بخشی از مقاله
معرفی فناوری سقف مرکب عرشه فوالدی
چکیده
بــرآوردن نیازها و اولویتهای امروز صنعت ساختمان مستلزم بکارگیری روشهای نوین در طراحی و ساخت ساز هها میباشد. فناوری سقف مرکب عرشه فوالدی یکی از مهمترین پیشرفتهای صنعت ساختمان در سالیان اخیر است که با دارا بودن شاخصهای صنعتیســازی از جمله سریعسازی، سبکسازی، سریسازی ، ایمنسازی و ارزانسازی تحولی چشمگیر در این زمینه ایجاد کرده اســت. مهمترین بخش این سقفهــا، عرشههای فوالدی میباشد که در دو نوع مرکب و غیرمرکــب در سقفها مورد استفاده قرار میگیرند. مزایای این سیستم از جمله کاهش وزن تیرها و سریعسازی، این سقفها را جایگزین سقفهای مرکب مرسوم نموده است.
کلمات کلیدی
سقف مرکب عرشه فوالدی، سقف مرکب، گل میخ، دال بتنی، آرماتور کششی
مقدمه
در عصــر حاضر تولید علم و دانش و دستیابی به فناوریهای گوناگون صنعتــی، رشــد و سرعت فزایندهای بــه خود گرفته. تــا حدی که جهت برخورداری ازاین تحوالت در دنیــای مدرن امروز ناگزیر از «بهروزرسانی» در زندگی خود هستیم.
در ایــن میان اگر چه پیشرفتهای صنعــت ساختمان کندتر از سایر صنایع دیگر مانند صنعت خودروسازی رخ داده، اما آنقدر موثر بوده که امروز شاهد ساخت بلندتریــن سازهها در کوتاهترین زمان و با استفاده از مصالح نوین سبک و مقاوم بوده و هستیم.
در کشور ما هم به فراخور مقتضیات زمانی، بکارگیری فناوریهای نوین در صنعت ساختمان بیش از پیش احساس میگردد. چرا که امروز الویتهای صنعــت ساختمان به سمــت انبوهسازی، بلندمرتبهســازی، سبکسازی، سریســازی، سریعسازی، ایمنسازی و ارزانسازی گرایش یافته است. لذا شیوه اجرایی سنتیسازی هم باید به روش نظامیافته صنعتیسازی تغییر یابد.
در همین راستا میتوان با نگاهی گذرا به تاریخچهی یکی از مهمترین بخشهای سازهای ساختمان با عنوان «سقف» به اهمیت موضوع پی برد.
سیستم سازهای سقفهای رایج در ایران از نیم قرن پیش تاکنون به ترتیب زمانی عبارتند از: سقف طاق ضربی، تیرچه بلوک، تیرچه با جان باز، سقف مرکب )composite( با قالب چوبی و سقف مرکب عرشه فوالدی composite( .)metal deck بهطور متوسط با گذشت هر دهه یکی از سقفهای فوق در شهرهای بزرگ ایران رواج یافته است. اشکاالت عمده هر کدام از سقفهای مذکور باعث استقبال از سقف جدیدتر گردید تا اینکه امروز سقفهای مرکب عرشه فوالدی با مزایای قابل توجه خود جایگزین سایر سقفها گردیده است.
امــا باید توجه داشت استفاده از هر فناوری بدون برخورداری از دانش فنــی آن، شایــد در کوتــاه مدت موثر باشــد اما آسیبهای جــدی و گاه جبرانناپذیــری را به بار میآورد. از همین رو با توجه به استقبال گسترده از فناوری سقف مرکب عرشه فوالدی در صنعت ساختمان کشور، ضرورت استانداردسازی و تدوین ضوابط فنی و اجرایی این سیستم سازهای، مطابق آییننامههــای معتبر بینالمللی بیش از پیش احســاس میگردد. در این نوشتار سعی شده است با معرفی و ارائه ویژگیها و تبیین اصول فنی مربوط به اجزای این فناوری، اطالع رسانی مناسبی جهت طراحی، کنترل و نظارت اصولی در این زمینه صورت گیرد.
۱ـ معرفی فناوری سقف مرکب عرشه فوالدی
)Composite metal deck(
سقفهای مرکب عرشه فوالدی سیستمی متشکل از دال بتنی و عرشه فوالدی هستند که بــر روی تیرهای اصلی و فرعی فوالدی قرار میگیرند )شکل .)1 این سیستم از جمله فناوریهای مورد تأیید مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی بــوده و مطابق تأییدیه آن مرکز این فناوری اینگونه تعریف شده است:
سیستم دال مرکب فوالدی ـ بتنی یکــی از اقتصادیترین روشهای ساخت سقف شناخته شده است این سقف از مقاطع مختلط دال بتن مسلح بر روی ورقهای ذوزنقهای فوالدی که به تیرها و شاهتیرهای فوالدی متصل شدهاند، تشکیل یافته است. مطابق شکل 1اتصال بین عرشه فوالدی و تیرهای مرکب توسط گلمیخهای فــوالدی )Shear connector( تأمین میگردد.
