در ساختمان های متداول سقف ها یکی از اصلی ترین اجزای سیستم باربر ثقلی سازه محسوب می شوند، که وظیفه ی اصلی آنها تحمل و انتقال بار های مرده و زنده وارد بر طبقات به تیر ها و ستون های اطراف خود می باشد تا از این طریق، این بار ها به صورت ایمن به شالوده منتقل شوند. می توان گفت با توجه به نقش بسیار مهم سقف، نوع آن تاثیر زیادی بر رفتار سازه در برابر بار های ثقلی و جانبی دارد به‌طورکلی میتوان مطرح کرد که سقف کامپوزیت سازه‌ای است که از ترکیب پروفیل فولادی با بتن مسلح ساخته میشود. در همین راستا به سقف کامپوزیت، اصطلاحاً سقف مرکب یا سقف مختلط نیز می‌گویند. سقف کامپوزیت یکی از روش‌های اجرای سقف و کف با استفاده از ترکیب بتن و فولاد است. استفاده از سقف‌های کامپوزیت به دلیل سرعت اجرای بالا، وزن پایین، ایمنی مناسب و مزیت‌های دیگر بسیار رواج دارد. از این رو، در این مقاله، به بررسی سقف های کامپوزیت، روند طراحی و اجرایی این نوع سقف پرداخته می شود.
سرفصل‌های این مقاله:
- تعاریف
- روند طراحی طبق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
- تعریف و طراحی برشگیر در سقف کامپوزیت
- ضوابط کد ASCI360-16
- مدل سازی سقف کامپوزیت در Etabs
- مراحل اجرای سقف کامپوزیت و نکات اجرایی
تعاریف
سقف های متداول ساختمان های فولادی
- سقف با تیرچه های بتنی
- سقف کرمیت (سقف با تیرچه های فولادی با جان باز)
- سقف کامپوزیت ساده
- سقف کامپوزیت با عرشه فولادی اصطلاحا سقف عرشه فولادی
سقف تیرچه بلوک
سقف های تیرچه بلوک معمولا با تیرچه های فندوله ای ساخته می شوند که مشابه با یک خرپای فولادی عمل کرده و در آن، آرماتور های افقی مشابه با یال های تحتانی و فوقانی بوده و میلگرد های مورب نقش اعضای مورب خرپا را ایفا می کنند.
اجرای سقف تیرچه بلوک به این ترتیب است که ابتدا تیرچه ها با فواصل مشخص (غالبا فاصله محور به محور 500 میلیمتر) روی تیر های حمال انداخته می شوند. سپس بسته به طول دهانه، نقاط وسط یا زیر تیرچه با استفاده از چهار تراش و جک بسته شده و عملیات بلوک گذاری شروع میشود. بعد از اتمام عملیات بلوک گذاری، روی آنها میلگرد حرارتی عمود بر امتداد تیرچه بسته شده و سقف بتن ریزی می شود. بتن فضای روی تیرچه را پر کرده و لایه ای به ضخامت 50 تا75 میلیمتر را روی بلوک ها بوجود می آورد. خرپای تیرچه ها نقش عمده ای در یکپارچه کردن میلگرد های اصلی با بتن درجا ریخته دارند.
پیشنهاد آموزشی: کتاب هنر بتن ریزی+ فایل صوتی
سقف کرمیت
ساختار کلی این سقف بسیار مشابه با سقف تیرچه بلوک بوده و تفاوت اصلی بین آنها این است که در سقف کرمیت از تیرچه های پیش ساخته فولادی (اصطلاحاً تیرچه های فولادی با جان باز) استفاده می گردد. این تیرچه ها از یک تسمه فولادی در پایین، یک نبشی فولادی در بالا و یک میلگرد زیگزاگ به عنوان عضو مورب ساخته می شود.
سقف های کامپوزیت
برای اجرای سقف کامپوزیت، غالبا از پروفیل های فولادی از نوع IPE و CPE (لانه زنبوری) استفاده می شود که با اتصالات مفصلی به تیر های اصلی متصل شده و بعد از اجرای قالب بندی بین تیرچه ها و آرماتور گذاری روی آنها، بتن ریزی سقف انجام میگیرد. در سقف های کامپوزیت برای ایجاد عملکرد یکپارچه بین پروفیل فولادی و دال بتنی که اصطلاحا به آن عملکرد مختلط می گویند. لازم است تا به وسیله یک المان ثانویه، تنش های برشی بین این دو قسمت منتقل شود. که این المان را با نام برشگیر می شناسیم.
سقف های عرشه فولادی
سقف عرشه فولادی حالت خاصی از سقف کامپوزیت است که در آن به جای قالب بندی چوبی بین تیرچه ها، از یک ورق فولادی کنگره دار روی پروفیل ها استفاده می شود که به آن عرشه فولادی می گویند. سقف های عرشه فولادی از نظر عملکرد بسیار مشابه با سقف های کامپوزیت هستند، به طوری که در این سقف ها نیز برای انتقال برش نیاز به برشگیر داریم.
