سقف تیرچه بلوک به دلیل مزایایی که دارد مرسوم ترین سقف ها در سازه های ساختمانی در کشور ما است، لذا یادگیری ضوابط طراحی و اجرای آن بر هر مهندسی واجب است. در اين مقاله سعی شده است که ضمن معرفي سقف تيرچه بلوک و اجزای آن، ضوابط طراحی سقف تیرچه بلوک و همچنین نحوه تعریف آن ها در نرم افزار ایتبس ارائه مي شود. همچنین به طور کامل به کنترل خیز به صورت تقریبی و دقیق که یکی از مهم ترین بخش ها طراحی سقف تیرچه بلوک است، پرداخته شده است. در نگارش این متن از نشریه 543 و مبحث نهم ویرایش 99 و دیگر استانداردها و آیین نامه های مربوطه استفاده شده است.
آشنایی با سقف تیرچه بلوک
سقفها به قسمتی از ساختمان اطلاق میشود که وظیفه ی اصلی آنها انتقال نیروهای ثقلی به سایر اعضای باربر سیستم سازه ای است. همچنین در هنگام زلزله سقف ها بخشی از نیروهای جانبی ایجاد شده را به سیستم باربر جانبی منتقل میکند که به این اعضای افقی انتقال دهنده ی نیروهای جانبی، دیافراگم میگویند. سقف ها باید در برابر تغییرشکل های افقی که در میان صفحه ی آن ایجاد میشود، مقاومت و سختی کافی را دارا باشد.
یکی از انواع سقف های بتنی که استفاده از آن ها در کشور ما بسیار رایج است، سقف تیرچه بلوک هستند. سهولت در اجرا و طراحی به همراه صرفه ی اقتصادی موجب محبوبیت این سقف ها شده است.
با یک ساده سازی مهندسی سقف را می توان به چند تیر موازی هم تبدیل کرد، که این تیرهای موازی را به صورت جداگانه طراحی می کنند، به این نوع سقف ها، سقف های یک طرفه می گویند. سقف های تیرچه بلوک جزئی از این دسته سقف ها هستند. سقف های یک طرفه با عملکرد خمشی بارهای ثقلی را به تکیه گاه های دو طرف خود (و نه چهار طرف) منتقل می کنند. این تیرهای موازی را به صورت Tشکل طراحی می کنند.
همانطور که می دانیم بتن در برابر نیروهای فشاری مقاومت قابل قبول و خوبی داشته، ولی در برابر نیروهای کششی مقاومت پایینی بسیار پایین تری دارد به طوری که مقاومت کششی بتن عموما حدود 10 درصد مقاومت فشاری آن در نظر گرفته می شود.
در اعضای بتن آرمه یکی از اساسی ترین فرضیات آن است که نیروهای کششی توسط میلگردها تحمل شده و از باربری بتن در کشش صرف نظر می گردد. از آن جایی که بتن وزن نسبتا بالایی نیز دارد و از طرفی قسمتی از آن که تحت کشش قرار میگیرد در باربری هم نقشی ایفا نمی کند تلاش می شود تا جایی که ممکن است از میزان بتن در ناحیه کششی کم کرد. البته باید توجه داشت که نمی توان بتن کششی را از بین برد چرا که یکی دیگر از کاربردهای بتن کششی نگه داری آرماتور ها و خاموت ها می باشد
اجزای سقف تیرچه بلوک
سقف تیرچه بلوک دارای اجزای مختلفی است که در ادامه به بررسی هریک از این اجزای تشکیل دهنده خواهیم پرداخت. این اجزا عبارتند از:
- تیرچه ها
- بلوک های میانی
- آرماتورهای مورد استفاده در سقف که خود دارای انواع گوناگونی است
- دال بتنی روی تیرچه ها که به صورت درجا ریخته می شود
تیرچه
همان طور که از نام سقف تیرچه بلوک هم مشخص است، تیرچه یکی از اجزای اصلی تشکیل دهنده از این المان باربر است. استفاده از تیرچه های بتنی و فولادی با جان باز در این سقف ها بسیار رایج است که در ادامه تصاویر هر کدام برای شما قابل مشاهده می باشد.
تیرچه بتنی
تیرچه ی بتنی عضو پیش ساخته ای است که از آرماتور و بتن تشکیل شده است. تيرچه های بتنی در دو نوع تيرچه ی پيش ساخته ی خرپايی و تيرچه ی پيش ساخته ی پيش تنيده مورد استفاده قرار مي گيرد كه در ادامه مورد بحث قرار می گيرد.
