سقف‌های بتنی
یكی از اجزای اصلی تشكیل دهنده‌ی انواع ساختمانها، سقف‌ها و از آن جمله سقف‌های بتنی هستند كه نقش اساسی آنها انتقال نیروهای قائم و افقی ناشی از بارهای ثقلی و نیروهای جانبی شامل بارهای باد و زلزله به سایر اعضای باربر است. سقف‌های سازهای علاوه بر اینكه تحمل كننده‌ی بارهای ثقلی در ساختمانها هستند، براساس میزان صلبیت در هنگام زلزله وظیفه‌ی توزیع و انتقال نیروهای ایجاد شده در دیافراگم‌ها را به عناصر قائم باربر جانبی بر عهده دارند. همچنین این عناصر باید در برابر تغییرشكل‌های افقی كه در میان صفحه‌ی آنها ایجاد میشود، مقاومت و سختی كافی را دارا باشند. یكی از انواع متداول سقف‌های بتنی، سقف‌های تیرچه و بلوک هستند. طرح و اجرای آسان‌تر و صرفه‌ی اقتصادی، فلسفه‌ی اصلی رجوع به سقف‌های تیرچه و بلوك است.
انواع سقف‌های تیرچه و بلوک
سقف‌های تیرچه و بلوک به دو دسته‌ی كلی سقف‌های با تیرچه‌های بتنی و سقف‌های با تیرچه‌های فولادی با جان باز تقسیم بندی میشوند. حال آنكه هر یك از این نوع سقف‌ها به لحاظ جزئیات اجرایی و نیز نوع بلوك مصرفی تنوع دارند. (مانند سقف‌های با بلوك بتنی، بلوك سفالی، بلوك پل یاستایرن و…..).
مزایای استفاده از سقف‌های تیرچه و بلوک
استفاده از سقف‌های تیرچه و بلوک در ساختما‌ن‌های متعارف، بسیار مرسوم است. از مهمترین مزایای سقف‌های تیرچه و بلوک در مقایسه با سایر سقف‌ها نظیر سقف طاق ضربی و دال بتنی مسلح یكپارچه، می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.
- به علت استفاده از بلوكهای توخالی و حذف بتن منطقه كششی، در مصرف بتن صرفه جویی قابل توجهی میشود.
- به دلیل كاهش فضای بتنی با استفاده از بلوكها در منطقه‌ی كششی، از مصرف آرماتورهای فولادی كاسته میشود كه این امر به لحاظ اقتصادی بسیار مناسب است.
- به علت تولید صنعتی تیرچه و بلوك در كارخانه، كیفیت مناسب‌تری حاصل شده و نیروی انسانی كمتری مورد نیاز است.
- با توجه به وزن كم تیرچه‌ها، حمل و نصب آنها توسط كارگران امكا‌ن‌پذیر بوده و در ساختما‌ن‌های با طبقات كم، نیاز به استفاده از جرثقیل را منتفی می‌نماید.
- به علت پیش ساخته بودن تیرچه و بلوك، نصب سقف بسیار سریع و آسان بوده و به كارگران متخصص كه برای قالب بندی و آرماتوربندی سقف‌های بتن آرمه استخدام میشوند، نیازی نیست.
- قالب بندی زیر سقف، تنها به شمع‌بندی و نصب چهار تراش در فواصل معین، جهت تأمین تكیه‌گاه‌های موقت تیرچه‌ها، محدود میشود.
- از نقطه نظر اجرایی، به‌كارگیری سقف‌های تیرچه و بلوک سرعت عمل بیشتری را موجب خواهد شد و به كارهای پرهزینه و وقت گیر كارگاهی نیازی نیست.
اجزای تشكیل دهنده سقف‌های تیرچه و بلوک
سقف‌های تیرچه و بلوک، تلفیقی از دو روش پیش ساختگی و بتن ریزی در محل است كه در آن قالب تحتانی به كلی حذف میشود. در این سقف‌ها در نوع تیرچه‌ی فولادی با جان باز، تیرچه‌ی فولادی و در نوع تیرچه‌ی بتنی آن، آرماتورهای كششی و برشی (عرضی) و نیز پوشش بتن آرماتورهای اصلی، به صورت تیرچه‌های پیش ساخته، در كارخانه تولید میشوند. در كارگاه، پس از قراردادن تیرچه‌ها در فواصل معین و شمع‌بندی زیر تیرچه‌ها، بلوكها را بین دو تیرچه مجاور قرار داده و سپس آرماتورهای حرارتی را جای گذاری نموده و بتن ریزی را انجام می‌دهند. بنابراین اجزای سقف تیرچه و بلوك شامل موارد زیر هستند.
