سقف عرشه فولادی
سقف را میتوان یکی از مهمترین قسمتهای ساختمان دانست و باید از مقاومت و وزن متناسبی برخوردار باشد تا بتواند نیروهای وارده را تحمل کند تا دچار آسیب نگردد. سیستمها و روش های مختلفی برای اجرای آن وجود دارد که متناسب با پروژه انتخاب میشود. در این مقاله به معرفی سقف عرشه فولادی میپردازیم.
سقف عرشه فولادی (Metal Deck)
سقف یکی از اجزای اصلی ساختمان است و تاثیر چشمگیری بر روی وزن نهایی آن دارد بنابراین با استفاده از سقف سبکوزن عرشه فولادی (سقف مدرن) میتوان وزن نهایی ساختمان را کاهش داد تا در برابر زلزله آسیب جدی به آن وارد نگردد. سقف عرشه فولادی از ورقهای فولادی گالوانیزه و برشگیرها (گل پیچ) ساخته شده است و اجرای این نوع سقف مدرن با استفاده از عملیات آرماتوربندی و بتنریزی بر روی ورقهای فولادی گالوانیزه صورت میگیرد. البته از سایر اجزای اصلی این نوع سقف ساختمانی میتوان به وجود تیرهای فرعی در بین تیرهای اصلی نیز اشاره کرد. سقف عرشه فولادی وزن بسیار کمی نسبت به سایر سقفهای ساختمانی دارد و از اینرو در هنگام زلزله نیروی کمتری را به ساختمان وارد کرده و بهراحتی میتواند استحکام خود را حفظ کند و درنهایت میزان خسارات و آسیبهایی که به آن وارد میگردد نیز کمتر است. از نظر تیم علمی تخصصی ACE یکی دیگر از مزایای سقف عرشه فولادی، سرعت بالا در اجرا است. از آنجایی که در اجرای این نوع سقف ساختمانی از عرشه فولادی استفاده میشود سرعت اجرای سقف نیز به صورت چشمگیری افزایش پیدا میکند. به دلیل عدم نیاز به شمعبندی در سقف عرشه فولادی، امکان اجرای موازی و همزمان چندین سقف را با این روش فراهم میکند و درنهایت بر روی سرعت اجرای کل پروژه ساختمانی نیز تاثیر چشمگیری خواهد داشت. در ساخت و اجرای این نوع سقف ساختمانی به دلیل استفاده از ورقهای گالوانیزه ذوزنقهای شکل بدون میلگرد، عملیات قالببندی وجود ندارد و همین عامل موجب افزایش سرعت اجرای سقف عرشه فولادی میشود. همچنین عملیات کفسازی و پوکهریزی در این نوع انجام نمیشوند و عملیات نازککاری به آسانی و با سرعت بالایی انجام میگیرد و مهمتر از همه اینکه موجب کاهش هزینه نهایی در اجرای یک پروژه ساختمانی میشوند.
از نظر تیم علمی تخصصی ACE، سقف عرشه فولادی از دو نظر دارای ایمنی بالایی نسبت به دیگر انواع سقفها است. به دلیل وجود یک عرشه فولادی مقاوم و همچنین عدم نیاز به قالببندی، احتمال رخ دادن مشکلاتی نظیر باز شدن ناگهانی قالب و گیر کردن پای کارکنان درون آرماتورها وجود ندارد. علاوه بر این، به دلیل سرعت بالای اجرای سقف عرشه فولادی، پس از نصب ورقهای گالوانیزه و اتصال آنها به تیرهای فرعی، یک سطح ایمنی برای کار فراهم میشود. در این روش، خطرات ناشی از افتادن تجهیزات، مصالح یا قالبها از طبقات بالایی به حداقل میرسند. این ویژگی، علاوه بر جلوگیری از آسیبهای جانی و مالی، از تاخیرهای احتمالی ناشی از موارد ذکر شده را نیز کاهش میدهد. به این ترتیب، عملیات اجرای سقف با پیوستگی بیشتری انجام میشودبا وجود، وزن نسبتا پایین ورقهای فولادی، ضخامت کم سقف و مصرف پایین بتن در سقف عرشه فولادی، استحکام این سقف در برابر تحمل بارهای اعمال شده کمتر از سقفهای دیگر نیست. این ویژگی، بهرهوری بالای سقف عرشه فولادی را نمایش میدهد. ساختار و نحوه اجرای سقف عرشه فولادی باعث یکپارچگی آن شده است. علاوه بر این، وجود ورق گالوانیزه موجودار در زیر سقف، باعث نظم و زیبایی سازه میشود.
یکی از عوامل تاثیرگذار بر عملآوری بتن و خوردگی سقف، شرایط آب و هوایی است. عملآوری مناسب با استفاده از میلگرد حرارتی در سقف عرشه فولادی تامین میشود. همچنین، روکش گالوانیزه روی عرشههای فولادی، مقاومت سقف در برابر خوردگی، پوسیدگی و زنگ زدن را افزایش میدهند.
