سقف عرشه فولادی

برای نخستین بار در سال ۱۷۴۲ میلادی ، شیمیدان فرانسوی ، پل مالوین ، روشی برای روکش دار کردن آهن ارائه کرد . او باغوطه ور کردن آهن درون روی ذوب شده توانست آهن روکش دار تولید کند

سال ها بعد ، در دهه ۱۸۲۰ ، هنری پالمر ، مهندس و معمار ، برای نخستین بار آهن با پوشش گالوانیزه را کنگره دار کرد . این مصالح جدید – عرشه موجدار فلزی – به دلایل متعددی نظیر سبکی ، مقاومت بالا ، مقاومت در برابر خوردگی ، حمل و نقل واجرای آسان ،به سرعت به مصالحی رایج در صنعت ساختمان کشور هایی چون ایالات متحده ، شیلی ، نیوزیلند ، استرالیا و با گذشت زمان در هندوستان و انگلستان و متعاقب آن در دیگر کشورهای اروپایی تبدیل شد .

هنری پالمر برای تولید سقف های مرکب عرشه فولادی از آهن با درصد کربن پائین ( ( Wrought iron استفاده می کرد که با گذشت زمان این آلیاژ جای خود را به فولاد نرم ((Mild steel  داد .

پس از سال ها سقف های مرکب عرشه فولادی با تغییرات متعدد و پیشرفت های چشمگیر ، به یکی از رایج ترین مصالح ساختمانی برای اجرای سقف ها تبدیل شدند . در ابتدا از اینگونه سقف ها تنها به عنوان قالب درجا برای بتن ریزی سقف های متداول استفاده می شد . سپس مهندسین محاسب به این نتیجه رسیدند که با ایجاد تمهیداتی به منظور درگیری کامل بتن و عرشه فولادی ، پس از گیرش و سخت شدن بتن ، از نقش سازه ای این عرشه ها نیز بصورت مرکب (عملکرد توام) در مرحله بهره برداری استفاده نمایند . در دهه ۱۹۸۰ و با افزایش نیاز به سقف های مرکب عرشه فولادی شرکت های بزرگی در این زمینه آغاز به فعالیت کردند و هم اکنون نیز پیشرفت این صنعت با سرعت بالایی رو به فزونی است .

مصالح به کار رفته سقف عرش فولادی

سقف کامپوزیت عرشه فولادی در مجموع شامل چهار نوع مصالح است که عبارتند از :

الف) ورق فولادی             ب) برشگیر                    ج) آرماتور                     د) بتن

در اینجا به اختصار به مشخصات آنها می پردازیم :

الف ) ورق فولادی (Steel Sheet  )

ورق فولادی شاخص ترین مصالح این نوع سقف میبا شد که برای ساخت آن ورق فولادی گالوانیزه (هر دو طرف) با ضخامت های ۰٫۸تا ۱٫۲ میلیمتر را به وسیله دستگاههای Rol Forming) ) به روش نورد سردCold Forming )  ) به حالت موجدار شکل دهی می کنند بصورتی که در مقطع ورق حاصله هر موج به شکل یک ذوزنقه  دیده میشود . برای محاسبه مشخصات هندسی مقطع می بایست از ضخامت پوشش گالوانیزه (Zinc Coating  ) صرف نظر نمود ارتفاع ذوزنقه ها ( عمق کنگره ) حداکثر ۷۵ میلیمتر می باشد همچنین عرض متوسط کنگره های پر شده با بتن نمی بایست کمتر از ۵۰  میلیمتر باشد .

ضمن رعایت ضوابط موجود با این ورق ها می توان آنها را برای کاربری های مختلف  به حالت های خاصی از ذوزنقه شکل داد. تا به قابلیت های جدیدی دست یابند . این ورق ها می بایست در جان خود ( قسمت شیبدار ورق ) دارای فرو رفتگیها و برجستگی هایی باشند تا در گیری ( Interlock ) بین فولاد و بتن را ایجاد نمایند .

در طی مراحل بارگیری حمل و دپوی این ورقها می بایست دقت لازم برای جلوگیری از تغییر شکل ( Deformation  ) آنها صورت گیرد .

