آموزش طراحی و اجرای سقف کامپوزیت در ایتبس برای اسکلت فلزی

سقف های کامپوزیت به دلیل عملکرد یکپارچه ای که دارند در طراحی سازه مورد استفاده قرار می گیرند.  مقایسه و انتخاب نوع سقف کامپوزیت همواره یکی از دغدغه­ های کارفرما بوده که می­بایست با کسب دانش فنی در این حوزه و اطلاع از مزایا و معایب هرکدام، نسبت به انتخاب بهترین نوع سقف کامپوزیت اقدام کرد. اما آیا می دانید چگونه باید سقف کامپوزیت را طراحی کرد؟ مراحل اجرای سقف کامپوزیت اسکلت فلزی به چه صورتی است؟

در این ایبوک فوق العاده ابتدا به معرفی سقف کامپوزیت می پردازیم و سپس مراحل طراحی سقف کامپوزیت به صورت دستی و در نرم افزار ایتبس را با حل 3 مثال جامع بیان خواهیم کرد.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 28 فروردین 1403

📕 تغییرات به‌روزرسانی: آپدیت بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 و مبحث ششم ویرایش 1398

 

email

دریافت فوری هدیه 

نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.

سقف کامپوزیت چیست؟

سقف‌های کامپوزیت معمولاً از دو ماده پرکاربرد در زمینه مهندسی عمران، یعنی بتن و فولاد تشکیل می‌شوند؛ بنابراین به‌طورکلی می‌توان سقف‌هایی که مقاطع آن­ها از ترکیب بتن و فولاد (ترکیب مواد دیگر) به‌عنوان المان‌های سازه‌ای مورداستفاده قرار می‌گیرند را سقف‌های کامپوزیت دانست؛ اما لازم است بدانید که به طور خاص در حوزه مهندسی ساختمان، سقف‌های کامپوزیت به سقف‌هایی اطلاق می‌شود که در آن­ها تیرهای فرعی و بخشی از دال بتنی قرار گرفته روی آن­ها، توسط المان‌هایی به نام برشگیر به‌صورت یکپارچه عمل می‌کنند. (نمونه‌ای از آن را در ذیل مشاهده می‌نمایید)

هرکدام از این بخش‌ها، نقش سازه‌ای خاصی را بر عهده دارند که در بخش‌های بعدی این ایبوک، کاملاً با جزئیات عملکرد سقف‌های کامپوزیت، به طور کامل آشنا خواهید شد.

نمایی از سقف کامپوزیت با برشگیرهایی از نوع گلمیخ

انواع سقف کامپوزیت

• سقف کامپوزیت سنتی
• سقف کامپوزیت عرشه فولادی
• سقف تیرچه بلوک
• سقف تیرچه کرومیت
• سقف روفیکس

✅ برای مطالعه توضیحات بیشتر در مورد هر یک از انواع سقف های کامپوزیت و اجزای آن به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

سقف‌های کامپوزیت سنتی

به‌طورکلی سیستم‌های کامپوزیت، به دلیل انعطاف‌پذیری بالا در طراحی و دارا بودن شرایط و پیش‌نیازهایی به‌منظور بهبود عملکرد سیستم به‌وسیله ایجاد تغییرات قابل‌توجه در سال‌های گذشته، دارای انواع مختلفی می‌باشند که از این میان، سقف‌های کامپوزیت نیز مستثنا نبوده و در سال­های اخیر، شاهد معرفی و ورود انواع مختلفی از سقف‌های کامپوزیت به بازار بوده‌ایم.

تعدادی از این سقف ها مانند سقف تیرچه‌بلوک، تیرچه کرومیت، سقف کامپوزیت عرشه فولادی (که عموماً عرشه‌فولادی نامیده می‌شود)  سال­هاست که در کشورمان مورد استقبال و استفاده‌ی مهندسین و مجریان سازه‌ قرار گرفته‌اند؛ اما جالب است بدانید که در بین جامعه مهندسی کشورمان، به‌تمامی این سقف‌ها، اصطلاح کامپوزیت اطلاق نشده و معمولاً منظور از سقف کامپوزیت، تنها سقف‌های کامپوزیت سنتی می‌باشد که موضوع موردبحث این ایبوک است.

