عمران فایل

سقف عرشه فولادی؛ بررسی جزئیات و طراحی آن با حل یک مثال جامع

قبلا طراحی سقف تیرچه بلوک را باهم یاد گرفتیم اما با توجه به سوالاتی که برایم ایمیل کردید مانند مراحل طراحی دستی سقف عرشه فولادی چیست؟ حداکثر دهانه سقف عرشه فولادی چند متر است؟ چه جزئیاتی سقف عرشه فولادی دارد؟

پیشنهاد میکنم این مقاله رایگان را با دقت مطالعه کنید و اگر سوالی داشتید حتما آن را در کامنت های همین صفحه مطرح کنید.

سقف عرشه فولادی

شکل ۱: نمونه سقف عرشه فولادی

با خواندن این مقاله چه می آموزیم:

  • اجزای سقف عرشه­ فولادی
  • مزایا و معایب سقف عرشه­ فولادی
  • طراحی دستی سقف عرشه­ فولادی به همراه الزامات و مثال طراحی
  • طراحی گل­میخ در سقف عرشه ­فولادی
  • حداکثر دهانه در سقف عرشه ­فولادی

جزئیات سقف عرشه ­فولادی

  1. ورق­ های عرشه ­فولادی
  2. فلاشینگ
  3. بتن
  4. شبکه آرماتور
  5.  گل­میخ

 

 

جزئیات سقف عرشه فولادی

شکل ۲: اجزای سقف عرشه ­فولادی  

 

ورق‌های عرشه­ فولادی

ورق‌های گالوانیزه، با شکلی ذوزنقه‌ای ساخته شده و به علت اینکه بتوانند نیروی برشی لازم را بین بتن و ورق گالوانیزه ایجاد کنند، با ایجاد زائده‌هایی بر روی ورق‌ها باعث درگیری بین آن‌ها می‌شوند.

 

ورق های عرشه یکی از جزئیات سقف عرشه فولادی است

شکل ۳: نمونه ورق­ های عرشه ­فولادی

 

این ورق‌ها در کارخانه به روش‌های شکل دهی سرد، به ‌وسیله دستگاهی به نام Roll Forming تولید می‌شوند.

 

دستگاه تولید ورق عرشه ­فولادی

شکل ۴: دستگاه تولید ورق عرشه ­فولادی

بعد از تولید، به ‌وسیله دستگاه برش، به ابعاد مورد­نیاز از نظر طول و دهانه سقف مورد­نظر برش داده می‌شوند. ضخامت این ورق‌ها بین ۰٫۸تا ۱٫۲ میلی متر بوده، همچنین عرضشان بین ۱۰۰۰ تا ۱۲۵۰ میلی متر می‌باشد.

برای ارسال کردن ورق ­ها به محل پروژه آن­ها را به صورت شکل زیر در دسته ­هایی قرار می دهند که به هر دسته بندیل گفته می شود.

انتقال ورق های عرشه فولادی با بندیل

شکل ۵: انتقال ورق عرشه­ فولادی

نحوه حمل ورق های عرشه فولادی

شکل ۶: انتقال ورق عرشه­ فولادی

نکته بسیار مهم در حمل این ورق­ ها:

از آنجایی که این ورق­ ها لاغر می باشند، باید توجه شود که به هنگام حمل و جابجایی تغییرشکلی در آن­ها ایجاد نشود.

نکات اجرایی مربوط به ورق های عرشه­ فولادی

همانطور که می دانیم هر قسمت از اجزای ساختمان دارای قوانین خاص خودش بوده و به تبع آن ورق­ های عرشه ­فولادی نیز دارای قوانین خاصی می باشند که در آیین نامه ­ها آمده است. در این بخش، نکاتی از آیین نامه استاندارد ملی ایران را ارائه می کنیم.

ضوابط سقف عرشه فولادی

در بخش چهارم آیین نامه درباره خصوصیات مکانیکی ورق­ های عرشه فولادی این­گونه می گوید:

ضوابط عرشه فولادی

در آیین نامه به نکات مربوط به مقادیر مجاز رواداری (میزان خطا در ابعاد و اندازه ­ها، انحراف در ساخت و جایگذاری) ورق­ های عرشه فولادی و جزئیات پوشش این ورق ­ها نیز اشاره شده است:

ابعاد عرشه فولادی

برای اینکه تولید این ورق­ ها به صورت دقیق انجام شود، باید از روی نقشه ­های چون ساخت (as built) تولید شوند.

نقشه­ های چون ساخت (as builtنقشه­ هایی هستند که کارشناس پروژه از پروژه اجرا شده تولید می کند؛ به این دلیل که ممکن است به علت خطا یا مشکلات به وجود آمده حین اجرا، نقشه های اجرایی با پروژه اجرا شده تفاوت ­هایی داشته باشند.

همانطور که گفته شد بعد از تولید، ورق­ ها باید با توجه به ابعادشان دسته­ بندی (بندیل) شده و به محل پروژه منتقل شوند. اما به طور کلی این دسته­ بندی باید به گونه­ ای انجام شود که باعث تغییر شکل در ورق­ ها نشود. چند حالت از دسته ­بندی ورق ­ها را در زیر ارائه می کنیم:

۱- در این حالت ورق­ های یک دسته شبیه و برابر یکدیگر بوده و احتمال آسیب­ دیدگی و تغییر شکل کمتری خواهند داشت. این حالت بهترین نوع دسته ­بندی است.

دسته­ بندی ورق­ های عرشه فولادی

شکل ۷: دسته­ بندی ورق­ ها

دسته بندی ورق های عرشه فولادی

شکل ۸: دسته ­بندی مناسب ورق ­های عرشه فولادی

 

۲- حالت زیر در صورت امکان نباید استفاده شود؛ به دلیل اینکه جدا­سازی ورق ­ها در کارگاه سخت بوده و همچنین احتمال صدمه خوردن و تغییر شکل زیاد می باشد.