مفهموم عملکرد یک طرفه و دوطرفه
عملکرد یک طرفه
سقف های یک طرفه با عملکرد خمشی خود در یک راستا، عملا بار های ثقلی را به تکیه گاه دو طرف خود انتقال می دهند. به عبارت دیگر، کل بار ثقلی وارد بر سقف به دو تکیه گاه سقف شده و تکیه گاه های قرار گرفته در راستای دیگر، سهمی در باربری سقف ندارند.
عملکرد دو طرفه
سقف های دو طرفه با عملکرد خمشی در دو راستای متعامد، بار های ثقلی را به تکیه گاه های خود در دو راستا منتقل می کنند. به عبارت دیگر در سقف های دو طرفه، همه تکیه گاه های سقف در باربری ثقلی نقش دارند و طراحی سقف باید در هر دو راستا متعامد صورت گیرد.
هر چهار نوع سقف متداول که اختصارا به معرفی آنها پرداخته شد، عملکرد یک طرفه در انتقال بار ثقلی دارند، و در این مقاله فقط به بررسی سقف کامپوزیت پرداخته خواهد شد.
روند طراحی طبق مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
سقف کامپوزیت
در حقیقت سقف‌های کامپوزیت (Composite Slab) به نوعی از سقف‌های ساختمانی گفته می‌شوند که از ترکیب تیرهای فولادی و دال بتنی قرار گرفته بر روی آن ساخته می‌شوند. این سقفها با نام‌های دیگری همچون سقف مرکب یا سقف مختلط نیز شناخته می‌شوند.
در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، سقف کامپوزیت در بخش 10-2-8-3، آورده شده است.
عرض و ضخامت دال بتنی
طبق بند 10-2-8-3-1 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 در حين خمش، بخشی از دال به کمک مقطع فولادی آمده و به صورت همزمان بارهای وارده را تحمل می نمايند. بدين منظور و برای ساده سازی در روند تحليل و طراحی، آيين نامه های طراحی، بخشی از دال ، تحت عنوان عرض موثر را همراه با مقطع فولادی در نظر می گيرند. عرض موثر دال بتنی در هر طرف تير با آن بصورت مرکب عمل می نمايد، مطابق شكل زیر نبايد از کوچكترين مقادير زير بزرگتر در نظر گرفته شود:
- يک هشتم دهانه تير (مرکز به مرکز تكيه گاه های تير).
- نصف فاصله محور تا محور تير مجاور.
- فاصله محور تا لبه دال
حداقل ضخامت دال بتنی برابر 80 ميليمتر است.
شکل 1- عرض موثر دال بتنی
مقاومت اسمی
در صورتی که تار خنثی خميری در داخل عمق تير فولادی قرار گيرد، بتن بالای دال بصورت کامل
فشاری خواهد بود. همچنين در صورتی که، تار خنثی خميری در دال بتنی قرار گيرد، مقطع فولادی بطور کامل در کشش خواهد بود. طبق مبحث دهم، برای در نظر گرفتن توزيع تنش در بتن، میتوان اين توزيع را بصورت مستطيلی و بصورت يكنواخت در نظر گرفت که در آن مقاومت مشخصه بتن در سن 28 روزگی است.
در اين حالت، تنش در زير تار خنثی بصورت کششی و برابر خواهد بود. در صورتی که بخشی از بتن دال، در کشش قرار گيرد، از اين بخش بایستی صرف نظر شود.
مقاومت خمشی اسمی مثبت
طبق بند 10-2-8-3-3 مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
ساخت با و بدون شمع
طبق بند 10-2-8-3-2 در حين ساخت سقف های مرکب، در صورتی که در زير تيرهای فولادی از شمع های موقت جهت نگهداری آنها استفاده نشود، تيرهای فولادی بايستی وزن بتن خيس، وزن خودش و همچنين وزن کارگران را به تنهايی تحمل نمايد. در اين وضعيت، بايستی با قرار دادن مهارهای جانبی کافی از کمانش جانبی- پيچشی آنها جلوگيری شود. ليكن در صورت استفاده از شمع بندی، تير فولادی نياز نیست برای بار های قبل گیرش بتن طراحی شوند.
خیز تیر های مرکب
برای تعيين ميزان خيز در تيرهای مرکب میتوان از تبديل مشخصات مقطع به مانند شكل2-2، استفاده نمود. در اين حالت مقطع به يک مقطع همگن تبديل شده و میتوان از روابط معمول مقاومت مصالح برای تعيين خيز آن استفاده نمود.