عرشههای فوالدی که همان ورقهای گالوانیزه فرم داده شده با مقاطع متنوع ذوزنقــهای شکل هستند، مهمترین بخ ــش این سیستم محسوب میشوند و در نقش پوشش سطح بین تیرهای مرکب )composite Beam( به عنوان قالب دال بتنی و همچنین در صورت تأیید عملکرد مرکب آجها به جای آرماتور کششی دال مورد استفاده قرار میگیرند. در مورد اخیر الزم بــه توضیح است عرشههای فــوالدی از لحاظ کیفیت آج به دو نوع مرکب و غیرمرکب تقسیمبندی میگردند کــه فقط عرشههای مرکب میتوانند بــه عنوان آرماتور کششی در سقف به کــار روند توضیحات بیشتر در این خصوص در بخش اجزای سقف مرکب عرشه فوالدی بیان میشود.
سقفهای مرکب عرشه فــوالدی با توجه به قابلیتهای خود در حال حاضــر رایجترین سیستم طراحی و اجرای سقف سازههای فوالدی در دنیا است و در کشور ما هم به عنوان یک فناوری نوظهور در صنعت ساختمان از حدود چهار سال پیش تاکنون بهطور روزافزون مورد استفاده سازندگان حرفهای قرار گرفته است.
روش اجرای این سقفها به ترتیب عبارتست از: نصب سازه و تیرریزی ـ پهــن نمودن عرشه فوالدی ـ نصب گل میخ بــا دستگاه studwelder ـ آرماتوربندی و بتنریزی روی عرشه.
۲ ـ مزایای سقف مرکب عرشه فوالدی:
با توجه به تشابه بین سقفهای مرکب مرسوم )که اصطالحاً با عنوان سقف کامپوزیت با قالب چوبی مطرح میباشند( و سقفهای مرکب عرشه فــوالدی و همچنین رقابت بین ایــن دو سقف در این بخش مزایای سقف مرکب عرشه فوالدی نسبت به سقفهای مرکب بیان میشود:
2ـ 1ـ افزایش فاصله بین تیرهای مرکب و کاهش وزن سازه:
اولین تفاوتی کــه در این سیستم نسبت به سقفهای مرکب مشهود اســت افزایش فاصله بین تیرهای فرعی )دهانه دال عرشه( میباشد. دلیل ایــن موضوع استفاده از مشخصات هندســی و مکانیکی مقطع ذوزنقهای شکــل عرشهها و طراحی آن جهت تحمل بارهــای وارده در دوره ساخت است. واضح است که مقدار دهانه بین تیرهای فرعی بستگی به مدول مقطع
عرشه فــوالدی دارد بنابرین با توجه به تنوع تولید در عرشه های فوالدی مقادیر مجاز دهانه ها بسته به مشخصات عرشه متغیر میباشد . اما در هر صورت این فاصله حداقل بیش از دو برابر مقدار متناظر در سقفهای مرکب میباشد که باعث کاهش تعداد تیرهای فرعی و در نتیجه کاهش وزن قابل توجه در سازه میگردد.
2ـ2ـ افزایش سرعت زمان ساخت:
امروزه کاهش زمان ساخت نقش بسزایی در توجیه اقتصادی پروژههای بلندمرتبــه دارد و این مهم یکــی از مشخصههای صنعتی سازی میباشد که سقفهای عرشه فوالدی با توجه به تولید صنعتی عرشهها و همچنین سرعت در عملیات نصب و اجرا دارای این خصوصیت است.
2ـ3ـ کاهش هزینه ساخت و افزایش توجیه اقتصادی :
دو مزیت اخیر یعنی سبکسازی و سریعسازی سبب کاهش هزینههای ساخــت میگردد و این موضوع مهمترین عامل بکارگیری این سیستم در پروژههای انبوهسازی و بلندمرتبه گردیده است.
2ـ4ـ کاهش حجم بتن سقف
بستــه به محاسبات دال بتنی ضخامــت دال بین یک تا دو سانتیمتر میتواند نسبت به سقفهای مرکب مرسوم کاهش یابد که بالطبع بار مرده هم کاهش مییابد و میتوان تأثیر آن را در کاهش مقاطع ستونها لحاظ نمود.
