معرفی سقف‌های کامپوزیت عرشه فولادی

سقف کامپوزیت عرشه فولادی در مجموع شامل چهار نوع مصالح است که عبارتند از

 

الف) ورق فولادی     ب) برشگیر    ج) آرماتور    د) بتن

 

الف) ورق فولادی (Steel Sheet)

 

 

ورق فولادی شاخص‌ترین مصالح این نوع سقف می‌باشد که برای ساخت آن ورق فولادی گالوانیزه (هر دو طرف) با ضخامت‌های ۸/۰ تا ۲/۱ میلیمتر را به وسیله دستگاه‌های Rol Forming به روش نورد سرد (Cold Forming) به حالت موجدار شکل دهی می‌کنند به صورتی که در مقطع ورق حاصله هر موج به شکل یک ذوزنقه دیده می‌شود. برای محاسبه مشخصات هندسی مقطع می‌بایست از ضخامت پوشش گالوانیزه (Zinc Coating) صرف نظر نمود ارتفاع ذوزنقه‌ها (عمق کنگره) حداکثر ۷۵ میلیمتر می‌باشد همچنین عرض متوسط کنگره‌های پرشده با بتن نمی‌بایست کمتر از ۵۰ میلیمتر باشد.

ضمن رعایت ضوابط موجود برای این ورق‌ها می‌توان آنها را برای کاربری‌های مختلف به حالت‌های خاصی از ذوزنقه شکل داد تا به قابلیت‌های جدیدی دست یابند. این ورق‌ها می‌بایست در جان خود (قسمت شیبدار ورق) دارای فرورفتگی‌ها و برجستگی‌هایی باشند تا درگیری (Interlock) بین فولاد و بتن را ایجاد نمایند. در طی مراحل بارگیری، حمل و دپوی این ورق‌ها می‌بایست دقت لازم برای جلوگیری از تغییر شکل (Deformation) آنها صورت گیرد.

 

 

ب) برشگیر (Stud Shear Connector) 

 

 

برشگیرها یا گل میخ‌های خاصی که در این نوع سقف استفاده می‌شود به جهت نوع مصالح و روش خاص اجرا، یکی دیگر نقاط قوت این نوع سقف محسوب می‌شود. قطر این برشگیرها حداکثر ۲۰ میلیمتر و ارتفاع آنها بسته به شکل ورق فولادی متغییر می‌باشد و در نهایت حداقل ارتفاع گل میخ بعد از نصب که از بالای ورق زوزنقه‌ای اندازه‌گیری می‌شود نباید کمتر از ۴۰ میلیمتر باشد.

این گل میخ‌ها به وسیله دستگاه جوش قوس الکتریکی خاصی که Stud Welder خوانده می‌شود به بال تیرهای سازه‌ای جوش می‌شود. این فرآیند جوشکاری می‌تواند هم به صورت مستقیم روی بال تیر سازه‌ای انجام گیرد (Direct Attach Welding) و هم از روی ورق فولادی انجام گیرد (Through the Sheet Welding) قبل از قرارگیری گل میخ یک حلقه سرامیکی در محل جوش قرارمی‌گیرد تا از حوضچه مذاب ایجاد شده در لحظه ایجاد قوس الکتریکی محافظت نماید.

 

 

 

ج) آرماتور (Reinforcement)

 

آرماتوربندی در چهار مورد زیر می‌بایست اجرا گردد:

۱-   مقاومت در برابر لنگر منفی در دهانه‌های ممتد و کنسول ها

۲-   بارهای متمرکز یا بازشوها

۳-   آرماتور حرارتی

۴-   مقاومت در برابر لنگر مثبت در صورتی که از عملکرد کششی ورق فولادی صرف‌نظر شود.

آرماتوربندی این سقف در صورتی که با استفاده از میلگردهای آجدار مرسوم و موجود در بازار صورت گیرد تا حدودی وقت‌گیر (نسبت به سایر مراحل اجرای این نوع سقف) خواهد بود اما در صورت استفاده از مش‌های آماده (Fabric Reinforcement) این مرحله از اجرای سقف نیز با سرعت قابل قبولی صورت خواهد پذیرفت البته این مش‌های آماده می‌بایست مطابق با استانداردهای مربوطه ساخته، حمل و نصب گردند.

 

د) بتن

 

مقاومت فشاری بتن مورد استفاده با توجه به اینکه از بتن سبک یا بتن معمولی استفاده شود می‌توانداز ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع متغیر باشد که با توجه به نوع بارگذاری و مشخصات دهانه تعیین خواهد شد.