تبدیل مقطع مرکب
مقاومت خمشی منفی
در صورتی که تير مرکب تحت لنگر منفی (کشش در تارهای بالای مقطع)قرار گيرند، بتن تحت کشش قرار گرفته و در محاسبات مربوط به مقطع مرکب شرکت داده نمیشود. ليكن میتوان ميلگردهای دال بتنی (موجود در عرض موثر دال) را در تعيين ظرفيت خمشی تير در نظر گرفت. شکل 2-3 توزیع تنش در تیر مرکب تحت لنگر منفی نشان می دهد. در این شکل نيروی کششی ميلگردها بوده که برابر کمترين دو مقدار زير در نظر گرفته میشود:
شکل2-توزیع تنش در تیر مرکب تحت لنگر منفی
مقاومت برشی مورد نیاز بین تیر فولادی و دال بتنی
الف-در نواحی لنگر خمشی مثبت
ب- در نواحی لنگر خمشی منفی
تعریف و طراحی برشگیر در سقف کامپوزیت
برشگیر ها در سقف کامپوزیت
برای دستیابی به عملکرد مرکب در سقف های ساخته شده از فولاد و بتن لازم است برش در محل اتصال فولاد و بتن توسط قطعات اتصالی مرسوم به برش گیر تحمل شود. انواع برشگیر های متداول عبارتند از:
- گل میخ
- ناودانی یا نبشی
- میلگردهای مارپیچ
گل میخ:
از رایج ترین برش گیر هایی هستند که می توانند با سرعت زیادی توسط تفنگ های مخصوصی به وسیله جوش به بال تیر آهن متصل شوند. نمونه ای از اتصال برش گیر گل میخ به تیر فولادی در شکل زیر نشان داده شده است.
شکل3- اتصال گل میخ در تیر های مرکب
ناودانی:
این نوع از برش گیر ها می توانند به حالت های روبه رو و پشت به پشت مورد استفاده قرار گیرد. در حالت رو به رو بتن دال که تحت فشار قرار دارد می تواند خرد شود و از تیر فولادی جدا شود و عملکرد مرکب از دست برود ولی حالت پشت به پشت، بتن واقع در داخل ناودانی محصور شدگی مناسبی دارد که مانع خرد و جدا شدن بتن فشاری می شود. بنابرین حالت پشت به پشت مناسبتر است.
شکل4 -برشگیر ناودانی در تیر مرکب
شکل5 -برشگیر ناودانی پشت به پشت
مقاومت برشی اسمی برشگیر های از نوع گل میخ
مقاومت برشی اسمی برشگيرهای از نوع گلميخ که بر بال فوقانی تير فوالدی متصل شده و در داخل دال بتنی قرار میگيرند، بايد از رابطه زير تعيين شود:
مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع ناودانی
مقاومت برشی اسمی برشگيرهای از نوع ناودانی که بر بال بالای تير فولادی متصل شده و در داخل دال بتنی محصور هستند، بايد از رابطه زير تعيين شود:
مقاوت حاصل از رابطه فوق از طریق جوش ناودانی به بال تیر با در نظر گرفتن برون محوری ناودانی تامین می گردد. در صورت تامین کلیه محدودیت های زیر، طراحی جوش اتصال ناودانی به بال تیر می تواند بدون در نظر گرفتن اثر برون محوری ناودانی انجام پذیرد.
- نسبت ضخامت بال به جان ناودانی بزرگتر از 1 و کوچکتر از 5.5 باشد.
- نسبت ارتفاع ناودانی به ضخامت جان از 8 بزرگتر باشد.
- نسبت طول ناودانی به ضخامت بال آن از 6 بزرگتر باشد.
نسبت شعاع ناحیه اتصال بین بال و جان ناودانی به ضخامت جان ناودانی بزرگتر از 0.5 و کوچکتر از 1.6 باشد.
الزامات طراحی برشگیر های تیر های مرکب
الزامات عمومی
- طبق بند 10-2-8-8-الف مبحث دهم در تیر های مختلط قطر میلگرد های از نوع گل میخ باید مساوی و یا کوچکتر از20 میلیمتر باشد. فقط برای انتقال نیرو های برشی دیافراگم های از نوع دال بتنی توپر به تیر می توان از برشگیر های از نوع گل میخ تا قطر 25 میلیمتر استفاده نمود.همچنین قطر گل میخ ها نباید از 2.5 برابر ضخامت فلز پایه ای که گل میخ به آن جوش می شود،مگر اینکه گل میخ درست در امتدادجان مقطع فولادی قرار گیرد.
- طول برشگیر های از نوع گل میخ نباید از 4 برابر قطر آن کوچکتر باشد.
- پوشش بتن روی برشگیر های از نوع گل میخ نباید از 15 میلیمتر و روی برشگیر های از نوع ناودانی از 20 میلیمتر کوچکتر باشد.
- در دال های توپر متکی بر تیر فولادی ارتفاع برشگیر های از نوع گل میخ و ناودانی نباید از نصف ضخامت دال بتنی کوچکتر در نظر گرفته شود.