- تیرچه
- بلوك
- آرماتورهای افت و حرارت (حرارت و جمع شدگی) و آرماتور منفی
- كلاف میانی
- بتن پوششی (درجا)
تیرچه
همانطور كه پیش از این عنوان شد، استفاده از دو نوع تیرچه‌ی بتنی و تیرچه‌ی فولادی با جان باز در سقف‌های تیرچه و بلوك معمول است. در ادامه هر یك از این نوع تیرچه‌ها، به تفكیك مورد بحث قرار گرفته است.
تیرچه‌ی بتنی
عضو پیش ساخته‌ای است که متشکل از بتن و آرماتورهای فولادی که با قرارگیری بلوک‌ها مابین تیرچه‌ها به عنوان قالب و با بتن پوششی درجا ریخته شده، مقطع مرکب T شکل مناسبی را تشکیل می‌دهند. تیرچه ها در دو نوع تیرچه خرپایی، و تیرچه پیش تنیده تولید میشوند. پیش از حصول مقاومت بتن ریخته شده، وزن بلوک‌ها و بتن توسط تکیه‌گاه‌های موقت (شمع بندی) تحمل میشوند و پس از حصول مقاومت بتن ریخته شده تیرهای T شکل بتنی به هم چسبیده و مجاور هم، لنگر خمشی حاصل از بارهای قائم سقف را تحمل کرده و به تیرهای اصلی یا تکیه گاه ها منتقل می‌کنند. تیرچه‌ها در سه مرحله تحت بارگذاری قرار می‌گیرند.
مرحله اول
تیرچه در مرحله حمل و نقل بار ناشی از مزن خود را تحمل می‌کند.
مرحله دوم
تیرچه در زمان اجرای سقف و به تنهایی بار مرده ناشی از اجزای سقف (وزن تیرچه، بلوک و بتن و پوششی درجا) و همچنین بارهای حین اجرا را بین تکیه گاه‌های موقت (شمع بندی‌ها) تحمل می‌کند. این مرحله تا قبل از حصول مقاومت بتن ریخته شده است.
مرحله سوم
این مرحله در تیرچه پس از حصول مقاومت بتن ریخته شده فرا می‌رسد. ددر این مرحله تکیه‌گاه‌های موقت برداشته شده و تیرچه به عنوان عضو کششی مقطع T شکل، بار ناشی از بارهای مرده و زنده در هنگام بهره‌برداری را تحمل می‌کند.
در سقف‌های تیرچه و بلوک تیرچه‌های بتنی در دو نوع تیرچه‌ی پیش ساخته خرپایی و تیرچه‌ی پیش ساخته پیش تنیده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
تیرچه پیش ساخته خرپایی
این نوع تیرچه‌ها از خرپای فولادی و پاشنه بتنی تشكیل شد ه و بر دو نوع هستند.
- با قالب ماندگار (قالب سفالی) كه آن را تیرچه كفشك دار یا فندوله دار نیز می‌نامند.
- بدون قالب ماندگار
تیرچه پیش ساخته خرپایی برای تحمل مراحل سه گانه بارگذاری ذكر شده، از اجزای زیر تشكیل شده است.
- آرماتورهای كششی
- آرماتورهای عرضی
- آرماتور بالایی
- بتن پاشنه تیرچه
- آرماتورهای تقویتی
- آرماتور كمكی اتصال
شرح کامل جزییات در نشریه شماره ۵۴۳ آورده شده است.
