستگی به نوع سطح فولاد، شکل مقطع و قطر آن دارد.
همچنین مقاومت بتن نیز در آن موثر می باشد همانند تولید شمعها و تیرهای پیش ساخته برای جلوگیری از وارد شدن ضربه به بتن در موقع انتقال نیروی پیش تنیدگی، باید این نیرو به طور آرام و تدریجی به بتن منتقل شود.
همچنین قطعه بتنی باید بتواند به راحتی در روی بستر خود بلغزد تا جلوی به وجود آمدن نیروهای داخلی در اثر اصطکاک گرفته شود.
یکی از خاصیتهای مهم بتن پیش کشیده این است که می توان چندین عضو یک شکل را در آن واحد بین دو تکیه گاه ریخته و پس از گرفتن بتن با قطع کردن کابلهای مشترک، آنها را از هم جدا کرد.
این کار از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می باشد، زیرا عمل کشیدن کابلها برای تمام عضوها فقط یکبار انجام می شود.
ب) بتن پیش تنیده پس کشیده (Post-tensioned concrete )
اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند، بتن را اصطلاحاً بتن پس کشیده می نامند. نیروی پیش تنیدگی توسط گیره های ( anchorages ) دو انتهای سازه از کابل به بتن منتقل می گردد.
فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد، در غیر این صورت امکان کشیدن آن وجود نخواهد داشت. فولادهای پیش تنیدگی را باید در داخل غلافها یا مجراهایی که در داخل بتن یا خارج از آن تعبیه شده است، قرار داد.کابل های پیش تنیدگی را می توان قبل و یا بعد از بتن ریزی در داخل غلاف ها کار گذاشت.
کابلها به صورت یکی یکی به وسیله دستگاه کابل ردکن (strand pusher) و یا به طور دسته ای بوسیله نیروی انسانی در داخل غلاف کار گذاشته می شود.
انواع بتن پیش تنیده پس کشیده
الف) با روش چسبنده (Bonded)
بعد از پایان عملیات کشش کابلها، برای جلوگیری از زنگ زدن کابلها، دوغاب سیمان به داخل غلافها تزریق میشود تا فاصله بین کابل و غلاف را پر کند. در این حالت چون کابل توسط دوغاب به غلاف و در نتیجه به بتن می چسبد، اصطلاحاً این روش را چسبنده ( Bonded ) می نامند.
ب) با روش غیر چسبنده (Unbonded)
گاهی اوقات به دلائل خاصی از جمله ایجاد انعطاف پذیری بیشتر سازه جهت مقاومت بهتر در مقابل زلزله، ممکن است دوغاب به داخل غلاف تزریق نکنند. در چنین حالاتی چون هیچ نوع چسبندگی بین کابل و غلاف وجود ندارد، این روش را غیر چسبنده (unbonded) می نامند. در چنین مواقعی برای جلوگیری از زنگ زدن کابل، داخل غلاف و دور کابل را پر از گیریس می کنند. بعضی از کارخانههای کابل سازی،کابلهایی تولید می کنند که در داخل لولههای پلاستیک پر از گریس قرار دارد. این نوع کابل های فاقد چسبندگی را می توان مستقیماً در داخل بتن کار گذاشت و بعد از کسب مقاومت از بتن، کابلها را کشید که گریس مانع از چسبیدن کابل به غلاف پلاستیکی و در نتیجه به بتن می شود. در روش غیر چسبنده اگر به دلائلی کابل از داخل گیره ها در برود و یا از هر نقطه پاره شود،0 نیروی پیش تنیدگی در آن مقطع از بین می رود. اصولاً مقاومت نهایی بتن پس کشیده چسبنده خیلی بیشتر از مقاومت نهایی بتن پس کشیده غیر چسبنده مشابه می باشد.
الزامات سیستم سقف پیش تنیده و پس کشیده
- رعایت حداقل رده بتن C30 در این سیستم الزامی است.
- مقاومت گسیختگی تضمین شده انواع فولادهای پیش تنیده بین ۱۲۰۰ تا ۲۲۰۰ نیوتن بر متر مربع است.
- محافظت کابلها در برابر زنگ زدگی بسیار مهم بوده و باید توسط دوغاب سیمان (گروت) پس از کشش آنها محافظت شود.
- استفاده از این سیستم در دهانههای بیشتر از ۷ متر است.
- در استفاده از دالهای تخت، در نظر گرفتن تمهیدات لازم به منظور کنترل برش سوراخ کننده (PUNCH) بسیار حائز اهمیت است.
- در صورت استفاده از سیستم دالهای تخت و ستون، ارتفاع ساختمان به ۱۰ متر یا حداکثر ۳ طبقه محدود میشود. در غیر این صورت استفاده از دیوار برش بتن آرمه الزامی خواهد بود.
سقف هالوکور
کاربرد بتن پیش تنیده در ساختن هالوکورهای تخت از کشور آمریکا شروع شد و هم اکنون هم به طور گستردهای در استرلیا، اروپا و آسیای شرقی استفاده می شود.
اگر چه استفاده از هالوکورهای تخت بتن پیش تنیده تا همین اواخر در انگلستان غیرمتداول بود، مزایای اقتصادی آن، هم اکنون بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در ایران نیز در سالهای اخیر سقفهای هالوکور یا دال پیش تنیده مورد استفاده قرار گرفته اند.
اولین استفاده از بتن سازه ای 130 سال قبل با مسلح كردن بتن توسط میلگردهای فولادی به وقوع پیوست و پس از آن مهم ترين نوآوری، مطرح شدن بتن پیش تنیده بوده كه استفاده از اين اصل و روش برای افزايش باربری بتن نخستین بار توسط دانشمند فرانسوی به نام فرسینه مورد استفاده قرار گرفت كه امکان رقابت سازه های بتني به صورت مقرون به صرفه تر با سازه های فولادی در حوزه هايي كه در گذشته تنها با سازههای فولادی قابل اجرا بوده اند مانند پل های با دهانه های بزرگ و ساختمانهای بلند مرتبه و غیره را فراهم مي نمايد.
حدود 50 سال است كه به صورت گسترده از بتن پیش تنیده استفاده ميشود ولي در ايران به خصوص در بخش ساختمان كه ميتواند راه حل خوبي از لحاظ سازهای و اقتصادی باشد، به دلیل عدم آگاهي كافي استفاده چنداني صورت نپذيرفته بود ولي با افزايش آگاهي مهندسان ايراني طي 20 سال اخیر سیستم فوق گسترش خوبي يافته و شركت های بین المللي با گسترش و ايجاد تجهیزات و خطوط تولید در حال پیشرفت مداوم در اين زمینه هستند.