تعداد برشگیر ها
طبق بند10-2-8-3-3-الف مقرارت ملی ساختمان
در صورتی که بتوان توسط مكانيزمی، برش بين بتن و فولاد را انتقال داد، عملكرد مرکب، بصورت کامل خواهد بود. برای اين منظور از برشگير استفاده می شود. تعيين تعداد اين برشگيرها يا گل ميخ ها براساس مفهوم مقاومت نهايی تعيين می شود. در حالتی که تار خنثی، در دال بتنی قرار گيرد، مقطع تير فولادی بطور کامل در کشش خواهد بود. مقدار برش ايجاد شده در بين نقطه لنگر حداکثر و نقطه لنگر صفر برابر است با:
که در رابطه فوق As، سطح مقطع تير فولادی است. در حالتی که تار خنثی در تير فولادی قرار گيرد، کل مقطع دال بتنی در معرض فشار می باشد. در اين حالت، ميزان برش ايجاد شده در بين نقطه لنگر حداکثر و نقطه لنگر صفر برابر است با:
جزییات بندی
طبق مبحث دهم مقرارات ملی ویرایش 1401 بند 10-2-2-8-ت ، به استثنای برشگيرهای نصب شده در داخل کنگره ورقهای فولادی، برشگيرها بايد حداقل 25 ميليمتر پوشش جانبی از بتن داشته باشند. حداقل فاصله گل ميخ تا لبه بتن در امتداد برش افقی برای بتن با وزن معمولی برابر 200 ميليمتر و برای بتن سبک 250 ميليمتر باشد. حداقل فاصله مرکز تا مرکز بين برشگيرهای از نوع گل ميخ مساوی 6 برابر قطر آنها در امتداد محور طولی تير و 4 برابر قطر آنها در امتداد عمود بر محور طولی تير با مقطع مرکب می باشد، مگر در داخل کنگره های ورق های فولادی که حداقل فاصله مرکز تا مرکز در هر امتداد را می توان 4 برابر قطر گل ميخ انتخاب نمود. حداکثر فاصله مرکز تا مرکز بين برشگيرها نبايد از 8 برابر ضخامت کل دال بتنی يا 900 ميليمتر تجاوز نمایید.
ضوابط کدASCI360-16
تیرهای کامپوزیت با برشگیر گل میخ کلاه دار یا برشگیر ناودانی
مقامت خمشی مثبت
مقامت خمشی منفی
مقاومت خمشی منفی موجود باید برای بخش فولادی به تنهایی مطابق با الزامات مبحث دهم تعیین شود. همچنین، مقاومت خمشی منفی موجود باید از توزیع تنش پلاستیک بر روی مقطع مرکب برای حالت حدی تسلیم تعیین شود. (لنگر پلاستیک)با:
مشروط بر اینکه محدودیت های زیر رعایت شود:
الف) تیر فولادی فشرده است .
(ب) برشگیر های گلمیخ و ناودانی ، دال را به تیر فولادی در ناحیه ممان منفی متصل میکند(کشش در تارهای بالای مقطع قرار گيرند).
(ج) آرماتور دال موازی با تیر فولادی، در عرض موثر دال، توسعه یافته است.
انتقال بار بین تیر فولادی و دال بتنی
بخش 13 کد ASCI360-16:
روند طراحی مطابق بند 10-2-2-8-3-ت مبحث 10 مقررات ملی ساختمان می باشد که به طور کامل در بخش 2-1-7 به آن اشاره شد.
دیاگرام های مختلط
دیافراگم های دال مرکب و تیرها باید برای انتقال بارها بین دیافراگم، اعضای مرزی دیافراگم و عناصر سیستم مقاوم در برابر نیروی جانبی طراحی و جزئییات بندی شوند.
- طول گل میخ کلاه دار نباید از چهاربرابر قطر آن از پایه پس از نصب کمتر باشد.
مقاومت برشی اسمی برشگیر های از نوع گل میخ
مطابق بخش 18-2a کد ASCI360-16 :
مطابق بند 10-2-8-8-ب مبحث 10 مقررات ملی ساختمان می باشد که به طور کامل در بخش 3-2 به آن اشاره شد.
مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع ناودانی
مطابق بند 10-2-8-8-ب مبحث 10 مقررات ملی ساختمان می باشد که به طور کامل در بخش 3-3 به آن اشاره شد.
مدل سازی سقف کامپوزیت در Etabs 2020
نمونه طراحی سقف مرکب
پیشنهاد آموزشی:آموزش پروژه محور طراحی سازه فولادی و بتنی با ایتبس و سیف
طول دهانه 8متر است با توجه به اینکه فاصله مرکز تا مرکز برشگیر ها نباید از
بیشتر شود، و همچنین بند 10-2-8-9-ث :
مدل سازی در نرم افزار
مشخصات بتن
براي تعريف قسمت بتني سقف كامپوزيت مي توان به صورت زير عمل كرد:
Define Section Proprties Deck Sections…
پس از باز شدن پنجره مربوط به تعریف Deck Sections پیش فرض موجود در نرم افزار را تغییر می دهیم.
