مقدمه
سقف به قسمتی از ساختمان گفته می شود که برای پوشش و تقسیم طبقات از هم ساخته می شود . و در صورتی که حد فاصل بین ساختمان و هوا باشد آنرا بام نامند .
1- سقفهای مسطح
2- سقفهای شیبدار
3- سقفهای کاذب
که موضوع بحث ما فقط سقفهای کاذب است که هر کدام از این سقفها بر اساس نوع مصالح بکار رفته و انواع مختلفی که دارند مورد بررسی قرار می گیرند .
سقف کاذب
سقف کاذب سقفی است که در زیر سقف اصلی ساختمان ساخته می شود و به سقف اصلی آویزان است . سقف کاذب را بعلل مختلف می سازند مثلا در ساختمان هایی بتنی که ضخامت شاه تیرها و دالهای روی آن متفاوت است و این اختلاف ارتفاع از پائین بد منظره می باشد بوسیله ساختن سقف کاذب این نازیبائی را می پوشانند و یا در محل ساختن خرپاکه بواسطه وجود دهانه های بزرگ ساخته می شود ضخامت خرپا را در فاصله سقف کاذب تا سقف اصلی گم می کنند . گاهی اوقات نیز برای سالنهای سخنرانی و یا سینما و یا تئاتر که احتیاج به نور و صدای مخصوص دارند اقدام به ایجاد سقف کاذبی که نور و یا پخش صدای مورد لزوم را تامین نماید می کنند .
معمولاً از فاصله بین سقف کاذب و سقف اصلی که ممکن است تا حدود 80 سانتیمتر هم باشد لوله های آب گرم و آب سرد یا شوفاژ و همچنین کانالهای حرارتی یا لوله های فاضلاب را عبور می دهند .
قسمتهای مختلف سقف کاذب :
1. میلگردهای عمودی
2. میلگردهای افقی چپ و راست
3. نبشی کنار دیوار
4. چوبهای چهار تراش چپ و راست
5. ورقه اکوستیک
6. رابیتس
7. گچ کاری
توضیح اینکه : ردیف 1 و 2 برای کلیه سقفهای کاذب عمومیت دارد و ردیف 3 و 4 و 5 فقط برای سقفهای کاذب اکوستیک اجرا می گردد و دو ردیف 6 و 7 فقط برای سقفهائی که لایه آخر آن گچ کاری می باشد اجرا می شود .
1. میلگردهای عمودی
همانطوریکه قبلا نیز اشاره شد سقف کاذب به سقف اصلی ساختمان آویزان است . برای اینکار میلگردهائی در حین کار با طول معین (ضخامت سقف کاذب) در سقف نصب می نمایند . چنانچه سقف بتنی و یا تیرچه بلوک باشد قبل از بتن ریزی این میلگردها را بین آرماتورهای سقف قرا می دهند . در این نوع سقفها فاصله میلگردها از همدیگر در حدود 40 الی 50 سانتیمتر است چنانچه سقف تیرآهن و طاق ضربی باشد . میلگردها را به تیرآهن جوش می دهند با توجه به اینکه فاصله تیرآهنها از همدیگر در حدود یک متر است در این صورت فاصله میلگردها عمودی از همدیگر از یک طرف یک متر و از طرف دیگر در حدود 40 سانتیمتر باید باشد . سرانتهائی میلگردها را بصورت چنگک خم می نمایند . مطابق شکل تا میلگردهای افقی به راحتی داخل آن قرار گیرد برای میلگردهای عمودی می توان از میلگرد 10 یا 12 استفاده نمود .
2. میلگردهای افقی چپ و راست
بعد از میلگردهای عمودی انتهای این میلگردها را بوسیله دو ردیف میلگرد چپ و راست به همدیگر متصل می نمایند . به طوریکه در زیر مستطیل هائی به ابعاد 40 * 40 و یا 40*100 سانتیمتر تشکیل می شود بجای میلگردهای افقی چپ و راست می توان از نبشی یا سپری استفاده نمود باید دقت کرد که این شبکه 40*40 یا 40*100 کاملاً در یک سطح واقع شده باشد زیر در غیر اینصورت سقف تمام شده در یک سطح نبوده و خوش منظره نمی باشد .