يکي از انواع سقفهای پیش تنیده پیش ساخته سقف مجوف بتني (هالوكور) ميباشد و يکي از بهترين قطعات پیش ساخته است كه مورد استفاده قرار ميگیرد.
سقفهای مجوف پیش ساخته ی Hollow Core Slabs از سیستمهای سقف شناخته شده در دنیا هستند. این سقفها به دو صورت با استفاده از بتن مسلح معمولی یا بتن مسلح پیش تنیده در کارخانه تولید و به محل اجرای پروژه انتقال داده میشوند.
در مقطع طولی این سقفها به منظور کاهش بار مرده سقف حفراتی طولی تعبیه شده است. از مزایای این سیستم مشابه دیگر انواع سقفهای پیش ساخته کاهش زمان اجرای و افزایش سرعت پیشرفت پروژه است.
به منظور اتصال مناسب این قطعات به یکدیگر ضمن تامین کلید برشی لازم است قلاب‌های مناسب تعبیه شده و در محل به طور مناسب بتن ریزی یا گروت ریزی شود. از آنجا که هالوکور به صورت پیش تنیده ساخته میشود می‌تواند با ضخامت بسیار کم تا دهانه ۱۸ متر را پاسخگو باشد.
دالهای مجوف پیش تنیده ضمن دارا بودن مزیت‌هایی نظیر افزایش طول دهانه باربری یا کاهش ارتفاع مقطع در دهانههای مساوی و استفاده بهینه‌تر از مقطع بتنی، دارای ملاحظات اجرایی و کیفی متعددی هستند که لزوم استفاده از یک تیم متخصص را در زمان تولید این قطعات همچنین انتقال و اجرای آنها به کارگاه الزامی می‌نماید.
از نکات شایان توجه در اجرای سقفهای مجوف پیش ساخته، اتصال برشی این قطعات به سیستم باربر جانبی است و لازم است با تعبیه میلگردهای قلابی و انجام محاسبات و کنترل‌های مربوطه طراحی شود.
الزامات سقفهای مجوف پیش ساخته پیش تنیده هالوکور
سقفهای ساخته شده از دالهای هالوکور در دو نوع بتن آرمه معمولی و بتن آرمه پیش تنیده از سیستمهای شناخته شده در سراسر دنیا بوده و جزو سقفهای نیمه سنگین تا سنگین محسوب میشوند.
استفاده از این نوع سقف تنها در ساختمانهای با اسکلت بتن مسلح مجاز است. بارگذاری ثقلی و لرزهای سیستم سازهای حاصله به ترتیب باید بر اساس آخرین ویرایش مبحث ۶ مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان بارهای وارد بر ساختمان و استاندارد ۲۸۰۰ ایران اعمال شود.
طراحی، ساخت و اجرای دالهای هالوکور از نوع بتن آرمه معمولی باید بر مبنای آخرین ویرایش آیین نامه طراحی PCI، همراه با در نظر گرفتن ضوابط مبحث ۹ مقررات ملی ساختمان ایران انجام شود.
بررسی صلبیت دیافراگم سقفهای هالوکور باید براساس آیین نامه ۲۸۰۰ ایران صورت گرفته و تمهیدات لازم برای تامین یکپارچگی سقف و صلبیت بر اساس ضوابط دستورالعمل PCI در نظر گرفته شود.
به منظور تامین صلبیت دیافراگم در صورت استفاده از بتن رویه رعایت ضخامت حداقل ۵ سانتیمتر الزامی است. برای تامین یکپارچگی سقف اجرای میل مهار کافی در محل اتصال پانل‌های سقفی پیش ساخته به یکدیگر و اجرای تیرچه در پیرامون بازشوهای سقفی و همچنین اجرای کلاف‌های پیرامونی سقف الزامی است.
برای انتقال برش در ناحیه اتصال دیافراگم به سیستم مقاوم در برابر بار جانبی و یا المان‌های مرزی باید از میلگردهای به صورت قلاب استفاده شود. محدودیت ابعاد بازشوها باید بر اساس ضوابط مبحث ۹ مقررات ملی ساختمان ایران رعایت شود و در هر حال نباید از یک پنجم طول پانل هالوکور و یک دوم عرض پانل بیشتر باشد .
در پلان‌های نامنظم یا در حالتی که ابعاد بازشوها در پلان از یک پنجم طول پانل هالوکور یا یک دوم عرض پانل بزرگتر باشد لازم است که یک لایه بتن با ضخامت حداقل پنچ سانتیمتر اجرا شود.
ضوابط طراحی و اجرای سیستم سقف هالوکور به صورت پیش تنیده باید بر اساس آیین نامه ACI 318 و آیین نامه طرح و محاسبه قطعات بتن پیش تنیده موضوع نشریه شماره ۲۵۰ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور که بخشی الحاقی آیین نامه بتن ایران است، انجام شود.
رعایت حداقل رده بتن مصرفی معادل ۳۰ C قطعات پیش تنیده الزامی است.مقاومت گسیختگی تضمین شده انواع فولادهای پیش تنیدگی به شرح زیر باید بین ۱۲۰۰ تا ۲۲۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع باشد. کنترل نیروی کششی فولادهای پیش تنیدگی باید توسط جکهای کالیبره شده دقیق انجام شود.
ساخت دالهای هالوکور پیش تنیده باید توسط تیم متخصص آموزش دیده انجام شده و در زمان ساخت نیازمند کنترل کیفیت دقیق است.
محافظت فولادهای پیش تنیدگی در برابر زنگ زدگی بسیار حایز اهمیت بوده و باید به نحو موثری محافظت شود به هر حال رعایت تمهیدات لازم مطابق با شرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران الزامی است .
تمامی مصالح و اجزای در این سیستم اعم از معماری و سازهای از حیث دوام، مسائل زیست محطیی و غیره باید بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران و یا آیین نامه‌های ملی یا معتبر بین المللی شناخته شده و مورد تایید به کار گرفته شود.
الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان ایران با تولید صرفه جویی در مصرف انرژی رعایت شود.
رعایت مبحث ۳ مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان حفاظت ساختمانها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت اجزای ساختمان در مقابل حریق با در نظر گرفتن ابعاد گرفتن ابعاد ساختمان، کاربری و وظیفه عملکردی اجزا ساختمانی الزامی است.
صدابندی هوابرد و کوبه‌ای سقف بین طبقات بایستی مطابق مبحث ۱۸ مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان عایق بندی و تنظیم صدا تامین شود.
