ضوابط بعضا سختگیرانه شهرداری‌ها برای اعطای مجوز تعداد طبقات ساختمانی یکی از چالش های پیش روی کارفرمایان است. در این بین، تامین پارکینگ‌های کافی یکی از دغدغه‌های جدی است. به نظر می‌رسد برای فایق آمدن بر این چالش، جستجوی سازه دهانه بلند تنها راهکار است.
در این مقاله تلاش گردیده تا اطلاعات در خوری به خوانندگان محترم ارایه شود تا بتوانند آگاهی مکفی از حداکثر دهانه سقفهای گوناگون را به دست آورده و ضمن مقایسه اقتصادی و فنی نسبت به انتخاب گزینه برتر اقدام نمایند.
پارامتر‌های تعیین کننده حداکثر دهانه سقف چه چیزهایی هستند؟
جدول محتوای مقاله
اولین و مؤثرترین پارامتر در تعیین حداکثر دهانه سقف‌ها عملکرد یک‌طرفه و یا دوطرفه سقف‌ها می‌باشد. سقفهای تیرچه بلوک (یونولیت یا سفال) و سقفهای عرشه فولادی عموماً عملکرد یک‌طرفه دارند و در سوی مقابل از سقفهای دال مشبک (مانند وافل و اینتل دک) و یا سقف های مجوف (اعم از گونه های مختلف تجاری) می توانند عملکرد دو طرفه نیز نشان دهند. در زیر نحوه توزیع بار در سقفهای یک‌طرفه و دوطرفه نشان‌داده‌شده است:
همانطور که گفته شد نحوه توزیع بار که وابسته به عملکرد سقف است و خیز مجازی که پس از آنالیز به دست می‌آید نقش بسیار کلیدی در تعیین حداکثر دهانه سقف را دارد. عدم ارضای حداکثر مجاز برای خیز سقف در سازه‌های بتنی علاوه بر ایجاد نازیبایی در فضای معماری، حس آسایش ساکنین را نیز سلب خواهد کرد. واضح است که در دهانه مشابه سقف‌هایی که عملکرد دوطرفه دارند نسبت به سقف‌هایی که عملکرد یک‌طرفه دارند خیز کمتری خواهند داشت به همین دلیل می‌توان دهانه‌های بزرگ‌تری از این سقف‌ها را جواب گرفت.
پارامتر تعیین‌کننده دوم وزن سقف و ظرفیت باربری آن می‌باشد. هرچقدر ارتفاع سقف بیشتر باشد طبق روابط، ظرفیت خمشی سقف بیشتر خواهد بود اما در تقابل با آن وزن سازه نیز بیشتر خواهد شد که تأثیر منفی در پی خواهد داشت. به همین دلیل، ایده استفاده از دالهای مجوف و یا مشبک می‌تواند بسیار کارآمد باشد چرا که قسمت‌هایی از سقف که اثر کمتری در افزایش این ظرفیت دارند حذف خواهد شد و به همین وسیله وزن سقف نیز کاهش پیدا می‌کند.
و در نهایت پارامتر تأثیرگذار بسیار مهم در تعیین طول حداکثر دهانه سقف، کاربری سقف و بارگذاری ثقلی آن می‌باشد، بدیهی است که هرچقدر این بار بیشتر باشد، فارغ از عملکرد سقف که یک‌طرفه یا دوطرفه باشد، به دلیل خیز بیشتری که در سقف ایجاد می‌شود، حداکثر دهانه سقف کاهش می‌یابد.