مراحل مختلف اجرای سقف عرشه فولادی
1_ دپوی مصالح و جاگذاری عرشههای فولادی:
ورقهای کامپوزیت دپو شده در کارگاه به محل پروژه ساختمانی برده شده و در آنجا تنها با استفاده از یک بالابر (بدون نیاز به نیروهای انسانی) به ترازهای مختلف طبقات انتقال داده میشوند. عرشههای فولادی دارای گیرههای نر و ماده هستند بهگونهای که به راحتی میتوان آنها را در یکدیگر قرار داد و به راحتی بدون ترس از خطر سقوط بر روی آنها رفتوآمد کرد. ضخامت ورقهای فولادی برابر با 0.8 میلیمتر تا 1.2 میلیمتر است. با استفاده از دستگاههای مخصوص و حرفهای مقاطع ورقهای فولادی گالوانیزه را به شکل موجدار (ذوزنقهای شکل) میسازند. ورقهای عرشه فولادی برای انواع دهانههای بزرگ و کوچک قابل استفاده میباشند و تا دهانه ۶ متر به کمک تیر فرعی (بدون نیاز به اجرای شمع) و تا دهانه ۳ متر بدون نیاز به تیر فرعی قابلیت اجرا را دارند. وزن ورقهای فولادی گالوانیزه به ابعاد آن بستگی دارد. با این وجود، وزن استاندارد این نوع ورق حدود 70 کیلوگرم است. به دلیل وزن نسبتا پایین آن، جابجایی و جانمایی آن توسط افراد و یا دستگاههای کوچک امکانپذیر خواهد بود.
2_ نصب میلگرد و گلمیخ:
دو جزء اصلی سقفهای عرشه فولادی، میلگردها و گلمیخها هستند. از گلمیخ برای اتصال عرشه فولادی به میلگرد استفاده میشود. گلمیخ (برشگیر) بهعنوان رابطی میان ورق فولادی و بتن قرار گرفته و از اینرو بدون وجود گلمیخ امکان اتصال ورق گالوانیزه به بتن وجود ندارد. معمولا قطر گلمیخها برابر با 20 میلیمتر (حداکثر قطر 25 میلیمتر) با ارتفاع متغیر است و کمترین ارتفاع گلمیخ بعد از نصب باید برابر با 40 میلیمتر باشد. گلمیخها و یا برشگیرها با استفاده از یک دستگاه جوش قوس الکتریکی مخصوص (Stud Welder) به تیرهای سازهای جوش میشوند. این فرآیند، موجب یکپارچگی مواد در سقف عرشه فولادی میشود. به علاوه، به کارگیری گل میخ از لغزش مواد (بخصوص بتن) بر روی یکدیگر جلوگیری میکند. هدف از آماتوربندی در اجرای سقف عرشه فولادی؛ تقویت مقاومت کششی بتن و جلوگیری از ایجاد ترک در سقف، تحمل بارهای متمرکز و تقویت مقاومت فشاری بتن، جلوگیری از جمع شدگی بتن است.
3_ بتنریزی:
آخرین مرحله و یکی از اصلیترین مرحله اجرای سقف عرشه فولادی، بتنریزی است. بعد از اتصال میلگردها به عرشههای فولادی عملیات بتنریزی شروع میشود و این روش موجب میگردد بتن در سطح صافی قرار گیرد و هوا با سرعت بالایی از آن خارج میگردد. میزان وزن بتن مورد استفاده در این نوع سقف حدود 30 تا 60 درصد کمتر از سایر سقفهای دال بتنی کامپوزیت و تیرچه بلوک میباشد. کف این سقف، وظیفه تحمل بارهای وارده را برعهده دارد و به همین دلیل، کیفیت بتن مورد استفاده در این نوع سقف، مانند کیفیت فولاد به کار رفته در هسته ورق، از اهمیت بالایی برخوردار است. متداولترین بتن مورد استفاده در سقف عرشه فولادی از نوع بتن معمولی است. در صورت عدم آرماتوربندی سقف میتوان از بتنهای الیافی در سقف عرشه فولادی استفاده کرد. به دلیل طراحی دندانهای عرشه فولادی و ضخامت کم آن نسبت به دیگر سقفها، بتن مورد نیاز برای اجرای سقف به طور قابل توجهی کاهش مییابد.