دسته­ بندی ورق­ های عرشه

شکل ۹: دسته­ بندی ورق­ ها

 

۳-حالتی دیگر برای دسته­ بندی به صورت زیر است. در این حالت نیز احتمال صدمه دیدن ورق ­ها وجود دارد.

تقسیم بندی ورق های عرشه فولادی

شکل ۱۰: دسته ­بندی ورق ­ها

 

۴- در این حالت که نسبت به حالت قبل، تعداد ورق­ های کوچک­تر کمتری بر روی ورق ­های بزرگ قرار گرفته، احتمال آسیب دیدگی کمتر می باشد.

دسته بندی ورق های گالوانیزه

شکل ۱۱: دسته ­بندی ورق­ ها

 

بعد از انتقال ورق­ ها به محل پروژه، آن­ها را به طبقات ساختمان منتقل کرده و با جایگذاری در محل­ های مورد­نظر، به وسیله دستگاه ­های میخ­کوب و یا جوش به تیر­های اصلی و فرعی متصل می شوند.

جوشکاری سقف عرشه فولادی

شکل ۱۲: جوش سقف عرشه فولادی

در بخشی از آیین نامه استاندارد ملی ایران که مربوط به سقف­ های عرشه فولادی است، درباره جوش نقطه ­ای و جوش خطی ورق­ های عرشه فولادی به تیر­های سازه این گونه آمده است:

ضوابط اتصال عرشه به تکیه گاه

همچنین درباره جوشکاری عرشه ­ها در بخش هشتم آیین نامه این گونه بیان شده است:

ضوابط جوشکاری ورق های عرشه فولادی

در بخش نهم این استاندارد درباره اتصالات مکانیکی چنین صحبت می شود:

اتصال های مکانیکی ورق های عرشه فولادی

در سقف عرشه فولادی باید ورق­ های مجاور هم در امتداد عرضی یک دهانه، به روشی به یکدیگر متصل شوند. در بخشی از استاندارد سقف­ های مرکب عرشه فولادی درباره همین موضوع الزاماتی نیز آورده شده است:

ضوابط ناحیه هم پوشانی ورق های عرشه فولادی

همچنین استاندارد مذکور الزاماتی درباره طره ­ها نیز ارائه داده است:

ضوابط طراحی سقف عرشه فولادی

شکل ذوزنقه ای ورق­ های عرشه فولادی

سقف­ های عرشه فولادی را به صورت ذوزنقه ای تولید می کنند. (به این علت که شکل ذوزنقه ای آن باعث افزایش ممان اینرسی سطح مقطع می شود.)  

اگر بخواهیم درک بهتری پیدا کنیم، باید به چین­های ایجاد شده در بادبزن توجه کنیم. این چین­خوردگی­ها باعث می شود که بتواند در برابر نیروی ایجاد شده توسط باد، مقاومت بهتری از خود نشان دهد. همین مسئله را در ورق­های سقف عرشه فولادی نیز داریم که باعث افزایش مقاومت ورق می شود. در نتیجه افراد حاضر در پروژه، بدون اینکه در ورق­ها تغییر شکل و حرکت محسوسی ایجاد شود، به راحتی می توانند بر روی آن­ها حرکت کنند.

۲-فلاشینگ­ ها

به مقاطع L شکلی که از آن‌ها در لبه آزاد دهانه‌ها، برای جلوگیری از خروج بتن از روی ورقه‌های عرشه فولادی استفاده می‌شود فلاشینگ می‌گویند. از فلاشینگ ­ها در بخش‌های متفاوتی از ساختمان مانند رمپ، بخش پیرامونی سقف و … استفاده می‌شود.

برای اینکه پایداری فلاشینگ­ ها را در برابر نیروی وارد شده از طرف بتن حفظ کنیم، نیاز است از تسمه‌های مخصوصی که وظیفه آن‌ها مهار و اتصال فلاشینگ ­ها به‌وسیله ورق‌های گالوانیزه عرشه سقف است، استفاده کنیم.

 

فلاشینگ یکی از اجزاء سقف عرشه فولادی

شکل ۱۳: فلاشینگ

۳- بتن

بتنی که ما در سقف‌های عرشه فولادی استفاده می‌کنیم تفاوت چندانی با بتن در دیگر اجزا ندارد. مقاومت این بتن بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد. ویژگی‌هایی که آیین نامه در بندهای ۴-۲-۱ و ۴-۲-۲ برای بتن مورد استفاده در سقف عرشه فولادی ذکر می‌کند، به شرح زیر است:

طبق بند ۴-۲-۱: بتنی که در عرشه استفاده می‌کنیم باید منطبق با ضوابط بیان شده در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان باشد.

طبق بند ۴-۲-۲: مقاومت فشاری بتن در دال‌های مرکب عرشه فولادی نباید از MPa 20 کمتر و از MPa 40 بیشتر باشد. درصورتی‌که بر پایه رده‌بندی آتش به مقاومتی بیشتر از MPa 40 نیاز بود، در محاسبه‌های مربوطه از مقاومت MPa 40 استفاده شود.

در بند ۵-۲-۴-۱ در­خصوص مقدار پوشش بتن ورق‌های گالوانیزه نیز نکاتی بیان شده است:

ضخامت بتن یا حداقل پوشش بتن روی سطح بالایی عرشه فولادی نباید از mm 50 و یا مقدار لازم برای رده‌بندی مقاوم در مقابل آتش، کمتر باشد. حداقل پوشش بتن برای میلگردها نیز باید مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان باشد.