3. نبشی کنار دیوار
در کنار دیوار یعنی در محل اتصال سقف کاذب به دیوار یک عدد نبشی وصل می نمایند اگر در آن ناحیه امکان آویزان کردن میلگرد از سقف موجود باشد . این نبشی کنار دیوار را به آن میلگرد جوش می دهند ولی اگر امکان آویزان کردن میلگرد از سقف موجود نباشد نبشی را با شاخ به دیوار مجاور بوسیله گچ متصل می نمایند . آنگاه سپری ها و یا نبشی های چپ و راست را به آن جوش می دهند .
4. چوبهای چهارتراش چپ و راست
اگر آخرین لایه سقف ورقه های اکوستیک باشد روی این لایه نبشی دو سری چوبهای چهار رتاش 3*3 سانتیمتر متصل می نمایند . بدین طریق که سری اول را به نبشی و یا سپری فوق الذکر با سیم آرماتور بندی می بندند و سری دوم را به سری اول بوسیله میخ متصل می نمایند فاصله این لایه آخر از همدیگر کاملا بستگی به ابعاد اکوستیک دارد آنگاه ورقه اکوستیک را روی آن نصب می نمایند .
5. ورقه های اکوستیک
اصولا اکوستیک یک نوع ایزوله صوتی است که با مصالح مختلف ساخته می شود این لایه در سالنهائی که نباید صورت تولید پرواک نماید مورد استفاده قرار گیرد مانند سالنهای سینما یا اپرا و یا سالنهای سخنرانی .
6. رابیتس
چنانچه لایه آخر سقف کاذب سفید کاری با گچ باشد از اجرای چوبهای چهار تراش خودداری نموده و بعد از نصب میلگردهای چپ و راست ورقه های رابتیس را که تقریباً شبیه توری است باین میلگردها با مفتول های 3 تا 5/3 می بندند .
فاصله های بستن رابتیس به سقف نباید زیاد باشد زیرا در این صورت رابتیس وزن گچ و خاک و گچ روی آنرا تحمل نکرده و سقف ناصاف می شود .
7- گچ کاری روی رابیتس
اجرای این لایه عینا مانند همان است که در مورد گچ کاری توض یح داده شد فقط در این محل مرحله برای قشر زیر گچ کاری نمی توان از کاه گل استفاده نمود بلکه باید زیر کار را بوسیله یک قشر گچ و خاک پوشانید زیرا گچ و خاک از سوراخهای زابیتس گذشته و مانند قلابی در پشت آن قرار گرفته و سطح محکم و یکنواختی را ایجاد می نمایند
عمل مرگب:
عمل مرکب وقتی بوجود می آید که دو عنصر تحمل کننده ای بار غیر هم جنس، نظیر دال بتنی و تیز فولادی تکیه گاهی، کاملاً به هم یکپارچه شده و تحت باردهی وارده به عنوان یک واحد یکپارچه تغییر شکل دهند در شکل(1) مثال های متداول از نیمرخ های مرکب نشان داده شده است. چیزی که عملکرد مرکب را تضمین می کند، اعمال چنان تمهیداتی است که باعث می شود در عضو تغییر شگل یافته، یک تغییرات خطی کرنش در ارتفاع کل مقطع عضو، از بالای دال بتنی تا زیر بال تحتانی نیز بوجود می آید.
شکل1
برای درک رفتار تیرهای مرکب، ابتدا تیر غیر مرکب شکل2 الف را در نظر بکیرید: در صورتی که از اصطکاک جزیی بین دال و سطح فوقانی بال فشاری صرفنظر شود، تیر و دال بطور جداکانه، هر کدام قسمتی از بارهای خارجی را حمل می نمایند. در این حالت در سطح تماس تیر تغییر شکل یافته، سازگاری تغییر شکل وجود ندارد. بدین معنی که تحت بار وارد، سطح تحتانی دال در کشش بوده و طول آن افزوده می شود، در صورتی که سطح فوقانی بال فشاری، در فشار بوده و طول آن کاهش می یابد. در نتیجه در سطح تماس، یک عدم پیوستگی در تغییرات کرنش در ارتفاع وجود دارد.
