روش طراحی سقف وافل دوطرفه و یک طرفه

طراحی سقف وافل دو طرفه و یک طرفه از مهمترین مراحل اولیه است که می بایست با دقت و مهارت انجام شود. به طور حتم از مهمترین مواردی که باید در طراحی سقف وافل لحاظ کرد، ابعاد قالب وافل است. ابعاد قالب وافل باید با توجه به ضخامت سقف و قالب های موجود در بازار، تعیین گردد. همچنین یک طراحی حرفه ای و بهینه هم باعث سبک سازی سازه و هم صرفه جویی در هزینه های نهایی سازه می شوند. باید به این نکته توجه داشت که طراحی نامناسب علاوه بر اعمال هزینه های اضافه بر کارفرما باعث شده ساختمان ایرادهایی داشته باشد که افراد کمی این مکان را به عنوان محل برای زندگی و یا کار انتخاب نمایند.

ما در شرکت زاگرس بنا با به کار گیری تیمی حرفه ای و طراحانی با تجربه از صفر تا 100 طراحی سازه را انجام داده و تمام تلاش خود را برای بهینه سازی و استحکام سازه انجام می دهیم. بر همین اساس هر جای ایران که هستید می توانید با خیالی آسوده طراحی سازه خود را به متخصصان ما بسپارید. در این مطلب به بررسی و نحوه طراحی سقف وافل و همچنین چگونگی عملکرد سقف های وافل می پردازیم.

طراحی سقف وافل یک طرفه و دو طرفه

سقف وافل بر اساس نسبت طول به عرض دهانه به سقف وافل دوطرفه و سقف وافل یک طرفه تقسیم بندی می شود که روش طراحی سقف وافل در هر نوع کاملا با دیگری متفاوت است. در ادامه با ما همراه باشد تا با اصول اولیه طراحی سقف وافل آشنا شویم. پس از خواندن این مقاله انتظار می رود با تفاوت ها و اصول طراحی سقف وافل یک طرفه و دوطرفه آشنا شوید.

سقف وافل با عملکرد دو طرفه و یک طرفه

مهمترین تفاوت سقف وافل یک طرفه با سقف وافل دو طرفه در عملکرد آنهاست. نسبت طول به دهانه بیش از 2، عملکرد سقف را به یک طرفه تغییر می دهد. اولین معیار برای انتخاب نوع سقف همین نسبت است که عموما بستگی به پلان معماری و نوع بارگذاری دارد. پس از اینکه نوع عملکرد سقف مشخص شد، بر اساس اندازه دهانه نوع اجرای آن نیز مشخص می شود. برای مثال سقف وافل یکطرفه ، برای ابعاد دهانه 10 در 4 پیشنهاد بسیار اقتصادی تری نسبت به دیگر روش ها خواهد بود. شاید جالب باشد بدانید که در برخی از موارد پس از طراحی هم می توان نوع اجرا را تغییر داد. در ادامه به این موضوع نیز پرداخته می شود.

طراحی سقف وافل یک طرفه

اساس طراحی سقف وافل یک طرفه با سقف تیرچه یونولیت یکسان است. معمولا برای طراحی این گونه سقف ها از یک سری جداول طراحی استفاده می شود. جز در مواردی که نیاز به مدلسازی و طراحی موردی باشد. جدول طراحی سقف وافل یک طرفه بر اساس دهانه می توان ضخامت، عرض تیرچه و عمق تیرچه و نحوه دقیق میلگرد گذاری را بدست آورد.

با تایید مهندس ناظر، سقف هایی که برای تیرچه یونولیت یا تیرچه بلوک طراحی شده اند نیز قابل اجرا با سقف وافل یک طرفه هستند. تنها با جایگزینی یونولیت با قالب وافل یکطرفه با ابعاد آکس به آکس 60 سانتی متر این امکان وجود دارد که از چند جهت به اقتصاد و اجرای سازه کمک می کند. در صورت جایگزینی سقف تیرچه یونولیت با سقف وافل یکطرفه، بتن به صورت یکپارچه ریخته شده و تیرچه ها به صورت درجا اجرا می شوند.

دراین حالت نیازی به تیرچه دوبل نیست و در عوض در محل های مورد نیاز از میلگرد بیشتری استفاده می گردد. این علاوه بر حذف دردسرهای مربوط به حمل و نقل و بالا کشیدن تیرچه های پیش ساخته است.

در جدول زیر مقادیر معمول سقف وافل یک طرفه با وزن مخصوص بتن 2450 کیلوگرم بر مترمکعب ارائه شده است.