تیرچه پیش ساخته پیش تنیده
این نوع تیرچه که فقط در کارخانه‌های مجهز تولید میشود از مقطع بتنی T شکل با رده مقاومتی C35 و بالاتر و مفتول‌های فولادی با مقاوت بالا (۱۷۵۰ تا ۱۹۰۰ نیوتن بر میلیمتر مربع) تشکیل میشود. در این نوع تیرچه مفتول‌ها را پیش از بتن ریزی تیرچه، توسط جک‌هایی تحت کشش معین قرار داده و سپس بتن ریزی مقطع اجرا میشود. پس از عمل آوری بتن و اطمینان از کسب مقاومت لازم، مفتول‌های ار آزاد می‌کنند. در نیتجه بتن تیرچه تحت تنش فشاری قرار می‌گیرد. از آنجا که تیرچه‌های پیش ساخته پیش تنیده در محدوده این بخش دستورالعمل نیستند، از توضیحات بیشتر در این خصوص اجتناب میشود. به منظور دستیابی شرح مفصل‌تری از این نوع تیرچه‌ها می‌توان به نشریه شماره ۲۵۰ با عنوان آیین نامه طرح و محاسبه قطعات پیش تنیده مراجعه کرد.
تیرچه فولادی با جان باز
عضو پیش ساخته‌ای است که به صورت خرپاهای ویژه دو سر ساده اجرا میشود. تیرچه فولادی با جان باز در سه مرحله تحت بارگذاری قرار می‌گیرد.
در مرحله اول باربری، تیرچه هنگام حمل ونقل بار ناشی از وزن خود را در مرحله دوم، در زمان اجرای سقف و قبل از گرفتن بار مرده سقف، (شامل وزن سقف، تیرچه، بلوک، بتن درجا و قالب‌ها) و بار زنده عوامل اجرایی را در حد فاصل تکیه‌گاه‌های تیرچه تحمل می‌کند. در مرحله سوم باربری و پس از گرفتن بتن، مقطع مرکب شامل تیرچه و بتن، تنش‌های ناشی از تمامی بارهای وارده به سقف را تحمل می‌کند. تیرچه فولادی برای تحنل مراحل سه گانه بارگذاری مذکور، از اجزای زیر تشکیل شده است.
- بال تحتانی
- اعضای قطری
- بال فوقانی
بلوك
بلوك سقفی قطعه‌ای است پیش ساخته و توخالی كه در بین دو تیرچه قرار گرفته و با توجه به ضخامت سقف و فاصله بین تیرچه‌ها ، ابعاد آن متغیر است. از بلوك به عنوان قالب دائمی (كه پس از اجرا در سقف باقی می‌ماند) برای قالب‌بندی جانبی جان تیر T شكل و همچنین قالب زیرین بتن پوششی درجا استفاده میشود. قسمت زیرین بلوك برای تأمین سطح هموار برای انجام نازك كاری زیر سقف و قسمت‌های تیغه‌های داخلی بلوك به منظور تقویت مقطع بلوك تعبیه میشوند. مقاومت بلوكها در محاسبات مقاومت سقف منظور نشده و تنها به عنوان قالب‌های دائمی و مصالح پركننده محسوب میشوند. با این وجود، بلوكها باید مقاومت لازم برای تحمل ضربه‌های ناشی از حمل و نقل متعارف و نیروهای ناشی از عبور و مرور در زمان بتن‌ریزی و قبل از آن را داشته باشند. شكل بلوك توخالی با توجه به این موارد، طراحی شده و معمولاً از مواد مختلفی نظیر سفال، بتن، بتن سبك، پلی استایرن و نظایر آن ها تولید میشود.
آرماتور افت و حرارت و آرماتور منفی
به منظور مقابله با تنش‌های متفرقه در بتن پوششی (درجا) و برای جذب تنش‌های ناشی از افت (جمع شدگی) و تغییر حرارت، آرماتورهایی در دو جهت عمود برهم و در قسمت بالایی بتن سقف و روی بلوك ها تعبیه میشوند كه آرماتور افت و حرارت (حرارت و جمع شدگی) نامیده میشود. در صورتی كه ارتفاع تیرچه خرپایی به حدی باشد كه آرماتور بالایی تیرچه در محل تعبیه آرماتورهای افت و حرارت قرار گیرد، می‌توان از آرماتور مذكور به عنوان آرماتور افت و حرارت در جهت طولی تیرچه استفاده كرد. با وجود طرح تیرچه‌ها با فرض تكیه‌گاه ساده، لازم است قبل از بتن‌ریزی، آرماتورهای منفی در هر یك از تیرچه‌ها و در محل تكیه‌گاه‌ها اضافه شود.