مزایای سیستم سقف هالوکور
- استحکام فوق العاده بالا
- کیفیت بالا به دلیل نبود خطای انسانی در حین اجرای
- سرعت بسیار بالا (۳۰۰ مترمربع در روز)
- قیمت مناسب و قابل رقابت با سیستمهای متداول
- سبک بودن سقف که سبب پایین آمدن وزن اسکلت و رفتار مناسب در برابر زلزله میشود (۴۰٪ سبکتر)
- عدم نیاز به جک زدن در طبقات
- عدم نیاز به قالب بندی و بتن ریزی
- کاهش خیز و در نتیجه کاهش ارتعاش کف طبقات
- تولید کارخانه‌ای با متد روز دنیا
- مقاوم در برابر آتش سوزی (۲-۴ ساعت)
- عایق صوت و حرارت به دلیل سوراخ‌های موجود
- امکان عبور تاسیسات از داخل سوراخ‌های سقف (کاهش ضخامت کفسازی)
- کاهش دغدغه‌های حین اجرا به دلیل کاهش نیروی کار مرتبط
- مصالح کاملاً خشک و عدم نیاز به آب
سیستم سقف وافل
امروزه تنوع سیستمهای سازهایی و سقفها زیاد شده است. جهت انتخاب بهترین گزینه‌ی سقف باید پارمترهای مختلفی از جمله کیفیت، سرعت، نوع اسکلت، قیمت و … مورد بررسی قرار بگیرد تا بهترین گزینه را برای سقف سازهایی انتخاب کنند. سقف گرین وافل نوع دیگری از سقفهای سازهای است که برای پوشاندن قسمت زیادی از سقف با بارگذاری کمتر اجرا میشوند .
سیستم سقف ” وافل”، پس از چندین سال تحقیق و بررسی نیازهای صنعت ساختمان کشور و بررسی سقفهای متعارف سنتی و با در نظر گرفتن مفاد آیین نامه های ساختمان پا به عرصه ساخت و ساز کشور گذاشته است.
در واقع این نوع سقف بروزآوری روشهای متداول در حال اجرا با قالبهایی به همین نام میباشد، که بدون برهم زدن ابزار و روشهای موجود و تحمیل هزینههای سنگین با اصلاح الگوی مصرف مصالح و روش اجرا از دفن مصالح گران مانند تیرآهن، میلگرد، بتن، سفال، پلی استایرن(فوم) و پرت مصالح و منابع ملی جلوگیری میکند. این قالب به عنوان یک قالب غیرماندگار سقف محسوب می شود.
یعنی پس از بتن ریزی سقف، از بتن جدا شده و امکان استفاده مجدد از قالب در سقفهای بعدی یا پروژههای بعدی را دارا میباشد. با این خصوصیت، تمامی بلوکهای سقفی را میتوان از ساختمان حذف کرد و این علاوه بر حفظ منابع ملی به استحکام، سبک سازی و ایمنی بیشتر ساختمان در زمان وقوع زلزله کمک خواهد کرد.
با توجه به شکل قالب تمامی تیرچه های پیش ساخته به همراه مشکلات نصب آنها در سقف حذف خواهد شد و به دلیل اجرای تیرچه درجا از نظر فنی بسیار بهتر و راحت تر اجرا می شود.
همچنین به دلیل استحکام قالب هنگام اجرای سقف، نیروهای اجرایی به راحتی میتوانند بر روی قالب عبور و مرور داشته باشند بدون آنکه نگران شکستن قالب یا در رفتن آن از محل باشند و این به امنیت جان کارگران کمک زیادی خواهد کرد.
حذف انواع بلوک و تیرچه‌های پیش ساخته، حذف تیرچه دوبل به دلیل اجرای تیرچه درجا و عدم محدودیت در استفاده از سایز میلگرد در تیرچه، حذف مراحل و هزینههای ساخت تیرچه پیش ساخته، حمل و نقل، انبار کردن و انتقال به طبقات، عدم نیاز به جابجایی خاموت و شکستن بتن سر تیرچه و سهولت در میلگرد گذاری سقف، امکان نصب ورق برای ساپورت‌های تاسیساتی در کف تیرچه، قبل از بتن ریزی، قابل استفاده در انواع اسکلت بتنی و فلزی، کاهش مصرف بتن و میلگرد به دلیل کاهش وزن سقف نسبت به سایر سقفهای متداول، به دلیل سبک بودن قالب و مدولار بودن آن، زیر سازی ساده و کم هزینه و اجرای سریع‌تر با کیفیت بالاتر نسبت به سقفهای متداول، با تغییر نحوه مونتاژ قالب میتوان سقف را به صورت دال یک طرفه و دو طرفه اجرا کرد.
استفاده از سقف سازهای به عنوان سقف نمایان (اکسپوز) و حذف نازک کاری در مشاعات و پارکینگها، ایمنی در اجرا، حریق و زلزله، امکان عبور تاسیسات از داخل سقف و در پی آن کاهش هزینه کف سازی و بار مرده سقف، همچینی افزایش فضای مفید، نظارت دقیق به مصرف و آرایش میلگرد تا لحظه قبل از بتن ریزی، به دلیل جنس قالب وافل ، هیچ گونه جذب آب بتن انجام نمی‌گیرد، و ویبراسیون در آن به صورت کامل انجام میگیرد.
وافل نیاز به چرب کردن ندارد و حداقل تکرار استفاده از آن ۵۰ مرتبه است که در صورت استفاده صحیح و مراقبت بیشتر، این تعداد تا ۱۰۰ مرتبه قابل افزایش خواهد بود.
با آب به راحتی شسته میشود. سبک بودن قالب که در کارگاه توسط یک نفر قابل حمل است.
از خصوصیات دیگر این نوع سقف اجرای آسان آن توسط نیروهای اجرایی میباشد. با توجه به عمدهی ساخت و ساز کشور جهت زیر سازی سقف میتوان از وسایل معمول اجرای سقف مثل چهار تراش، قوطی فلزی، لوله داربست و جکهای معمول سقف استفاده کرد.
اجرای این سقف بسیار مشابه سقف تیرچه بلوک بوده و نیاز به نیروهای تخصصی با آموزشهای ویژه ندارد.
سقف مشبک، قابلمهای و یا همان سقف وافل یکی از انواع سیستمهای سقف دال دو طرفه میباشد که برای پوشاندن قسمت زیادی از سقف که بار کمتری به آن اعمال میگردد اجرا میشود.
عملکرد این سقف شبیه دال دوطرفه بوده و هزینه اجرای آن در مقایسه با اجرای دیگر سقفهای بتنی بیشتر میباشد. در این نوع سقف نیازی به میلگردهای تقویتی و اتصال سقف به تیرها نمیباشد.