تبدیل طراحی سقف تیرچه بلوک به سقف وافل یک طرفه

تبدیل طراحی سقف تیرچه بلوک به وافل یک طرفه از مسائل بسیار متداول بین کارفرمایان محترم می باشد. این مساله تبدیل به یکی از چالش های اصلی شده چرا که تغییر نقشه فرایندی بسیار زمان بر است اما خوب است بدانید برای تبدیل تیرچه بلوک یا پلی استایرن به وافل یک طرفه هیچ نیازی به تغییر اساسی در نقشه های سازه ندارد.

برای تبدیل طراحی سقف تیرچه بلوک به وافل یک طرفه نیازی به تغییر مقاطع تیر و ستون و دیوار های برشی و حتی بارگذاری سازه نیست. به طور خلاصه شما فقط نیاز به تغییر پلان تیرچه به پلان وافل یک طرفه دارید. در صورت خرید قالب وافل یک طرفه از مجموعه ما تغییر نقشه شما به صورت رایگان انجام می گردد. این نکته فقط در نوع یک طرفه صادق است و سقف وافل دوطرفه نیاز به بررسی بیشتر در مقاطع و سازه دارد.

طراحی سقف وافل دوطرفه

طراحی سقف وافل دوطرفه به منظور رفع نیاز معماری به دهانه های بلند و یا نیاز سازه ای به بارگذاری های سنگین انجام می شود. علاوه بر این با به کارگیری عملکرد دوطرفه و کاهش وزن مرده، تعداد ستون های مورد نیاز نسبت به روش های دیگر کمتر می شود. برای مثال در تصویر زیر محل حذف ستون ها در یک پروژه نمایشگاه خودرو با تبدیل روش اجرای سقف از تیرچه یونولیت به وافل دوطرفه را ملاحظه می کنید.

سقف وافل دوطرفه با یک سری ساده سازی ها، مانند دال مسطح قابل مدلسازی است. در واقع با بکارگیری الزامات آیین نامه ای و استفاده از روش قاب معادل (EFM)، طراحی سقف وافل دوطرفه تسهیل می گردد.

الزامات ACI برای طراحی دال های دو طرفه شامل موارد زیر است:

• عرض تیرچه یا ریب (rib) در تمام طول تیرچه حداقل 10 سانتی متر باشد.
• عمق کل تیرچه نباید از 3.5 برابر حداقل عرض تیرچه بیشتر باشد.
• فاصله لبه تا لبه تیرچه ها نباید بیش از 75 سانتی متر باشد.
• ضخامت دال باید حداقل یا بزرگتر از 12/1 فاصله بین تیرچه ها باشد یا بزرگتر از 5 سانتی متر.
• به منظور تامین مقاومت برش دو طرفه (برش پانچ) از مرکز هر ستون به اندازه حداقل 6/1 دهانه، دال باید به صورت دراپ نل (مقطع با عمق بیشتر) اجرا شود.

طراحی سقف وافل دوطرفه با روش دال معادل

برای اهداف تحلیل و طراحی سقف وافل دو طرفه می توان آن را با سقف مسطحی با همان ممان اینرسی، وزن و ظرفیت برش پانچ معادل کرد. از ضخامت معادلی که از ممان اینرسی حاصل می شود می توان برای محاسبه سختی دال استفاده کرد. رابطه محاسبه سختی به شکل زیر می باشد:

که در آن I ممان اینرسی تیرچه و b فاصله آکس تا آکس تیرچه ها است.

همچنین از ضخامت معادلی که از حجم و سطح بدست می آید برای محاسبه وزن دال استفاده می گردد:

که در آن V حجم تیرچه های درجا و A سطح زیرین آن است.

با شروع از فرض اولیه و بر اساس ضخامت های بدست آمده کنترل هایی وجود دارد. بر اساس آن ضخامت نهایی دال، عرض تیرچه و عمق آن بدست می آید. این کنترل ها شامل کنترل برش پانچ، برش یکطرفه و کنترل خیر دال می باشد. البته اعداد بدست آمده باید در محدوده الزامات آیین نامه ای باشند. در جدول زیر مقادیر معمول سقف وافل دوطرفه با وزن مخصوص بتن 2450 کیلوگرم بر مترمکعب ارائه شده است.

طراحی سقف وافل در نرم افزار ایتبس و سیف

در رابطه با طراحی سقف وافل در نرم افزار ایتبس و سیف باید این نکته را عرض کنیم که امروزه با توجه به ورژن های جدید و دقیق تر نرم افزار ایتبس یا نرم افزارهای دیگر کمتر کسی برای طراحی سقف وافل به سراغ نرم افزار سیف می رود. در واقع برخی از طراحان، طراحی اصلی سقف را در ایتبس انجام داده سپس فایل را وارد نرم افزار سیف می نمایند. و صرفاً در آنجا تنها ترک خوردگی دال مورد بررسی قرار می دهند.