بتن پوششی (درجا)
بتن پوششی، قسمتی از تیر مركب است كه در محل كارگاه، پس از جای گذاری تیرچه‌ها و بلوكها، بتن ریزی میشود و پس از حصول مقاومت لازم، به كمك آرماتورهای كششی تیرچه، بار وارد به سقف را تحمل می‌كند.
ضخامت بتن پوششی براساس طول دهانه و بار وارده طرح و محاسبه میشود. مشخصات فنی بتن پوششی نظیر دانه‌بندی، مصالح، نسبت آب به سیمان و نحوهی اختلاط باید مطابق ضوابط مندرج در آخرین ویرایش آیین نامه بتن ایران (آبا) باشد.
ضوابط طراحی سقف‌های تیرچه و بلوك
از آنجایی كه سقف‌های تیرچه و بلوك خرپایی از انواع دالهای با پشت بند بتنی است، اصول طراحی این نوع سقف‌ها براساس مبانی اعضای بتنی بوده و ضوابط طراحی مطابق مباحث عنوان شده در آیین نامه ی بتن ایران (آبا) است. بر این اساس در این بخش طراحی سقف‌های تیرچه و بلوک عنوان می شود. همچنین در خصوص سقف‌های تیرچه و بلوك با تیرچه‌ی فولادی، طراحی تیرچه بر مبنای رفتار اعضای فولادی و بر اساس ضوابط طراحی مبحث دهم مقررات ملی ساختمان است.
طراحی تیرچه‌ی خرپایی در سقف‌های تیرچه و بلوک
با توجه به شیو‌ه‌های معمول در اجرای سقف‌های تیرچه و بلوک و با فرض رعایت الزامات عنوان شده در آبا، طراحی تیرچه‌ی خرپایی، مشابه طراحی دال است. بدیهی است در صورت عدم حصول الزامات مذكور، همانطور كه در آبا عنوان شده، این سیستم باید مشابه سیستم تیر و دال طراحی شود.
محاسبه‌ی بارهای وارده بر سقف
اولین گام در طراحی سقف‌های تیرچه و بلوک، تعیین بارهای وارد بر سقف (شامل بارهای مرده و زنده) مطابق بارهای وارده و ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان است. با توجه به آنكه طراحی سقف‌های تیرچه و بلوك در دو مرحله‌ی قبل از گرفتن بتن و بعد از گرفتن بتن انجام می‌گیرد، بارهای وارده نیز باید در این دو مرحله تعیین شود. بارهای قبل از گرفتن بتن شامل وزن دال بتنی، عوامل اجرایی كه در این مرحله بارهای وارده باید توسط تیرچه‌ی فولادی تحمل شود. بارهای بعد از گرفتن بتن متناظر با كل بارهای وارده، شامل بارهای مرده (بار كفسازی، تیغه‌بندی و ….) و بار زنده است كه باید توسط عضو مركب تیرچه و بلوك تحمل شود.
ضوابط طراحی خمشی تیرچه‌ی فولادی
در این مرحله از طراحی، تیرچه‌ی فولادی باید طوری طراحی شود كه به تنهایی قادر باشد كلیه‌ی بارهای مرده قبل از گرفتن بتن (به استثنای حالتی كه این دسته از بارها به كمك پایه‌های موقت نگهداری میشوند) را تحمل نماید. در صورتی كه در هنگام بتن ریزی دال از پایه‌های موقت در زیر تیر فولادی استفاده نشود، باید در تیرچه‌ی فولادی كنترل تنش انجام گیرد تا این تیر دارای كفایت كافی برای حمل بارها باشد.
ضوابط و محدودیت‌های کلی سقف‌های تیرچه و بلوک
- سیستم تیرچه‌ای شامل ترکیبی از تیرچه‌های متساوی الفاصله (قرار گرفته در یک راستا و یا دو راستای عمود بر هم) و یک دال فوقانی است.
- فاصله آزاد تیرچه‌ها نباید بیشتر از ۷۵ سانتیمر باشد.
- عرض تیرچه‌ها نباید کمتر از ۱۰ سانتیمتر و ارتفاع کل آنها نباید بیشتز از ۵/۳ برابر حداقل عرض آنها باشد.