ب) برشگیر (Stud Shear Connector  )

برشگیر ها یا گل میخ های خاصی که در این نوع سقف استفاده میشود به جهت نوع مصالح  و روش خاص اجرا ̦ یکی دیگر نقاط قوت این نوع  سقف محسوب می شود . قطر این برشگیرها حداکثر ۲۰ میلیمتر و ارتفاع آنها بسته  به شکل ورق فولادی متغیر می باشد و در نهایت حداقل ارتفاع گل میخ بعد از نصب که از بالای ورق ذوزنقه ای اندازه گیری می شود نباید کمتر از ۴۰ میلیمتر باشد .

این گل میخها بوسیله دستگاه جوش قوس الکتریکی خاصی که Stud Welder   خوانده می شود به بال تیرهای سازه ای جوش می شود . این فرایند جوشکاری می تواند هم به صورت مستقیم روی بال تیر سازه ای انجام گیرد                    Direct Attach Welding) ) و هم از روی ورق فولادی انجام گیرد ( Through the Sheet Welding ) قبل از قرارگیری گل میخ یک حلقه سرامیکی در محل جوش قرار میگیرد تا از حوضچه مذاب ایجاد شده در لحظه ایجاد شده در لحظه ایجاد قوس الکتریکی محافظت نماید .

ج)آرماتور ( Reinforcement )

آرماتور بندی در چهار مورد زیر می بایست اجرا گردد :

۱- مقاومت در برابر  لنگر منفی در دهانه های ممتد و کنسولها

۲- بار های متمرکز یا باز شو ها

۳- آرماتور حرارتی

۴- مقاومت در برابر لنگر مثبت در صورتی که با استفاده از میلگرهای آجدار مرسوم و موجود در بازار صورت گیرد تا حدودی وقت گیر ( نسبت به سایر مراحل اجای این نوع سقف ) خواهد بود اما در صورت استفاده از مشهای آماده                   Fabric Reinforcement ) ) این مرحله از اجرای سقف نیز با سرعت قابل قبولی صورت خواهد پذیرفت البته این مشهای آماده می بایست مطابق با استاندارد  های مربوط ساخته ، حمل و نصب گردند .

د) بتن

مقاوت فشاری بتن مورد استفاده با توجه به اینکه از بتن سبک یا بتن معمولی استفاده شود می تواند از ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی متر مربع متغیر باشد ، که با توجه به نوع بارگذاری و مشخصات دهانه تعیین خواهد شد .

در هنگام محاسبه مشخصات هندسی مقطع می بایست به جهت کنگره های ورق فولادی نسبت به تیر سازه ای موجود دقت نمود .چرا که در صورت عمود بودن کنگره ها بر تیر ، از بتن موجود در زیر سطح فوقانی ورق ذوزنقه ای باید صرف نظر نمود .

ضخامت دال بتنی در بالای کنگره ورق ذوزنقهای نباید از ۵۰ میلیمتر کمتر باشد . با توجه به این موضوع در صورت استفاده از ورق فولادی با ارتفاع حداکثر  mm75 مجموع ضخامت سقف mm 125 خواهد بود .

یکی دیگر از راهکارهای سرعت بخشیدن به اجرای این سقف استفاده از بتن دارای فیبر های پلیمری یا فولادی           (Fiber Reinforced concrete) می باشد که با استفاده از ان می توان آرماتوربندی را در اکثر نقاط عرشه فولادی حذف نموده  که البته تهیه ، حمل و ریختن آن میبایست با دقت خاص و بر اساس آیین نامه های مربوط باشد