بنابراین در این ایبوک نیز از این بخش از واژه‌نامه‌ی عمرانی نانوشته‌ی مرسوم در بین مهندسین، پیروی کرده و استفاده از اصطلاح سقف کامپوزیت را، به سقف‌های کامپوزیت سنتی محدود می‌کنیم.

سقف کامپوزیت عرشه‌فولادی

سقف کامپوزیت معمولی (سنتی)

  منظور ما از سقف کامپوزیت همان سقف کامپوزیت سنتی است.

اجزاء تشکیل‌ دهنده‌ ی سقف کامپوزیت فلزی

▪️ برشگیرها

به‌طورکلی در سقف‌های کامپوزیت، برشگیرها مهم‌ترین نقش را دارند به عبارتی ایجاد پیوستگی و یکپارچگی در عملکرد دو بخش اصلی سازه‌ای دیگر، یعنی بتن (دال بتنی) و تیرهای فولادی سازه را بر عهده دارد. درواقع، یکپارچگی و پیوستگی ایجادشده توسط برشگیرها بین فولاد و بتن، باعث تشکیل مقطع “کامپوزیت مرکب” می‌گردد. برای درک بهتر عملکرد برشگیرها در سقف‌های کامپوزیت مرکب به شکل زیر توجه نمایید.

بخشی از تیر و ناودانی برشگیر متصل به آن

در این شکل که ساختار کلی برشگیرها در سقف‌های کامپوزیت سنتی (معمولی) را نشان می‌دهد، بخشی از تیر فرعی را مشاهده می‌نمایید که توسط برشگیرهایی از نوع ناودانی که به‌منظور ایجاد پیوستگی در عملکرد سیستم سقف و تشکیل یک مقطع کامپوزیت مرکب، مورداستفاده قرار گرفته‌اند. برشگیرها ازنظر ماهیت عملکردی، تفاوتی با یکدیگر ندارد؛ اما در سیستم‌های مختلف، ممکن است اشکالی متفاوت از برشگیرها استفاده شود. به طور مثال در سقف کامپوزیت عرشه فولادی، گل­میخ‌های برشگیر مرسوم می‌باشد که برای آشنایی بیشتر با این نوع از انواع برشگیر، می‌توانید به مقاله سقف عرشه فولادی مراجعه نمایید.

جهت قرار گرفتن برشگیر ها در سقف کامپوزیت به چه صورتی است؟

▪️ آرماتورهای اٌفت و حرارت

از زمانی که بتن در دستگاه میکسر (Mixer) ساخته و در محل مورد نیاز به‌وسیله‌ی ابزار مختلف ریخته می‌شود تا زمان سخت شدن (خشک شدن و کسب مقاومت)، ممکن است دچار تغییراتی شود. عوامل مؤثر در این تغییرات، ممکن است خارجی (محیطی) یا داخلی (داخل مخلوط بتن) باشند. یکی از مهم‌ترین و شایع‌ترین اتفاقی که موجب ایجاد تغییراتی در ساختار ماتریسی بتن می‌شود، تغییرات مربوط به میزان سطح آب موجود در ساختار سیمانی بتن می‌باشد.

خمیر سیمان، ممکن است در طول عملیات هیدراسیون، مقداری از آب خود را در اثر تبخیر، جذب آب توسط بخش‌های دیگری از بتن که خشک شده‌اند و یا دیگر عوامل محیطی از دست بدهد که این امر موجب افت یا انقباض (Shrinkage) در بتن گردد. همچنین، صرف آب موجود در بتن به‌منظور هیدراسیون نیز ممکن است باعث ایجاد انقباض در بتن گردد.

با رطوبت‌رسانی به بتن (عمل‌آوری بتن)، بخشی از این افت جبران می‌گردد. انقباض و انبساط ناشی از تغییرات مقدار آب در بتن، موجب تنش‌های کششی و ترک‌خوردگی در بتن می‌گردد که برای جلوگیری از گسترش این ترک‌ها، از میلگردهایی به‌عنوان عوامل مقاوم در برابر توسعه ترک‌ها، به نام میلگردهای حرارتی استفاده می‌شود.