ضخامت بتن روی سقف عرشه فولادی

شکل ۱۴: بتن در سقف عرشه فولادی

تمیزکاری قبل از بتن‌ریزی

باید قبل از شروع بتن‌ریزی، تمام مصالح باقیمانده و اضافی از روی سطحی که بتن‌ریزی انجام می شود، جمع شود.

۴- شبکه آرماتور

وجود شبکه آرماتور در سقف عرشه فولادی به این علت می باشد که آب اضافی مورد­نیاز در سیمان برای عملیات هیدراتاسیون، به علت خاصیت مویینگی خارج می شود و با آغاز شدن عملیات گیرش باعث جمع شدگی بتن شده و در نتیجه ترک ­هایی در بتن ایجاد می شود. این حالت در بتن­ ریزی­ های حجیم بیشتر دیده می شود.

همچنین تغییر دما نیز باعث انقباض و انبساط بتن و ایجاد تنش می شود. همانطور که در سقف­ های دیگر آرماتور افت و حرارت داریم، در سقف عرشه فولادی نیز این آرماتور را داریم و از میلگرد­های ساده به قطر ۸ میلی متر استفاده می کنیم.

اما نکته ای که به آن باید توجه شود این است که آرماتور­گذاری باعث کاهش سرعت اجرای سقف عرشه فولادی می شود. برای حل این مشکل، میلگرد­گذاری را به صورت شاخه ای انجام نمی­دهیم و از مش­های آماده که از میلگرد­هایی به صورت شبکه­ای و به وسیله جوش به یکدیگر متصل هستند، استفاده می کنیم تا سرعت اجرای سقف بالا رود.

همچنین باید به این موضوع توجه کنیم که در بعضی مواقع میلگرد­های سقف عرشه فولادی نقش سازه ای دارند. بنابراین اگر از نقش سازه­ای ورق­های سقف عرشه فولادی صرف نظر کنیم، برای افزایش ظرفیت خمشی و کاهش ترک­های وسط دهانه ناشی از خمش، باید از میلگرد­های تقویتی وسط دهانه استفاده کنیم.

شبکه آرماتور در سقف عرشه فولادی

شکل ۱۵: شبکه آرماتور در سقف عرشه فولادی

۵-گل­میخ

گل­میخ در سقف عرشه فولادی نقش مهمی را ایفا می کند، به این صورت که تنش و نیروی برشی ایجاد شده را به تیر­های سقف منتقل می کند. گل­میخ ­ها، میخ ­های سر پهنی از جنس فولاد با مقداری کمی کربن می باشند که دارای مقطعی استوانه ای با حداکثر قطر ۲۰ میلی متر بوده و به روش فورج سرد تولید می شوند. روش فورج سرد یکی از بهترین روش­های تولید برای قطعاتی هستند که می خواهند تحت تنش و شرایط بحرانی قرار بگیرند.

در روش فورج سرد، تمامی مراحل شکل دادن به صورت سرد انجام می شود و قطعات به هیج وجه حرارت ­دهی نمی شوند. یک عملکرد بسیار مفیدی که گل­میخ ها دارند به این صورت است که انتقال و تحمل نیروی برشی را در همه جهات دارند.

گلمیخ یکی از اجزاء سقف عرشه فولادی

شکل ۱۶: گل­میخ

ضوابط جوشکاری گل­میخ

ضوابط جوشکاری گل‌میخ به دو دسته تقسیم می‌شود:

ضوابط عمومی

  1.  شکل هندسی گل‌میخ‌ها باید به‌گونه‌ای باشد که برای انجام جوش قوس الکتریکی به‌وسیله تجهیزات خاص مناسب باشد.
  2. هر یک از گل‌میخ‌ها باید یک حلقه محافظ از جنس سرامیک یا از مصالح مناسب داشته باشد.
  3. باید نوع و اندازه گل‌میخ در نقشه‌های مشخصات فنی یا سایر مدارک طراحی توضیح داده شود.
بررسی جزئیات سقف عرشه فولادی

شکل ۱۷: گل­میخ و حلقه محافظ

ضوابط مکانیکی

  • گل‌میخ می‌بایست از میله‌های سرد کشیده شده ساخته شده باشد.
  • روی سطح مقطع‌هایی که گل‌میخ‌ها را به آن جوش می‌دهیم نباید فلس، زنگ، رطوبت یا هر ماده ای که مانع انجام جوش خوب می‌شود، باشد.
  • حلقه سرامیکی که از آن استفاده می‌کنیم باید کاملاً خشک و بدون رطوبت باشد؛ به این دلیل که وجود رطوبت در هنگام برقراری قوس الکتریکی باعث بالا رفتن دما در مقطع گل‌میخ و سرامیک و در نتیجه تبخیر این رطوبت می‌شود. این بخار باعث ایجاد ناپیوستگی میان گل‌میخ و سطح تیر می‌شود و از کیفیت جوش کم می‌کند. بنایراین اگر این حلقه به علت باران یا هر دلیل دیگری رطوبت داشت، باید آن را در دمای ۱۲۰ درجه به مدت ۲ ساعت قرار دهیم.
  • فاصله طولی و عرضی گل‌میخ‌ها از هم و فاصله آن‌ها با لبه بال تیر می‌تواند حداکثر ۲۵ میلی‌متر با آنچه در نقشه نمایش داده شده، تفاوت داشته باشد.

قطر گل‌میخ + ۳ میلی ‌متر = حداکثر فاصله گل‌میخ از لبه بال تیر 

این فاصله نباید از  ۳۸ میلی‌متر بیشتر شود.

