اطلاعات طراحی سقف های عرشه فولادی

فهرست مطالب

اطلاعات طراحی سقف های عرشه فولادی

پارامترهای طراحی

عرشه سقف مرکب عموماً با توجه به شرایط مرحله ساخت، بار ودهانه مورد نیاز برای سرویس دهی و مقاومت در برابر آتش سوزی فراهم می­شود.

نرخ آتش سوزی

مقاومت= تعیین اندازه شبکه یا فولاد مورد استفاده زیرین

عایق بودن= تعیین حداقل عمق دال

از آنجا که عرشه همانند یک پوسته رفتار می­نماید یکپارچگی همواره فراهم می­باشد.

خواص صوتی ساختمان

با در نظر گرفتن مقدار ضخامت دال نرخ عایق بودن در برابر صوت انتخاب می­شود.

ارتعاش

نسبت دهانه به ضخامت دال همانند وضعیت تیرهای تکیه گاهی در طراحی ارتعاش موثر است.

وزن بتن

وزن بتن، حداقل عمق دال و دهانه را در زمان بتن ریزی تحت تأثیر قرار می­دهد.

دهانه عرشه (بدون شمع بندی)

اندازه تیر و فاصله تیرها از هم، دهانه عرشه را تعیین می­نماید.

دهانه عرشه (دارای شمع بندی)

برای استفاده کامل از خواص دال مرکب ممکن است نیاز به شمع بندی موقت باشد.

طراحی دو مرحله­ای

همه سقف­های مرکب باید در دو مرحله در نظر گرفته شوند.

1. بتن مرطوب/مرحله ساخت

بار به تنهایی توسط عرشه تحمل می­شود.

خیزها ناشی از بار بتن، بتن روی عرشه و بارهای ساخت می­باشد.

خیز کلی سیستم ناشی از خیز تیرها می­باشد.

2. بتن سخت شده/مرحله مرکب

بار توسط دال مرکب تحمل می­شود.

خیزها ناشی از تغییر مکان تکیه گاه­های موقت (شمع بندی) در صورت وجود، بارهای اضافی و خیز تیرها در نظر گرفته می­شود.

هدف کلی طراحی

معمولاً طراحان ترجیح می­دهند تا نیاز به شمع بندی موقت را کاهش دهند در نتیجه دهانه و عمق مورد نیاز دال در انتخاب عرشه کنترل کننده می­باشد.

معمولاً الزامات آتش سوزی تعیین کننده عمق دال می­باشند و برای بیشتر حالت­های بدون شمع بندی، بارهای اضافی روی دال طراحی را محدود نمی­کند.

مش ضد ترک (آرماتور حرارتی)

جهت کاهش ترک­های ناشی از لنگر خمشی موجود در سقف آرماتورهای تقویتی مورد نیاز بر روی تیرهای تکیه گاهی تعبیه می­شوند.

قوانین (BS Pt4)  به عنوان معتبرترین ضوابط کنترل ترک­های ناشی از انقباض بتن و ترک­های حرارتی دال توصیه می­شود که مطابق آن مش حرارتی باید معادل 0.1% از سطح مقطع دال در محل تکیه گاه باشد لیکنEC 4 توصیه می­کند مش ضد ترک معادل 0.2% از سطح مقطع دال برای دهانه­های دارای شمه بندی باشد.

آنچه در جداول مرجع سریع و نرم افزار طراحی برای مش مشخص شده مطابق ضوابطEC 4 که در نرم افزار می­توان با لغو پیش فرض ­ها از مقادیر کمتر شبکه آرماتور استفاده نمود.

برای مش A1422(ɸ6mm@200) مقدار همپوشانی 300mm ، برای A193(ɸ7@200mm)، A252(ɸ8@200mm) ، A393(ɸ10@200mm)400 mmمی­باشد.

نکته : عدد مشخص شده بعد ازA نشانگر مقدار مصرف آرماتور بهmm2/m می­باشد.

کاهش مش مصرفی

مطابق ضوابطEC 4 مش تقویتی دال باید به طول 1.2m  در محل هر تکیه گاه قرار گیرد و در وسط دهانه به شرط آنکه بارهای متمرکز، بازشو و غیره نداشته باشیم، شبکه آرماتور ممکن است نصف شود.

(تا 0.2% برای دهانه­های با شمع بندی 0.1% دهانه ­های بدون شمع بندی) لیکن این شبکه باید برای کفایت نرخ آتش سوزی مورد نیاز کنترل شود.

آرماتور تقویت (فولاد تحتانی)

آرماتور تقویت که در محاسبات ظرفیت دال مرکب منظور می­گردد میلگردی است که در هر نشیب پروفیل قرار گرفته و فاصله محوری آن به فاصله پایین عرشه تا مرکز میلگرد که در نرم افزار تعریف شده بستگی دارد که حداقل مقدار آن 25mm  و حداکثر آن ارتفاع پروفیل می­باشد.