در بند 9-19-4 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، مقدار حداقل آرماتور افت و حرارت برای دال‌های یک­طرفه به‌صورت زیر تعیین گردیده است؛

همچنین آیین‌نامه ACI318-19 در بند 24.4.3 روابط مربوط به محاسبه‌ی حداقل نسبت آرماتور افت و حرارت را با توجه به تنش تسلیم فولاد مورداستفاده، به شکل زیر تعیین کرده است:

به‌منظور حصول اطمینان نسبت به عملکرد میلگردهای افت و حرارت، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، ملزم می­دارد که آرماتور از نوع آجدار انتخاب‌شده و بنا بر نظر مهندس محاسب، ممکن است از نوع A2 و یا A3، به‌صورت کلاف یا شاخه‌ای و معمولاً با قطری برابر 8 تا 12 میلی‌متر و عموماً با فواصل حدود 10 تا 25 سانتی‌متر انتخاب شوند. در شکل زیر، نمایی از میلگردهای افت و حرارت در سقف کامپوزیت سنتی را مشاهده می‌نمایید.

نمایی از میلگردهای افت و حرارت در سقف کامپوزیت

▪️ بتن

بتن مورداستفاده در سقف‌های کامپوزیت، از نوع معمولی با مقاومتی حدود 200 تا 350 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع می‌باشد و تفاوت خاصی بین ویژگی‌های موردنیاز برای بتن مورداستفاده در سقف کامپوزیت با دیگر اعضای سازه‌ای وجود ندارد.

البته مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، در بند 10-2-8-1-2 به بیان ضوابط و محدودیت مقدار مقاومت بتن، میلگردها و مقطع فولادی (تیرها) مقاطع مختلط (کامپوزیت) می­پردازد.

لازم به ذکر است که مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، در مورد اعضای مقاوم در برابر زلزله برای سازه­ های با شکل­ پذیری کم، متوسط و زیاد مقرر می ­دارد:

مراحل اجرای سقف کامپوزیت

1. عملیات جوشکاری تیرهای اصلی و فرعی

در سازه‌های فولادی، در صورت جوشی بودن اتصالات، بخش عمده‌ای از عملیات جوشکاری به اتصال تیرهای اصلی و فرعی سازه مربوط می‌شود. تیرهای اصلی سازه، تیرهایی هستند که ستون‌های سازه را به یکدیگر متصل می‌نمایند و تیرهای فرعی که جزئی از مقطع کامپوزیت (مختلط) محسوب می‌شوند، همان­طور که در شکل زیر ملاحظه می‌نمایید، بین تیرهای اصلی قرارگرفته و ارتباطی با ستون‌های سازه پیدا نخواهند کرد.

تیرهای اصلی و فرعی سازه-سقف عرشه فولادی

تیرهای اصلی و فرعی سازه – سقف کامپوزیت معمولی

2. عملیات جوشکاری برشگیرها

پس‌ازآنکه عملیات جوشکاری تیرهای اصلی، اتصالات و تیرهای فرعی (در صورت جوشی بودن اتصالات آن‌ها) به پایان رسید، جوشکاری ناودانی‌های برشگیر طبق آرایشی که در بخش قبلی شرح داده شد آغاز می‌گردد. جوشکاری برشگیرها آخرین مرحله از عملیات جوشکاری بوده و بعد از آن، شرایط برای شروع عملیات قالب‌بندی سقف آماده می‌شود که این مرحله از اجرای سقف‌های کامپوزیت سنتی در بخش بعدی تشریح خواهد شد.

جوشکاری برشگیرهای ناودانی به تیر فرعی معمولاً مدت‌زمان بیشتری را نسبت به جوشکاری دیگر برشگیرها نیاز دارند. به‌طوری‌که عملیات جوشکاری هر ناودانی به تیر توسط جوشکار حدود 3 دقیقه به طول می­انجامد و این در حالی است که جوشکاری هر یک از گل‌میخ‌ها در سقف عرشه فولادی کمتر از 1 دقیقه زمان می­برد.

عملیات جوشکاری ناودانی­ های برشگیر بر روی تیرهای فرعی می ­تواند در کارخانه صورت گیرد و سپس تیرهای فرعی همراه با برشگیرهای نصب شده بر روی آن­ها به‌صورت آماده شده به محل سایت پروژه انتقال یابند. این­ کار موجب افزایش دقت در جوشکاری و همچنین کاهش زمان اجرا و کاهش هزینه­ ها می­شود. با این‌ وجود برخی از پیمانکاران ترجیح می­دهند که برشگیرها در محل پروژه جوش داده شوند به دلیل آنکه معتقدند در فرایند حمل و جابه‌جایی تیرهای فرعی، درصورتی‌که برشگیرها در کارخانه جوش داده شده باشند، امکان ضربه و آسیب رسیدن به برشگیرها وجود دارد که این امر می­تواند موجب خسارت و کاهش عملکرد مؤثر برشگیرها شود.