وقتی یک سیستم بطور مرکب عمل می کند، هیچکونه لغزش در سطح تماس دال بوجود نمی آید و برای اینکه سازکاری تغییر شکل ها در سطح تماس تحقق یابد، یک نیروی برشی افقی در آنجا تولید می شود که بطور همزمان سطح زیر دال را تحت فشار و سطح فوقانی بال را تحت کشش قرار می دهد.(شکل2 ب)
مزایا و معایب نیمرخ های مرکب:
الف: مزایای نیمرخ مرکب:
1- کاهش مصرف فولاد(بین20 تا 30 درصد)
2- کاهش در ارتفاع نیمرخ های فولادی
3- کاهش در ارتفاع کف و سقف نسبت به سقف های تیرچه بلوک و طاق ضربی
4- افزایش سختی سیستم کف
5- افزایش در طول دهانه قابل استفاده برای یک نیمرخ مشخص
6- افزایش ظرفیت باربری نهایی نسبت به حالتی که ظرفیت نهال دال تیر جداکانه در نظر گرفته می شود.
ب- معایب:
1- تغییر شکل های دراز مدت به علت پدیده خزش در بتن متاری
2- عملکرد غیر مرکب در نواحی لنکر منفی تیرهای یکسره
در حال حاضر عملکرد مرکب در تیرهای سراسری، فقط در نواحی لنگر خمشی مثبت که دال بتنی تحت فشار است، در نظر کرفته می شود.
لازم به تذکر است که در شرایط فعلی (مخصوصاًدر کشور خودمان) استفاده از عملکرد مرکب، اکثراً در اعضای خمشی مورد توجه قرار دارد. در بعضی از کشورهای پیشرفته استفاده از دیوارها و ستونهای مرکب رفته رفته مورد توجه قرار می گیرد.
محاسبه ی مشخصات هندسی نیمرخ:
مشخصات هندسی یک نیمرخ مرکب، با استفاده از روش مقطع تبدیل یافته محاسبه شود. بر خلاف بتن مسطح که در آن سطح معادل بتنی می شود، در اینجا چون نیمرخ اصلی از فولاد است، سطح بال بتنی فشاری، تبدیل به فولاد معادل می شود. با استفاده از مفهوم مقطع تبدیل یافته، برای یافتن سطح فولاد معادل، ضخامت دال بتنی دست نخورده باقی مانده و فقط عرض موثر تبدیل به عرض موثر تبدیل
یافته می شود در
عرض موثر
عرض موثر تبدیل یافته =
نسبت ضریب الاستیسیته فولاد به ضریب الاستیسیته بتن
مشخصات هندسی موثر:
برای محاسبی مشخصات هندسی مقطع مرکب، فولاد معادل بال فشاری بتنی، همانند یک ورق تقویت در نظر کرفته شده و محاسبه مشخصات هندسی بطریق معمول انجام می شود.
لازم به تذکر است که ورق تقویتی فرضی وقتی موثر است که بال بتنی در فشار باشد. در نواحی لنکر منفی تیرهای سراسری، که بال فوقانی به کشش کار می کند، از دال بتنی و در نتیجه به فولاد معادل آن صرفنظر شود.
محاسبه ی تنش ها با توجه به شرایط اجرایی:
با داشتن مشخصات هندسی مقطع مرکب، تنش های خمثی با استفاده از روابط معمول مقاومت مصالح قابل محاسبه می باشند. در نیمرخ های مرکب روش اجرا، یا ترتیب تاثیر بارهای خارجی، عامل بسیار مهمی در محاسبات تنش می باشد که نباید از نظر دور داشته شود. دو روش معمول اجرای نیمرخ های مرکب وجود دارد:
الف) اجرا بدون پایه های موقت (بدون شمع بندی)
در این روش ابتدا نیمرخ های فولادی در محل خود قرار داده می شوند و سپس بدون اینکه در داخل دهانه از پایه های موقت استفاده شود، قالب بندی دال که تکیه گاه های آن همان تیر فولادی می باشد، انجام شده ودال تبن ریزی می شود. مسلم است در چنین روشی تیر فولادی تنها، باید قادر به حمل وزن خود + وزن قالب + وزن دال و تمامبارهای مرده ای که قبل از گرفتن دال تبنی تاثیر می نمایند، باشد.