تیرچه بتنی خرپایی
این تیرچه از خرپای فولادی و پاشنه بتنی ساخته می شود و عملکردی مشابه خرپای فولادی دارد. این تیرچه ها می تواند با قالب ماندگار (قالب سفالی، كه آن را تيرچه كفشک دار يا فندوله دار نيز مي نامند) و یا بدون قالب ماندگار تولید شود. قالب ماندگار فاقد پروانه استاندارد مجاز است و کاربردی نمی باشد.
تیرچه ی خرپایی از اجزای زیر تشکیل شده اند:
- آرماتورهای كششی
- آرماتورهای عرضی
- آرماتور بالايی
- بتن پاشنه تيرچه
- آرماتورهای تقويتی
ضوابط طراحی سقف تیرچه بلوک
ضوابط اين فصل شامل ضوابط آیین نامه ای و اصول كلی است كه در تحليل و طراحی سقف های تيرچه بلوک بايد رعايت شود. اين اصول شامل بارگذاری و تركيبات آنها، روش های طراحي، ضرايب ايمنی و ضوابط كلی مورد استفاده در طراحی اجزای اين نوع سقف ها می باشد. بیشتر این ضوابط از نشریه 543 آورده شده است. با توجه به رایج تر بودن استفاده از تیرچه خرپایی، تمرکز بر روی این نوع تیرچه است.
محدودیت های طراحی سقف تیرچه بلوک
سقف تیرچه بلوک ترکیبی از تیرچه ها با فاصله های نسبتا مساوی، بلوک های سفالی، بتنی و یا پلی استایرن و دال بتنی فوقانی می باشد. که در ادامه به بررسی مهم ترین محدودیت های این سقف می پردازیم:
1) اولین محدودیتی که در مورد سقف تیرچه بلوک باید مورد توجه قرار گیرد آن است که فاصله تیرچه ها نباید از 75 سانتی متر بیشتر در نظر گرفته شود.
2) عرض تیرچه ها در سقف تیرچه بلوک نباید از 10 سانتی متر کمتر و ارتفاع کلی تیرچه ها حداکثر 3.5 برابر عرض آن در نظر گرفته می شود.
3) نشریه 543 برای ضخامت دال بتنی فوقانی در سقف تیرچه بلوک هم محدودیت هایی را در نظر گرفته است که بیان می کند ضخامت این دال نباید کمتر از 5 سانتی متر و یک دوازدهم فاصله آزاد موجود بین تیرچه ها کمتر در نظر گرفته شود.
4) یکی دیگر از مهم ترین محدودیت های سقف تیرچه بلوک حداکثر دهانه سقف در آن ها می باشد که پیشنهاد می شود دهانه سقف بیشتر از 7 متر در نظر گرفته نشود. البته نشریه 543 استفاده از سقف تیرچه بلوک تا دهانه 8 متر را مجاز دانشته که توصیه می شود در دهانه های بیشتر از 7 متر از تیرچه ها به صورت دوبل یا مضاعف استفاده شود.
5) سقف های تیرچه بلوک، در مواردی كه بار يكنواخت روي سقف عمل نمايد، عملكرد مناسبی دارند اما در صورتی که به سقف بار متمرکز سنیگین یا متحرک وارد شود بهتر است سقف تیرچه بلوک استفاده نشود.
6) در سقف های تيرچه بلوک، بار متمركزی كه ممكن است روی كف وجود داشته باشد، بار ناشی از چرخ اتومبيل ها در پاركينگ ها و يا بار خطي ناشی از وجود تيغه های آجری روي تيرچه ها است. در مورد پاركينگ ها، بكارگيری سيستم تيرچه و بلوك معمول، اساساً توصيه نمي شود. در صورتي كه الزامی در كار باشد، توصيه مي شود تا ضخامت دال بتنی (روی بلوك ها) حداقل 8 سانتيمتر در نظر گرفته شود و مقاومت دال در برش سوراخ كننده یا همان برش پانچ براي بار چرخ كنترل گردد. در محاسبه تيرچه ها برای بار متمركز، يا مي توان كف را با استفاده از يكي از روش هاي كلاسيك، تحليل كامل نمود و يا بار را با تقريب خوبي بين سه تيرچه مجاور يكديگر به طور مساوی توزيع كرد
آرماتور کششی در سقف تیرچه بلوک
آرماتورهای کششی که شامل آرماتورهای تحتانی هستند، باید از نوع آجدار با فولاد نوع نیم سخت و سخت باشد که حداقل تعداد آن 2 عدد می باشد. در صورت استفاده از آرماتورهای تقویتی، حداقل 2 آرماتور باید در سرتاسر تیرچه ادامه داشته باشد و طول آرماتورهای تقویتی را نیز مطابق ضوابط تعیین کرده و آنها را در مقطعي كه مورد نياز نيستند و با در نظر گرفتن محل قطع تئوريك و محل قطع عملي، قطع كرد. قطر ميلگردهاي كششي نبايد از 8 ميليمتر كمتر و از 16 ميليمتر بيشتر باشد.