مزیت سقف عرشه فولادی

1. حذف قالب بندی و شمع بندی
2. حذف میلگردهای کششی با جایگزین کردن عرشه گسترده فولادی
3. حذف ۷۵ درصدی تیرهای فرعی در مقایسه با سقف کامپوزیت سنتی
4. تامین ایمنی کارگاه و حداقل فضای دپو
5. امکان اجرا و بتن ریزی همزمان کلیه سقف ها
6. بازگشت سریع سرمایه به علت سرعت در اجرا و رفع نقطه بحران در نمودار زمان بندی اجرای ساختمان
7. تحمل بارهای حین اجرا (مورد استفاده بعنوان یک سطح و سکوی کاری)
8. کاهش ضخامت سقف
9. امکان شکل دهی و تعیین موقعیت دقیق داکت های تاسیساتی
10. استفاده از گل میخ های ذوبی منطبق با استانداردهای بین المللی و مبحث دهم مقررات ملی ساختمان جایگزین برشگیرهای ناودانی و نبشی
11. استفاده از تکنولوژی و ماشین آلات روز اروپا همراه با شیوه نوین نصب صنعتی
12. بار مرده سقف های Pro Deck با  ۸٫۷۵ سانتیمتر مکعب حجم بتن، ۲۱۰ کیلوگرم بر متر مربع می باشدکه از وزن دال بتنی با همین خصوصیات فنی ۱۲۰ کیلوگرم کمتر است که در نتیجه باعث کاهش مصرف فولاد در کل سازه میگردد
13. عملکرد مرکب کافی با بتن بدلیل استفاده از دندانه ها، برجستگی ها و شکل خود پروفیل عرشه فولادی
14. عملکرد مناسب در محیط های با خورندگی بسیار بالا و اسیدی
15. نصب گلمیخ های ذوبی با استفاده از ماشین آلات روز اروپا با تکنولوژی Stud Welding
16. تثبیت تیرها در برابر کمانش جانبی
17. عدم نیاز به سقف کاذب در پروژه هایی نظیر پارکینگ ها، مکان های ورزشی و سازه های صنعتی به دلیل ایجاد سطحی یکنواخت با ظاهری زیبا و درخشنده و یا استفاده از ورق های رنگی مطابق نظر کارفرما
18. عمر مفید طولانی بدلیل استفاده از ورق های گالوانیزه
19. کاهش قابل ملاحظه لرزش در سقف های  PRO DECK نسبت به سایر سیستم های سقفی بدلیل وجود ضوابط سختگیرانه در آیین نامه های طراحی
20. ایجاد دیافراگم صلب صفحه ای در مقایسه با سایر سیستم های سقف
21. افزایش ۱۱ برابری سرعت اجرا نسبت به سایر سیستم های سقفی مرسوم
22. دارای تاییدیه فنی از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن وزارت مسکن و شهرسازی

اطلاعات فنی

روش های طراحی :

اصولا دو روش کلی بای طراحی این نوع سقف وجود دارد

الف ) ورق فولادی بعنوان قالب ماندگار (Permanet Shuttering  )

ب)ورق فولادی بعنوان المان کششی ( Tensile Component )

روش سوم دیگری نیز وجود دارد ; که طراحی بر اساس نتایج بدست آمده از یک سری آزمایشهای استندارد انجام می پذیرد که این امر مستلزم ساخت نمونه هایی با دقت بالا و سپس انجام آزمایشهای مذکور با شیوه و الگوریتم خاص خود و در نهایت گرفتن خروجیهای قابل استفاده از آنهاست .

الف ) ورق فولادی بعنوان قالب ماندگار

در این روش طراحیاز قابلیت مقاومت کششی ورق فولادی در مقطع صرف نظر می کنند ، به عبارت دیگر به ورق فولادی در مقطع صرف نظر می کنند که می بایست قادر به تحمل بارهای زنده (ابزار و نفرات) موجود تا مرحله بتن ریزی همچنین وزن بتن خیس و خشک باشد که البته پس از گیرش بتن نیازی به دکفراژ ندارد وتا پایان عمر ساختمان باقی خواهد ماند . در این حالت در واقع از عملکرد ( ( Contribution سازه ای ورق فولادی چشم پوشی شده و سقف به عنوان یک دال بتنی مسلح در نظر گرفته می شود این نحوه طراحی ، موجب میشود مقدار آرماتور محاسباتی مقطع بیشتر شود چرا که می بایست به جای ورق فولادی نیز در تحمل کشش مقطع شرکت نمایند . طراحان در این حالت ، معمولا این آرماتورهای کششی را در کف کنگره قرار داده و آنها را آرماتورهای طولی ( Longitudinal Reinforcement ) می نامند .

ب) ورق فولادی بعنوان المان کششی

در این روش ورق فولادی بعنوان المان کششی مقطع در نظر گرفته می شود ومقطع حاصله به صورت مرکب (Composite) عمل می کند در واقع در این حالت در گیری بتن و ورق فولادی به اندازه ای کافی است که در حین مقاومت در برابر لنگرها و برشهای موجود با یکدیکر عمل کرده ودچار لغزش نسبت به هم نمی شوند . طراحی با استفاده از این فرضیات ، اقتصادی ترین حالت این سقف را بدست می دهد چرا که موجب کاهش آرماتور محاسباتی مقطع خواهد شد . هر چند در نظر گرفتن درستی این فرضیات منوط به داشتن اطلاعات دقیق از مشخصات هندسی ورق و رفتار مشترک ( Interaction  ) بتن و ورق فولادی می باشد .