بنابراین می توان در زمان کمتری این سقف را اجرا کرد. سیستم قالب بندی این نوع دال قابلمه ایست و این سقف دارای وزن کمتری نسبت به بقیه دالها میباشد.
این نوع دال برای پوشاندن دهانههای وسیع مناسب است و چون دو طرفه بوده و در هر چهارطرف خود دارای تکیه گاه میباشد. در آیین نامه بتن ایران فصل دالها در مورد این نوع دال بتنی توضیحاتی در مورد خصوصیات و نحوه اجرا ارایه شده است.
در اجرای سقف وافل برای کاهش بار مرده سقف در آن حفره هایی ایجاد میگردد اما در انتهای ستونها و در بعضی مواقع، انتها و امتداد تیرها نیز توپر میگردد.
برای اجرای زیر سقف در قسمت حفره های مربعی قالبهایی قرار میدهند و پس از بتن ریزی روی سقف و بعد از 28 روز که بتن به مقاومت نهایی خود رسید قالبها باز میکنند.
مزایای سیستم سقف وافل
- حذف انواع بلوک و تیرچه‌های پیش ساخته
- حذف تیرچه دوبل به دلیل اجرای تیرچه درجا و عدم محدودیت در استفاده از سایز میلگرد در تیرچه
- حذف مراحل و هزینههای ساخت تیرچه پیش ساخته، حمل و نقل، انبار کردن و انتقال به طبقات
- عدم نیاز به جابجایی خاموت و شکستن بتن سر تیرچه و سهولت در میلگرد گذاری سقف
- امکان نصب ورق برای ساپورت‌های تاسیساتی در کف تیرچه، قبل از بتن ریزی
- قابل استفاده در انواع اسکلت بتنی و فلزی
- کاهش مصرف بتن و میلگرد به دلیل کاهش وزن سقف نسبت به سایر سقفهای متداول
- به دلیل سبک بودن قالب و مدولار بودن آن، زیر سازی ساده و کم هزینه و اجرای سریع‌تر با کیفیت بالاتر نسبت به سقفهای متداول
- با تغییر نحوه مونتاژ قالب میتوان سقف را به صورت دال یک طرفه و دو طرفه اجرا کرد.
- استفاده از سقف سازهای به عنوان سقف نمایان (اکسپوز) و حذف نازک کاری در مشاعات و پارکینگها
- ایمنی در اجرا، حریق و زلزله
- امکان عبور تاسیسات از داخل سقف و در پی آن کاهش هزینه کف سازی و بار مرده سقف، همچینی افزایش فضای مفید
- اجرای اقتصادی دهانههای بزرگ
- ممان اینرسی و صلبیت بالا به دلیل بتن ریزی یکپارچه سقف که نتیجه آن کاهش قابل توجه لرزش سقف خواهد بود.
- نظارت دقیق به مصرف و آرایش میلگرد تا لحظه قبل از بتن ریزی
- به دلیل جنس قالب وافل، هیچ گونه جذب آب بتن انجام نمی‌گیرد، و ویبراسیون در آن به صورت کامل انجام میگیرد.
- به دلیل غیر ماندگار بودن قالب و امکان بازیافت آن، حافظ محیط زیست و سرمایه ملی خواهد بود.
- سبک بودن قالب که در کارگاه توسط یک نفر قابل حمل است.
سیستم سقف کوبیاکس
مطالعات در زمینه سبک سازی و حذف بتن ناکارآمد از سال ۱۹۸۵ در دانشگاههای آلمان و مجموعه شرکتهای گروه فناوریهای کوبیاکس درسال ۱۹۹۷ با همراهی مهندسین و متخصصینی از سوئیس و دیگر کشورهای اتحادیه اروپا پایه ریزی و تآسیس شده است و اکنون تبدیل به یک مجموعه متخصص در مورد اسلبهای تخت سبک با بتن مسلح شده است.
این دانش از سال ۱۳۸۷ به صورت انحصاری در ایران و تعدادی از کشورهای منطقه در اختیار شرکت خانه سازی پارس مان سازه است.
سقف کوبیاکس یک نوع سقف جدید است که از نظر سازه ای بر مبنای سقفهای دال بتنی دوطرفه اما متفاوت با آنهاست. اساس طراحی تکنولوژی کوبیاکس مبنی است بر سقف سازهای با ویژگی «سقف دال ۲ طرفه» مشابه سقفهای بتنی دال ۲ طرفه مرسوم با این تفاوت که هسته بتن مرکزی در محلهایی که کاربرد سازه ای ندارد با گویهای توخالی جایگزین میگردد.
(جنس این گوی ها پلی اتیلن بازیافت یا پلی پروپیلن میباشد)بدین صورت که این گوی ها در حدفاصل مشهای میلگردی بالا و پایین قرار میگیرند.
با توجه به اینکه در دالهای بتنی ۲ طرفه مشکل تحمل نیروی برشی وجود ندارد، مشکل طراحی این نوع سقف بر مبنای حذف قسمتی از بتن میانی و ایفای عملکرد دال ۲ طرفه می باشد.
در فناوری کوبیاکس با حذف بار مرده غیرسازهای خاصیت باربری ۲ محوره همچنان حفظ میگردد. همچنین با شکل گیری غشای بتنی مستحکم در قسمت فوقانی و تحتانی دال به همراه شکل گیری شبکه تیرچه های داخلی در ۲ امتداد در اثر قراردهی گوی ها در سرتاسر فضای میانی دال بتنی میتوان باربری مناسبی را برای این دال متصور شد.
اجزای این سیستم عبارتند از
- مدول قفسه ای (گوی های پلاستیکی به همراه خرپای فولادی)
- دال بتن آرمه
دلایل انتخاب و ورود تکنولوژی کوبیاکس به کشور عبارتند از :
- صنعتی سازی
- عدم نیاز به سرمایه گذاری زیاد برای احداث کارخانجات مواد اولیه
- عدم نیاز به نیروی کار خیلی متخصص و امکان استفاده از نیروهای موجود
- امکان احداث کارخانجات تولیدی در اقصی نقاط کشور
- عدم وابستگی به خارج از کشور سازگاری با مباحث و مقررات ملی ساختمانی کشور
- اقتصادی بودن تکنولوژی و امکان رقابت با سیستم های رایج
- انعطاف پذیری سیستم در ارتباط با مساله معماری و سازه ای
- تکنولوژی دوستدار محیط زیست
مزایای سقف کوبیاکس در مقایسه با سقف های دیگر
در سیستم کوبیاکس اعضای دال سقف شامل بتن، آرماتور، توپ های توخالی پلاستیکی و قفسه مسلح می باشد. توپی های توخالی در هسته مرکزی قفسه مسلح قرار گرفته و یک قفسه مدولار مسلح ایجاد میکند.
