تعاریف و مبانی طراحی سقف تیرچه کرومیت (One-Way Joist System)
یکی از اجزاء اصلی تشکیل‌دهندة انواع ساختمان‌ها، سقف‌ها می‌باشند که نقش اساسی آن‌ها انتقال نیروهای افقی و قائم ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای جانبی شامل بارهای باد و زلزله به سایر اعضاء باربر است.
سقف‌های سازه‌ای علاوه بر این که تحمل‌کنندۀ بارهای ثقلی در ساختمان‌ها هستند، بر اساس میزان صلبیت در هنگام زلزله وظیفۀ توزیع و انتقال نیروهای ایجاد شده در دیافراگم‌ها را به عناصر قائم باربر جانبی دارند. همچنین این عناصر باید در برابر تغییر شکل‌های افقی که در میان صفحه آن‌ها ایجاد می‌شود، مقاومت و سختی کافی را داشته باشند.
انواع سیستم‌های سقف از نظر مصالح مصرفی:
- فولادی: تیرچۀ فلزی یا کرومیت و غیره.
- بتنی: دال بتنی دو طرفه، دال بتنی و تیرچه (دال بتنی یکطرفه)، دال بتنی مجوف، وافل، دال بتنی پیش‌تنیده، هالوکور (Hollow Core) و غیره.
- مرکب (مختلط): عرشه فولادی (Metal Deck)، سقف کامپوزیت و غیره.
انواع سیستم‌های سقف از نظر نوع باربری:
- یکطرفه: تیرچۀ بتنی و تیرچۀ فلزی، کامپوزیت و متال دک، وافل یک طرفه، هالوکور و غیره.
- دوطرفه: دال بتنی، دال بتنی مجوف، دال بتنی پیش‌تنیده، وافل دو طرفه و غیره.
انواع سیستم‌های سقف از نظر نوع اجرا:
- ساخت درجا: دال بتنی توپر و مجوف، وافل، دال بتنی پیش‌تنیده و غیره.
- نیمه پیش‌ساخته: تیرچه بتنی و فلزی، کامپوزیت، متال دک و غیره.
- پیش‌ساخته: هالوکور و غیره.
سقف تیرچه کرومیت (One-Way Joist System):
سقف تیرچه کرومیت نوعی سقف تیرچه بلوک است که از تیرچۀ فلزی با جان باز ساخته می‌شود. با استفاده از تیرچههای کرومیت می‌توان چندین سقف را به‌طور همزمان بتن‌ریزی کرد و در نتیجه فرآیندی مقرون به صرفه را به همراه داشت. این تیرچه‌ها دارای پیکربندی عمودی هستند و پس از نصب، نیازی به شمع در زیر خود ندارند. در شکل (1) شمای کلی این سقف‌ها نشان داده شده است.
سقف تیرچه کرومیت براساس نوع قالب‌بندی نیز دسته‌بندی می‌شود. این قالب‌بندی به دو شکل موقت و دائمی وجود دارد که جنس هر کدام متفاوت است. قالب‌بندی موقت معمولاً از جنس چوبی یا فلزی و قالب‌بندی دائمی معمولاً از جنس ورق فلزی یا فایبرگلاس ساخته می‌شود.
شکل شمارۀ 1: شمای کلی سقف تیرچه کرومیت
عملکرد سقف‌های تیرچه کرومیت به نحوی است که به تنهایی، وزن بتن و قالب را تحمل می‌کنند در نتیجه پس از ریختن بتن، تیرچههای فولادی با بتن ادغام می‌شوند تا بار وارد شده به سقف را تحمل کنند. به‌طور کلی، این تیرچه‌ها می‌توانند هم بارگذاری قبل از بتن‌ریزی و بارهای پس از گیرش بتن، از جمله بارهای مرده و زنده را تحمل کنند. این عملکرد در ادامه شرح داده می‌شود.
اجزاء سقف تیرچه کرومیت:
- تیرچههای فولادی با جان باز.
- بلوک‌ها.
- آرماتورهای افت و حرارت (حرارت و جمع‌شدگی) و آرماتور منفی.
- کلاف میانی.
- بتن پوششی (درجا).
1: تیرچههای فولادی با جان باز:
عضو پیش‌ساخته‌ای است که به‌صورت خرپاهای ویژه دو سر ساده اجرا می‌شود. تیرچۀ فولادی با جان باز، در سه مرحله تحت بارگذاری قرار می‌گیرد.
در مرحلۀ اول باربری، تیرچه هنگام حمل و نقل، بار ناشی از وزن خود را تحمل می‌کند. در مرحلۀ دوم، در زمان اجرای سقف قبل از گیرش بتن، بار مردۀ سقف (شامل وزن سقف، تیرچه‌ها، بتن درجا و قالب‌ها) و بار زندۀ عوامل اجرایی را در حد فاصل تکیه‌گاه‌های تیرچه تحمل می‌کند.