ب) اجرا با پایه های موقت (با شمع بندی)
برای اینکه تیر فولادی به تنهایی هیچگونه باری را حمل کند، قبل از قالب بندی دال، در زیر تیر فولادی در فواصل مناسب در طول دهانه، پایه های موقت نصب می شود. بعد از این کار، قالب بندی انجام شده و تبن دال ریخته می شود. پس از گرفتن بتن دال کلیه قالب ها و پایه های موقت برداشته می شود. در نتیجه در تیر فولادی تنها، هیچگونه تنشی در هنگام اجرای دال به وجود نمی آید و کلیه بارها اعم ازمرده و زنده توسط مقطع مرکب حمل می شود.
مقاومت نهایی نیمرخ های مرکب:
تعیین مقاومت نهایی نیمرخ های مرکب، از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد. هر چند که اغلب دستورات آیین نامه AISC بر مبنای تنش مجاز قرار دارند، لیکن باید توجه داشته باشیم که ایننقش های مجاز از اعمال ضریب ایمنی مناسب درمقاومت نهایی مقطع حاصل شده اند.
در تعیینمقاومت نهایی مقطع مرکب، دو حالت ممکن است رخ دهد:
الف) تار خنثی در داخل دال تبنی قرار گیرد. در این حالت می گوییم مقاومت فشاری دال کفایت می کند.
ب) تار خنثی در داخل نیمرخ فولاد قرار می گیرد. در این حالت می گوییم مقاومت فاشری دال کافی نیست و یا به اختصار دال کفایت نمی کند.
اتصالات برشی:
در کی نیمرخ مرکب، نیروی برشی افقی موجود در محل تماس بال نیمرخ فولادی با دال تبنی که به واسطه عمل مرکب به وجود می آید، باید توسط وسایل مناسبی انتقال یابد. بهاین وسایل، اتصالات برشی می گوییم.
با استفاده از اتصالات برشی مناسب می توان پوشش های تبنی را به بال فوقانی تیرها و شاه تیرهای فلزی یکپارچه نمود.این عمل موجب می شودکه پوشش تبنی با تیر فولادی تشکیل تیر مرکبی بدهد که دارای سختی ومقاومت خنثی بیشتری نیست بهتیر فولادی تنها می باشد.
پوشش تبنی در این حالت چرثی از بال فشاریتیر شده، در نتیجه،محور خنثایمقطع بطرف بالا حرکت و ظرفیت کشتی پائین تار خنثی افزایش پیدا می کند. چنین طرحی باعث کاهش سطح مقطع تیر فولادی و وزن واحد طول آن می شود و چون پوشش تبنی به منزله سقف ساختمان عمل می نماید، بنابراین تنها اتصالات برشی مقداری اضافه مخارج تولید می کنند.
امروزه از اتصالات برشی گوناگون استفاده می شود که تعدادی از آنها را به دوشکل های زیر می بینید.
نقش اتصالات برشیدر عمل مرکب، یکنقش اصلی است و بدون عملکرد صحیح اتصالات برشی، عمل مرکب تحقق پیدا نمی کند. اصطحکاک طبیعی موجود در سطح تماس بال نیمرخ فولادی با دال تبنی، برای انتقال نیروی برشی افقی نه کافی و نه قابل اطمینان است، مگر اینکه نیمرخ فولادی به طور کامل در داخل دال تبنی دفن شده باشد اگر در اینحلت سطح فوقانی بال تیر فولادی حداقل 4 سانتیمتر پائین تر از تار فوقانی دال و 5 سانتیمتر بالاتر از تار تحتانی دال و همچننین ضخامت پوشش تبنی دورا دور حداقل 5 سانتیمتر باشد.
