مقاله پیش رو به بررسی تفاوت سقف یوبوت و وافل با جزئیات فنی و تخصصی می‌پردازد. سقف‌های یوبوت و وافل هر دو از دسته سقف‌های بتنی هستند که در دسته‌بندی سقف‌های دال با باربری دوطرفه قرار می‌گیرند. به سقف یوبوت دال مجوف و به سقف وافل دال مشبک نیز گفته می‌شود. فراگیرشدن یک سیستم سازه‌ای به طور مقطعی، در برخی بازه‌های زمانی امری قابل درک است. در دهه 80 شمسی سیستم‌های سازه‌ای دال‌های مجوف (voided Slab) از جمله سقف یوبوت گسترش قابل ملاحظه‌ای یافت. از اواسط دهه 90 شمسی سیستم وافل با استقبال بیشتری مواجه گردید. بررسی تفاوت‌های این دو سیستم سازه‌ای می‌تواند برای سازندگان، محاسبین و ناظرین سودمند باشد.
سقف یوبوت چیست؟
جدول محتوای مقاله
یوبوت به قالب اصلی شکل‌دهنده‌ی این نوع از سقف گفته می‌شود. بعضی از این قالب‌ها محصولی پلیمری و با پایه پلی‌پروپیلن هستند. این قالب‌ها با هندسه مکعبی و به شکل توخالی ساخته می‌شوند. به نحوی که در هنگام بتن ریزی هوا در ناحیه توخالی آن محبوس می‌شود و فضای خالی در قسمتی از سقف که به بتن سازه‌ای نیاز ندارد ایجاد می‌گردد. احتمال نفوذ بتن به درون چنین قالب‌هایی وجود دارد و برای حل این مشکل امروزه از قالب‌های اصلاح‌شده استفاده می‌شود. در تصویر زیر نمونه‌ای از قالب‌های یوبوت نشان داده شده است.
به منظور اجرای سقف یوبوت ابتدا سطح زیرین سقف به کمک قالب‌های مسطح به شکل یکپارچه قالب‌بندی شده و میلگردهای لایه تحتانی بر روی قالب‌ها، با رعایت حداقل پوشش بتن قرار می‌گیرند. پس از آن قالب‌های یوبوت بر روی میلگردهای تحتانی، مطابق چیدمان نقشه‌های سازه قرار می‌گیرند. در نهایت لایه فوقانی میلگردها بر روی قالب‌های یوبوت قرار گرفته و سقف بتن ریزی می‌شود. سقف یوبوت نوعی از دال‌های مجوف دوپوش است.
منظور از سیستم‌های مجوف دوپوش آن نوع از سیستم‌های سقف سازه‌ای است که با حذف بتن اضافی از میان دال ضخیم به کاهش وزن سقف منجر می‌شوند. حذف بتن اضافی به کمک قراردادن پرکننده‌ها یا قالب‌هایی با شکل و ابعاد مختلف امکان‌پذیر است. عموما قالب‌هایی که هندسه مکعبی دارند به عنوان سقف‌های یوبوت شناخته می‌شوند. اختراع سیستم‌های مجوف را به Jorgen Breuning معمار دانمارکی در دهه 90 میلادی نسبت داده‌اند.
بر اساس شکل و مصالح سازنده پرکننده‌های سقف‌ها نام‌های تجاری مختلفی برای این گونه از سیستم‌ها عنوان شده است. از جمله آن‌ها می‌توان به این عناوین اشاره کرد:
- کوبیاکس
- یوبوت
- بابل دک
شکل زیر به صورت شماتیک سقف‌های مجوف را به تصویر کشیده است.
هر سه سیستم معرفی‌شده قبلا در کشورمان مورد استفاده قرار گرفته‌اند. وجه مشترک هر سه این سیستم‌ها همان فرم دوپوش بودن آن‌ها است. یعنی هم در بالای پرکننده‌ها و هم در زیر آن‌ها بتن سازه‌ای مسلح امتداد یافته است و بتن میانی که کاربرد سازه‌ای ندارد به کمک پرکننده‌ها حذف شده است. ازطرفی از آن‌جا که در دال‌های دوطرفه عموماً مشکلی در تامین برش مورد نیاز توسط مقطع وجود ندارد با حذف بتن غیرسازه‌ای در میانه‌ی مقطع به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای، بار مرده سقف کاهش می‌یابد. مهم‌ترین نتیجه‌ی این کاهش بار، بهینه‌سازی سازه خواهد بود. بر اساس تجربه، می‌توان گفت سیستم یوبوت از بین این سه رده سقف مجوف سابقه بیشتری در ساخت‌و‌ساز کشور داشته است.