در مرحلۀ سوم، هنگام باربری و پس از گیرش بتن، مقطع مرکب شامل تیرچه و بتن، تنش‌های ناشی از تمام بارهای وارده به سقف را تحمل می‌کند.
تیرچۀ فولادی برای تحمل مراحل سه‌گانۀ بارگذاری مذکور، از اجزاء زیر تشکیل شده است:
- بال تحتانی: بال تحتانی تیرچه که از تسمه ساخته می‌شود، به عنوان عضو کششی عمل کرده و بارهای وارده در سه مرحلۀ بارگذاری را تحمل می‌کند. در مرحلۀ اول بارگذاری تیرچه، بال تحتانی به عنوان عضو کششی خرپای تیرچه، باید قادر به تحمل نیروی کششی (حاصل از لنگر خمشی) ناشی از وزن خود تیرچه در زمان حمل و نقل باشد. این عضو در مرحلۀ دوم بارگذاری تیرچه بایستی قادر به تحمل نیروی کششی (حاصل از لنگر خمشی) ناشی از وزن مردۀ سقف در فاصلۀ محور تا محور تیرچه‌ها باشد. در مرحلۀ سوم بارگذاری تیرچه (مرحلۀ بهره‌برداری) نیز بال تحتانی به عنوان عضو کششی تحت لنگر ناشی از بارهای وارده عمل می‌کند.
- اعضاء قطری: اعضاء قطری تیرچه معمولاً از جنس میلگرد می‌باشند. به عنوان عضو مورب خرپا عمل نموده و به کمک اعضاء کششی و فشاری، ایستایی لازم را جهت تحمل وزن خود تیرچه در هنگام حمل و نقل تأمین می‌نمایند. در مرحلۀ اول بارگذاری، عضو قطری تیرچه به کمک اعضاء کششی زیرین و اعضاء فوقانی، ایستایی لازم را جهت تحمل وزن خود تیرچه تأمین می‌کند. در مرحلۀ دوم نیز این عضو، ایستایی لازم را جهت تحمل وزن مردۀ سقف بین تکیه‌گاه‌های موقت تأمین می‌نماید. در مرحلۀ سوم بارگذاری تیرچه‌ها، عضو قطری بخشی از نیروی برشی را تحمل می‌کند.
- بال فوقانی: بال فوقانی تیرچه، از نبشی، تسمه یا ناودانی ساخته شده و در داخل بتن پوششی قرار می‌گیرد. این عضو در مرحلۀ اول و دوم بارگذاری، وزن تیرچه‌ها را به هنگام حمل و نقل و همچنین وزن مردۀ سقف را در هنگام بتن‌ریزی و قبل از حصول مقاومت بتن پوششی تحمل می‌نماید. در مرحلۀ سوم بارگذاری تیرچه، به همراه سایر اعضاء تیرچه، بارهای مرده و زنده را در هنگام بهره‌برداری تحمل می‌کند.
شکل شمارۀ 2: اجزاء تیرچۀ فولادی با جان باز
2: بلوک‌ها:
بلوک سقفی قطعه‌ای است پیش‌ساخته و توخالی که بین دو تیرچه قرارگرفته و با توجه به ضخامت سقف و فاصلۀ بین تیرچه‌ها، ابعاد آن متغیر است. از بلوک‌ها به عنوان قالب دائمی (که پس از اجرا در سقف باقی می‌مانند) برای قالب‌بندی جانبی جان تیر T شکل و همچنین قالب زیرین بتن پوششی درجا استفاده می‌شود. قسمت زیرین بلوک برای تأمین سطح هموار برای انجام نازک‌کاری زیر سقف و همچنین قسمت‌های تیغه‌های داخلی بلوک به منظور تقویت مقطع بلوک تعبیه می‌گردد. مقاومت بلوک‌ها در محاسبات سقف منظور نشده و تنها به عنوان قالب‌های دائمی مصالح پرکننده محسوب می‌شوند. با این وجود، بلوک‌ها باید مقاومت لازم ناشی از حمل و نقل متعارف و نیروهای ناشی از عبور و مرور در زمان بتن‌ریزی و قبل از آن را داشته باشند. بلوک‌ها می‌تواند از جنس سیمانی، سفالی و پلی‌استایرن باشد.