سپس تنظیمات مربوطه به این پنجره را طبق شکل فوق تغییر می دهیم.
ترسیم تیرچه های فولادی
- مشخصات تیرچه ها
در این نوع سقف ها معمولاً از مقاطع لانه زنبوری یا IPE استفاده می شود و فواصل این تیرچه ها حدوداً یک متر می باشد.
تنظیم پارامتر های طراحی به روش LRFD
تنظیمات مربوط به پنجره View/Review Preferences:
اگر از شمع برای تحمل بتن ریزی استفاده شود نرم افزار مجبور به بررسی تحمل پذیری تیرهای فرعی در حین بتن ریزی نمی باشد اما در صورت عدم استفاده از شمع باید تیرچه ها وزن خود و بتن خیس ریخته شده را به تنهایی تحمل کند و نرم افزار مجبور به کنترل کفایت این مقطع هنگام بتن ریزی می باشد. کنترل دیگر نرم افزار پس از خشک شدن بتن و اعمال بارهای زنده می باشد.
با توجه به بند 10-2-10-1 ، مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 ملاحضاتی برای پیش خیز در نظر نگرفته است.
- تنظیمات ارتعاش
گزینه Vibration Criterion:
طبق آئین نامه ایران تیرها و شاهتیرهایی که سطوح بزرگ خالی از تیغه بندی را تحمل می کنند
باید با توجه خاص به لرزش و ارتعاش حاصل از بارهای جنبشی محاسبه شوند (مثلاً مساجد).
لذا برای سازه های متعارف مسکونی، اداری و … لازم به کنترل ارتعاش نمی باشد؛ اما طبق توصیه
مهندسین باتجربه بهتر است اثرات ارتعاش سازه های فولادی در طراحی لحاظ شود. برای این
کار بهتر است در این گزینه برای سازه های متعارف گزینه Walkingو برای سازه های حساس به
ارتعاش، گزینه Sensitive Equipmentرا انتخاب کنید.
گزینه Occupancy Category :
کاربری سازه موردنظر را می توان در این بخش انتخاب نمود.
✓ گزینه های بعدی این پنجره نسبت به انتخابهای گزینه های ابتدایی از آیین نامه آمریکا
توسط ایتبز استخراج می شود.
تعریف ارتعاش طبق بند 10-2-10-4
- پنجره های Pricesو Factorsاز اهمیت چندانی برخوردار نیستند.
تنظیمات مربوط به پنجره Overwrite:
ابتدا تمامی تیرهای فرعی را انتخاب و از مسیر زیر اقدام می کنیم:
Design > Composite Beam Design > View/Revise Overwrite
- تنظیمات تیر:
گزینه Restrict Beam Depth/ Restrict Beam Width:
در مواقع استفاده از مقاطع Autoدر تیرهای فرعی میتوانیم ارتفاع مقاطع تیر را با استفاده از
این گزینه محدود کنیم اما معمولا به صورت Autoتعریف نمیشود. پس در این قسمت گزینه No را انتخاب می کنیم.
گزینه Cover Plate Presents:
در صورت انتخاب گزینه Yesدر این بخش می توان ورق های تقویتی بال تیر برای مقاطع IPEو
لانه زنبوری تعریف کرد. این گزینه در ایران زیاد کاربرد ندارد؛ زیرا در صورت عدم جوابگویی این
مقاطع از تیرورق استفاده میشود.
گزینه Live Load Reduction Factor :
طبق آئین نامه ایران برابر 1میباشد
- پنجره ی :Bracing(S)/ Bracing(C)
در این پنجره ها مهار جانبی بال فشاری تیر به ترتیب در مرحله ساخت و پس از سفت شدن بتن
تعیین میشود. با توجه به اینکه در سقف های کامپوزیت سنتی و عرشه فولادی در مرحله ساخت به ترتیب با قالب بندی و یا ورق فولاد عرشه و پس از ساخت در هر دو مورد توسط بتن مهار می شود، پس تیرهای این نوع سقف ها مثل تیرهای مفصلی همواره دارای مهار جانبی می باشد.
- پنجره Deck
راستاي سقف مي تواند عمود بر تيرچه ها باشد و يا موازي با آنها باشد (معمولا به صورت عمود بر تيرچه ها اجرا مي شود).
جهت تيرچه ها به صورت اتوماتيك توسط نرم افزار تعيين مي شود بر اساس انچه كاربر در ترسيم انجام داده است.
- برشگیر ها
بخش User Pattern:
در صورتی که در این قسمت گزینه No انتخاب شود نرم افزار تعداد برشگیرهای لازم را با توجه به تنظیمات بخش Preferences محاسبه میکند. اما اگر گزینه Yes انتخاب شود نرم افزار مقاومت مقطع کامپوزیت را بر اساس الگویی که کاربر برای برشگیرها تعریف کرده محاسبه می نماید. بنا براین این گزینه را بر روی yes قرار می دهیم.