این کیج مسلح مابین ۲ لایه آرماتور زیرین و رویین دال قرار گرفته و با حذف بتن غیرباربر از درون دال موجب سبک سازی آن می شود. در این سازه سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی سازه شامل ترکیب دال و ستون و دیوار برشی بتنی با شکل پذیری متوسط میباشد.
سقف دال مجوف شاردک
یکی از قدیمیترین و در عین حال پر استفاده ترین سیستم های سقف بتنی در دنیا، دال بتن مسلح میباشد. امروزه در دنیا بیش از 80 درصد از ساختمان های بتنی با سیستم دال بتنی اجرا میشوند.
از طرفی ضخامت دالهای بتنی به دلیل وزن زیاد بتن نمیتواند از حد خاصی بیشتر در نظر گرفته شود و به همین دلیل اجرای دهانههای بلند با این سیستم امکانپذیر نیست. سه راهکار عمده برای افزایش ظرفیت و دهانه باربری دالهای بتنی وجود دارد: تعبیه تیرهای میانی، استفاده از فنآوری پیش تنیدگی، مجوف سازی دال. استفاده از تیرهای میانی در دالهای بتنی مشکلات اجرایی زیادی از جمله صعوبت قالب بندی به همراه دارد.
این موضوع باعث افزایش هزینه و کاهش سرعت اجرا میشود. تکنولوژی پیش تنیدگی که مدت زیادی است در دنیا رایج شده است، در کشور ما نوپا بوده و از طرفی به دلیل نیاز به ابزار و نیروی مجری متخصص و همچنین وابستگی تامین مصالح پیش تنیدگی به خارج از کشور کمتر مورد توجه قرار گرفته است.
حال چنانچه بتوان با ارائه راهکاری، ضخامت سقف را با ثابت نگهداشتن حجم بتن و ایجاد فضای توخالی در مقطع دال افزایش داد، در این صورت اجرای دهانههای بلند امکانپذیر خواهد شد. ایده بکار رفته در سیستم پیشنهادی مشابه تیرهای لانه زنبوری میباشد.
در دال مجوف، آن قسمت از مقطع دال بتنی که تاثیری در تحمل تنشهای حاصل از خمش ایجاد شده در سقف ندارد، حذف گردیده و مقطع بتنی باقیمانده که وزن کمتری نسبت به مقطع توپر بتنی دارد از مقاومت و سختی مشابه برخوردار خواهد بود.
استفاده از پر کنندههای سقفها از دهه اول قرن بیستم آغاز گردیده است. از آن زمان تا کنون سقفهای مختلف با فناوریهای مختلفی ارائه شده اند. تمامی این سقفها یک هدف را دنبال میکنند و آن کاهش حجم بتن ریزی و در نتیجه سبک سازی سقف می باشد.
فن آوری سقف شاردِک بر مبنای سیستم دال مجوف بتنی با بلوکهای مکعبی ماندگار پیشنهاد شده است. در این سقف با اعمال تغییراتی در شکل، جنس و ابعاد بلوک ها و همچنین نحوه اجرای سقف، کیفیت، سرعت و سهولت اجرا به طور چشمگیری افزایش یافته است.
یکی از ویژگیهای این بلوکها امکان تولید آن در ضخامتهای مختلف از ۸ سانتی متر تا۳۰ سانتی متر می باشد. از این رو بلوک های شار دِک به گونه ای طراحی شده اند که ضخامت دال ۲۰ تا۵۰ سانتیمتر به دست آید.
هرچند که می توان با تولید بلوک های مختلف در ابعاد و ارتفاع های گوناگون ضخامت سقف را تغییر داد، ولی با تحقیقات و تجربیات به دست آمده به این نتیجه می توان رسید که افزایش بیش از حد ضخامت سقف برای ایجاد دهانه های بلندتر لزوما راهکار مناسبی نبوده و می توان با تعبیه تیرهای پشتبند در این دهانه ها وزن سقف و خیز آن را به راحتی کنترل نمود.
در نتیجه ضخامت سقف بهینه در اجرای دهانه های بلند در حدود ۳۰سانتی متر می باشد. در دال های تخت چنانچه سیستم باربر جانبی کافی برای نیروهای زلزله وجود داشته باشد، با ضخامت حدود ۳۰ سانتی متر، دهانه تا ۱۰ متر را می توان اجرا نمود.
همچنین در صورت استفاده از تیرهای لبه چشمه دال و کنترل خیز، این دهانه را می توان تا ۱۲ متر با ضخامت دال حدود ۳۰ سانتی متر افزایش داد.
مشخصات سازه ای سیستم سقف شاردک
مشخصات فنی این سقف نسبت به دالهای مشابه، باعث شده که بتوان از آن در دهانههای بزرگ استفاده و ضوابط کنترل مقاومت، تغییر شکل، ترک و لرزش را تامین کرد.
سختی زیاد، تغییرشکل ناچیز، مقاومت بسیار مناسب در برابر لرزش و نیاز به آرماتور کمتر، به دلیل ضخامت زیاد این سقف نسبت به دالهای بتنی غیر مجوف است.طراحی سیستم سازهای شاردک مشابه سیستم سازهای با دال تخت است.
با این تفاوت که سختی سیستم شاردک به دلیل وجود فضای مجوف با اعمال ضریب کاهش سختی اصلاح میشود. ضوابط آرماتورگذاری، کنترل برش، تغییر شکل، ترک و … طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان صورت میگیرد.
طبق استاندارد ۲۸۰۰، در ساختمانهای سه طبقه و کمتر میتوان سازه را با سیستم دال تخت (بدون تیر) اجرا کرد. برایساختمان‌های بلندتر باید از دیوار برشی یا سیستم قاب دارای تیر استفاده نمود. توصیه میشود برای این ساختمانها از سیستم دال تخت با تیرهای لبه استفاده شود .
سقف دال مجوف بتنی با بلوکهای مکعبی ماندگار در زمینههای حریق، آکوستیک، انرژی و سازه در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن بررسی شده و مورد تایید میباشد.
مزایای استفاده از بلوک شاردک
- ایجاد دهانههای بزرگتر
استفاده از فناوری شاردک باعث میشود تا در عین افزایش ضخامت دال سقف، وزن آن کاهش یابد که این امر ایجاد دهانههای بزرگتر را امکان پذیر می‌نماید. این افزایش دهانه باعث آزادی عمل بیشتری در طرح معماری و ایجاد فضاهای خلاقانه، فضاهای تجاری، تامین پارکینگ بیشتر و .. میشود.