ضوابط دیگر جوشکاری گل­میخ

  • گل‌میخ‌ها را باید توسط تجهیزات خودکار جوشکاری گل‌میخ که به یک منبع انرژی با جریان یکسو و قطبیت مثبت متصل است، جوش دهیم.
  • زمانی که دمای فلز پایه از ۱۸- درجه کمتر باشد یا سطحی که می‌خواهیم جوشکاری کنیم، مرطوب باشد، باید از جوشکاری خودداری کنیم.
  • در زمان جوشکاری باید تا وقتی‌که فلزات مذاب در موقعیت اولیه جوشکاری سفت شوند، تفنگ مربوطه را نگه‌ داریم.
  • در متراژ­های پایین و در پروژه‌هایی که امکان تأمین برق مورد­نیاز ممکن نیست، می‌توانیم برای جوش مستقیم گل‌میخ به سازه فلزی از روشی دیگر استفاده کنیم. در این روش باید از قبل ورق گالوانیزه را در محل اتصال گل‌میخ ببریم و بعد گل‌میخ را جوشکاری کنیم. حتماً باید آزمون جوش گل‌میخ با اهرم در زاویه ۶۰ درجه را انجام دهیم و گل‌میخ نباید از محل اتصال شکسته یا جدا شود.

 

جوشکاری گلمیخ در سقف عرشه فولادی

شکل ۱۸: جوشکاری گل­میخ در سقف عرشه فولادی

ضوابط ارزیابی گل‌میخ‌ها

طبق آیین ­نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه ۲۲۸)، گل‌میخ‌ها باید تحت یک­سری آزمایش مهم قرار گیرند:

 آزمایش خمش

این آزمایش به این­صورت می باشد که گل­میخ را ۹۰ درجه نسبت به محورش خم می کنیم. اگر در تنه گل­میخ و ورق شکست اتفاق افتاده و شکستی در جوش اتفاق نیفتد، نتایج قابل قبول می باشد.

 آزمایش پیچش

در این آزمایش، یک دستگاه در گل­میخ ایجاد پیچش می کند. اگر تخریب قطعه بدون ایجاد شکست در جوش گل­میخ اتفاق بیفتد نتایج آزمایش قابل قبول می باشد.

آزمایش پیچش برای گلمیخ های سقف عرشه فولادی

آزمایش کشش

در این آزمایش به وسیله دستگاهی که در گل­میخ ایجاد نیرو کرده، در صورتی که محل گسیختگی، جوش نباشد، نتیجه قابل قبول خواهد بود.

کنترل در حین ساخت

آزمایش پیش از تولید گلمیخ ها

باید علاوه بر بازرسی عینی، گل‌میخ را پس ‌از اینکه سرد شد به ‌اندازه ۳۰ درجه خم کنیم. این آزمایش را می‌توانیم به کمک اهرم و ۹ ضربه چکش انجام دهیم.

درصورتی‌که دما از ۱۰ درجه سانتی‌گراد کمتر بود، باید بارگذاری را به‌صورت آهسته انجام دهیم تا گل‌میخ بر اثر ترد شکنی نابود نشود.

مزایا سقف عرشه فولادی

مزایای سقف عرشه فولادی
مزایا توضیح
سرعت بالا به علت تولید سریع ورق‌های عرشه فولادی و همچنین بتن‌ریزی همزمان چندین سقف، سرعت انجام کار بالا می رود. به این صورت که در یک روز می‌توان ۵۰۰ تا ۱۰۰۰ مترمربع را در سریع‌ترین حالت ممکن اجرا کرد که این سرعت در پروژه‌های بزرگ باعث کاهش هزینه‌های جاری می‌شود.
کنترل بارها حین اجرا به علت وجود ورق‌های گالوانیزه دیگر نیاز به شمع­بندی نیست و بار حین اجرا (از قبیل نیروی انسانی و بتن تازه) را خود ورق‌ها تحمل می‌کنند.
سبک بودن با این سقف حدود ۲۵ درصد از بار مرده سازه کم می شود و این کار باعث کاهش مصرف فولاد در سازه‌های فلزی و همچنین باعث کاهش میلگرد می‌شود. همچنین به علت شکل خاص ورق‌های گالوانیزه، باعث می‌شود که از بتن کمتری استفاده شود. همه این موارد از مزایای سبک بودن سقف عرشه فولادی می باشد.
مقاومت در برابر زلزله و آتش­سوزی در این نوع سقف می توان ورق های گالوانیزه را با پوشش ضد حریق مناسب (با توجه به ضخامت سقف، مقطع تیرها و ستون ها و نوع سازه) در برابر آتش‌سوزی تا حد زیادی مقاوم کرد.
صرفه اقتصادی این سقف از نظر اقتصادی به‌صرفه است؛ به علت اینکه مقدار فولاد به کار رفته در سازه و همچنین مقدار مصرف میلگرد را کاهش می‌دهد. همچنین هزینه‌های بالاسری از قبیل حقوق رئیس کارگاه و کلیه پرسنل و نظارت، کاهش می‌باید.
جاگذاری ورق­های عرشه فولادی این ورق ها دارای نر و مادگی می باشد که می توان از نیروی نیمه ماهر استفاده کرد و آن ها را به راحتی جفت کرد. همچنین بعد از این مرحله به راحتی می توانند بر روی ورق ها حرکت کنند و سرعت کار بالا می رود.
مدرن بودن با توجه به مقاومت کششی که این نوع سقف دارد و همچنین ضخامت های مختلفی که دارد، کار را برای طراحی راحت تر می کند. همچنین در پارکینگ ها به علت زیبایی خود ورق ها دیگر نیازی به سقف کاذب نیست.
مقاومت در برابر شرایط جوی سقف عرشه فولادی به علت داشتن پوشش گالوانیزه بر روی ورق باعث می شود که در هر شرایط جوی، عملکرد مناسبی از خودش نشان دهد و هزینه های اجرایی را کاهش می دهد. همچنین در هنگام زلزله، ریزش نداشته و به علت داشتن قالب ماندگار، دیگر با خطر سقوط تجهیزات مواجه نیستیم.
دسترسی بسیار آسان به تأسیسات به علت اینکه فاصله­ای بین تیرآهن و دال بتنی وجود دارد، فضای مناسبی برای مخفی کردن تاسیسات به­وجود می­آید.
حذف شمع و قالب­بندی به علت ورق­های گالوانیزه ***
انطباق مناسب با طرح­های معماری به علت انعطاف­پذیری در طراحی ***
صنعتی شدن ***
خطای انسانی کمتر ***
کاهش ضخامت سقف ***