آرماتور عرضی

BS Pt4 نسبت سطح مقطع آرماتور عرضی به سطح مقطع بتن بالای پروفیل عرشه را 0.1% مجاز می­داند؛ ولی این مسئله درنرم افزار طراحی در نظر گرفته نمی­شود در صورتی که می­تواند باعث کاهش بیشتر هزینه­ ها شود.

چنانچه عرشه به صورت کاملاً پیوسته بر روی بال تیر فولادی قرار گرفته یا بصورت متناوب با برشگیرها به تیر فولادی جوششده باشد، آنگاه به صورت یکپارچه با آرماتور عرضی تیر مرکب عمل میکنید.

انتخاب بتن

در قسمت”Concrete Grade” نرم افزار طراحی مقدار مقاومت نمونه مکعبی (به عنوان مثالC30 ) وارد می­شود.

مقاومت نمونه مکعبی بتن باید مطابق با الزامات دال­های مرکب بوده و نباید کمتر از 25MPa  و بیشتر از 50MPa باشد.

در طراحی بر اساسEC 4 مقاومت نمونه استوانه­ای استفاده می­شود. نوع بتن(C25/30) مقاومت نمونه استوانه­ای یا مکعبی رادرEC 4 تعریف می­کند. بطور کلی مقاومت آزمایشی نمونه استوانه­ای 80% مقاومت آزمایشی نمونه مکعبی می­باشد.

دانسیته بتن

در زمان نداشتن اطلاعات جامع و دقیق، فرضیات زیر برای بتن معمولی در نظر گرفته می­شود:

بازشوها

برای ایجاد بازشوها در سقف باید محدوده آن­ها را قبل از بتن ریزی محصور کرده و بعد از سخت شدن بتن دال، عرشه را برش زد.

طراحی بازشوها به اندازه آن­ها بستگی دارد.

کوچک

بازشوهای تا 300mm2  که معمولاً نیاز به تقویت اضافی ندارند.

متوسط

بازشوهای بین 300mm2  تا700mm2  که معمولاً به تقویت اضافی در داخل دال نیاز دارند. تقویت دال در زمانی که بازشوها نزدیک به هم باشند نیز باید اعمال گردد.

بزرگ

بازشوهای بزرگتر از 700mm2 که باید با تکیه گاه­های دائمی اضافی فولادی، به طور کامل محصور شوند.

قوانین بازشوها

با فرض اینکه  d0 پهنای بازشوی عمود بر دهانه عرشه باشد.

• فاصله بین بازشو و لبه بدون تکیه گاه باید بزرگتر از 500mm  یاd0 باشد. بازشوها نباید از بیشینه مقادیر 1.5d0  (مربوط به بزرگترین بازشو) یا 300mm ، به هم نزدیک­تر باشند. در غیر این صورت باید به عنوان یک بازشو در نظر گرفته شوند.
• سطح کل بازشوهای داخل یک دهانه نباید از کل سطح آن دهانه بیشتر شود.
• طول بازشوی واقع در یک دهانه نباید از طول آن دهانه بیشتر شود. در مواردی که ضوابط فوق اجرا نشوند، بازشوها باید توسط تکیه گاه­های دائمی فولادی به طور کامل محصور شوند.

در صورتیکه بازشو در پهنای موثر بال بتنی هر تیر مرکبی قرار بگیرد (بطور معمول 8.1 دهانه از هر سمت محور مرکزی تیر) مقاومت تیر باید با فرض کاهش مناسب پهنای موثر دال، کنترل شود.

طراحی دال اطراف بازشوها

در طراحی دال باید فرض شود که یک سیستم موثر تیرهای نواری، اطراف بازشو را پوشش می­دهد. پهنای موثر تیرهای نواری (که به صورت متقاطع با جهت دهانه عرشه عمل می کند) بایدd0/2  در نظر گرفته شود و در محاسبات فقط تاثیر بتن بالای نشیب ­های عرشه در نظر گرفته می­شود. فرض بر این است که تیرهای نواری عرضی فاصله 1.5d0  را پوشش می ­دهند. تیرهای نواری طولی بگونه­ ای طراحی می­شوند تا علاوه بر سهم بارهای خود بار ناشی از تیرهای نواری عرضی را هم تحمل نمایند.

فولاد گذاری

آرماتورهای تقویتی در تیرهای نواری، باید متناسب با بارهای وارده، تامین شوند. این آرماتورها معمولاً درون نشیب عرشه قرار می­گیرند. علاوه بر این ممکن است آرماتورهای طولی یا عرضی تقویتی برای بهبود انتقال بارهای اطراف بازشو، استفاده می­گردد.

طراحی تیر مرکب

وقتی که دال مرکب به طور موثر به تیر فولادی مهار شده باشد، آنگاه در وزن تیر تا 50% صرفه جویی می­شود. دال به عنوان یک بال متراکم برای تیر عمل میکند. اتصال بین دال و تیر بوسیله جوش دادن گل میخ های به قطر 19mm و ارتفاع های مختلف متناسب با ارتفاع عرشه فراهم می­گردد که بعد از نصب عرشه به تیر جوش داده می­شوند. ضخامت بال بالایی مقطع فولادی نباید کمتر از 0.4 برابر قطر گل میخ­ ها باشد.