چه سقف‌هایی برای سازه‌هایی که دهانه‌های بلند دارند مناسب‌تر هستند؟
به‌منظور اینکه بتوان نتیجه‌گیری کرد چه سقف‌هایی برای سازه‌های دهانه بلند مناسب هستند ابتدا لازم است اشاره‌ای به محدودیت‌هایی که ویرایش پنجم مقررات ملی مبحث نهم در خصوص دالها آورده است کنیم:
بند9-9-3-1حداقل ضخامت دال (دال یک‌طرفه)
9-9-3-1-1 برای دالهای توپر که به جداکننده‌ها (تیغه‌ها) یا دیگر اجزای ساختمانی که احتمال دارد در اثر خیز زیاد آسیب ببینند، متصل نیستند، ضخامت کل دال، h، نباید از مقادیر جدول 9-9-1 که برای بتن معمولی و فولاد با تنش تسلیم Fy=420 MPa تنظیم شده است، کمتر باشد. مگر اینکه محاسبه ی خیز آنها بر اساس بند 9-9-3-2 انجام شود. برای Fy≠420 MPa ، مقادیر جدول 9-9-1 باید در (700/Fy+0.4) ضرب شوند.
| شرایط تکیه گاهی | حداقل ضخامت h |
| تکیه گاه ساده | L/20 |
| یک انتهای ممتد | L/24 |
| دو انتهای ممتد | L/28 |
| طره (کنسولی) | L/10 |
بند9-10-6-1حداقل ضخامت دال (دال دوطرفه)
9-10-6-1-1 در دالهای دوطرفه بدون تیرهای داخلی بین تکیه‌گاه‌ها در تمامی لبه‌ها، و با حداکثر نسبت دهانه ی بزرگ به دهانه ی کوچک برابر با 2، حداقل ضخامت دال برای بارهای متعارف باید محدودیت‌هایی بند (الف) تا (پ) زیر را برآورده کند، مگر اینکه محدودیت‌های مربوط به خیز محاسبه شده دربند9-10-6-2 برآورده شود.
الف- برابر با مقادیر جدول 9-10-1
ب- برای دالهای بدون کتیبه برابر با 125 میلیمتر.
پ- برای دالهای با کتیبه برابر با 100 میلیمتر.
در مواردی که تنش تسلیم آرماتور بیش از 550 مگاپاسکال است، محدودیت خیز محاسبه شده بر طبق بند 9-10-6-2، باید با فرض مدول گسیختگی کاهش یافته بتن برابر با fr=0.42√f‘c تامین شود.
9-10-6-1-2 دالهای دوطرفه با تیرهای بین تکیه‌گاه‌ها در همه لبه‌ها حداقل ضخامت دال برای بارهای متعارف باید محدودیت‌های جدول 9-10-2 را تأمین نماید، مگر این که محدودیت‌های خیز محاسبه شده دربند 9-10-6-2 برآورده شود.
9-10-6-1-3 در لبه های غیر ممتد دال های بند 9-10-6-1-2، یک تیر لبه با αf≥0.80 باید تامین شود و یا حداقل ضخامت مورد نیاز در قسمت های (ب) یا (ت) جدول 9-10-2، باید حداقل 10 درصد در چشمه ی با لبه ی غیر ممتد افزایش یابد.
جدول 9-10-1 حداقل ضخامت دالهای دوطرفه بدون تیرهای داخلی
| fy
مگاپاسکال |
بدون کتیبه | با کتیبه | ||||
| چشمه های بیرونی | چشمه های داخلی | چشمه های بیرونی | چشمه های داخلی | |||
| بدون تیر لبه | با تیر لبه | – | بدون تیر لبه | با تیر لبه | – | |
| 280 | Ln/33 | Ln/36 | Ln/36 | Ln/36 | Ln/40 | Ln/40 |
| 420 | Ln/30 | Ln/33 | Ln/33 | Ln/33 | Ln/36 | Ln/36 |
| 550 | Ln/27 | Ln/30 | Ln/30 | Ln/30 | Ln/33 | Ln/33 |
در زیر به مقایسه حداکثر طول دهانه در سیستم‌های مختلف سقف پرداخته شده است:
سقفهای تیرچه بلوک (یونولیت یا سفال)
همانطور که قبلاً گفته شد سقف‌ها باتوجه‌به توزیع بارشان به دودسته یک‌طرفه و دوطرفه تقسیم می‌شوند. در طراحی این سقف‌ها غالباً تیرچه‌ها به‌صورت دوسر مفصل در نظر گفته می‌شود. در سقف تیرچه یونولیت که یک سقف با عملکرد یک‌طرفه است، طبق 2-3-1 دستورالعمل طراحی و اجرای سقفهای تیرچه بلوک، حداکثر دهانه مورد پوشش سقفهای تیرچه یونولیت (در جهت طول تیرچه پیش‌ساخته خرپایی) با تیرچه‌های منفرد نباید از 8 متر بیشتر شود. بنابراین این سقف‌ها را نمی‌توان در دهانه‌های بلند استفاده کرد.