معایب سقف عرشه فولادی

معایب سقف عرشه فولادی
معایب توضیح
اجرای دشوار در سازه­های بتنی اجرای این نوع سقف در اسکلت‌های بتنی سخت بوده و نیاز به تمهیدات خاص دارد.
نیاز به نیروی متخصص جهت اجرا درست است که سرعت اجرای این سقف بالاست ولی مشکل اصلی آن در اجراست که نیاز به نیروی اجرایی متخصص دارد.
لرزش بیشتر نسبت به باقی سقف­ها این سقف دارای لرزش بیشتری نسبت به سایر سقف‌هاست. اما اگر از ضوابط و استانداری که در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان آمده استفاده کنیم، لرزش آن کمتر می‌شود. در ادامه مقاله، این ضابطه را بیان خواهیم کرد.
خوردگی فلز خوردگی فلز (از بین رفتن مواد به علت واکنش با محیط) در این نوع سقف دیده می‌شود که بسیار مهم می­باشد. یکی از روش‌هایی که آن را در برابر خوردگی مقاوم می‌کند، استفاده از روی خام است.
سختی کمتر نسبت به سیستم دال ***
آلودگی صوتی در هنگام اجرا ***
نیاز به استفاده از سقف کاذب در سطح زیرین خود ***

طراحی سقف عرشه فولادی به صورت دستی

استفاده از گل‌میخ در سقف عرشه فولادی باعث ایجاد یکپارچگی بیشتر در بتن و تیرهای سقف شده، درنتیجه سختی بیشتر سقف را در پی خواهد داشت و سقف به شکل Tهای پشت سرهم خواهد بود. در این صورت دال بتنی نقش بال فوقانی مقطع تیر سقف را دارد.

 

شکل ظاهری سقف های عرشه فولادی

شکل ۱۹: سقف به شکل T های متوالی

 

 

مقاومت برشی یک‌طرفه سقف

در استاندارد سقف ­های مرکب عرشه فولادی ایران، محاسبات مقاومت برشی یک‌طرفه سقف عرشه فولادی به ‌صورت زیر ارائه شده است:

بررسی مقاومت برشی سقف عرشه فولادی

مقاومت برشی دوطرفه(پانچ) سقف

استاندارد سقف ­های مرکب عرشه فولادی درباره برش پانچ سقف نیز روابطی ارائه می­دهد:

ضوابظ طراحی سقف عرشه فولادی

 

استاندارد سقف­ های مرکب عرشه فولادی در ادامه در مورد بارهای متمرکز و نحوه توزیع آن­ها و به طور کلی طراحی بتن روی عرشه فولادی برای گشتاور خمشی محور ضعیف Mwa در پهنای W، صحبت می­کند:

استاندارد های سقف عرشه فولادی

طراحی و الزامات

در استاندارد ملی سقف ­های مرکب عرشه فولادی، عملکرد ورق‌ های عرشه فولادی به دو شکل می‌شود بررسی کرد. در دیدگاه اول ورق‌های گالوانیزه به‌عنوان قالب در نظر گرفته می‌شوند. در دید دوم که دیدی دقیق‌تر است، ورق‌های گالوانیزه جزئی از سازه در نظر گرفته شده و به عنوان عضوی کششی که باعث افزایش ظرفیت خمشی مقطع مرکب در­برابر لنگر مثبت می‌شود به حساب می ­آیند.

این استاندارد در ابتدا بیان می­کند که دو روش طراحی (مقاومت مجاز و ضرایب بار و مقاومت) جهت طراحی سقف­های عرشه فولادی به­ کار گرفته می­شود:

ضوابط طراحی سقف عرشه فولادی

سپس درباره ترکیب بار­هایی که مقاومت این سقف باید تحت آن­ها مورد ارزیابی قرار گیرد صحبت می­کند (برای هر دو روش طراحی مقاومت مجاز و ضرایب بار و مقاومت):

ترکیب بار های سقف عرشه فولادی

در کنار روابط بیان شده تا اینجا، استاندارد سقف­ های مرکب عرشه فولادی مطالبی را درباره افتادگی ورق­ های عرشه فولادی تحت اثر وزن ورق و بتن تازه قرار گرفته روی آن بیان کرده است:

افتادگی ورق های عرشه فولادی

 

مثال:

در یک مثال ساده می خواهیم یک سقف عرشه فولادی را با فرضیات زیر طراحی کنیم. همانطور که گفته شد برای راحتی کار از نقش سازه ای ورق های گالوانیزه صرف نظر می کنیم.

فرضیات :

  • بار مرده سقف (بتن+عرشه) ۲۵۰ کیلوگرم بر متر مربع می­باشد.
  • بار زنده سقف ۲۰۰ کیلوگرم بر متر مربع می­باشد.
  • فاصله تیرچه ها ۳ متر و طول آن­ها برابر ۴ متر است.

با توجه به فرضیات بالا شروع به حل مثال می کنیم. ابتدا برای بدست آوردن نیروی برشی وارد بر تیر­های اصلی برای دهانه مورد نظر (جهت سهولت کار، تنها یک دهانه را مورد­بررسی قرار می­دهیم) از ترکیب بار ۱٫۲D+1.6L استفاده می کنیم.