(برای مثال 7.6mm  برای یک گل میخ 19 mm).

ظرفیت گل میخ­های سرپهن

وقتی که پروفیل عرشه عمود بر تیر فولادی روی بال آن متصل شد، ظرفیت برشی گل میخ­ های جوش شده در نظر گرفته می شود. ظرفیت گل میخ ها را می توان با استفاده از فرمول های محاسباتی آیین نامه به دست آورد.

محدودیت­های خیز

در زمان نداشتن اطلاعات مناسب، باید حدود زیر در نظر گرفته شود:

خیز مرحله ساخت

خیز مرحله ساخت فقط به بارهای مرده بدون ضریب بستگی دارد و بارهای زمان ساخت در نظر گرفته نمی­شود. حدود خیز برای قالب بندی در قسمتBS 5950.4 ارائه شده است.

دلیل اصلی محدود کردن خیز در مرحله ساخت، محدود کردن حجم بتنی است که بر روی عرشه قرار می­گیرد. افزایش خیزها متأثر از افزایش بتن روی عرشه بوده و این امر باعث افزایش بارهای مرده بر سازه می­شود. این خیزها به طور معمول نباید از مقادیر زیر بیشتر شوند:

• بدون در نظر گرفتن بتن روی عرشه  LP/180

(که نباید از 20mm  بیشتر باشد

• با در نظر گرفتن بتن روی عرشه  LP/130

(که نباید از 30mm  بیشتر باشد)

LP دهانه موثر قالب بندی است که کمترین مقادیر: فاصله مرکز به مرکز تکیه گاه ­های دائمی و دهانه خالص بعلاوه ارتفاع پروفیل می­باشد.

مطابق BS 5950، وقتی خیز ازDS/10 بیشتر می شود (که در آنDS عمق کلی دال مرکب است) وزن بتن اضافی در حین اجرا به دلیل خیز ورق ­ها باید در محاسبات وزن دال مرکب وارد شود. بنابراین در محاسبات خیز قالب بندی در نرم افزار طراحی فقط وقتی که خیز مرحله ساخت ازDS/10 بیشتر شود وزن بتن اضافی در محاسبات منظور می­گردد.

در نرم افزار طراحی برای ساختمان­های بدون شمع بندی خیز مرحله ساخت مجاز L/130، در نظر گرفته شده است که نباید از 30mm  بیشتر باشد. تمام جزئیات و پارامترهای محاسبات در راهنمای نرم افزار طراحی آمده است.

دو مقدار برای خیز دال محاسبه می شود (خیز مرحله مرکب):

·         خیز ناشی از بارهای اضافی

·         خیز کلی

خیز ناشی از بارهای اضافی

LP/350 (که نباید از 20mm  بیشتر شود) و آن خیزی است که دال فقط تحت اثر بارهای اضافی از خود نشان می­دهد.

خیز کل بار

LP/250 (که نباید از 30mm  بیشتر شود)

خیز کلی، خیز دال تحت اثر تمام بارهای اعمالی (شامل تمام بارهای مرده­ای که بعد از قرار گرفتن دال وارد می­شوند مثل وزن کفسازی، تیغه ­ها و موارد مشابه) بعلاوه خیز مرحله ساخت می­باشد. این مقدار در محاسبات اثرات خزش بتن تحت بارهای مرده و هر خیز اضافی که به دلیل تکیه گاه­ های موقت (شمع بندی)ایجاد شده وارد می­شود.

ارتعاش

نرم افزار طراحی حساسیت دینامیکی دال مرکب را طبق نشریه  SCI P076 (راهنمای طراحی ارتعاش سقف) کنترل می­کند. فرکانس طبیعی تحت اثر وزن دال، سقف های کاذب، تأسیسات، کفسازی و 10% از بارهای اضافی به جای بارهای دائمی وارد بر سقف، محاسبه می­شود.

بارها و ترتیب آنها

بارهای ضریب دار در محاسبات وضعیت حد نهایی لحاظ می­شوند که با ضرب مقادیر باره در ضریب اطمینان بدست می ­آید.

بارهای بدون ضریب در وضعیت حد سرویس دهی و شرایط آتش سوزی، در نظر گرفته می­شود.این بارها شامل وزن دال و بارهای زمان ساخت می­باشند که بزرگترین مقادیر: 150Kpaو 4.5/LP  در نظر گرفته می­شود. برای دهانه ­های چند گانه بدون شمع بندی، بار زمان ساخت 1.5/Kpa  فقط بر روی یک دهانه در نظر گرفته شده و در سایر دهانه­ ها نصف این مقدار(0.7Kpa) لحاظ می­گردد.

بارهای ساخت بعنوان بارهای اضافی جهت کنترل در نظر گرفته می­شوند. بارهای در نظر گرفته شده در مرحله سرویس معمولی شامل وزن دال و بارهای زنده و مرده اضافی می­شود.