مشروط بر اینکه دال بطور یکپارچه و همزمان بتن ریزی شده و آرماتور کافی در داخل بتن برای جلوگیری از گسیختن بتن بکار برده شده باشد، بتن و تیر فولادی بدون احتیاج به اتصالات برشی یکپارچه عمل خواهند کرد. در صورت استفاده از اتصالات برشی، احتیاجی به پوشش تیر فولادی توسط بتن، برای اینکهتیر فولادی و بتن با همکار کنند، نمی باشد. و فقط کافی است اتصالات برشی بطور کامل در داخل دال بتنی قرار گیرند. به لحاظ سهولت اجرا، در عمل استفاده از اتصالات برشی ترجیح داده می شود. لازم به تذکر است کهاتصالات برشی علاوه بر مقاومت، باید دارای سختی کافی برای جلوگیری از نفرش نسبی دال وتیر فولادی باشند.
مقررات مربوط به اتصال برشی:
پوشش حداقل تبن در روی اتصالات برشی در هر امتاد نباید کمتر از 5/2 سانتیمتر باشد. قطر گل میخ ها نباید از 5/2 برابرضخامت بای کهبه آن جوش داده شوند. فاصله حداقل محور تا محور گل میخ ها در امتداد محور طولی تیر مرکب، 6 برابر قطر آن ودر امتداد عمود بر محوط طولی تیر مرکب، 4 برابر قطر آن و حداکثر فاصله محور تا گل میخ ها 8 برابر ضخامت دال بتنی باشد .
.تیرهای مرکب مدفون :
تیرهای فولادی مدفون در بتن باید طوری طراحی شوند که بتوانند به تنهائی کلیه ی بارهای مرده ای را که قبل از گرفتن بتن به آنها وارد می شود تحمل نمایند
( مگر اینکه این بارهای مرده توسط پایه های موقت گرفته شود
) پس از اینکه بتن خودش را گرفت تیرهای مدفون در بتن به همراه دال های بتنی باید قادر باشند که کلیه بارهای زنده و مرده را بدون اینکه خمشی از مقدار 0.66FYتجاوز کند تحمل نمایند ( FY تنش جاری شدن تنیر فولادی به KG/CM ) تنش خمشی ایجاد شده توسط بارهای وارده پس از اینکه بتن خودش را گرفت باید بر اساس خواص مقطع مرکب بتن و فولاد محاسبه گردد از تنش های کششی ایجاد شده در بتن باسد صرفنظر نمود .در روش دیگر می توان تیر فولادی را طوری طراحی نمود که بتواند به تنهائی لنگر مثبت ایجاد شده توسط کلیه ی بارهای زنده و مرده را تحمل نماید در این حال تنش مجاز خمشی برابر با 0.67 FY در نظر گرفته می شود و لزومی به پایه های موقت ( شمع بندی ) نمی باشد .
تغیر شکل تیر های مرکب :
مح:سبه ی تغییر شکل دقیق تیر های مرکب بستگی به نحوه اجراء دارد .
الف : در حین اجراء از پایه های موفق استفاده نشده است :
1_ تغیر شکل حداکثر تیر فولادی تنها را به علت بارهای مرده تا قبل از گرفتن بتن محاسبه نمائید
2_ تغیر شکل حداکثر نیمرخ مرکب را با نسبت الاسستیسیته ی n3 برای بار مرده ای که بعد از گرفتن ساختمان بر آن وارد می شود می توان محاسبه نمائید . 3 برابر کردن n ( نسبت ضریب الاستیسیته فولاد به ضریب الاستیسیته بتن ) برای در نظر گرفتن اثر خزش تحت اثر بارهای مرده ی طولانی مدت می باشد .
3_ تغییر شکل حداکثر نیمرخ مرکب را با نسبت الاستیسیته n برای بار زنده به دست آورید .
تغییر شکل کل مجموعه سه مقدار فوق خواهد بود
ب: حین اجرا از پایه های موقت استفاده شده است :
1 . تغییر شکل حداکثر نیمرخ مرکب را با نسبت الاستیسیته ی n3 تحت اثر بارهای مرده قبل و بعد از گرفتن بتن دال محاسبه نمائید .
2_ تغییر شکل حداکثر نیمرخ مرکب را با نسبت الاستیسیته ی N تحت اثر بارهای زنده محاسبه نمائید .
تغییر شکل کل مجموع تغییر شکل های 1و2 می باشد .
منبع
با استفاده از کتاب فولاد ( نویسنده شاپور طاحونی )
22