 

بارگذاری سقف عرشه فولادی

 

 

این بار یک بار گسترده سطحی است که به دهانه موردنظر وارد می­شود، جهت تبدیل نیروی گسترده به نیروی خطی آن را در فاصله تیرچه­ها ضرب می کنیم. ­در­نتیجه نیروی خطی که بدست می­آوریم باری است که به هر یک از تیر­های دهانه مد­نظر وارد می شود و می توانیم نیروی برشی ایجاد شده در تیر را بدست آوریم.

مثال طراحی سقف عرشه فولادی

طراحی سقف عرشه فولادی

 

 

در سازه ­های فولادی به طور معمول از مقاطع IPE به عنوان تیر استفاده می شود، به همین دلیل جهت انتخاب مقطع مناسب توسط آیین نامه بند ۱۰-۲-۶-۲-۱ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان را به ­کار می­بریم.

بررسی مقاومت برشی سقف عرشه فولادی

با توجه به رابطه ارائه شده برای محاسبه مقاومت برشی اسمی در آیین­نامه، می­توان مساحت جان مقطع مورد­نیاز را بدست آورد. برای سهولت کار CV=1 در نظر می گیریم.

در­نتیجه داریم:

طراحی دستی سقف عرشه فولادی

 

 

بر اساس مساحت جان مقطع بدست آمده می توانیم IPE مورد نظر را از طریق جدول اشتال انتخاب کنیم. در جدول اشتال برای IPE80 مساحت جان مقطع حدوداً برابر AwIpe80 = (80- (2×۵٫۲))×۳٫۸=۲۶۴٫۴۸mm2  است که برای ما انتخاب مناسبی می باشد. نیروی مقاوم نهایی IPE80 را بر اساس رابطه ارائه شده محاسبه می کنیم.

 

طراحی گام به گام سقف عرشه فولادی

براساس بند ۱۰-۲-۶-۱ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ضریب کاهش مقاومت به صورت زیر اعمال می­شود:

الزمات عمومی طراحی دستی سقف عرشه فولادی

در نتیجه بر اساس رابطه بالا داریم:

φvVn=0.9 × ۳۸۰۱٫۶ = ۳۴۲۱٫۴۴ kgf ≤ Vu =3720Kgf

بنابراین از رابطه بالا به این نتیجه می­رسیم که IPE80 مقاومت برشی لازم را برای ما تأمین نمی کند. در نتیجه IPE100 را انتخاب می کنیم که باز هم باید کنترل شود:

طراحی سقف عرشه فولادی با دست

طراحی مقطع تیر مرکب

 

 

طراحی مقطع تیر مرکب تحت لنگر خمشی:

 

جزئیات سقف عرشه فولادی

لنگر ایجاد شده توسط نیروی خطی اعمالی به تیر­ها در تکیه گاه به صورت زیر محاسبه می گردد:

مقدار عرض موثر دال عرشه

 

براساس آیین نامه ACI318، مقدار عرض مؤثر دال بتنب برابر کمترین مقدار رابطه زیر می باشد:

طراحی دستی سقف عرشه فولادی

 

 

گام به گام طراحی سقف عرشه فولادی

در نتیجه براساس فرمول بالا داریم (فرض می­کنیم که رابطه اول برقرار باشد):    

محاسبات سقف عرشه فولادی  

 

با فرض کردن  FC = 210 Kg/cm2 و Fy = 2400 Kg/cm2  و مساوی قراردادن نیروی­ بخش­ های فشاری و کششی مقطع مرکب داریم:

جزئیات طراحی سقف های عرشه فولادی

 

در رابطه بالا a برابر فاصله دورترین تار فشاری تا محور خنثی می­باشد.

در این رابطه دو مجهول داریم و برای حل آن باید یک پارامتر را فرض کنیم و دیگری را بدست آوریم. در نتیجه a را برابر ۵ سانتی­متر در نظر می گیریم و مقدار AS را بدست می آوریم.

طراحی دستی سقف عرشه فولادی

 

 

با استفاده از جدول اشتال با توجه به اینکه AS = 37.19، می توانیم از IPE240 استفاده کنیم که جهت تحمل تنش های ناشی از خمش تیر مناسب می باشد.

جزئیات سقف عرشه فولادی

با لنگرگیری نیروهای مقاوم داخلی حول محور خنثی، مقدار لنگر مقاوم و لنگر وارده را مقایسه و مقطع را بررسی می کنیم.

محاسبات دستی سقف عرشه فولادی

 

 

 

 

IPE240 هم در برابر خمش جوابگو می­باشد و هم در برابر برش. بنابراین در این مثال، پروفیل مورد­استفاده به عنوان تیر فولادی سقف عرشه فولادی  IPE240 خواهد بود.

طراحی گل‌میخ در سقف عرشه فولادی

مبحث دهم مقررات ملی ساختمان جهت محاسبه مقاومت برشی اسمی گل‌میخ رابطه ای ارائه کرده که به‌صورت زیر می­باشد:

چک کردن مقاومت برشی گلمیخ ها

بر اساس رابطه ۱۰-۲-۸-۳۳، جهت محاسبه مساحت گل‌میخ، قطر مرسوم گل‌میخ که برابر ۱۹ میلی‌متر می­باشد را در نظر می‌گیریم که به‌صورت زیر محاسبه می‌شود.

محاسبه مساحت گلمیخ ها

 

همچنین برای محاسبه مدول الاسیسته می‌توانیم از رابطه ای که در مبحث نهم در بند ۹-۱۳-۷-۱ ارائه ‌شده، استفاده کنیم.