2ـ 5 ـ امکان بتنریزی همزمان طبقات:
از آنجا که عرشههای فوالدی به عنوان قالبهای ماندگار در سقف مورد استفاده قرار میگیرند بطور همزمان همه سقفها را میتوان قالببندی و بتنریــزی نمود. البته در سازههای دارای قاب ساده فوالدی با دیوار برشی بتنی، به لحاظ پایداری سازه اجرای بتنریزی کلیه سقفها در یک مرحله امکانپذیر نمیباشد. اما در سازههای قاب خمشی این محدودیت وجود ندارد.
2ـ6ـ کیفیت و دقت باال در ساخت و اجرا:
تولید و اجرای سیستم سقف مرکب عرشه فوالدی تا حد زیادی توسط ماشینآالت و دستگاههای نصب و حداقل تعداد نیروی انسانی صورت میگیرد و بر خالف روشهای سنتی، احتمال بروز خطای انسانی تا حد قابل مالحظهای کاهش مییابــد که در نتیجه در میزان کیفیت کار انجام شده موثر است.
2ـ7ـ سکوسازی و اجرای عملیات همزمان:
با پهنکردن سریع عرشههــا و اجرای همزمان سقف در کلیه طبقات
عـلاوه بر تأمین فضای ایمن تردد و دسترســی میتوان بطور همزمان در طبقات پایینتر سایر عملیات اجرایی دیگر را شروع نمود.
2ـ 8ـ مهار بال تیرهای سقف در هنگام بتنریزی
در سقفهای مرکب عرشه فوالدی بر خالف سقفهای مرکب مرسوم، جوشکــاری گلمیخها پس از قالببندی صورت میگیــرد که با توجه به سختی قالبها در جهت عمود بر تیرها، شبکهی تیرریزی و قالبهای عرشه فوالدی بطور یکپارچه به یکدیگر متصل شده و در هنگام بتنریزی سبب مهار و جلوگیری از کمانش جانبی بال تیرهای مرکب میشود.
2ـ 9ـ حذف عملیات قالببرداری
همانطــ ور که ذکر شد عرشــه های فوالدی جــزو قالبهای ماندگار میباشنــد و لذا بر خــلاف سقفهای مرکب، این سیستــم فاقد عملیات قالببرداری میباشد.
2ـ 10 ـ حمل ونقل اقتصادی :
عرشههای فوالدی به واسطه کم بودن ضخامت و شکل هندسی مقطع از نسبــت وزن به سطح کمی بر خــوردار هستند و عالوه بر آن، این مقدار کمترین فضای دپو را نسبت به سایر مصالح اشغال میکنند بهطوریکه با یک تریلیر حدود 2000متر مربع عرشه فوالدی را می توان جابجا نمود. لذا حمل و نقل عرشههای حتی در مسافتهای طوالنی نیز مقرون به صرفه است.
2ـ 11ـ قابلیت قالببندی هر گونه سـطوح معمـاری با زوایای شکسته و منحنی :
پانلهای عرشه فوالدی در ابعاد و اندازههای گوناگون مطابق نقشههای shop drawing در کارخانه قابل تولید میباشد و از طرفی عرشههای تولید شده در محل اجرا میتوانند در زوایای مختلف قابل برشکاری می باشند. لذا با قالبهای عرشه فوالدی میتوان هر گونه سطحی را پوشش داد.
2ـ12ـ کاهش آرماتورهای سقف:
در صورتیکه عرشههای فوالدی از نوع مرکب باشند یعنی تنوع و کیفیت و میزان برجستگی آجها در آن به گونهای باشند که درگیری و پیوستگی )عدم سرخوردگی یا جداشدگی( کامل با دال بتنی داشته باشد. میتوان از عرشهها به عنوان آرماتور کششی ممان مثبت استفاده نمود و بنابراین نیازی به آرماتور داخل کنگرههای ذوزنقهای شکل نیست در این حالت سقف فقط دارای یــک الیه شبکه مش حرارتی در بخش دال بتنی روی عرشه است.
2ـ13ـ حذف سقف کاذب در پارکینگها :
قالبهای عرشه فــوالدی از جنس ورق رویاندود )گالوانیزه( و دارای شکل مدوالر میباشند و سطح فوقانی آن را دال بتنی میپوشاند اما سطح تحتانی این سقفها بدون پوشش میباشد به همین علت و با توجه به بافت و رنگ مناسب، عرشهها المان مناسبی جهت استفاده در سقفهای نمایان)Expose( میباشنــد که پارکینگها از جمله این فضا هستند، لذا در این فضاها احتیاجی به پوشش اضافی سقف کاذب نمیباشد.
2ـ14ـ پوشش سریع پلهها :
یکــی از مزیتهای قالببندی فضای راه پله بــا عرشه فوالدی امکان دسترسی ایمن و راحت به سایر طبقات قبل از بتنریزی است.