- امکان حذف تیرهای و ایجاد دال تخت
در صورت وجود دیوار برشی در سازه، امکان حذف تیرها وجود دارد. حذف تیرها مزایایی نظیر افزایش ارتفاع مفید طبقات، عبور راحت‌تر تاسیسات از زیر سقف، امکان حذف سقف کاذب در صورت هماهنگی با تاسیسات و امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف را در پی دارد.
- امکان ستون گذاری نامنظم
برخلاف سازههای بتنی معمولی که ستون گذاری معمولاً از اکس بندی منظم پیروی میکند، در این سیستم امکان ستون گذاری به صورت نامنظم وجود دارد که با کاهش تعداد ستونها در ایجاد فضاهای معماری خاص حائز اهمیت است.
- تسریع عملیات اجرایی
در این سیستم ضمن آرایش سریع و راحت بلوکهای پیش ساخته شار در کنار یکدیگر، به دلیل کاهش عملیات آرماتوربندی و بتن ریزی، سرعت عملیات اجرای دال سقف، بالا است. آرماتوربندی تیپ، بتن ریزی یک دست و بدون وقفه نیز در کنار استحکام و شکننده نبودن بلوکها کمک شایانی به تسریع عملیات اجرایی میکند.
بار مرده سقف شار دِک
بار مرده سقف شاردِک شامل وزن سازهای سقف، کفسازی و پوشش زیر سقف میباشد. وزن سازهای سقف شاردِک شامل بتن مصرفی، میلگرد و بلوک ها است.
در محاسبه سقف شاردِک مسائلی مانند ضخامت لایه ها، فاصله بلوک ها از یکدیگر، تعداد شناژهای رابط، تیرها، کتیبه های دور ستون ها و … باید منظور گردد.
در طراحی های صورت گرفته در واحد طراحی شرکت، وزن واقعی سقف با توجه به مسائل فوق و با استفاده از اطلاعات دقیق تجربی به دست آمده از پروژههای اجرا شده لحاظ میگردد.
مقدار بتن مصرف شده در سقفهای 30 سانتی متری شاردِک با احتساب کتیبه ها و شناژهای واسط به طور متوسط بین 20% تا 24% میباشد.
انتقال بار در سقف شاردِک
رفتار سقف شاردِک، مانند یک دال دو طرفه میباشد. البته نسبت جهت تقسیم بار به ابعاد چشمه دال و شرایط تکیهگاهی آن بستگی دارد.
نوار ستونی دال حد واسط دو ستون قرار گرفته و پهنای آن در هر طرف این محور برابر یک چهارم دهانه دالهای طرفین می باشد.
این نوار از نظر جذب نیرو نسبت به نوار میانی بحرانیتر بوده و در برخی از موارد با توجه به لنگرهای خمشی زیادی که ممکن است به واسطه دهانه های بلند در دال ایجاد شود، بهتر است بدون بلوک اجرا شده و یا توسط شناژ و یا تیر تقویت گردد.
در غیر این صورت انتقال نیرو و لنگر خمشی مخصوصا لنگرهای ناشی از تغییر مکان جانبی سازه در زلزله به صورت مناسبی به ستون منتقل نمیگردد.
به طور کلی در دالهای تخت ناحیه اتصال دال به ستون از حساسیت زیادی برخوردار است.
سه موضوع مهم در این رابطه عبارت است از:
1- انتقال لنگر خمشی دال به ستون
2- انتقال برش دال به ستون
3- انتقال چرخش دورانی حاصل از خمش از دال به ستون به همین دلیل استاندارد 2800، استفاده از سیستم دال تخت را در ساختمانهای بلند تر از سه طبقه مجاز نمیداند، مگر اینکه از سیستم باربر جانبی جداگانهای مانند قاب خمشی و یا دیوار برشی به منظور تحمل نیروها و تغییر شکلهای حاصل از نیروی زلزله استفاده گردد.
در مواردی که دال تخت به صورت مستقیم و بدون استفاده از آرماتورهای برشی و خاموت به ستون متصل میگردد، کفایت مقاومت برشی دال در ناحیه اتصال به ستون باید کنترل گردد.
بدین منظور در نواحی اطراف ستون که بیشترین نیروی برشی وجود دارد، مقطع دال بدون بلوک و به صورت توپر اجرا میشود.
سیستم سقف یوبوت
در اواخر قرن بیستم میلادی، مهندسین ایتالیایی با تحقیق بر روی سقفهای مختلف به ویژه دالهای بتنی به جهت بهینه سازی آن و رسیدن به مقاومت مناسب در برابر زلزله و همچنین استفاده از دهانه های بلند و کاهش مصرف آرماتور و بتن، سیستم دال مجوف دو پوش یوبوت را ابداع و به دنیا معرفی کردند.
که خیلی سریع در کشورهای مختلف جهان بویژه کشورهای اروپائی مورد استقبال گسترده ای قرار گرفته و در سال ۸۷ پس از ورود به ایران، در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن وزارت راه و شهرسازی مورد بررسی قرار گرفته و موفق به اخذ تاییدیه فنی از آن مرکز شده است.
سقف یوبوت ازترکیب نوآورانه بتن، میلگرد و قالب هایی ازجنس پلی پروپیلن ساخته می شود.
ماهیت و عملکرد قالبهای یوبوت
هدف اصلی از قرار دادن قالبهای یوبوت در داخل دالهای بتنی، ایجاد حفره‌های خالی در داخل دال و حذف بتن ناکارآمد در میان آن میباشد.
این کار باعث میگردد تا علاوه بر سبکتر شدن دال، امکان پوشش دهانههای بزرگتر به دلیل ضخامت و سختی زیاد دال امکانپذیر باشد.
این قالبها نقش سازهای نداشته و فقط وظیفه حذف بتن و ایجاد حفره در داخل بتن را دارند و پس از گیرش بتن، عملا کارایی دیگری ندارند. به دلیل عدم خارج کردن قالبها از میان بتن به آنها قالبهای ماندگار نیز می‌گویند.
انواع قالب یوبوت:
قالبهای یوبوت موجود در بازار ایران را می توان به چهار دسته تقسیم نمود:
- قالب یوبوت تک
- قالب یوبوت دوبل
- قالب یوبوت اصلاح شده
- قالب یوبوت پلی استایرن
از آنجایی که هر چهار نوع قالب اشاره شده در بالا در بازار ایران قابل تهیه و استفاده میباشد، در ذیل به ارائه اطلاعات کامل از هر کدام از آنها و مقایسه مزایا و معایب آنها می‌پردازیم.