آتش سوزی :

ورقه فولادی فرم دار ( عرشه تحتانی ) قسمتی از این نوع سقف می باشد که با روش های زیر درمقابل حریق ایمن می گردد :

الف ) مقاومت در مقابل آتش ، توسط رنگ های منبسط شونده ( Intumescent paint)

رنگ های منبسط شونده بر پایه آب یا حلال می باشند و درجه حرارت ۲۷۰ تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد با پف کردن تا حدود بیست برابر ضخامت اولیه شان حجیم می شوند . این ضخامت افزایش یافته یا زغال  است که تامین کننده عایق مورد نظر می باشد .

پوشش های با خواص سیمانی :

پوشش های ضد حریق با خواص سیمانی به دو نونوع تر وخشک که بدون محدودیت در خصوص شرایط محیطی و اجرایی می توانند سازه و سقف (عرشه فولادی ) را در مقابل حریق تا ساعت ها ایمن نمایند .

در تمام آیین نامه ها بخشی به این موضوع اختصاص یافته است که خصوصا در آئین نامه کشور انگلستان (BSI  ) دو روش جهت محاسبه در برابر حریق ارائه می دهد .

الزامات مبحث دهم مقررات ملی ساختمان:

•   حداقل ارتفاع ذوزنقه ها از ۷۵ میلیمتر بزرگتر نباشد .
• عرض متوسط کنگره های پرشده با بتن نباید کمتر از ۷۵ میلیمتر باشد .
• ضخامت دال بتنی در بالای کنگره ورق ذوزنقه ای نباید از ۵۰ میلیمتر کمتر باشد .
• حداقل ارتفاع گلمیخ ها بعد از نصب نباید کمتر از ۴۰ میلیمتر از بالای ورق ذوزنقه ای باشد .
• گلمیخ ها را می توان از روی ورق فولادی ذوزنقه ای ویا مستقیما به عضو فولادی جوش نمود . در هر حال باید گلمیخ ها روی بال ذوب شود .
• فواصل گلمیخ های برشگیر در امتداد تیر تکیه گاهی نباید از ۹۰۰ میلیمتر تجاوز نماید .
• تمامی ا لمان های فولادی که به صورت مختلط طراحی شده اند می بایست در فواصلی کمتر از ۴۰۰ میلیمتر مهارشوند .

ضریب کاهش نیروی برشی :

الف) کنگره ورق ها عمود بر تیر باشد

ب) کنگره ورق ها موازی با تیر باشد

 hr = ارتفاع اسمی کنگره ها

Hs = طول گلمیخ بعد از جوش که در محاسبات نباید از ۷۵+ hr میلیمتر تجاوز کند . حتی اگر طول واقعی بزرگتر باشد .

Nr = تعداد گلمیخ های برشگیر در روی یک تیر واقع در کنکره که نباید از ۳ منظو گردد .

Wr = عرض متوسط کنگره که توسط بتن پر شده است به میلیمتر .(الف)

Wr = عرض متوسط ماهیچه بتنی با کنگره پر شده از بتن به میلیمتر . (ب)

ضوابط طراحی و اجرا

ورق های فولادی عرشه های سقف pro deck در ابتدا بصورت روال های تولیدی کارخانجات وارد کارخانه شده و بر اساس ضخامت طرح شده برای پروژه مورد نظر انتخاب و در دستگاه رول فرمینگ مطابق نقشه های شاپ دراوینگ و بر طبق اندازه های سفارشی برش و فرم پیدا می نمایند. سپس دسته بندی و بعد به کارگاه ساختمان منتقل می گردند.

در محل کارگاه ساختمانی شیت های ورق بر روی اسکلت منتقل شده و سپس توسط پرسنل اجرایی به سرعت روی اسکلت پهن و بعد توسط میخ های مخصوص بر روی آن ثابت می شود و بعد ازآن نصب گل میخ ها توسط Stud Welding از روی ورق عرشه بر روی اسکلت انجام می شود. در مرحله بعد عملیات آرمارتور بندی ، بتن قالب دور و محل بازشوها و نهایتا بتن ریزی صورت می گیرد.