مشخصات مصالح مورد استفاده در اجرای سقف عرشه فولادی

برای محاسبه سمت راست رابطه ۱۰-۲-۸-۳۳، Rg=1 و Rp=0.6  فرض کرده و برقراری رابطه را بررسی می‌کنیم.

محاسبه مدول الاستیسته سقف عرشه فولادی

 

 

 

به دلیل اینکه این رابطه برقرار نیست، مقاومت برشی اسمی گل‌میخ را برابر ۶۲۸۲٫۶ kgf در نظر می‌گیریم.

زمانی که مقطع مرکب تحت خمش قرار می‌گیرد، قسمتی از مقطع تحت‌ فشار و قسمتی تحت کشش قرار می‌گیرد و باعث ایجاد برش در گل‌میخ می‌شود، در نتیجه گل‌میخ باید بر اساس حداقل نیروی مقاوم فشاری یا کششی طراحی گردد.

طراحی سقف عرشه فولادی بر اساس نیروی فشاری یا کششی

و حال بر اساس آن­چه در مبحث دهم مقررات ملی آمده است، در مورد گل‌میخ می‌توان حداکثر و حداقل فاصله گل‌میخ‌ها را بدست آورد.

ضوابط حداقل و حداکثر فاصله گلمیخ ها

حداقل فاصله گل‌میخ‌ها در امتداد محور طولی تیر: ۶ برابر قطر گل‌میخ

حداقل فاصله گل‌میخ‌ها در امتداد عمود بر محور طولی تیر: ۴ برابر قطر گل‌میخ

و حال برای به­دست آوردن تعداد گل‌میخ، نیروی برشی کل را بر نیروی برشی یک گل‌میخ تقسیم می‌کنیم و تعداد گل‌میخ‌ها به دست می‌آید.

محاسبه تعداد گلمیخ

 

اینکه تعداد گل‌میخ‌ها دو برابر محاسبه‌شده به‌ این‌ علت است که جهت نیروی برشی ایجاد شده ناشی از خمش تیر در امتداد صفحه مقطع دال، در وسط دهانه تغییر پیدا می­کند و به همین دلیل تعداد برشگیرهای بدست آمده از رابطه بالا تنها برای نیمی از طول تیر می­باشد.

فاصله گل‌میخ:

فاصله گلمیخ ها

 

 

 

 

اگر فاصله بین گل‌میخ‌ها از حد مجاز بیشتر شود، می‌توانیم دو گلمیخ را در امتداد عرضی تیر فولادی، با کنترل فاصله عرضی آن‌ها در نظر بگیریم.

 

محاسبه و کنترل خیز ورق گالوانیزه

در ابتدا که هنوز قسمت بتنی سقف عرشه فولادی خشک نشده و تازه است، قادر به تحمل باری نیست. درنتیجه کلیه بار­ها از جمله وزن بتن تازه، ورق‌های گالوانیزه و همچنین بار خود تیر توسط تیرهای سقف تحمل می‌شوند.

بعد از خشک شدن بتن و کسب مقاومت، بتن قادر خواهد بود که بارهای کف سازی، تأسیسات و سقف‌های کاذب را تحمل کند و عملکرد کامپوزیت مورد­انتظار ما را داشته باشد.

بنابراین خیز را باید در دو مرحله کنترل کرد:

  1.  قبل از شکل‌گیری کامپوزیت (زمانی که بتن تازه است.)
  2.  پس از شکل‌گیری کامپوزیت (زمانی که بتن خشک‌ شده است.)

حالت اول: محاسبه خیز تیر ساده تحت اثر وزن بتن مرطوب و آبدار + وزن تیر

فرض می‌کنیم دو انتهای تیر مفصلی می‌باشد و خیز ناشی از نیروی گسترده از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

محاسبه خیز ناشی از بار

 

 

 

 

 

 

 

با توجه به فرضیات بالا می‌توان وزن سیمان موجود در بتن را با فرض ضخامت ۶ سانتی‌متر بتن سقف، محاسبه کرد:

 

محاسبه وزن سیمان

 

بر اساس اینکه نسبت آب به سیمان ۳۰ درصد است، درنتیجه نیروی ناشی از وزن آب را می‌توان محاسبه کرد:

نیروی ناشی از وزن آب

 

همچنین نیروی وزن وارده از سمت بتن را به‌صورت زیر محاسبه می‌کنیم:

 

 

در­نتیجه می‌توانیم نیروی وزن وارده از طرف بتن تازه را به­دست آوریم:

با صرف نظر کردن از نیروی ناشی از ورق‌های گالوانیزه، نیروی خطی ناشی از بتن تازه بر تیر را به‌صورت زیر به ­دست می آوریم:

محاسبات سقف عرشه فولادی

 

 

خیز تیر (با مشخصات زیر) ناشی از وزن بتن تازه و وزن خود تیر به‌صورت زیر محاسبه می‌گردد:

محاسبه خیز تیر

 

 

 

 

 

 

بند ۱۰-۲-۱۰-۲ آیین‌نامه مقررات ملی ساختمان، مقدار مجاز خیز تیر را چنین بیان می‌کند:

ضوابط تغییر شکل در سقف عرشه فولادی

طبق این بند، مقدار خیز مقاطع مختلط باید در برابر بارهای زنده و مرده کنترل شود که تنها تفاوت آن با رابطه‌ای که گفته شد، در مدول الاستیسیته است و باید از روش مقطع معادل استفاده کرد. در این روش یکی از مصالح را به‌عنوان مصالح مبنا در­نظر می‌گیریم. (با استفاده از یک ضریب n که از نسبت مدول الاستیسیته مصالح مورد­نظر بر مدول الاستیسیته مبنا به ­دست می‌آید.)