- حداقل فاصله افقی بین دو سطح قائم بلوک‌های مجاور در طرفین یک تیرچه که در مقابل یکدیگر نصب میشوند نباید کمتر از ۶/۵ سانتیمتر باشد.
- سقف‌های اجرا شده با تیرچه و بلوك، در مواردی كه بار یكنواخت روی سقف عمل نماید، عملكرد بسیار مناسبی دارند. در صورت وجود بار منفرد سنگین یا متحرك و یا مرتعش، بكاربردن سقف تیرچه و بلوك توصیه نمی‌شود.
- در سقف‌های تیرچه و بلوک، بار متمركزی كه ممكن است روی كف وجود داشته باشد، بار ناشی از چرخ اتومبیل‌ها در پاركینگ‌ها و یا بار خطی ناشی از وجود تیغه‌های آجری روی تیرچه‌ها است. در مورد پاركینگ‌ها، بكارگیری سیستم تیرچه و بلوك معمول، توصیه نمی‌شود. در صورت استفاده از این سیستم، توصیه میشود تا ضخامت دال بتنی (روی بلوكها) حداقل ۸ سانتی متر در نظر گرفته شود و مقاومت دال در برش سورا خكننده (برش پانچ) برای بار چرخ كنترل شود. در محاسبه تیرچه‌ها برای بار متمركز، یا می‌توان كف را با استفاده از یكی از روش‌های كلاسیك، تحلیل كامل نمود و یا بار را با تقریب خوبی بین سه تیرچه مجاور یكدیگر به طور مساوی توزیع كرد.
ضوابط ومحدودیت‌های بلوک‌های سقفی – بتنی و سفالی
- بلوک‌های سقفی مورد استفاده باید مطابق استاندارد ملی ایران به شماره ۲۹۰۹-۲ با عنوان بلوک‌های سقفی مورد استفاده در سقف‌های تیرچه و بلوک – ویژگی‌ها و روش‌های آزمون باشند. د راین استاندارد ویژگی نمونه برداری و روش آزمون بلوک‌های سقفی آمده است.
- مواد تشكیل دهنده‌ی بلوك نباید روی بتن درجا اثر شیمیایی داشته باشند.
- ارتفاع و عرض بلوكهای سقفی، تابع ضخامت كل سقف و فاصله‌ی تیرچه‌ها از همدیگر است. طول بلوك معمولاً ۲۰ تا ۲۵ سانتی متر است. لبه‌های دو طرف بلوك جهت جابجایی بهتر بتن در بین دو بلوك (جان تیرچه)، به شكل شیب دار طراحی میشوند.
- وزن بلوك باید حداكثر ۲۰ كیلوگرم باشد، به نحوی كه به آسانی با دست در روی سقف جابجا شود. معمولاً وزن بلوك سفالی، ۷ كیلوگرم و وزن بلوكهای بتنی با مصالح رودخانه‌ای، ۱۱ تا ۱۷ كیلوگرم است. ابعاد و وزن بلوكها، با توجه به مشخصات كارخانه‌های سازنده، متفاوت است و جهت تعیین وزن و ابعاد دقیق آنها می‌توان به مشخصات فنی مربوطه مراجعه كرد.
ضوابط و محدودیت‌های بتن پوششی
- بتن پوششی درجا، به عنوان جان تیرچه‌ها و همچنین به عنوان پوشش و قسمت فشاری مقطع T شكل در سقف‌های تیرچه و بلوك عمل می‌نماید.
- حداقل ضخامت بتن پوشش روی بلوكها، ۵ سانتی متر و حداقل رد‌ه‌ی آن C 20 است.
- مشخصات مربوط به دانه‌بندی، نسبت آب به سیمان، طرح اختلاط و نگهداری بتن پوششی سقف‌های تیرچه و بلوك، وجه تمایزی نسبت به مشخصات كلی بتن ندارد و باید منطبق با آیین نامه بتن ایران (نشریه شماره ۱۲۰) و همچنین مشخصات فنی عمومی كارهای ساختمانی (نشریه شماره ۵۵) باشد.