سقفهای کامپوزیت
سقف کامپوزیت که ترکیبی از بتن و فولاد است و عموماً برای سازه‌های فولادی مورداستفاده قرار می‌گیرد. ازآنجایی‌که دهانه‌هایی که برای سازه‌های فولادی متعارف مورداستفاده قرار پیگرد حداکثر 8 متر است. ( در غیر این صورت به دلیل سنگین شدن مقاطع سازه از جنبه اقتصادی خود خارج می‌شود.)
و همچنین در بخش محدودیت‌های عمومی که در دستور العمل طراحی و اجرای سقفهای تیرچه بلوک آورده شده است،
محدودیت‌هایی که برای تیرچه‌های بتنی آورده شده برای تیرچه‌های فولادی نیز ذکر شده، در صورت درنظرگرفتن حد مجاز خیز در تیرچه‌های فلزی، حداکثر طول مجاز تیرچه‌ها 20 برابر ضخامت سقف در نظر خواهد گرفته شد، یعنی برای یک سقف با ضخامت مفید 35 سانتیمتر با فرض اینکه تیرچه‌های فلزی دارای اتصال مفصلی در دو تکیه‌گاه خود باشند حداکثر دهانه سقف کامپوزیت برابر با 7 متر خواهد بود.
آیین‌نامه طرح و محاسبه قطعات بتنی پیش‌تنیده برای استفاده از سیستم سقف پیش‌تنیده محدودیتی قائل نشده است.
سقفهای تیرچه بتنی پیش‌تنیده
اساساً ضعف بتن در برابر تنش‌های کششی باعث می‌شود تا استفاده از مصالحی که این ضعف را جبران کنند وجود داشته باشد. این مصالح جبران‌کننده می‌تواند کابل‌های پر مقاومت فولادی نیز باشد. فاکتور مهم در تعیین طول تیرچه‌های پیش‌تنیده بتنی حمل‌ونقل آن می‌باشد، ازآنجایی‌که برای حمل این تیرچه‌ها از تریلی استفاده می‌شود امکان حمل تیرچه با طول بیشتر از 12 متر عملاً امکان‌پذیر نمی‌باشد ، برای دهانه‌های بزرگ‌تر باید به سراغ روش‌هایی رفت که در آن این تیرچه‌ها به‌صورت درجا اجرا شوند. بنابراین حداکثر دهانه اجرایی سقف پیش‌تنیده با تیرچه‌های درجا در حال حاضر برابر با حداکثر 12 متر خواهد بود.
سقفهای دال تخت بتنی بدون تیر
ساده‌ترین دال مورداستفاده در سازه‌ها دال تخت بدون تیر است. که یک دال مسطح با ضخامت ثابت مستقیماً روی ستون‌ها و دیوارها قرار می‌گیرد. که به دلیل صاف و یک‌دست بودن سطح زیر دال و افزایش ارتفاع مفید بنا بسیار موردتوجه مهندسین معمار می‌باشد. منتها از مهمترین ضعف‌های این سقف‌ها بحث کنترل خیز آنها است، ازآنجایی‌که کنترل خیز این دالها صرفاً با افزایش ارتفاع آنها امکان‌پذیر است و این کار وزن مرده سازه را افزایش خواهد داد، که این امر در عملکرد لرزه‌ای سازه مطلوب نیست.