نحوه محاسبه بتن در سقف عرشه فولادی
با در نظر گرفتن رفتار مرکب دال و عرشه، دهانه مجاز را طبق خیز تحت بار زنده، کنترل ظرفیت خمشی مثبت دال و خیز تحت مجموع بارهای زنده و مرده برآورد میشوند. در محاسبات دال عرشه از عرشه و تیر بدون شمع بندی استفاده میشود. از آن جایی که مقاومت تسلیم ورقهای فولادی گالوانیزه تولیدی در کارخانجات داخلی در بازه ۳۰۰۰ تا ۳۵۰۰ کیلوگرم بر مترمربع قرار دارند، باید فرضیات زیر را درنظر گرفت:
- حداقل تنش مجاز عرشه ها برابر است با: fy=3000kg/m²
- وزن مخصوص خشک بتن ۲۳۵۰kg/m²
- وزن مخصوص تَر بتن ۲۴۰۰kg/m²
- مقاومت فشاری بتن f’c=210kg/m²
- حداکثر و حداقل پوشش بتنی روی آرماتور حرارتی در بالای عرشه 30 و 15 میلیمتری خواهد بود.
- مقدار آرماتور حرارتی معادل با 0.075 درصد سطح مقطع دال بر روی عرشه خواهد بود.
- حداکثر دهانه مجاز عرشههای فولادی (حد فاصل بین دو تیر اصلی) باید 12 متر باشد.
- حداکثر دهانه مجاز عرشههای فولادی در تیرهای فرعی نیز بر اساس فرمول زیر محاسبه می شود.
d/L>1/20
d = عمق تیر + ضخامت دال
L= طول دهانه تیر
- ضخامت دال بتنی در بالای دندانههای ورق فولادی حداقل 50 میلیمتر است. بنابراین، ارتفاع کل سقف عرشه فولادی معمولا بین 125 تا 200 میلیمتر خواهد بود.
طراحی دستی سقف عرشه فولادی
در صورتی که کفسازی با پوکه معدنی انجام شده باشد، دال بتنی سقفهای عرشه فولادی به ضخامت 5 سانتیمتر برای طبقات در نظر گرفته میشود. ضخامت دال بتنی سقفهای عرشه فولادی برای بام نیز به اندازه 5 سانتیمتر تعیین میشود. در صورتی که کفسازی با فوم بتن انجام شده باشد، ضخامت دال بتنی سقف عرشه فولادی 5 سانتی متر برای طبقات و بام در نظر گرفته میشود. برای محاسبه بار مرده سقف، نیاز به مطالعه پیوست شماره 6 -1(مربوط به جرم مخصوص مواد، واحد حجم مصالح و اجزای ساختمان) می باشد. برای طراحی و محاسبه دستی سقف عرشه های فولادی دو روش وجود دارد.
روش اول: ورقهای عرشه فولادی به عنوان یک قالب ماندگار در نظر گرفته میشوند.
روش دوم: ورقهای عرشه فولادی به عنوان یک بخش سازهای از سقف و المان کششی موثر در اثر افزایش ظرفیت خمشی مقطع مرکب (در برابر لنگرهای مثبت) در نظر گرفته میشود.
تیم علمی تخصصی ACE توضیحات فوق را در قالب مثال بیان میکند.
مثال:
در این مثال، تیرهای اصلی سازه بر اساس بار وارد شده توسط عرشه فولادی و بتن طراحی می شوند. همچنین، برشگیرهای سقف کامپوزیت عرشههای فولادی به صورت دستی محاسبه میشوند. در نهایت به صورت گام به گام، مراحل طراحی و کنترل خیزهای ورقهای عرشه فولادی بیان میشود. برای محاسبه مقاومت برشی عمود بر صفحه دال بتنی سقف، میتوان از مقاومت ورق صرفنظر کرد. همچنین، فرضیات زیر را برای تحلیل اجزای مختلف سیستم سقف، در نظر گرفت.
- فاصلهی تیرچه ها برابر 2 متر
- طول تیرچه ها برابر 5.4 متر
- وزن بار مرده سقف (مجموع بتن و عرشه) برابر 300 کیلوگرم بر متر مربع
- وزن بار زنده سقف برابر 200 کیلوگرم بر متر مربع
در بخش ب از بند 10-2-8-8 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، یک فرمول برای محاسبه کردن مقاومت برشی اسمی گل میخ ها ارائه شده است که در تصویر زیر قابل مشاهده می باشد.
اگر فرض کنیم قطر گل میخ 19 میلیمتر باشد، مساحت گل میخ بر اساس فرمول 10-2-8-36 مبحث دهم محاسبه میشود.
به منظور محاسبه مدول الاستیسیته بتن (EC) طبق مبحث نهم در بند 9-3-6-1، میتوان به صورت زیر محاسبه کرد.
نتیجهگیری:
طراحی سقف عرشه فولادی نیاز به تخصص بالایی دارد و اگر توسط مهندسان خبره انجام نشود، مزایای بسیاری که در خصوص استفاده از این سیستم سازهای سقف گفتهشده، محقق نخواهند شد. توجه به الزامات آییننامهای و ضوابط گفتهشده در مراحل تولید، طراحی و نصب اجزا میتواند تضمینی برای ایمنی و پایداری ساختمان در هنگام وقوع بلایای طبیعی باشد.
منابع:
مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399
مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
گردآورنده:
