مرور جامعی بر سقف های بتن مسلح

1.  سیستمهای سقف بتنی

سیستم های سقف بتنی در قالب های موقتی ریخته شده و یا توسط الوار، تخته های چند لایی(plywood)، و یا قاب(پنل)های فلزی که پس از آن که بتن به مقاومت کافی برای مهار وزن خود و بار های سازه ای رسید، برداشته می شوند، نگاه داشته می شود. این روند دیکته می کند که برپا کردن و برداشتن قالب های ساده بوده و برای حصول بیشترین بازدهی اقتصادی، تکرار پذیر باشند. اگرچه به طور عموم، سیستم های سقف ساختمان های بلند نسبت به ساختمان های کوتاه تر نظیر خود یکسان هستند، اما منحصرا دارای چندین ویژگی هستند. سیستم های سقف در ساختمان های بلند چندین بار تکثیر می شوند، که این مهم راه کار های بهینه ای را در طراحی خود الزام می کند به این دلیل که:

1.    به دلیل تعداد بالای سقف ها، صرفه جویی هایی که در یک طبقه ناچیز باشد، اما در تعداد زیادی از سقف ها مقدار تجمعی قابل توجهی خواهد شد.
2.    بارهای مرده سیستم های سقف دارای تاثیر به سزایی در طراحی المان های باربر عمودی همچون دیوار ها و ستون ها هستند.

اشتیاق و هدف گذاری در کیمنه کردن بارهای مرده منحصر به سیستم های سقف سازه ای بتنی نمی شود اما دارای اهمیت بیشتری نسبت یه سیستم های سقف فولادی است است، به این دلیل که وزن سیستم سقف بتنی بیشتر از سقف های فولادی است و بنابراین دارای تاثیر بیشتری در طراحی المان های عمودی و سیستم شالوده دارد.

ملاحظه دیگر تاثیر عمق سقف بر روی ارتفاع طبقات است. بنابراین بسیار مهم است  که سیستم سقفی را طراحی کنیم که نسبتا دارای وزن کمی بوده و دارای عمق زیادی نیز نباشد. یکی از ویژگی های اصلی ساخت و ساز با استفاده از بتن در جا نیاز به نیروی کاری در محل متعددی است. قالب بندی، فولاد مسلح کننده و ریختن بتن سه جنبه ای بوده که نیازمند نیروی کار بیشتری می باشد. تکرار قالب بندی یک ضرورت ساخت و ساز اقتصادی ساختمان های بلند بتنی محسوب می شود. قالب هایی را که می توان مکررا استفاده کرد به یکدیگر چسبانده و در طول و یا ارتفاع ساختمان  به صورت واحد های بزرگی حمل شده، که اغلب المان های ستون، تیر و یا دال را در یک قطعه بزرگ قالب ترکیب می کند.

هنگامی که  پیکره قاب ساختمان برای چندین طبقه ثابت نگاه داشته می شود، منجر به اقتصاد بهینه طرح می گردد. قالب های لغزان برای کار های تخت نوع دیگری از قالب هاست که برای ریختن بتن برای سطوح کف بزرگ استفاده می شود. در روش ساخت سنتی گاها از آن به عنوان روش چسبان نیز یاد می شود، که صفحات تخته های چندلا(صفحات پلای وود) به یکدیگر برای قالب بندی عرشه توپر که بر روی شمع های قابل تنظیم مهار می شود، متصل می شوند. هنگامی که بتن  به مقاومت کافی رسید، شمع ها برچیده شده و صفحات پلای وود کنده می شوند و در صورتی که آسیب ندیده باشند، برای استفاده مجدد در طبقه بعدی ذخیره می شوند. این روش قالب بندی نیازمند نیروی کاری بالایی بوده و همچنین زمان بر می باشد.

اگر تناوب طبقه به طبقه به دلیل قالب، 1 روز با تاخیر روبه‌رو شود، زمان عملیات ساخت و ساز ساختمان بلند می تواند به طور چشم گیری افزایش یابد. سیستم قالب های لغزان عموما مدت زمان عملیات ساخت و ساز را کوتاه می کنند. در این سیستم، قالب های کف به یک واحد متشکل از سطح عرشه، جک های تنظیم شونده و یک چارچوبه مهار کننده متصل می شوند. برای برچیدن، قالب به پایین آورده شده، به خارج دال هل داده شده، و به صورت یک سازه صلب به طبقه دیگر منتقل می شود، که این روند منجر به بهینه سازی اقتصادی کار و تعبیه آن می انجامد.