برای تعیین سایز و فواصل ناودانی­ های برشگیر از یکدیگر می­بایست به نقشه­ های سازه ­ای مراجعه کرد. اما به طور معمول از ناودانی سایز 6 و 8 برای برشگیرهای سقف کامپوزیت فلزی استفاده می­شود. همچنین به‌منظور عملکرد صحیح و یکپارچه بتن و فولاد، فاصله بین دو برشگیر در سقف کامپوزیت نباید بیشتر از 50 سانتی­متر باشد و فاصله آن­ها از پوشش بتنی نیز نباید کمتر از 2.5 سانتی­متر باشد.

نمایی از برشگیر از نوع ناودانی و عملیات جوشکاری آن

3. قالب‌‌ بندی سقف کامپوزیت

اولین مرحله از اجرای عملیات قالب‌بندی در سقف‌های کامپوزیت سنتی، قراردادن مهارهای چوبی (چهارتراش) و تنظیم آن با استفاده از گوه است که این چهارتراش ­ها نقش مهار و نگهداری از قالب اصلی سقف را دارند. یکی از مزیت‌های سقف کامپوزیت معمولی، استفاده از جان تیرهای فرعی به‌عنوان بخشی از سیستم نگهداری قالب اصلی است. به‌طوری‌که در شکل زیر مشاهده می‌نمایید، چهارتراش‌هایی بین جان تیرهای فرعی قرارگرفته و موقعیت (ارتفاع قرارگیری) چهارتراش نیز به‌وسیله قطعات کوچک­تری (گوه و…)، بر مبنای ضخامت قالب اصلی، به‌گونه‌ای که با تیرهای فرعی در یک تراز قرار گیرند، تنظیم گردیده است.

فواصل و تعداد قالب­ های چوبی باید به‌گونه‌ای باشد که قالب توانایی تحمل تنش­ های ناشی از بتن تازه را داشته باشد در همین راستا آیین­ نامه آبا ویرایش 1400 جدولی دارد که مقادیر مجاز تنش­ های وارده به الوار را بیان می­کند.

به‌منظور جلوگیری از افزایش خیز سقف، فواصل چهارتراش ­ها عموماً بین 50 تا 60 سانتی­متر در نظر گرفته می­شود. هر چند بسته به شرایط می‌توان این فاصله را تا حدود 1 متر هم افزایش داد. ابعاد مقطع چهارتراش ­ها معمولاً 5*5 یا 7*7 سانتی­متر در نظر گرفته می­شود. بعلاوه ضخامت ورق­ های قالب­ بندی سقف کامپوزیت فلزی باید بین 2 تا 3 میلی­متر باشد.

نمایی از زیر سقف کامپوزیت بعد از اتمام عملیات قالب‌ بندی

✅ ادامه توضیحات این بخش را در متن اصلی ایبوک مطالعه نمایید.

4. میلگردگذاری

در سقف کامپوزیت نیز مانند دیگر بخش‌های سازه، میلگرد گذاری مطابق نقشه‌های اجرایی ارائه شده توسط مهندس طراح صورت می‌گیرد و به‌منظور پوشش کامل میلگرد توسط بتن، از لقمه­ های بتنی یا اسپیسرها (Spacer) استفاده می‌شود که نمونه‌ای از این قطعات را در اشکال بالا نیز ملاحظه می‌نمایید. در شکل زیر، نمایی نزدیک از سقف کامپوزیت، قبل از بتن‌ریزی را ملاحظه می‌نمایید.

اسپیسرها در سقف کامپوزیت معمولی

5. بتن ریزی سقف و قالب‌برداری

پس از پایان عملیات میلگردگذاری سقف کامپوزیت، ابزار، ماشین‌آلات و… به‌منظور شروع عملیات بتن‌ریزی تهیه و آماده می‌گردند. معمولاً بتن را باتوجه‌ به طرح اختلاط و اسلامپ موردنیاز پروژه به کارخانه‌های تولید بتن سفارش می­دهند. سپس بتن در تراک­ میکسر­ها به محل پروژه حمل می­شود و توسط پمپ بتن به نقاط مختلف سقف ریخته می­شود. در مرحله بعد ویبره بتن و پرداخت آن توسط کارگران انجام می­شود.