3: آرماتورهای افت و حرارت (حرارت و جمع‌شدگی) و آرماتور منفی:
به منظور مقابله با تنش‌های متفرقه در بتن پوششی (درجا) و برای جذب تنش‌های ناشی از افت (جمع‌شدگی) و تغییر حرارت آرماتورهایی در دو جهت عمود بر هم در قسمت بالایی بتن سقف روی بلوک‌ها تعبیه می‌گردند که آرماتورهای افت و حرارت نامیده می‌شوند. در صورتی که ارتفاع تیرچۀ خرپایی به حدی باشد که آرماتور بالایی تیرچه در محل تعبیۀ آرماتورهای افت و حرارت قرارگیرد، می‌توان از آرماتور مذکور به عنوان آرماتور افت و حرارت در جهت طولی تیرچه استفاده کرد.
با وجود طرح تیرچه‌ها با فرض تکیه‌گاه ساده، لازم است که قبل از بتن‌ریزی آرماتورهای منفی در هریک از تیرچه‌ها و در محل تکیه‌گاه‌ها اضافه شود. ابعاد و تعداد میلگرد‌ها در فصل دوم نشریۀ 543 تشریح شده است.
4: کلاف میانی (ژوئن یا Tie-Beam):
برای تقویت دیافراگم افقی ساختمان در امتداد عمود بر امتداد تیرچه‌ها و برای توزیع یکنواخت بار روی سقف و همچنین در محل‌هایی که بار منفرد موجود باشد، کلاف میانی بتنی که جهت آن عمود بر جهت تیرچه‌هاست، درسقف تعبیه می‌شود.
5: بتن پوششی (درجا):
بتن پوششی قسمتی از تیر مرکب است که در محل کارگاه پس از جایگذاری تیرچه‌ها و بلوک‌ها بتن‌ریزی می‌گردد و پس از حصول مقاومت لازم به کمک آرماتورهای کششی تیرچه، بار وارد بر سقف را تحمل می‌نماید.
ضوابط و محدودیت‌های کلی سقف تیرچه بلوک (تیرچه کرومیت و غیره) برای حالات حدی نهایی و بهره‌برداری:
- فاصلۀ آزاد تیرچه‌ها نباید از 75 سانتی متر بیشتر باشد.
- عرض تیرچه‌ها نباید از 10 سانتی متر کمتر باشد.
- ارتفاع کل تیرچه‌ها نباید از 3.5 برابر حداقل عرض آن‌ها بیشتر باشد.
- حداقل فاصلۀ افقی بین دو سطح قائم بلوک‌های مجاور طرفین یک تیرچه نباید از 6.5 سانتی متر کمتر باشد.
- ضخامت دال بتنی فوقانی نباید از یک دوازدهم فاصلۀ آزاد بین تیرچه‌ها و نه از 5 سانتی متر کمتر اختیار شود.
- حداکثر دهانۀ مورد پوشش سقف (در جهت طول تیرچۀ پیش‌ساخته خرپایی) با تیرچههای منفرد نباید از 8 متر بیشتر شود. در جهت اطمینان، توصیه می‌گردد که دهانه بیش از 7 متر نباشد و در صورت وجود سربارهای زیاد و دهانه‌های بیش از 7 متر از تیرچههای مضاعف (تیرچه دوبل) استفاده شود.
- در مواردی که بار یکنواخت روی سقف عمل می‌شود، سقف تیرچه بلوک عملکرد مناسبی دارد و در صورت وجود بار سنگین یا متحرک یا مرتعش، به کار بردن سقف تیرچه بلوک توصیه نمی‌شود.
- بار متمرکزی که ممکن است در سقف تیرچه بلوک وجود داشته باشد، ناشی از چرخ اتوموبیل‌ها در پارکینگ‌ها یا وجود تیغه‌های آجری روی تیرچه‌ها است. در این موارد، باید ضخامت دال بتنی روی بلوک‌ها حداقل 8 سانتی متر باشد و مقاومت دال در برابر برش سوراخ‌کننده (پانچ) کنترل شود.
- در صورتی که طول تیرچه‌ها بیش از 4 متر باشد، باید یک یا چند کلاف میانی (ژوئن یا Tie-beam ) در جهت عمود بر تیرچه‌ها تعبیه شود.
- لوله‌ها و مجراهایی که داخل دال قرار داده می‌شوند، نباید مقدار قابل توجهی مقاومت سیستم را کاهش دهند. به همین منظور ضخامت دال باید به اندازه حداقل 2.5 سانتی متر بیشتر از ارتفاع کل لوله‌ها و مجرا‌ها باشد.
- حداقل آرماتور به کار رفته در تیرچه‌ها از روابط ارائه شده در بند 9-11-5-1-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، قابل محاسبه است.
- ردۀ بتن پوششی درجا باید حداقل برابر C20 باشد و حداقل ضخامت آن 5 سانتی متر می‌باشد.