در هنگام محاسبه مشخصات هندسی مقطع می‌بایست به جهت کنگره‌های ورق فولادی نسبت به تیر سازه‌ای موجود دقت نمود چرا که در صورت عمود بودن کنگره‌ها بر تیر، از بتن موجود در زیر سطح فوقانی ورق ذوزنقه‌ای باید صرف‌نظر نمود.

ضخامت دال بتنی در بالای کنگره روق ذوزنقه‌ای نباید از ۵۰ میلیمتر کمتر باشد. با توجه به این موضوع در صورت استفاده از ورق فولادی با ارتفاع حداکثر mm 75 مجموع ضخامت سقف mm125 خواهد بود.

یکی دیگر از راهکارهای سرعت بخشیدن به اجرای این سقف استفاده از بتن دارای فیبرهای پلیمری یا فولادی (Fibre Reinforced Concrete) می‌باشد که با استفاده از آن می‌توان آرماتوربندی را در اکثر نقاط عرشه فولادی خذف نمود که البته تهیه، حمل و ریختن آن می‌بایست با دقت خاص و براساس آئین‌نامه‌های مربوطه باشد.

روش‌های طراحی:

 

اصولاً دو روش کلی برای طارحی این نوع سقف وجود دارد.

الف) ورق فولادی به عنوان قالب ماندگار (Permanent Shuttering)

ب) ورق فولادی به عنوان المان کششی (Tensile Component)

روش سوم دیگری نیز وجود دارد؛ که طراحی براساس نتایج بدست آمده از یک سری آزمایش‌های استاندارد انجام می‌پذیرد که این امر مستلزم ساخت نمونه‌هایی با دقت بالا و سپس انجام آزمایش‌های مذکور با شویه و الگوریتم خاص خود و در نهایت گرفتن خروجی‌های قابل استفاده از آنهاست.

  

الف) ورق فولادی به عنوان قالب ماندگار

در این روش طراحی، از قابلیت مقاومت کششی ورق فولادی در مقطع صرف‌نظر می‌کنند، به عبارت دیگر به ورق فولادی به عنوان یک قالب نگاه می‌کنند که می‌بایست قادر به تحمل بارهای زنده (ابزار و نفرات) موجود تا مرحله بتن‌ریزی همچنین وزن بتن خیس و خشک باشد که البته پس از گیرش بتن نیازی به دکفراژ ندارد و تا پایان عمر ساختمان باقی خواهد ماند. در این حالت در واقع از عملکرد (Contribution) سازه‌ای ورق فولادی چشم‌پوشی شده و سقف به عنوان یک دال بتنی مسلح در نظر گرفته می‌شود این نحوه طراحی، موجب می‌شود مقدار آرماتور محاسباتی مقطع بیشتر شود چرا که می‌بایست به جای ورق فولادی نیز در تحمل کشش مقطع شرکت نمایند. طراحان در این حالت، معمولاً این آرماتورهای کششی را درکف کنگره‌ها قرار داده و آنها را آرماتورهای طولی (Longitudinal Reinforcement) می‌نامند.

 

ب) ورق فولادی به عنوان المان کششی

در این روش ورق فولادی به عنوان المان کششی مقطع در نظر گرفته می‌شود و مقطع حاصله به صورت مرکب (Composite) عمل می‌کند در واقع در این حالت درگیری بتن و ورق فولادی به اندازه‌ای کافی است که در حین مقاومت در برابر لنگرها و برش‌های موجود با یکدیگر عمل کرده و دچار لغزش نسبت به هم نمی‌شوند. طراحی با استفاده از این فرضیات، اقتصادی‌ترین حالت این سقف را بدست می‌دهد چرا که موجب کاهش آرماتور محاسباتی مقطع خواهد شد. هرچند در نظر گرفتن درستی این فرضیات منوط به داشتن اطلاعات دقیق از مشخصات هندسی ورق و رفتار مشترک (Interaction) بتن و ورق فولادی می‌باشد.

 

1-   سرعت اجرای بالا

۲-   بدون نیاز به شمع‌بندی

۳-   امکان اجرای چندین سقف به طور همزمان

۴-   حذف کامل مراحل قالب‌بندی و دکفراژ

۵-   کاهش تعداد نیروهای فرعی

۶-   کاهش بار مرده

۷-   در اختیار داشتن یک عرشه فولادی با ایمنی بالا قبل از بتن‌ریزی

۸-   کاهش ضخامت سقف

۹-   سطح یکنواخت و یکدست زیر سقف با ظاهری زیبا

۱۰-   قابلیت اجرا در پلان‌های معماری پیچیده با رعایت جزئیات

۱۱-   امکان شکل‌دهی و تعیین موقعیت دقیق داکت‌های تأسیساتی

۱۲-   امکان اجرای سقف‌های مختلف با کاربری‌ها و دهانه‌های متفاوت

۱۳-   امکان اجرا در انواع شرایط آب و هوایی

۱۴-   عمر مفید طولانی

 