مراحل طراحی سقف در ایتبس ETABS

در هنگام طراحی سقف در ایتبس توصیه می شود در کنترل سازه از مشارکت دال بتنی در تحمل بارهای جانبی چشم پوشی کنیم. البته از طرف دیگر باید اثرات واقعی دال بتنی، مثل پیچش ناشی از خمش دال بر روی تیرهای پیرامونی، در مدل سازی منظور گردد. در نتیجه باید برای طراحی از سه فایل مجزا استفاده کنیم. در ادامه بیشتر به بررسی این موضوع می پردازیم.

به طور کلی طراحی سقف وافل و دیگر اعضای سازه در نرم افزار ایتبس، برای کنترل اعضای دیافراگمی و همچنین اعضای باربر ثقلی و باربر جانبی در سه فایل مجزا با ضرایب تعیین شده و آیین نامه ای مدل سازی و کنترل می شود.

فایل MAIN

در فایل main سازه به طور کامل از صفر تا صد و مطابق ضوابط و مبانی آیین نامه طراحی سقف وافل یک طرفه و دو طرفه انجام می شود. در این فایل رفتار واقعی سازه بررسی خواهد شد. در فایل اصلی سقف سازه از نوع shell تعریف می شود. همچنین الزامی است که اتصال لبه های دال تخت به سازه، یک اتصال صلب باشد. به طور کلی در فایل main موارد زیر توسط طراح بررسی و کنترل می گردد.

• بررسی کفایت ستون های غیر باربرجانبی (ستون متصل به دال تخت و بدون تیر)
• کنترل دریفت
• کنترل نامنظمی پیچشی
• کنترل نیروهای داخلی دیافراگم، کولکتورها و کوردها
• کنترل کفایت دیوارهای برشی
• همچنین فایل دیافراگم باید از نوع rigid-Semi تعریف شود تا امکان بررسی تنش های داخل صفحه دال وجود داشته باشد.

 

فایل LATERAL

در این فایل صرفاً اجزای لرزه ای سازه بررسی و کنترل می گردد. از این رو از اعضای غیر باربر جانبی می توان صرفه نظر نمود. برای مثال از اعضا و اجزایی مانند دال تخت و ستون های متصل به آن را می توان در این فایل چشم پوشید. برای همین در تنظیمات این فایل در ایتبس سختی خمشی المان هایی از نوع shell را عددی نزدیک به صفر وارد می نماییم. علاوه بر این پای ستون های غیر باربر جانبی یعنی ستون هایی که صرفاً در تحمل بارهای ثقلی مشارکت دارند را از نوع مفصل تعریف می کنیم.

نکته: طراح می تواند از دال تخت سقف به عنوان قاب خمشی استفاده کند. در این صورت نیازی به ساخت و کنترل فایل LATERAL نخواهد بود.

• در فایل LATEARL فرض بر این است که ۱۰۰ % نیروی زلزله توسط دیوار و یا قاب تحمل می شود و المان های سقف در تحمل بار جانبی مشارکت ندارند.
• در این فایل از مشارکت دال تخت در تحمل بار جانبی زلزله صرف نظر می شود.
• در این فایل از مشارکت ستونهای متصل به دال تخت در تحمل بار جانبی زلزله صرف نظر می شود.

در فایل LATEARL هدف کنترل اجزای باربر جانبی می باشد از جمله این اجزا به شرح زیر می باشد.

• کنترل دیوارهای برشی (در صورت وجود)
• کنترل ستون های قاب خمشی (در صورت وجود)
• کنترل تیرهای قاب خمشی (در صورت وجود)

 

توجه: اگر در سیستم سازه ای از “دیوار برشی همراه با دال تخت” استفاده شده باشد منتها علاوه بر دیوارها، ستون های متصل به دال هم داشته باشیم به طوریکه بارهای قائم عمدتا توسط ستون ها تحمل شوند، با توجه به بند زیر دیوارهای برشی در این سیستم باید به تنهایی توانایی تحمل ۱۰۰ درصد بار جانبی زلزله را داشته باشند.

فایل PERIOD 

هدف از این فایل استخراج دوره تناوب تحلیلی می باشد. در این فایل طبق ضوابط آيين نامه طراحی سقف وافل و ساختمان در نرم افزار ایتبس ضریب سختی خمشی تیرها برابر 0.5، دیوارها برابر 1، ستون ها برابر 1 و ضریب سختی خمشی دال در قسمت توپر برابر 0.375 و در قسمت مجوف نیز ضریبی از 0.375 وارد خواهد شد.