مطابق آيين نامه بتن ايران (آبا)، حداقل نسبت آرماتور بكار رفته در تيرچه ها از اين رابطه بدست مي آيد:
در صورتي كه درصد آرماتور كششي حاصل از محاسبه، از ρmin كمتر باشد، می توان با قراردادن 1.33 برابر سطح مقطع آرماتورهاي حاصل از محاسبه، از رابطه بالا صرف نظر نمود. توصیه می شود که سطح مقطع آرماتورهاي كششي از 2.5 درصد سطح مقطع جان تيرچه بيشتر نشود.
آرماتورعرضی تیرچه
آرماتورهای عرضی به صورت منفرد و یا مضاعف به کار برده می شوند. حداقل سطح مقطع آرماتورهاي عرضي برابر 0.35bw*s/fy می باشد كه bw عرض جان تیرچه، s فاصله دو میلگرد عرضی متوالی و fy مقاومت مشخصه فولاد می باشد. قطر ميلگردهای عرضی از 5 ميليمتر تا 10 ميليمتر تغيير مي كند. همچنین فاصله ميلگردهای عرضی متوالی در تيرچه ها، حداكثر 20 سانتيمتر است.
آرماتورفوقانی تیرچه
آرماتور فوقاني بايد از نوع آجدار باشد و قطر آن با توجه به نوع فولاد آرماتور، طول دهانه، فاصله تيرچه ها، ارتفاع خرپاي تيرچه و ضخامت بتن پوششی و همچنين فواصل جوش های ميلگرد عرضي، از 6 ميليمتر تا 12 ميليمتر متفاوت است. جدول زیر به عنوان راهنمای تعيين حداقل قطر ميلگرد بالايي تيرچه های غيركارخانه ای توصيه مي شود.
بتن پاشنه در تیرچه
حداقل عرض بتن پاشنه 10 سانتي متر است و نبايد از 1/3.5 برابر ضخامت سقف کمتر باشد. معمولا عرض بتن پاشنه از 10 سانتيمتر تا 16 سانتيمتر متغير مي باشد. ارتفاع بتن پاشنه بايد به مقداري باشد كه قابل بتن ريزي بوده و پوشش بتن كافي روی آرماتور را فراهم آورد. ضخامت بتن پاشنه حداقل 4 و حداكثر 5.5 سانتیمتر است. همچنین بتن پاشنه باید حداقل از رده C25 باشد.
کنترل تغییر مکان (خیز) سقف تیرچه بلوک
تیرچه ها رفاری همانند تیرهای بتنی دارند بنابراین برای کنترل خیز آن می توان از ضوابط حاکم بر طراحی تیر بتنی استفاده کرد برای این منظور در 9-11-2-6-1 مبحث نهم یک جدول برای حالت های مختلف تکیه گاهی تیرها ارائه شده است.
توجه شود که مطابق بند 9-11-2-6-2 مقادیر جدول برای فولاد با مقاومت تسلیم 420 مگاپاسکال است و برای سایر فولادها آن را در ضریبی که بیان کرده است ضرب می کنیم. همانطور که قبلا گفته شد شرایط تکیه گاهی تیرچه ها را تکیه گاه ساده یا مفصلی در نظر می گیرند. در کنترل خیز این فرض تکیه گاه مفصلی در جهت اطمینان است. مطابق بند 9-11-2-6-5 اگر تیرچه حداقل ارتفاع گفته شده در جدول را نداشته باشد، باید مقادیر دقیق خیزهای آنی و درازمدت تیرچه را محاسبه و کنترل کرد. برای این منظور از ضوابط بند 9-19-2-2 مبحث نهم استفاده می کنیم.
برای بدست آوردن مدول گسیختگی بتن و مدول الاستیسیته ی بتن از روابط بندهای 9-3-5 و 9-3-6 استفاده می کنیم.
که مقادیر مجاز خیز را از بند 9-19-2-4 می توان برداشت کرد که در جدول 9-19-3 این محدودیت ها آورده شده است.
مراحل کنترل خیز
خیز در اعضای بتنی و خصوصا در طراحی تیر بتنی از جمله تغییرشکل هایی هستند که تحت بارهای سرویس یا بهره برداری اتفاق میافتند. در آیین نامه های طراحی در حالت بهره برداری تمام نیروهای مرده و بخشی از نیروهای زنده حضور دارند و تغییرات شکل سازه را در حد الاستیک خطی محدود میکنند، این تغییر شکل ها با روابط مقاومت مصالح و الاستیک قابل محاسبه هستند که به این تغییر شکل، خیز آنی گفته میشود.