تفاوت سیستم یوبوت و وافل از نظر سازه‌ای چیست؟
مقطع سازه‌ای سیستم یوبوت به صورت I شکل بال‌پهن است اما مقطع وافل به صورت T شکل است. به منظور بررسی عملکرد سقف تحت اثر بار ثقل، تغییر شکل یافته‌ی یک سازه با دال متعارف در تصویر زیر آمده است. در عمده نواحی سقف در بارهای ثقلی لنگر مثبت حاکم است. به جز نواحی محدود نزدیک تکیه‌گاه‌ها که لنگر منفی حاکم است. از این نظر می‌توان گفت در یک دال متعارف باربر ثقلی، عمدتا بتن زیر تار خنثی تحت کشش است.
از آن‌جا که بتن تحت اثر کشش ضعیف است، در محاسبات سازه‌ای سقف لحاظ نمی‌شود. به بیانی دیگر در نگاه اول شاید به نظر برسد که مقطع سقف مجوف به دلیل ایجاد ممان اینرسی بیشتر، از سقف وافل بهتر باشد. حال آن که بخشی از مقطع I شکل در سقف دال مجوف تحت کشش است و بتن تحت کشش در محاسبات ممان اینرسی تاثیر‌گذار نخواهد بود. بنابراین به نظر می‌رسد که در سقف یوبوت وجود دال تحتانی چندان خاصیت سازه‌ای ندارد و تنها باعث افزایش بار مرده و درنتیجه غیراقتصادی شدن آن می‌شود.
اما مقطع سقف وافل، از آن‌جا که حجم قابل توجهی از بتن کششی در آن حذف شده است، بهینه‌تر به نظر می‌رسد. مهندسین دارای تجربه محاسباتی نیز به این نکته اقرار کرده‌اند که برای پوشش یک دهانه یکسان (به طور مثال 10 متر) با دو گزینه وافل و یوبوت بار مرده سقف یوبوت بیشتر است. (در ضخامت 30 سانتی‌متری، بار مرده یوبوت بالغ بر 550 کیلوگرم و بار وافل حدود 400 کیلوگرم بر مترمربع سقف است). بنابراین می‌توان گفت، در محاسبات حد نهایی سازه، مقطع سیستم وافل به مراتب موثرتر از سیستم یوبوت است. در سطح بهره‌برداری و کنترل‌خیز و ارتعاش نیز چون در عمل ممان اینرسی ترک‌خورده و ممان اینرسی مؤثر در محاسبات خیز وارد می‌شود، باز هم باید گفت سیستم یوبوت مزیت عمده سازه‌ای نسبت به وافل ندارد.
حتی به واسطه بار مرده بیشتر، می‌توان گفت بحرانی‌تر است. اما سؤال مهم این‌جا است که با وجود تکنولوژی وافل چرا تکنولوژی سقف مجوف از جمله یوبوت گسترش یافت؟ آیا مهندسین آگاه به این موضوع نبودند؟ در پاسخ باید گفت که علاوه‌بر معیارهای سازه‌ای و اقتصادی که به آن‌ها اشاره شد، برخی از ویژگی‌ها از جمله مقاومت نسبتاً مناسب سقف‌های دوپوش در برابر آتش‌سوزی و انتقال صوت سبب شده است این سقف‌ها مورد استفاده قرار گیرند. ویژگی‌هایی که سقف دال وافل فاقد آن است و از جمله معایب سقف‌های وافل در برابر سقف‌های دوپوش به حساب می‌آید.
بررسی تفاوت سیستم یوبوت و وافل از نظر سهولت اجرایی
در سیستم‌های دال دوپوش هم در بالا و هم در پایین پرکننده‌ها، بتن سازه‌ای مسلح امتداد یافته است. به منظور پرکردن لایه‌ی زیرین پرکننده‌ها، استفاده از بتن با روانی بالا امری اجتناب‌ناپذیر است. حال آن‌که در سقف‌های دال وافل به دلیل عدم وجود لایه‌ی زیرین، می‌توان از بتن‌های معمولی با روانی عرف نیز استفاده کرد. در صورت عدم استفاده از بتن‌هایی با روانی بالا در سقف‌های دوپوش ممکن است بخش‌هایی از قسمت زیرین پرکننده‌ها خالی از بتن بماند و استحکام سقف تحت تاثیر قرار گیرد.
بنابراین یکی از معایب سقف‌های دوپوش و یوبوت الزام استفاده از بتن با روانی بالاست. قالب‌های یوبوت به کمک بندهایی در کنار یک‌دیگر و با فواصل مشخصی قرار می‌گیرند. قالب‌های وافل نیز پس از کنار هم قرارگرفتن به یک‌دیگر چفت‌و‌بست می‌شوند. استحکام قالب‌های وافل حین بتن ریزی به مراتب از قالب‌های یوبوت بیشتر است. ممکن است حین بتن ریزی قالب‌های یوبوت جابه‌جا شده یا حتی شکسته شوند و بتن به داخل آن‌ها نفوذ کند که ضمن هدررفت مصالح، سبب سنگین‌ترشدن سقف نیز می‌گردد. بنابراین به‌طور خلاصه سقف‌های دال وافل به لحاظ اجرایی نسبت به سقف‌های دال یوبوت سهولت اجرایی بالاتری دارند.