بخش uniform spacing:
در این بخش فاصله بین برشگیر ها را وارد می کنیم، که از بخش5-1، 600 میلی متر بنابر الزامات و محدودیت های مبحث دهم ویرایش 1401 انتخاب شد.
بخش Qn:
مقاومت اسمی برشگیر ناودانی در بخش 5-1، 10 تن محاسبه گردد.اما لازم به ذکر است که علاوه بر مقاومت ناوداني، مقاومت جوش آن نيز بايد معيار قرار گيرد. با توجه به اينكه مقاومت جوش اتصال ناوداني به بال تير معمولا مقاومت پايين تري دارد. در شكل فوق به جاي 10 تن ، 5 تن را وارد می کنیم. (نصف)
طراحي تيرها و بررسي نتايج
تنظیمات لازم قبل از طراحی:
در طراحی سقف های کامپوزیت اگر شمع بندی استفاده شود، نیازی به تعریف چند بار با ماهیت مرده نیست. اما اغلب اجرای سقف‌های مرکب بصورت بدون شمع بندی است. برای این منظور، در طراحی نیاز به تعریف دو بار با ماهیت مرده داریم. یکی بار Dead که همان وزن اجزای سازه مدلسازی شده (مثل تیرها، ستون‌ها، بتن خیس و …) بوده و در واقع وزن آن چیزی است که مدلسازی میشود.
بار مرده دیگری بصورت SuperDead (با self Weight Multiplier=0) نیز باید تعریف شود که بارهای مرده بعد از گیرش بتن را نمایندگی میکند. به عنوان مثال بارهای مرده کف سازی، سرامیک، نازک کاری، دیوارهای جداکننده و … را از این نوع بار باید در نظر گرفت.
بار Construction از نوع Construction به علت لحاظ بارهای زنده قبل و حین بتن ریزی سقف و ایجاد گزینه Construction Bendingبعد از طراحی و بررسی آن می باشد.
Define load pattern..
ترکیب بارهای کامپوزیت:
Define > Load Combinations > Add Default Design Combos > Composite Beam
Design and Editable
بایستی اشاره شود که ترکیب بارهای مربوط به کامپوزیت هیچ نیازی به ویرایش نداشته و
بارهای لرزه ای نیز در این ترکیب بارها موجود نیست (تیرچه ها لرزه ای نیستند).
از قسمت زیر میتوان ترکیب بارهای کامپوزیت را برای تحلیل و طراحی انتخاب کرد:
Design > Composite Beam Design > Select Design Combinations
طراحی تیرهای فرعی:
با استفاده از مسیر زیر میتوان تیرهای فرعی را تحلیل و طراحی کرد.
Design > Composite Beam Design > Start Design/Check
بررسی نتایج:
اگر تیرهای فرعی به رنگ قرمز نباشد پس مقاومت تیرها جواب می دهند؛ و اگر رنگ تیرها مایل
به آبی باشد به این معنی است که میتوان مقاطع را کوچکتر کرد. با کلیک راست بر روی تیر موردنظر می توان جزئیات طراحی را مشاهده نمود.
پیشنهادد آموزشی:دوره آموزشی طراحی سازه
Design > Composite Beam Design >start Design/check
بخش:Strength Checks
:Shear at Endsبرش در انتهای تیر می باشد که باید Ratioآنها کمتر از 1شود.
:Construction Bendingخمش حین ساخت می باشد که باید Ratioآنها کمتر از 1شود.
:Full Comp. Bendingیعنی تعداد برشگیر ها کافی می باشد که باید Ratioآنها کمتر از 1
شود.
بخش:Constructability and Serviceability Checks
کنترل خدمت پذیری و قابلیت ساخت مناسب که بیانگر قابلیت بهره برداری از سازه موجود
می باشد.
مراحل اجرای سقف کامپوزیت و نکات اجرایی
اجرای تیرهای فرعی
پس از اجرای اسکلت فلزی، تیر های فرعی اجرا می شوند. در سقف کامپوزیت ساده تیرهای فرعی در فواصل حداکثر 100 یا 110 سانتی‌متری از هم اجرا می‌شوند. لازم به ذکر است که اگر از پروفیل‌های لانه‌زنبوری استفاده میشود، در ابتدا و انتهای این تیرها، باید جان تیر با استفاده از ورق مضاعف تقویت شود، همچنین تقویت جان تیر با ورق مضاعف در تیرهای بلند، در وسط دهانه نیز باید انجام شود. طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 بند 10-3-3-2-2 ، استفاده از تیرهای لانه‌زنبوری در قاب‌هایی که نقش باربر جانبی را دارند، مانند قاب‌های خمشی یا دهانه‌های بادبندی شده، ممنوع است؛ اما استفاده از تیرهای لانه‌زنبوری در تیرهای فرعی و کش‌ها در دهانه‌های غیر بادبندی که تنها نقش باربری ثقلی دارند بلامانع است.