علاوه بر خیز آنی، در درازمدت به دلیل پدیده خزش که مربوط به بتن است، تغییرشکل های دیگری رخ می دهد که چند برابر تغییرشکل های آنی است. این تغییرشکل ها با گذشت زمان به مقدار ثابتی میرسد. به این تغییر شکل خیز درازمدت می گویند. پس متوجه شدیم که برای محاسبه دقیق مقدار خیز سقف تیرچه بلوک (یا تیرچه) باید دو مقدار خیز آنی و خیز در درازمدت را محاسبه کنیم. در ادامه به بررسی گام به گام کنترل خیز در سقف تیرچه بلوک خواهیم پرداخت:
گام اول به دست آوردن هندسه تیرچه
در بند 9-6-3-3 مبحث نهم مقدار عرض موثر تیرT شکل که شامل تیرچه نیز می شود را بیان می کند:
گام دوم محاسبه ممان اینرسی مقطع ناخالص یا کل (Ig):
گام سوم محاسبه ممان اینرسی مقطع ترک خورده تبدیل یافته (Icr):
برای مقاطع بدون فولاد فشاری داریم:
و هم چنین برای مقاطع با فولاد فشاری داریم:
گام چهارم محاسبه لنگر خمشی ترک خوردگی مقطع (Mcr)
گام پنجم رابطه خیز
تیرچه ها با شرایط تکیه گاهی دو سر مفصل و با بارگذاری یکنواخت است، پس رابطه ی خیز برای این حالت را برداشت می کنیم:
گام ششم مقدار بار وارد بر تیرچه در طول زمان
برای محاسبه بارهای واردبر تیرچه نیاز به فرض کردن دو پارامتر زیر داریم، این فرض براساس قضاوت مهندسی است عددی بین 0 و 1 و در آیین نامه ها به آن اشاره ای نشده است.
α (نسبت کل بار مرده کف سازی قبل از اتصال قطعات غیر سازه ای که در سه ماهه اول اعمال می شود)
β (نسبت بارهای زنده دائمی به کل بارهای زنده)
خیز را برای 4 حالت بارگذاری خطی مختلف روی تیرچه محاسبه می کنیم:
برای دیدن اثر خزش هم مطابق بند 9 مبحث نهم ضوابط گفته شده را اعمال می کنیم.
گام هفتم به دست آوردن خیز
با داشتن رابطه خیز و ممان اینرسی موثر مقطع (با توجه به رابطه ی بیان شده آن) برای هر حالت بارگذاری خیز را محاسبه میکنیم.
گام هشتم کنترل تغییرشکل
در نهایت مقادیر خیز را با مقدار مجاز آن مقایسه می کنیم.
ضوابط و محدوديت های آرماتور افت و حرارت و آرماتور منفی
میلگردهای حرارتی در دو جهت عمود بر هم و در قسمت دال فوقانی و در حدود 2 سانتيمتر پايين تر از سطح دال قرار می گيرند. حداقل قطر ميلگردهای افت و حرارت، 6 ميليمتر مي باشد. نکته مهم در مورد آرماتورهای حرارتی نسبت سطح مقطع آرماتور حرارت و جمع شدگی به كل سطح مقطع بتن (سطح مقطع دال بالايي) در هر دو امتداد (عمود بر تيرچه و در راستاي تيرچه) است نبايد از مقادير زير كمتر اختيار شود:
- براي ميلگردهای آجدارS300, S220 و S350 برابر 0.002
- براي ميلگردهای آجدار S400 و شبكه های جوش شده صاف يا آجدار برابر 0.0018
- برای ميلگردهای آجدار S500 و بالاتر برابر 0.0015
هم چنین حداكثر فاصله بين دو ميلگرد افت و حرارت در هر دو راستا، 25 سانتيمتر است. آرماتور بالايي تيرچه در صورتي كه داخل دال بتنی بالايی قرار گيرد، مي تواند به عنوان آرماتور افت و حرارت در راستای تيرچه منظور شود. ولي به هر حال حداكثر فاصله ی ذكر شده در بند قبل بين آرماتورهای حرارتی بايد رعايت گردد. با وجود طراحی تيرچه ها با فرض تكيه گاه ساده، لازم است تا آرماتور منفي معادل 15 درصد سطح مقطع آرماتورهای كششی وسط دهانه، در روی تكيه گاه اضافه شود. اين ميلگردها حداقل تا فاصله ی 0.2 برابر دهانه آزاد از تكيه گاه به طرف داخل دهانه ادامه 1 می يابند.
یک دیدگاه برای “آموزش جامع طراحی سقف تیرچه بلوک به صورت دستی و نرم افزاری”
دیدگاهتان را بنویسید
سبد خرید
سلام ببخشید تیرچه هایی که در ساخت‌آن‌ها ۴ عدد میلگرد زیگزاگ به کار می بریم چگونه است؟عملکردشان را توضیح بدهید.