طراحی سقف وافل در ایتبس

طراحی سقف وافل در ایتبس از طریق اعمال مراحل زیر ممکن است. نکته اینجاست که در طراحی waffle deck در ایتبس نیازی به اصلاح سختی نیست. چراکه در نرم افزار امکان وارد کردن ابعاد دقیق و جزئیات سقف وافل وجود دارد. صرفاً لازم است ضریب ترک خوردگی 0.25 ( که در مقررات ملی ساختمان مبحث 9 ذکر شده بود ) را وارد از طریق مراحل زیر وارد نماییم. در ادامه نیز نحوه تنضیمات تیرها و ستون ها در مدل های Mine و Latearl را بازگو می نماییم.

تنظیمات تیر در فایل Main ایتبس

نکته ی قابل توجه این است که باید تیرها به صورت پیوسته ترسیم شوند. به بیان دیگر تیرها دو سر مفصل نباشند. همچنین در این فایل سختی خمشی دال به صورت واقعی در مدل منظور گردیده است نیازی به منظور کردن اثر دال سقف به صورت بال های تیر T شکل نمی باشد. به بیان دیگر در این فایل تیر ها به صورت مستطیلی مدل می شوند.

نکته ی بعدی که در تنظیمات این فایل باید در نظر بگیرید پیچش قابل توجه تیرهای کناری متصل به دال می باشد. در این صورت طبق آیین نامه می توان ضریب J را تغییر و مجدد محاسبه نمود. از این طریق می توان پیچش تیر را به φTcr کاهش داد. همچنین در تصویر بالا ϒ ضریب کاهش وزن تیر به جهت همپوشانی تیر با دال می باشد. و با در نظر گرفتن همپوشانی تیر و دال می توان سختی خمشی را به جای 0.35 به 0.35α وارد نمود. البته این در صورتی مجاز است که ارتفاع تیر کم باشد. این ضریب به صورت زیر محاسبه خواهد شد.

توجه، توجه: در فایل Main نیازی به مدل سازی تیر مخفی نداریم. منظور از تیر مخفی تیری است که ضخامت آن با ضخامت سقف برابر باشد. چراکه دال تخت در مدل Main با سختی واقعی مدل شده است و اثرات وزن تیر و سختی آن در المان های shell منظور شده است.

تنظیمات ستون در فایل Main ایتبس

ضرایب سختی ستون ها در فایل Main نیز به صورت زیر می باشد.

تنظیمات تیر در فایل Lateral ایتبس

مواردی در فایل Lateral مورد بررسی قرار می گیرد کنترل سیستم باربر جانبی تیر، ستون و در صورت وجود دیوار برشی است. از این رو از مشارکت دال یا همان سقف وافل و ستون های متصل به دال در تحمل بار جانبی زلزله صرفه نظر می شود. بر طبق تصاویر زیر ضرایب را در این فایل وارد می نماییم.

در طراحی سقف وافل پیشنهاد می کنیم ضرایب کاهش وزن را خود طراح محاسبه کند و با ضرایب پیشنهاد شده از طرف شرکت سازنده کنترل کند. همچنین ضرایب 0.01 عددی نزدیک به صفر در نظر گرفته می شود تا سقف وافل در تحمل بار جانبی مشارکتی نداشته باشد.

تنظیمات ستون در فایل Lateral ایتبس

قابل توجه باشد که تمامی ستون ها در این فایل همانند فایل Main صورت می گیرد.

طراحی سازه بهینه و مقرون به صرفه توسط مهندسین مجرب

ما در تیم زاگرس بنا با محاسبان و طراحان متخصص و با تجربه می توانیم در زمینه طراحی بهینه و امر سبک سازی سازه در ساخت سازه های شما در کنارتان باشیم. یادتان باشد یک طراحی اصولی و بهینه می تواند علاوه بر صرفه جویی در هزینه های نهایی ساختمان، موجب زیبایی و استحکام هرچه بیشتر سازه شود که به دنبال آن آرامش ساکنین آن را به دنبال خواهد داشت. ما در سراسر نقاط کشور آماده هستیم تا از صفر تا صد پروژه های شما کارفرمایان گرامی در کنارتان باشیم.

سخن پایانی

در این مطلب نکات مهم در طراحی سقف وافل یک طرفه و دو طرفه را بازگو نمودیم. از آنجا دنیای طراحی بسیار وسعت دارد. ممکن است اشاره ای به نکاتی مدنظر شما بزرگواران هست، نکرده باشیم. برای تکمیل شدن مقاله و هم برای پاسخگویی به آنها، پیشنهاد می کنیم از طریق واتساپ، تماس تلفنی یا به صورت کامنت در زیر همین مطلب، سوالات خود را مطرح نمایید. ما به سرعت به تمامی آنها پاسخ کارشناسی و تخصصی خواهیم داد. از اینکه همراه ما بودید سپاس گذار هستیم.

سوالات متداول