انواع سیستم های سقف بتنی عبارتند از:  صفحات تخت، دال های تخت، دال های مشبک، دال های تیرک دار، دال تیرچه حذفی، سیستم تیر نواری، شاه تیر ماهیچه ای و تیرچه و سیستم تیر و دال. سه ایتم اول منحصرا در مطلب آتی با عنوان دال های تخت به تفضیل  داده شده و برخی دیگر در ادامه تفسیر می شوند.

2. انواع دال های بتنی یک طرفه

1.2  دال های تیرک دار( دال تیرچه دار، دال با تیرچه استاندارد) بتنی یک طرفه

این سیستم که به آن عنوان سیستم تیرچه یک طرفه نیز اطلاق می شود یکی از محبوب ترین سیستم ها ی ساختمان های اداری بلند در آمریکای شمالی است. این سیستم مبتنی بر حقانیت این اصل است که بتن در دال توپر در زیر تار خنثی دارای مقاومت بیشتر از برش مورد نیاز برای برش است و مقدار بیشتر آن می تواند توسط تشکیل حفره هایی حذف شود. سیستم شکل گرفته که در شکل 1 نشان داده شده است دارای حفره ایی بین تیرچه هاست که توسط قالب های برچیدنی ساخته شده از فولاد، چوب، پلاستیک، یا سایر مصالح است نگاه داشته می شوند. تیرچه ها به عنوان تیر های T شکل 1 طرفه  برای لنگر خمشی کامل تابعی از عرضشان طراحی می شوند. اگرچه که برای محاسبه ظرفیت برشی، آیین نامه  ACI 318-05/08 اجازه می دهد تا تنش برشی مجاز بتن به مقدارد 10% افزایش بیابد. به صورت استاندارد متداول است تا از توزیع دنده هایی (ribs) در مراکز 3 متری برای دهانه هایی بیش از 6 متر استفاده شود. برای بیشترین بهره وری اقتصادی قالب ها، عمق تیر ها و شاه تیر ها می بایست با تیرچه ها یکسان باشد. 

شکل1- سیستم تیرچه بتنی یک طرفه. a-پلان ساختمان b-سکشن A

2.2 سیستم تیرچه حذفی(skip joist system)

در این سیستم به جای استفاده از فواصل استاندارد 0.91m، با استفاده از قالب های با عرض(1364 و 1676 میلی متر)، تیرچه ها در فاصله هایی به اندازه (1.52 و 1.98 متری) تعبیه می شوند. تیرچه ها به صورت تیر بدون 10% افزایش در ظرفیت برشی که برای تیرچه های استاندارد مجاز است طراحی می شوند. همچنین سیستم بدون دنده های توزیعی طراحی شده و بنابراین نیازمند بتن کمتری است. فواصل شمع های موقتی عمودی از قالب های استاندارد بیشتر بوده و نتیجاتا قالب بندی اقتصادی تر خواهد بود. اشکال 2 و 3 پیکره های عمومی از این سقف را نشان می دهند. 

شکل2- سیستم تیرچه حذفی. a- پلان ساختمان b-مقطع

نیازمندی های امتیاز آتش برای سیستم های سقف معمولا در آیین نامه های طراحی حاکم مشخص شده است. بیشترین روش معمول برای حصول امتیاز فراهم کردن دالی است که الزامات طرح را بدون استفاده از اسپری های ضد حریق، اغنا می کند. در آمریکا، به صورت معمول ضخامت دال مورد نیاز برای حصول امتیاز 2 ساعت حریق برابر با (101.6 mm) برای بتن سبک بوده و برای بتن با وزن معمول برابر با (114.3-127 mm) وابسته به نوع سنگ دانه می باشد. بنابراین، ضخامت دال برای حصول امتیاز آتش بسیار بیشتر از ضخامت مورد نیاز طراحی سازه می باشد. بنابراین، استفاده از قالب های ویژه با تیرچه هایی با مرکزیت (2.43-3.04 m) می بایست برای پروژه های بزرگتر ارزیابی شود. 

شکل3- سیستم تیرچه حذفی a- نمای پلان b- سکشن A و c- سکشن B

سایر سیستم های دال های بتنی عبارتند از سیستم های تیر نواری(band beam)، سیستم شاه تیر ماهیچه ای و تیرچه(haunch grider and joist)،
 سیستم تیر و دال(beam and slab)

در قسمت زیر تصاویر سقف های بتنی آورده شده است.

شکل4- سیستم دال با تیرچه استاندارد(one way joist system or one way ribbed slab)

شکل5- سیستم دال تیرچه حذفی (skip joist system or wide module joist system or wide module pan system)

شکل6- سیستم تیر و دال(one way slab and beam)

شکل7- سیستم دال مجوف( voided flat plate or voided slab)

3. دپارتمان سازه سامانه کارگشا

مطلب مورد تایید انجمن (ICC(International code council می باشد.

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در موارد ذیل ، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی سازه ثبت نمایید.