این سیستم می‌تواند علاوه بر بارهای ثقلی بارهای جانبی را نیز تحمل کند، منتها مطابق با بند 3-3-5-5 استاندارد 2800 استفاده از دال تخت یا قارچی و ستون به‌عنوان سیستم قاب خمشی منحصراً در ساختمان‌های کوتاه‌تر از 10 متر و یا کمتر از 3 طبقه مجاز می‌باشد.
بنابراین باتوجه‌به مطالب گفته شده حداکثر دهانه دال تخت بتنی بدون تیر در حدود 6 متر و کمتر است. و عموماً از این سقف‌ها برای ساختمان‌هایی با بارهای سبک که نیازی به دهانه‌های بلند در آنها وجود ندارد از قبیل ساختمان‌هایی با کاربری مسکونی مورداستفاده قرار می‌گیرد.
سقفهای دال تخت بتنی با تیر
دالهای دوطرفه تخت با وجود تیر یکی از پرکاربردترین نوع دالها در ساختمان‌های بتنی است. در سیستم‌های متشکل از تیر و دال بار سقف ابتدا به تیرها انتقال‌یافته و سپس به ستون‌ها منتقل می‌شوند.
استفاده از تیر در اطراف دال باعث می‌شود خیز سقف به طرز چشمگیری کاهش پیدا کند و همین موضوع می‌تواند استفاده از تیر دالها را در دهانه‌های بزرگ‌تر نیز میسر کند.
همانطور که قبلا گفته شد به دلیل بار مرده ی زیادی که این سقف‌ها به سازه تحمیل می‌کنند، که در نهایت باعث افزایش نیروی زلزله به کل سازه می‌شود، طراحان سازه معمولاً استفاده ازادال‌های مشبک و مجوف را که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم به دال تخت ترجیح می‌دهند.
سقفهای دال بتنی مجوف
همانطور که از مطالب بالا بر می آید برای دست یابی به حداقل خیز ممکن سقف در دهانه های بلند تر ناچار از افزایش ضخامت دال هستیم. در سوی مقابل، با افزایش ضخامت دال، وزن سازه افزایش می یابد. بنابراین، ببرای پاسخ به این مشکل دال های مجوف معرفی شده اند. در اینجا منظور از دال مجوف معادل واژه انگلیسی voided slab است. در این دالها، بتنی بخش میانی دال به قرارگیری المانهای پرکننده غیر سازه ای حذف می شود. واضح است که بتن میانی کمترین نقش را در مقاومت و نیز سختی سقف دارد. شکل زیر به صورت شماتیک منظور از دالهای مجوف را بیان می کند.
البته بسته به فرم هندسی پرکننده میانی این دالها محصولات با نامهای تجاری گوناگون در بازار معرفی شده است. اما فصل مشترک تمامی آنها در این است که با حرکت بتن در زیر و روی پرکننده ها در عمل یک دال دوپوش به دست آمده است. منظور از دال دو پوش آن است. طبعا آرماتورگذاری به صورت کامل در بالا و هم در پایین پر کننده ها انجام می شود.
دالهای مجوف واجد امتیازات و البته اشکالاتی هستند. از امتیازات این سقف ها می توان به سطح تخت بتنی در پایان کار اشاره کرد که از هزینه های مرتبط با نازک کاری می کاهد. اما دو اشکال اساسی به این سیستم وارد است.
اشکال نخست: حرکت افقی بتن در زیر پرکننده ها عملیاتی دشوار است که نیاز به نمهیدات بسیار خاصی بر بتن و نیز عوامل اجرایی دارد.