الف) قالب یوبوت تک
این نوع قالب اولین نوع یوبوت استفاده شده در صنعت ساختمان میباشد و دقیقا مطابق با مشخصات اولیه ارائه شده به مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن است.
ابعاد این قالبها ۵۲ در ۵۲ سانتیمتر و به صورت یک تکه میباشند. این قالبها دارای بندهایی در چهار طرف خود هستند که علاوه بر تعیین فاصله بین قالبها بنا به سلیقه طراح، باعث حرکت کمتر یوبوت‌ها در هنگام بتن‌ریزی میگردد.
وجود پایه‌های موجود در زیر قالبهای یوبوت با ارتفاع‌های مختلف باعث ایجاد لایه پایین با ضخامتهای مختلف میشود و تعادل یوبوت را به دلیل قرار گرفتن کامل بر روی کف بر‌قرار میکند.
همانطور که در عکس بالا مشاهده می‌کنید، زیر این قالبها باز میباشد و درهنگام بتن‌ریزی و پس از ریختن لایه اول بتن به ضخامت حدود ۱۰ سانتیمتر، هوا داخل آنها محبوس شده و اجازه ورود بیشتر بتن را به داخل آنها نمی‌دهد.
از مزایای این نوع یوبوت میتوان به هزینه تمام شده کمتر، سرعت بالای تولید و هزینه حمل کم به دلیل قرار گرفتن این قالبها در داخل یکدیگر در زمان حمل و انبار، اشاره نمود.
بزرگترین عیب این قالبها امکان ورود بتن به داخل قالبها در صورت بتن‌ریزی نا‌مناسب میباشد که در این صورت فرض اصلی طراحی سازه که وجود حفره‌های خالی در سقف میباشد زیر سوال می‌رود.
عیب دیگر این نوع قالبها بتن‌ریزی در دو لایه است که ممکن است باعث ایجاد درز سرد افقی در بتن شود که از نظر آیین نامه‌ها مردود میباشد.
همچنین با توجه به شکل قالبها تمرکز تنش در حدفاصل لایه بتن پایین و تیر ایجاد شده در بین دو یوبوت به دلیل زاویه تند زیاد میباشد.
ب) قالب یوبوت دوبل
این قالبها که می توان از آنها به عنوان نسل دوم یوبوت نام برد، با افزایش تجربیات استفاده از این سیستم در ایران و بررسی‌های بیشتر مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ساخته شد.
از آنجایی که ورود بتن به داخل یوبوت‌های تک باعث از بین رفتن فرض اولیه طراحی میگردد و با بررسی میدانی پروژههای مختلف اجرا شده با قالب تک توسط کارشناسان، مشخص شد در بسیاری از موارد بتن به داخل قالب یوبوت وارد شده است.
لذا مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در ضوابط جدید ارائه شده، بسته بودن حجم یوبوت از تمام جهات را اجباری دانسته و در بند ۲ و ۳ ضوابط ۴-۳ شماره ۴-۳-۱ به متن زیر اشاره می نماید.
قالبهاي U‐Boot بايد به صورت احجام كاملاً بسته از هر طرف، توليد شوند تا از ورود بتن به داخل قالب جلوگيري به عمل آورد .
بتن‌ريزي كل مقطع سقف شامل فضاي زير، بين و بالاي قالبها بايد از آغاز تا پايان به صورت عملياتي پيوسته انجام شده و از به وجود آمدن اتصال سرد بين لايه‌ها احتراز شود.
این امر باعث تولید قالبهای دوبل با حجم کاملا بسته شد. شکل و ابعاد این قالبها دقیقا مشابه قالبهای تک میباشد با این تفاوت که از دوتکه بر روی هم ساخته میشوند.
به دلیل بسته بودن حجم این یوبوت‌ها امکان نفوذ بتن به داخل آنها از بین می‌رود و دال ایجاد شده کاملا منطبق با ضوابط طراحی و آیین‌نامه خواهد بود.
دوتکه بودن این قالبها باعث میگردد حجم مورد نیاز در حمل و انبار کاهش یابد و هر قطعه در محل پروژه به صورت حجم بسته در میآید. از معایب این نوع قالب می توان به هزینه بالاتر تولید و زمان بر بودن آن اشاره نمود.
ج) قالب یوبوت اصلاح شده
در بتن‌ریزی دال‌هایی که در آنها از قالبهای یوبوت تک و دوبل با ابعاد ۵۲ در ۵۲ سانتیمتر استفاده شده است، باید از بتن با روانی (اسلمپ) بالا به همراه فوق روان‌کننده استفاده نمود و همچنین ویبره کردن بتن جهت پرشدن زیر قالبها باید با دقت بالا انجام شود.
در غیر این صورت بتن به زیر قالبها نفوذ نکرده و نتیجه آن، ایجاد حفره در زیر سقف باشد.یوبوت اصلاح شده با هدف برطرف نمودن این مشکل با ابعاد ۳۰ سانتیمتری تولید میشود.
همچنین با توجه به حجم بسته قالبها، امکان ورود بتن به داخل آنها وجود ندارد که این امر مطابق خواسته ضوابط اجرایی میباشد. تولید این قالبها به صورت بادی بوده و در نتیجه هزینه کمتری به نسبت قالبهای تک و دوبل خواهند داشت.
یکی از معایب اصلی این قالبها مصرف بتن بیشتر نسبت به قالب یوبوت دوبل میباشد.
از آنجایی که حداقل فاصله بین قالبها در ضوابط مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، ۱۰ سانتیمتر در نظر گرفته شده، به دلیل کوچکتر بودن قالبهای یوبوت اصلاح شده به نسبت قالب یوبوت دوبل، تعداد تیرهای ایجاد شده در یک سطح مشخص بیشتر و در نتیجه وزن آن نیز بیشتر میباشد. برای روشن‌تر شدن موضوع در زیر مثالی آورده شده است.
د) قالب یوبوت از جنس پلی استایرن
این قالبها از جنس پلی استایرن تولید میشوند. به دلیل توپر بودن این قالبها امکان نفوذ بتن به درون آنها وجود ندارد .
در جهان پلی‌استایرن به صورت گسترده در اجزاء ساختمان استفاده میشود که استفاده اصلی از آنها جهت سبک‌سازی میباشد.
در سالهای اخیر مراکز علمی تمرکز خود را بر روی بررسی استفاده از پلی استایرن بیشتر نموده و برخی از معایب آن را عنوان نموده‌اند .اولین آنها، تولید گاز سمی استایرن مونومر در دمای اتاق میباشد.