ضوابط ارائه شده توسط مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن در مورد سیستم دال مرکب فولادی و بتنی

سیستم های مرکب دال فولادی – بتنی، یکی از اقتصادی ترین روش های ساخت سقف برای ساختمان ها شناخته شده اند. این سیستم از مقاطع مختلط دال بتن مسلح برروی ورق های ذوزنقه ای که به تیرها وشاهتیرهای فولادی متصل می شوند،تشکیل شده اند.
عملکرد مختلط دال بتن مسلح فوقانی و ورق فولادی ذوزنقه ای تحتانی، نقش به سزایی در تامین صلبیت سقف و رفتار مطلوب برشی آن خواهد داشت. چنان چه در این سقف از تیرچه با جان مشبک استفاده شود میتوان تاسیسات مکانیکی و برقی را به آسانی در زیر سقف تعبیه نمود. لذا امکان دسترسی به تاسیسات در مواقع بروز مشکل خرابی احتمالی ممکن خواهد شد.این سقف ها در مقایسه با سقف های مرسوم در اسکلت های فولادی معمولی ساختمان ها ، از وزن کمتری برخوردار بوده و به ویژه با نیز همخوانی دارد. لذا عمده ترین کاربرد این سقف ها در سازه های فولادی اعم LSF ، ساختمان های ساخته شده از فولاد سرد نورد شده ازنورد سرد یا گرم می باشد. این سیستم در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مورد ارزیابی قرار گرفته و کاربرد آن در حیطه الزامات ارائه شده مجاز است.

• ارتفاع ورقهای فولادی ذوزنقه دراین مقاطع به ۷۵محدود می باشد.
• تامین ضوابط دیافراگم صلب با توجه به ضوابط موجود درفصل آیین نامهASCE 7-05 وضوابط موجود در استاندارد۲۸۰۰ ایران الزامی است.
• حداکثر تغییرمکان مجاز ناشی از بار مرده حین اجرا به L/180یا ۲۰mmبرای هر دهانه محدود می گردد.
• حداکثر تغییر مکان مجاز ناشی از بار زنده بهره برداری به L/360 برای هر دهانه محدود می گردد.
• رعایت الزامات مربوط به بازشو در سقف ها ،بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان الزامی است.
• رعایت ضوابط طراحی برشگیرها بر اساس بند۱۰-۱-۲-۷ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان یا بر اساس ضوابط موجود در بخش ۱۳ آیین نامه ASCE 7-05 الزامی است.
• قطر گلمیخ های برشگیر باید۲۰mm یا کمتر بوده و حداقل ارتفاع آن ها بعد از نصب که از بالای ورق ذوزنقه ای اندازه گیری می شود، نباید کمتر از۴۰mm باشد.
• ضخامت دال بتن آرمه در بالای کنگره ورق ذوزنقه ای نباید از ۵۰mm کمتر باشد.
• رعایت مشخصات فولادهای بکار برده شده بر اساس استانداردASTM با حداقل Fy برابر۲۳۰MPa الزامی است.
• رعایت مشخصات بتن سازه ای جهت سقف کامپوزیت مطابق ضوابط موجود درAISC حداقل F’c برابر۲۱MPa و حداکثر آن برابر۷۰MPa جهت بتن مورد استفاده در دال بتن ارمه و همچنین رعایت ضوابط مربوط به آرماتورگذاری دال بتن آرمه بر اساس ضوابط موجود در آیین نامه ACI 318-05 الزامی است.
• مقاومت تسلیم آرماتورهای مورد استفاده در دال بتن ارمه رو به مطابق ضوابط AISC نباید از۵۲۵MPa تجاوز نماید.
• رعایت ضوابط و مقررا ت مربوط به جوشکاری اعضای سرد نورد شده مطابق استاندارد AISIو آیین نامه هایAWS وAISC الزامی است.
• رعایت ضوابط راهنمای طراحیFloor vibrations dus to human activity منتشر شده توسط انجمن AISC جهت کنترل ارتعاش کف ها الزامی است.
• رعایت مبحث سوم مقررات ملی ساختمان در خصوص حفاظت ساختمان ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ۴۴۴ مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن مربوط به مقاومت جداره ها در مقابل حریق با در نظر گرفتن تعداد طبقات، ابعاد ساختمان، کاربری وظیفه عملکردی عنصرساختمانی ضروری است.
• صدابندی هوابرد و کوبه ای سقف بین طبقات می بایست مطابق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان تامین گردد.
• رعایت الزامات مبحث ۱۹ مقررات ملی ساختمان، جهت صرفه جویی در مصرف انرژی الزامی است.
• در نظر گرفتن جزئیات دقیق مسیر و محل نصب کلیه اجزای تاسیاست مکانیکی وبرقی در مرحله طراحی و اجرای سقف، ضروری است