- در کنترل تغییر مکان سقف‌های تیرچه بلوک، در صورتی که جزئیات سقف به گونه‌ای باشد که ضوابط جدول 9-17-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان را ارضاء نماید، نیازی به کنترل ضوابط اضافه‌تر نخواهد بود.
- استفاده از انواع غیر کندسوز در بلوک پلی‌استایرن یا یونولیتی ممنوع است. برای حفاظت از بلوک سقفی پلی‌استایرن و جلوگیری از تماس مستقیم حریق با بلوک لازم است تا زیر سقف به وسیلۀ پوشش مناسب محافظت شود که این پوشش باید به تیرها و تیرچه‌ها، متصل و مهار گردد.
مزایای سقف تیرچه کرومیت:
- عدم نیاز به شمع‌بندی.
- سادگی اجرای تأسیسات.
- به علت تولید صنعتی تیرچه و بلوک در کارخانه، کیفیت مناسب‌تری حاصل شده و نیروی انسانی کمتری مورد نیاز است.
- با توجه به وزن کم تیرچه‌ها، حمل و نصب آن‌ها توسط کارگران امکان‌پذیر بوده و در ساختمان‌های با طبقات کم، ضرورت نیاز به استفاده از جرثقیل را منتفی می‌نماید.
- با توجه به امکان ایجاد یک دیافراگم صلب یا نیمه‌صلب در سقف‌های تیرچه بلوک با اعمال تمهیدات لازم، این نوع سقف نسبت به سایر سقف‌ها عملکرد لرزه‌ای بهتری دارد.
- بلوک‌های مجوف در سقف‌های تیرچه کرومیت، به عنوان عایق حرارتی عمل می‌کنند.
- به دلیل تولید تیرچه‌ها در کارخانه و پیش‌ساخته بودن آن‌ها، کنترل دقیق بر مقدار بتن پوششی روی آرماتورهای سقف انجام می‌شود.
- به علت مسطح بودن زیر سقف (در مقایسه با سقف‌هایی نظیر طاق ضربی)، ضخامت نازک‌کاری به حداقل می‌رسد و در نتیجه بار مردۀ سقف کاهش می‌یابد.
- به دلیل یکنواختی سطح بالای سقف، برای کف‌سازی، ملات کمتری نیاز است.
معایب سقف تیرچه کرومیت:
- خروج مواد سمی از یونولیت (درصورت استفاده از بلوک پلی‌استایرن) در هنگام آتش سوزی.
- محدودیت در دهانه‌های بیشتر از 8 متر.
- احتمال ترک خوردن گچ روی سقف با گذشت زمان به دلیل وجود درزهای بین تیرچه و بلوک‌ها.
- امکان شکسته شدن پاشنۀ تیرچههای سقف که وظیفۀ انتقال بار به ستون‌ها را دارد.
- عدم امکان اجرای سقف‌های با چشمه‌ها یا پلان‌هایی که دارای قوس هستند. به این چشمه‌ها، چشمه‌های منحنی گفته می‌شود.
بطور کلی، باید انتخاب این نوع سقف با توجه به شرایط و نیازهای ساختمان انجام شود.
نکات کاربردی و اجرایی:
بطور کلی هر نوع سقف یا سایر اجزاء ساختمان در صورت عدم رعایت نکات اجرایی، عملکرد مطلوبی نخواهد داشت. از این رو توصیه می‌شود ناظران و مجریان در ساختمان، موارد زیر را در هنگام اجرای ساختمان، مد نظر قرار دهند:
- جوشکاری بال تحتانی: باید جوشکاری بال تحتانی به پل‌ها (بالای تیرچه) انجام شود تا اتصالات بین پل و تیرچه فلزی به خوبی انجام شود؛ اما بال فوقانی نباید جوش داده شود تا اثرات حرارتی بر سقف کاهش یابد.
- طول جوشکاری: در هر سمت تیرچه، باید حداقل به اندازۀ 5 سانتی‌متر طول جوشکاری رعایت شود تا اتصالات به نحو مناسبی، قوی و پایدار باشند.
- تنظیم طول تیرچه‌ها: اگر طول تیرچه‌ها بیش از اندازۀ مورد نیاز باشد، باید بخش اضافی آن‌ها بریده شده و در طول مناسب قرار داده شوند.
- تراز شدن تیرچه‌ها با بال تیرآهن: تیرچه باید حداقل 2 سانتی متر بر روی لبۀ بال تیرآهن نشیمن داشته باشد تا اتصالات به خوبی صورت بگیرد.
- انتخاب ورق تقویتی: ورق تقویتی باید به اندازۀ مورد نیاز (باتوجه به نقشه‌ها) متناسب با طول دهانه‌ها و نیاز سازه انتخاب شود.
دیدگاهتان را بنویسید