 نیاز به شمع‌بندی … !؟

سقف‌های کامپوزیت عرشه فولادی معمولاً طوری طراحی می‌شوند که نیازی به شمع‌‌بندی نداشته باشند اما برای دهانه های بزرگتر از ۳ متر در برخی موارد به شمع‌بندی موقت نیاز داریم. این اتفاق معمولاً در مواردی رخ می‌دهند که یا از لحاظ اقتصادی «حذف یک تیر فرعی و زمان اضافه لازم جهت اجرای شمع‌بندی» قابل توجیه باشد، یا این که دهانه ها با اشکال یا موقعیت خاص باشند مانند دهانه‌هایی که شامل شفت آسانسور یا تاور می‌باشند. به طور معمول محل قرارگیری شمع‌ها در وسط دهانه‌ها می‌باشد (یک ردیف شمع مانند شکل زیر) در برخی موارد هم در یک سوم دهانه قرار می‌گیرند. (دو ردیف شمع)

ورق‌های فولادی هرگز نباید در محل شمع‌ها قطع یا اورلب و یا به آنها بسته شوند. عرض تکیه‌گاه ورق فولادی بر روی شمع (ضخامت تخته چوبی) بین ۷۵ تا ۱۰۰ میلیمتر و فاصله بین دو پایه شمع در حدود یک متر می‌باشد

 

نصب و اجرا :

 

 نصب ورق‌های فولادی با سرعت بالایی انجام می‌گیرد چرا که کافی است پس از چیدن ورق‌ها و پوشش دهانه‌ها، به وسیله‌ی دستگاه‌های میخکوب مخصوص، ورق‌ها را در محل نشیمن روی تیرهای سازه‌ای ثابت کرد پس از این مرحله که می‌بایست به صورت همزمان یا بلافاصله بعد از چیدن ورق‌ها انجام گیرد، گل‌میخ‌ها نصب و سپس آرماتوربندی و در نهایت بتن‌ریزی انجام خواهد شد. همانطور که گفته شد مراحل اجرای این سقف یکی پس از دیگری با سرعت بالایی انجام می‌شود و با توجه به این موضوع که برای اجرای سقف کامپوزیت عرشه فولادی نیازی به شمع‌بندی نیست (تا دهانه ۳ متر) این امکانوجود دارد که چندین سقف به طور همزمان پس از نصب ورق‌ها، ثابت کردن آنها و نصب گل میخ‌ها و اجرای آرماتوربندیف بتن‌ریزی شوند، این امر موجب می‌گردد تا در ساختمان‌های بلند مرتبه که معمولاً عملیات نصب اسکلت با سرعت بیشتری صورت می‌گیرد دیگر با مشکل سرعت پایین اجرای سقف‌ها مواجه نباشیم. آنچه در اینجا لازم به ذکر است این است که در برخی از پروژه‌های ساختمانی، سازه براساس نوع سقف دیگری طراحی شده است، بنابراین تیرهای فرعی می‌بایست از نو و با توجه به مشخصات فنی سقف کامپوزیت عرشه فولادی طراحی شوند، این سقف به طور معمول تا دهانه ۳ متر بدون نیاز به شمع‌بندی قابلیت اجرا دارد بدین معنی که دهانه‌ای به طول ۶ متر بدون نیاز به شمع و فقط با نصب یک تیر فرعی به وسیله این نوع سقف قابل اجرا خواهد بود. معمولاً برای دهانه‌های بیش از ۳ متر از شمع‌‌بندی موقت (Temporary Propping) استفاده می‌شود که بسته به نیاز و شرایط از یک یا دو ردیف شمع استفاده خواهد شد.

 

برای نصب گل میخ از دستگاه stud welder استفاده می شود

 

 

برای نصب ورق از دستگاه میخ کوب استفاده می شود

 

جهت مدل‌سازی و طراح سقف‌های کامپوزیت عرشه فولادی از نرم‌افزار ETABS و نرم‌افزار مخصوص طراحی این سقف که قابلیت مدل‌سازی سقف در حالت‌های مختلف و با در نظر گرفتن المان‌های متغیر این سقف (ضخامت و شکل ورق فولادی، با شمع‌بندی یا بدون شمع‌بندی، ضخامت دال‌بتنی، میلگرد، گل میخ و …) را دارا می‌باشد استفاده می‌شود.