محاسبه مدول الاستیسیته مصالح

 

 

 

 

 

می‌توان با ضرب n در عرض قسمت بتنی، مقطعی همگن با مدول الاستیسیته مصالح مبنا به دست آورد. حال باید ممان اینرسی مقطع جدید را محاسبه کرد و با استفاده از رابطه محاسبه خیز، خیز مقاطع مختلف را تحت بارهای زنده وارده به دست آورد و با خیزی که در آیین‌نامه آمده است مقایسه کرد. اگر خیز بدست آمده از مقدار مجاز بیشتر بود، می‌توان از دو راه‌حل استفاده کرد:

  1. افزایش ابعاد مقطع تیر
  2. کاهش فاصله تیرهای عرضی

عرض موثر دال= ۱۰۰ سانتی متر

عرض معادل دال (بخش بتنی مقطع مختلط) = ۱۰۰ × ۸٫۴۱ = ۸۴۱ سانتی متر

حال ممان اینرسی مقطع همگن ­شده را محاسبه می کنیم. برای این کار باید محل محور خنثی را نسبت به انتهای بال پایین مقطع IPE240 بدست آوریم.

محاسبه ممان اینرسی مقطع همگن ­شده

 

 

 

 

این بدین معنی است که تار خنثی در قسمت بتنی مقطع قرار گرفته است.

طراحی دستی سقف عرشه فولادی

 

 

برای محاسبه ممان اینرسی مقطع معادل نسبت به محور خنثی به صورت زیر عمل می کنیم:

محاسبه ممان اینرسی مقاطع

 

 

 

در­نتیجه با استفاده از رابطه محاسبه خیز می توانیم خیز را تحت بارهای وارده، بر مبنای وزن مخصوص بتن خشک و دیگر بارهای وارده محاسبه کرده و با مقادیر مجاز آیین نامه مقایسه کنیم.

لرزش

یکی از بزرگ‌ترین مشکلات سقف عرشه فولادی لرزش آن است که برای کاهش لرزه باید به عوامل مختلفی توجه کرد (فاصله بین تیرهای عرضی و کیفیت اتصالات عرشه، ارتفاع بتن روی ورق­ها و … .) مبحث دهم مقررات ملی به این موضوع پرداخته و لازم است که آن را کنترل کنیم.

ضوابط لرزش سقف های عرشه فولادی

محاسبه ضخامت ورق‌های فلاشینگ

آیین‌نامه سقف­ های مرکب عرشه فولادی جدولی را برای تعیین ضخامت ورق‌های فلاشینگ بر مبنای ضخامت دال و طول طره ارائه کرده که در پیوست ث آیین‌نامه آمده است.

محاسبه ضخامت ورق های فلاشینگ

حداکثر دهانه سقف عرشه فولادی

طراحی ورق‌های سقف عرشه فولادی بر اساس قوانین آیین‌نامه صورت می‌گیرد و در آیین‌نامه روش‌های تولید و طراحی گفته‌شده است. روش‌های مختلفی وجود دارد که می‌توان به کمک آن، دهانه و بارگذاری برای هر مقطع را مشخص کرد. اما معمولاً حداکثر دهانه سقف عرشه فولادی را نظام‌مهندسی‌های هر استان بر اساس ضخامت سقف تعیین می‌کنند.

حداکثر دهانه سقف عرشه فولادی

نتیجه گیری

– به صورت خلاصه برای طراحی دستی سقف عرشه فولادی ابتدا مقاومت برشی یک­طرفه و دو­طرفه سقف عرشه فولادی را طبق آیین نامه محاسبه کرده و طبق دو روشی که برای طراحی سقف عرشه فولادی در آیین نامه آمده است (تنش مجاز و ضرایب بار و مقاومت)، طراحی را انجام می­دهیم.

– برای طراحی گل­میخ ­ها ابتدا باید مقاومت برشی اسمی گل­میخ را محاسبه کرده و بر اساس حداقل نیروی مقاوم بلوک فشاری و کششی، مقطع گل­میخ را طراحی کنیم.

– برای کنترل خیز ورق گالوانیزه دو مرحله ارائه شد: ۱- کنترل خیز قبل از تشکیل کامپوزیت، ۲- کنترل خیز بعد از تشکیل کامپوزیت، که براساس رابطه ارائه شده برای خیز ورق گالوانیزه مقدار بارهای وارده را محاسبه کرده و خیز را محاسبه می­کنیم. برای مقاطع مختلط نیز رابطه تفاوتی نمی کند؛ با استفاده از روش مقطع معادل، مقطع را بدست آورده و بر اساس آن محور خنثی و ممان اینرسی مقطع را محاسبه می کنیم.

– برای طراحی فلاشینگ از جدول «ث» ارائه شده در استاندارد سقف­های مرکب عرشه فولادی که ضخامت ورق­های فلاشینگ را مشخص کرده، استفاده می­کنیم.

– حداکثر دهانه سقف عرشه فولادی را معمولاً نظام‌مهندسی‌های هر استان بر اساس ضخامت سقف تعیین می‌کنند.

– در نرم‌افزار Etabs، سقف عرشه فولادی به‌عنوان پیش‌فرض معرفی‌ شده است.

منابع

  1. سازه‌های بتن‌آرمه بر­اساس روش طرح مقاومت ACI 318-14 و طراحی در حالات حدی/ تألیف داود مستوفی‌نژاد، انتشارات ارکان دانش، ۱۳۹۴
  2.  مبحث دهم مقررات ملی ساختمان
  3.  استاندارد ارائه شده توسط  ANSI/SDI
  4.  استاندارد ملی سقف های مرکب عرشه فولادی
  5. آیین نامه جوشکاری ساختمانی ایران

 

مهندس پوریا رحیمی

نوشته‌های مرتبط

قوانین ارسال دیدگاه

  • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
  • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
  • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
دیدگاه‌ها

*
*

0