اجرای برش گیرها
در مرحله بعد ناودانی‌ها روی تیرهای فرعی اجرا میشود. از ناودانی‌ها به‌عنوان برش گیرها در طول تیرهای فرعی، برای اتصال و یکپارچگی تیرها و دال بتنی استفاده میشود. توصیه میشود از نبشی به‌جای ناودانی برای اجرای برش گیرها استفاده نشود. به‌طورکلی میتوان اذعان نمود که در هنگام نصب باید مطابق با نقشه پیش رفت و برش گیرها با توجه به نقشه از مقطعی که مشخص‌شده است در دو جهت تیر با استفاده از روش جوشکاری نصب شوند. برش گیرها باید حداقل ۲۵ میلیمتر پوشش جانبی از بتن داشته باشند و حداکثر فاصله مرکز تا مرکز برش گیرهای ناودانی باید ۵۰۰ میلیمتر باشد.
قالب بندی
قالب بندی سقف کامپوزیت معمولا به روش تخته کوبی انجام می شود. برای اینکار چهار تراش هایی با ابعاد ۵×۵ یا ۷×۷ و با طول برابر با فاصله ی بین دو تیر فرعی از هم، در داخل جان تیرها قرار میگیرد. فواصل چهار تراش ها با توجه به فاصله تیر های فرعی ( معمولا حدود ۱ متر) مناسب است.
سپس به وسیله ی کوبیدن گوه بین بال پایین تیرها و زیر چهار تراش ها آن ها را در جای خودشان محکم می کنیم که چهار تراش ها به بال بچسبند و سپس تخته هایی را به صورت طولی روی چهار تراش ها قرار می دهند.
به این نکته توجه شود که لازم است گوه ها کاملاً در جای خود محکم شوند تا در حین بتن ریزی دال، دچار خیز نگردد.
همچنین لازم است تا تخته ها به خوبی و بدون فاصله کنار یکدیگر قرار گرفته شوند تا حد الامکان شیره بتن کمتر از بین درز ها خارج شوند. استفاده از پلاستیک فقط بر روی قالب ها نیز به عنوان یکی از نکات اجرایی توصیه شده است. پس از قالب بندی سطح قالب ها برای جلوگیری از چسپیدن بتن به قالب به روغن سوخته و یا گازوئیل آغشته می شود.
میلگرد های حرارتی و جمع شدگی
به علت پدیده جمع شدگی و کاهش دما، بتن تمایل به انقباض (کم شدن حجم یا طول) دارد. به علت یکپارچگی دال با تیر های تکیه گاهی و در نتیجه وجود مانع در مقابل کاهش طول، این پدیده باعث تنش های کششی و در نتیجه ایجاد تنش در دال می شود که با تعبیه میلگرد های کافی باید این ترک ها را در دال طوری توزیع نمود تا عرض ترک کوچک شده و موجب عوارض زیان آور نشوند. با شروع جمع شدگی در بتن، اینگونه میلگرد ها با آن به مخالفت پرداخته و در نتیجه تحت کشش واقع می شوند. مقدار جمع شدگی در بتنی که توسط این میلگرد ها مسلح شده استکمتر از بتن غیر مسلح می باشد و به علاوه به علت وجود میلگرد در بتن به عوض اینکه یک ترک با عرض بزرگ در بتن ایجاد شود، ترک هایی متوالی با عرض مویی ایجاد می شود که باعث هیچ گونه ضرری نمی باشند. در دال های یک طرفه، وجود میلگرد های محاسباتی در امتداد عمود بر تکیه گاه ها، به خوبی با پدیده جمع شدگی و تغییرات دما مقابله می کنند. این میلگرد ها در محاورات فنی غالبا به میلگرد های حرارتی (Temperature and shrinkage reinforcement) مرسوم می باشند
دال ها با ضخامت متعارف میلگرد های حرارتی در یک سفره قرار داده می شوند. در صورتی که ضخامت دال زیاد باشد، می توان نصف میلگرد حرارتی را در سفره تحتانی و نصف دیگر را در سفره فوقانی قرار داد.
نسبت میلگرد های حرارتی و حداقل در دال ها[1]
میلگردهای حرارتی به صورت مش در دو جهت طولی و عرضی به فاصله های تعیین شده در روی نقشه، روی سقف پهن و توسط سیم مفتول (آرماتوربندی) به هم متصل می شوند. معمولا در طراحی از آرماتور AII و AIII با قطر ۸، ۱۰ یا ۱۲ میلی متر استفاده می شود.
جهت حفظ ارتفاع آرماتور ها ترجیحاً از فاصله نگه دار (spacer) پلاستیکی استفاده می شود.
اسپیسر ها را در زیر شبکه میلگردهای حرارتی قرار می دهند تا بتن به زیر میلگردها رفته و در واقع پوشش و کاور بتن حفظ شود.