2ـ16ـ مقاومت در برابر پوسیدگی و خورندگی :
پوشش رویانــدود )گالوانیزه( ورقهای عرشه فوالدی باعث محافظت از ورق فــوالدی شــده و بسته به ضخامــت روی و آب و هوا تا 50 سال از زنگزدگی و خوردگی ورق جلوگیری مینماید.
3ـ اجزای تشکیلدهنده سقف مرکب عرشه فوالدی
اجزای اصلی سقــف مرکب عرشه فوالدی ازعرشــه فوالدی، گلمیخ فوالدی و دال مسلح بتنی تشکیل یافته است که در ذیل بهطور جداگانه به معرفی آنها میپردازیم:
3ـ 1ـ عرشه فوالدی
عرشههــا از فرمدهــی ورقهای فوالدی با پوشــش گالوانیزه بهصورت پانلهای مدوالر با کنگرههای مــوازی یکدیگر تبدیل میگردند. فرمدهی توســط دستگاههای نورد ســرد انجام میگیــرد. ورودی این دستگاه ورق گالوانیزه بصــورت رول و خروجی آن عرشه فرم داده شده با عرض ثابت و طول متغیر )بسته به نقشههای ) Shop Drawing میباشد. مشخصه اصلی هر عرشه مقدار دهانه مجاز سطح پوشش آن است که بستگی به پارامترهای زیادی دارد که در بخش طراحی به آن اشاره میشود.عرشهها بر روی شبکه تیرریــزی قرار میگیرند. ضخامــت ورق عرشهها بین 0/8 تا 1/2 میلیمتر است. عالوه بر پوشش محافظ گالوانیزه که در رویه دو طرف ورق قرار دارد پوششهای دیگری در برخی از کشورها با نام گالوالیوم و رنگهای فسفاتی استفاده میشود که در کشور ما مرسوم نیستند.
ضخامت پوشش ورقها بسته به موقعیت کاربری و شرایط آب و هوایی بین 5 تا20 میکرون در هر سمت ورق میباشد. عرشهها به عنوان یکی از معــدود عناصر سازهای هستند که با گستره وسیعی از حیث شکل مقطع، تعداد سلول عرضی، ارتفاع مقطع و عملکرد پوششی تولید و مورد استفاده قــرار میگیرند. در اینجا بــه دلیل اهمیت موضوع تقسیمبندی عرشهها از لحاظ عملکرد پوششی توضیح داده میشود.
تقسیمبندی عرشهها از لحاظ عملکرد پوششی:
Composite Floor Deck )3 | Form Deck )2 | Roof Deck )1
الف ـ2 ـ 1ـ Roof Deck )عرشه سقف سبک(
از این نــوع عرشهها بهعنوان پوشش سقفهــای سبک غیر مرکب و غیربتنــی مانند سقفهای سبک شیبدار استفاده میشود. این نوع سقفها از ســه الیــه شامل دوالیه عرشه فوالدی زیریــن و رویی و یک الیه میانی عایــق صوتی حرارتی تشکیل یافته است. این پانلها بصورت پیش ساخته در بازار تحت نام Sandwich Panel عرضه میشود که عمدتاً در سقفهای بام شیبدار جهت تحمل بار برف و باد بکار میرود. ابعاد ذوزنقه عرشه این سقفها کمتر از سایر عرشههای ذوزنقهای دیگر است. همچنین عرشه این پانلها دارای پوششهای رنگی متنوع بهصورت خودنما میباشد.
الف ـ2 ـ 2ـ Form Deck )عرشه قالب دال یا غیر مرکب(
ایــن نوع عرشهها فقط بعنــوان قالب دال بتنــی در سقفها استفاده میشونــد. سطح مقطع این عرشهها به اشکــال ذوزنقهای و یا مستطیلی میباشــد. این عرشهها برجستگی و یــا آج روی بدنه خود ندارند لذا دارای رفتار مرکب با دال بتنی نمیباشند. در اینجا الزم است توضیح داده شود در سقفهــای عرشه فوالدی رفتار مرکب در دو بخش از سقف اتفاق میافتد:
الف( بین تیرهای فوالدی و دال بتنی به وسیله گلمیخ یا برشگیر ب( بین دال بتنی و عرشه فوالدی به وسیله آجها.
در سقفهــای Form Deck رفتــار مرکــب تنهــا میتوانــد در قسمــت الــف رخ دهــد و بــه دلیــل عــدم وجــود آج بخــش ب اتفاق نمیافتــد. نقــش اصلی عرشههــا در این سقفهــا به شرح ذیــل است:
ـ سکوهای کاری جهت رفت و آمد و تسهیل عملیات اجرایی در دوره ساخت
ـ قالب نگهدارنده دال بتنی تر