علاوه بر این تعدادی از مطالعات انجام شده در دانشگاه پلی‌تکنیک میلان، این حقیقت را نشان داد که دالهای سبکی که در میان آنها از پلی‌استایرن استفاده شده است، تحت گرمای زیاد ناشی از آتش‌سوزی بعد از ۲۰ دقیقه منفجر میشوند.
علت این امر آن است که هوای گرم به داخل حفره‌های موجود نفوذ کرده و باعث افزایش تصعید میشود. ضمناً برای جلوگیری از انفجار دال، تولیدکنندگان دریچه‌ای جهت کاهش فشار داخل حفره‌ها و خروج گاز از آنها تعبیه نموده‌اند که این امر باعث انتشار گاز سمی در محیط میشود.
لازم به توضیح است که یوبوت‌های تک و دوبل به دلیل استفاده از پلی‌پروپیلن در هنگام آتش‌سوزی گاز سمی از خود منتشر نکرده و آزمایش ERI180 بر روی آنها انجام پذیرفته است.
در خصوص یوبوت اصلاح شده هیچگونه بررسی برای آتش‌سوزی انجام نشده است. همچنین در بند ۴ ضوابط ارائه شده در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن آمده است .
مشخصات فني قالب ماندگار پلي پروپيلني مورد استفاده، بايد بر مبناي استاندار BBA انگلستان باشد. قابل ذکر است که هزینه حمل و انبار این قالبها به نسبت قالب یوبوت تک و دوبل بیشتر میباشد.
مبانی طراحی دال مجوف یوبوت u-boot
استفاده از این نوع سقف بتنی در ساختمانهایی با اسکلت بتن مسلح مندرج در استاندارد 2800 ایران مجاز است.
لازم است ضوابط و محدودیتهای لرزهای مربوط به این ساختمانها مطابق ضوابط استاندارد 2800 ایران و مبحث 9 مقرارت ملی ساختمان ایران با عنوان طرح و اجرای ساختمانهای بتن آرمه رعایت شود و در ساخت و طراحی و اجرای اسکلت این ساختمانها ضوابط مبحث 9 مقررات ملی ساختمان ایران و آیین نامه ACI 318-08 رعایت شود.
مطابق استاندارد 2800 ایران استفاده از این سیستم سقف به همراه ستون های بتن آرمه به عنوان سیستم قاب خمشی منحصرا در ساختمان های 3 طبقه یا کوتاهتر از 10 متر مجاز است.
در صورت تجاوز از این حد تنها در صورتی استفاده از این سیستم سازهای مجاز است که مقابله با انواع نیروهای جانبی وارده توسط دیوارهای برشی بتن مسلح تامین شود.
مراحل اجرای دال مجوف U-Boot
- بستن قالب زیر دال
- بستن میلگرد در پایین دال
- چیدمان قالب ها پلی پروپلین
- بستن میلگردهای بالای دال
- انجام بتن ریزی در لایه اول
- تکمیل و اتمام بتن ریزی
- باز کردن قالب ها در کف
مزایایی اقتصادی دال مجوف یوبوت U-Boot
- یکدست بودن سطح زیرین دال که باعث کاهش هزینه ها و سهولت در اجرای نازک کاری و لوله کشی در زیر سقف می
- گردد.
- حذف ستون های اضافی در جهت تامین پارکینگ هایی به تعداد بیشتر
- کاهش تعداد ستون های بکار رفته در ساختمان در جهت استفاده هر چه بهتر از فضاهای داخلی بنا.
- کاهش هزینه ها: این سيستم نسبت به سيستم هاي فولادي كاهش هزينه اي از 20 تا 70 درصد را به همراه دارد .
- حذف هزینه سقف كاذب : سيستم دال مجوف يوبوت با حذف تيرهاي آويزدار و نيز كتيبه هاي بيرون زده از زير سقف، علاوه بر كاهش ارتفاع كلي ساختمان و مصالح مصرفي آن، نياز سقف كاذب را در ساختمان مرتفع مي سازد .
مزایای فنی دال مجوف U-Boot
- کم شدن تعداد ستونها
- بهبود عملکرد سقف از نظر لرزش صفحهای و عایق بندی صوتی
- امکان طراحی مناسبتر در پلان معکوس با توجه به حذف تیرهای میانی
- مقاومت زیاد در مقابل آتش سوزی
- با افزایش وزن سقف باعث افزایش سختی دال میشود که باعث کنترل خیز سقف میشود، که این مورد سبب اجرای سازههایی با دهانه بزرگ و افزایش فاصله ستونها میشود.
- بارهای وارده بر خاک کاهش پیدا میکند وامکان کاهش و حذف ابعاد و تعداد شمعها در خاک سست به وجود میآید.
مزایای اجرایی دال مجوف U-Boot
- باربر قابلیت باربری زیاد سقف
- عملکرد مناسب و مقاومت زیاد در برابر زلزله
- مقاومت فوق العاده در برابر زلزله : كاهش جرم مؤثر دال در اين سيستم باعث كاهش نيروي برش مؤثر زلزله بر سازه مي شود. همچنين وجود دو لايه دال بالا و پايين به شكل كاملاً متصل و مشبك، باعث تأمين صلبيت بسيار بالاي دال و انتقال متوازن نيروهاي جانبي زلزله به المانهاي باربر جانبي مي شود .
- ضخامت كمتر سقف : با استفاده از دال مجوف يوبوت و بهره گيري از عملكرد دو طرفه سقف و توزيع متوازن نيروها بين تكيه گاه ها، آويز تيرها حذف شده و در نتيجه ضخامت سقف كاهش مييابد. به عنوان مثاال براي دهانه 13 متري، ضخامت سقف تنها 35 سانتي متر ميباشد .
- شکل گیری دو لایه دال در بالا و پایین که بصورت مشبک و متصل هستند سبب تامین سختی زیادی در بالای دال میشود که در نتیجه آن باعث انتقال نیروهای زلزله به عناصر جانبی میشود.
- امکان انجام عملیات قالب بندی با روشهای معمولی
مزایای معماری دال مجوف U-Boot
- امکان ایجاد تغییر فضاها کاربری بعد از ساخت
- ایجاد فضاهای بزرگتر
- با حذف ستونهای میانی علاوه بر تامین پارکینگها بیشتر، امکان حرکت و گردش راحت تر ماشینها در پارکینگ را فراهم میکند.
- آزادی بسیار در طراحی فضاهای معماری
از آن جا که تمرکز این تحقیق بر روی سیستم سقف دال مجوف به ویژه دال مجوف یوبوت می باشد در ادامه فصل به تعدادی از تحقیقات محققان پیشین در زمینه سیستم دال یوبوت اشاره خواهیم کرد.