نحوهی تولید تیرچه
از آنجاكه تولید سقف‌های تیرچه و بلوک در دو مرحله و به صورت پیش ساخته و نیز بتن ریزی در محل انجام می‌گیرد، عملیات اجرایی این نوع سقف به دو بخش تولید در كارخانه و تولید و اجرا در كارگاه تقسیم میشود. به طور معمول اجزای تولیدی در كارخانه شامل تولید بلوك، تولید تیرچه‌ی فولادی (در سقف با تیرچه‌ی فولادی با جان باز) و آرماتورهای تیرچه‌ی بتنی، شامل آرماتورهای كششی، فوقانی و عرضی (در تیرچه‌ی بتنی خرپایی) و آرماتوربندی و بتن‌ریزی تیرچه (در تیرچه‌ی بتنی پیش ساخته) است. سایر عملیات آرماتوربندی (از جمله آرماتورهای حرارتی) و نیز بتن ریزی، در محل كارگاه صورت می‌گیرد.
در تیرچه‌ی بتنی، خرپای تیرچه شبكه‌ی پیش ساخته‌ای از آرماتورهای كششی و عرضی و میلگرد اتصال بالایی است كه به شكل خرپا به همدیگر جوش شده و ایستایی لازم را برای حمل و اجرا تأمین می‌كند. فولاد مورد استفاده برای ساخت خرپا، علاوه بر دارا بودن مدول ارتجاعی كافی، باید جوش پذیر بوده و حداقل مجاز تنش(تغییر طول نسبی) در مرحله‌ی گسیختگی را دارا باشد. این مقدار تنش در مورد فولادهای نرم (A-I)به ۲۰ % ، برای فولادهای نیم‌سخت و سخت گرم نورد شده، به ۱۸ % و در مورد فولادهای اصلاح شده به ۸% محدود میشود. اتصال اعضای خرپای تیرچه، معمولاً توسط عمل جوشكاری تأمین می شود و برای این منظور از دو روش جوش مقاومتی و جوش با قوس الكتریكی استفاده میشود.
بلوك بتنی
بلوكهای بتنی، معمولاً در كارخانه‌های مجهز تولید میشوند. ولیكن در صورت وجود ماشین آلات مناسب، در كارگاه‌های كوچك نیز قابل تولید هستند. به طور كلی تولید بلوك شامل ۶ مرحله‌ی اساسی به شرح زیر است.
- انتخاب مصالح اولیه‌ی مناسب از نظر نوع، كیفیت و دانه بندی.
- توزین صحیح مواد اولیه، برای ساخت بتن طبق مشخصات طرح شده.
- مخلوط كردن بتن به حد كافی تا كسب كارایی مناسب و یكنواخت.
- قالبگیری بلوك در ماشین بلوك زن.
- عمل آوردن در شرایط مناسب و با تجهیزات كافی.
- انباركردن بلوكهای ساخته شده و تأمین شرایط مناسب برای كسب مقاومت بیشتر.
تولید بلوك در كارخانه‌ها و كارگا‌ه‌ها معمولاً توسط دستگاههای مجهز تما‌م اتوماتیك یا نیمه اتوماتیك انجام میشود و پس از ساختن بتن در دستگاههای بتن‌ساز، بلوكها توسط بلو‌كزن‌های ثابت و سیار، قالب گیری میشوند. در كارگا‌ه‌ها، تولید بلوك توسط دستگاههای بلوك‌زن سیار انجام میشود. در این روش تولید، بلوكها روی زمین و در بسترهای صاف بتنی قالبگیری میشوند.
بلوك سفالی
این بلوكها در ابعاد مختلف تولید میشوند. سطح بلوكهای سفالی معمولاً شیاردار است تا میزان چسبندگی آنها با بتن افزایش یابد. بلوك سفالی معمولاً در كارخانه و به وسیله‌ی دستگاههای مجهز تولید میشود تا بلوكها عاری از ترك و دانه‌های آهكی باشند و رنگ آنها كاملاً یكنواخت بوده و به طور یكسان پخته شده باشد. سطح بلوكهای سفالی باید عاری از انحنا و خمیدگی باشد و لبه‌های تیز و مستقیم و بافت ریز و متراكمی داشته باشند. عرض بلوكهای سفالی معمولاً ۲۵ سانتیمتر و وزن آنها حدود ۳ تا ۱۰ كیلوگرم متغیر است.