اجرای سقف کامپوزیت معمولی قبل از بتن ریزی
بتن ریزی سقف های کامپوزیت
بتن با اسلامپ حدود ۸ جهت اجرای سقف ها مناسب است. شل کردن زیاد بتن جهت سهولت اجرا و تسطیح آسان موجب آب انداختگی و افت محسوس مقاومت بتن می گردد. ویبره سقفها در هنگام بتن ریزی جهت پر کردن فضاهای خالی و خروج حباب های هوا الزامی است. پس از بتن ریزی تا حداقل ۳ روز باید سطح بتن مرطوب نگه داشته شود. پهن کردن گونی نخی روی سطح به حفظ رطوبت بتن کمک می کند.
طبق بند 10-2-8-1-2 مبحث 10 مقرارت ملی ساختمان در اعضا با مقطع مختلط تنش مشخصه نمونه استوانه ای بتن f’c برای بتن های با وزن مخصوص معمولی نباید از 20 MPa کمتر و از 70 MPa بیشتر و برای بتن های با وزن مخصوص سبک نباید از 20 MPa کمتر و از 20 MPa و از 40 MPaبیشتر باشد.
شمع بندی یا بدون استفاده از شمع
در سقف های کامپوزیت پس از نصب تیر فولادی و بتن ریزی دال، مدت زمانی طول می کشد تا بتن به مقاومت کافی برسد. در این مرحله بار های وارده باید توسط تیر فولادی و یا شمع بندی موقت تحمل شوند، زیرا به طور کلی دو حالت زیر وجود دارد:
- اگر از شمع بندی زیر تیرچه ها استفاده نشود، تیر فولادی باید به تنهایی وزن خود و بتن خیس و وزن قالب ها را تحمل کند. پس از کسب درصد مناسبی از مقاومت 28 روزه توسط بتن، عملکرد مرکب تیر فولادی و بتن شروع شده و وزن دال بتنی، توسط تیر مرکب (تیر فولادی همراه با قسمتی از دال بتنی) تحمل می شود.
- اگر از شمع بندی زیر تیرچه ها استفاده شود، وزت تیر فولادی و دال بتنی خیس توسط شمع ها تحمل شده و می توان از تیر فولادی ضعیف تر استفاده کرد.
هزینه های اضافی استفاده از شمع و مشکلات اجرایی سبب شده در اغلب پروژه ها رویکرد اول به کار گرفته شود.
انتخاب سقف مرکب
در اغلب ساختمان های متداول مانند ساختمان های با کاربری مسکونی، اداری، تجاری، آموزشی و پارکینگ، مقدار حداکثر بار های زنده وارد بر سقف در حدی است که می توان هر یک از چهار سقف اشاره شده را در دهانه معقول اجرا نمود.
- در کاربری های خاص نظیر مواردی که بار های منفرد سنگین به سقف وارد می شود (پارکینگ هایی که بار هر چرخ خودرو بیش از 750 kgf است) یا بار های ارتعاشی ناشی از ماشین آلات وجود دارند، استفاده از سقف های تیرچه بلوک و کرمیت چندان مطلوب نیست. در این موارد استفاده از سقف های کامپوزیت و عرشه فولادی نیز باید با کنترل های خاصی همراه باشد.
- بر اساس دهانه چشمه های کف، برای دهانه های بیشتر از 8 متر، استفاده از سقف های تیرپه بلوک و کرمیت چندان مناسب نبوده (در صورت استفاده حتما تیرچه دوبل نیاز است) و استفاده از سقف کامپوزیت و عرشه فولادی مناسب تر است. شایان ذکر است که در این حالت به دلیل افزایش دهانه بارگیر سقف ها، نمره پروفیل های مورد نیاز در سقف های کامپوزیت یا عرشه فولادی بیش از حد بالا می رود (برای رفع این مشکل می توان فواصل سقف ها را کاهش داد).
- در سقف های کامپوزیت غالباً نمی توان همزمان چند سقف را با یکدیگر اجرا کرد، در صورتی که در سقف عرشه فولادی به دلیل عدم نیاز به شمع بندی این امکان وجود دارد، بنابراین در صورتی که مدت زمان اجرای سقف عامل مهمی در مدیریت پروژه باشد، استفاده از سقف کامپوزیت معمولی توصیه نمی شود.
منابع
- مبحث 10 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
- مبحث 9 مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399
- پک پاراپلاس مهندس امیرطه نوروزی
- کتاب طراحی ساختمان های فولادی-تالیف شاپور طاحونی
- تحلیل و طراحی سازه های فولادی با تاکید بر روش حالت حدی-ویرایش دوم-تالیف بهرخ حسینی هاشمی، مهدی علیرضایی، حسن احمدی
- نكات مدلسازي و طراحي و سازه هاي بتني و فولادي-مسعود حسین زاده اصل
- آیین نامه فولاد آمریکا _ کد ASCE360-16