اشکال دوم: در یک دال متعارف بتنی در بارهای ثقلی می توان در یافت عمده نواحی سقف در محدوده لنگر مثبت است و از این رو دال پوش تحتانی در این دالها عمدتا در ناحیه لنگر مثبت است و طبعا خاصیتی را ایجاد نمی کند. از این رور، وزن بالای دالهای مجوف به عنوان یک اشکال طرح شده است. به عنوان نمونه در یک دال با ضخامت 30 سانتی متری حدودا 600 کیلوگرم وزن بار مرده این دالهاست. این ضخامت برای دهانه 10 متر کفایت می کند، اما برای دهانه های بلندتر نیاز به ضخامت بیشتری است.
سقفهای دال بتنی وافل
دالهای وافل در واقع تیرچه های بتنی متعامد درجا هستند. تیرچه های متعامد فرم شبکه ای به این سقف ها می دهد و از این رو به آنها سقف های مشبک هم اطلاق می گردد. بر خلاف سقف های مجوف، دالهای مشبک در واقع دالهای تک پوش هستند. به عبارتی دیگر، یک دال فوقانی به همراه شبکه ای از تیرچه های متعامد این سقف را تشکیل می دهد.
اولین امتیاز سقف های وافل در قیاس با سقف های مجوف وزن کمتر سازه ای است که به واسطه حذف بتن دال تحتانی حاصل شده است. اما باید توجه داشت که علیرغم این وجه مثبت، امتیاز هزینه کمتر نازک کاری در این سقف ها از میان رفته است چرا که فرم قابلمه ای در این سقف در اکثر اوقات هزینه های نازک کاری و همچنین هزینه های دیوار . تیغه چینی را افزایش می دهد. همچنین یکی از مهمترین عیوب برای این دالها موضوع عدم صدابندی کوبه ای است.
واضح است که تامین آسایش یکی از حداقل ملزومات برای سقف هاست. دالهای مشبک یا همان دال وافل در ایجاد عایق بندی مناسب برای ممانعت از انتقال صدای کوبه ای در ساختمان عملکرد بسیار ضعیفی دارد. شایان توجه است که با دالهای وافل بسته به ضخامت سقف می توان تا دهانه های 14 متر را نیز پوشاند.
سقف دال بتنی اینتل دک
دال اینتل دک نیز در رده دالهای مشبک یا تک پوش است لیکن با تمهیدات و نوآوریهایی تلاش گردیده است تا اشکالات وارد بر سقف های وافل و نیز دالهای مجوف برطرف گردد. در اینتل دک تلاش گردیده تا از تلفیق یک قطعه بتنی سبک غیر سازه ای و دال بتنی آرمه به ترکیبی دست یافت تا از یک سو یک سطح تخت بتنی حاصل گردد (همانند سقف های مجوف) و از سوی دیگر بار مرده سقف مشابه دال وافل باشد. اطلاعات دقیق تر در مورد این سقف را در این لینک می توانید ببینید ( ?.com).
همچنین عملکرد صدابندی کوبه ای اینتل دک دیگر خصوصیت بارز این سقف است. در شکل زیر نمونه ای از اجرای دال اینتل دک نشان داده شده است. اطلاعات بیشتر در مورد عملکرد صدابندی اینتل دک را در این مقاله ببینید.
یکی دیگر از مشخصات اینتل دک بهره گیری از یک مقطع I شکل نامتقارن به جای مقطع T شکل وافل است. این نوآوری سبب گردیده تا سختی بیشتری در قیاس با وافل حاصل شده و کنترل خیز و ارتعاشات با سهولت بیشتری صورت پذیرد. اطلاعات بیشتر در خصوص مقطع I شکل اینتل دک را در این مقاله ببینید.
در پایان باید اشاره کرد که از نظر آیین نامه ای محدودیتی برای پوشاندن دهانه های مختلف توسط اینتل دک وجود ندارد. لیکن، ملاحظات اقتصادی و نیز معماری در نهایت تعیین کننده خواهد بود. سوابق موجود نشان می دهد تا دهانه های 17 متر نیز توسط اینتل دک پیش از این پوشانده شده است.