عملیات ویبره و پرداخت بتن

پس از اینکه بتن سقف ریخته شد، باید قالب­ های سقف از زیر آن باز شوند؛ اما سؤالی که پیش می ­آید این است که چه زمانی برای قالب­ برداری مناسب است؟ زمان برداشتن قالب­ های بتن­ ریزی باید به‌گونه‌ای باشد که بتن سخت شده باشد و به مقاومت کافی رسیده باشد به همین منظور به جدول 9-5 آیین­نامه بتن ایران جلد دوم ویرایش 1400 مراجعه می‌کنیم. این جدول مدت زمان توصیه شده جهت بازکردن قالب­ ها را مشخص کرده است.

❓چالش های سقف کامپوزیت چیست؟

برای دریافت پاسخ این سوال به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

✅ همچنین در متن اصلی ایبوک توضیحات مفصلی در مورد عملکرد مقاطع کامپوزیت و ضوابط و الزامات آیین نامه ای قرار گرفته شده است که منطبق بر فهرست مطالب می توانید مطالعه نمایید.

طراحی اجزای سقف کامپوزیت

باتوجه‌به مطالبی که در متن اصلی ایبوک مورد بررسی قرار گرفت، مطمئناً درک خوبی را نسبت به ساختار و عملکرد سقف‌های کامپوزیت پیدا نموده‌اید و اکنون می‌توانیم این نتیجه مهم را از مباحث مطرح‌شده استخراج نماییم که بخش فولادی و بتنیِ سقف‌های کامپوزیت، تحت لنگرهای خمشی، عملکردی یکپارچه را از خود نشان می‌دهند که چنین رفتاری، نتیجه افزودن المان‌های برشگیر می‌باشد.

خلاصه مطالبی که تا اینجای کار بررسی کردیم به این شرح است که علاوه بر بخشی از دال بتنی که دقیقاً بر روی بال فوقانی مقطع فولادی تیرهای فرعی قرار می‌گیرد، بخش‌های مجاور آن نیز در تحمل لنگرهای وارده مشارکت می‌نمایند. از همین رو، قسمت‌هایی که تحت تنش‌های قابل‌توجه قرار داشتند را عرض مؤثر نامیدیم.

از این بحث این مطلب مهم را نیز استنتاج نمودیم که در چنین شرایطی، سقف سازه موردنظر از تیرهای T شکلِ کامپوزیتِ متوالی تشکیل می‌شود. قسمت‌هایی از دال بتنی که بین تیرهای T شکل قرار می‌گیرند (جزو عرض مؤثر محسوب نمی‌شوند)، نقش کمتری را در تحمل تنش‌های فشاریِ ناشی از خمش ایفا می‌کنند. وظیفه این قسمت‌ها از دال بتنی، تقریباً به تحمل و انتقالِ برش‌های ناشی از بارهای ثقلیِ وارده محدود می‌گردد.

اما یکی از نکات بسیار مهمی که در طراحی سقف‌های کامپوزیت می‌بایست مورد توجه قرار گیرد، بحث مقاومت سقف‌های کامپوزیت در حین اجرای آن و قبل از سفت‌شدن بتن سقف است. همان­طور که گفته شد، یکی از دو بخشِ اصلیِ تشکیل‌دهنده سقف کامپوزیت، دال بتنی می‌باشد. ازآنجایی‌که این بخش از سیستم کامپوزیت سقف، به‌صورت درجا در محل، به‌صورت تازه (مرطوب و سیال) ریخته می‌شود تا زمانی که بتن به حد مطلوبی از مقاومت نهایی خود نرسیده باشد، شاهد عملکرد و مقاومت سازه‌ای خاصی از قسمت بتنی سقف نخواهیم بود. به‌عبارت‌دیگر تا سفت‌شدن کامل بتن سقف، تیرهای فولادی و بتن به‌صورت دو جزء مجزا از هم عمل می­کنند. برای درک بهتر این موضوع، به شکل زیر که عملیات بتن‌ریزی یک سقف کامپوزیت فلزی را نشان می‌دهد توجه نمایید.

عملیات بتن‌ ریزی سقف کامپوزیت

مطمئناً در چنین شرایطی که دال بتنی، هنوز اجرا نشده و یا مقاومت کافی برای تحمل نیروها را ندارد، تنها مقاطع فولادی تحت نیروهای وارده مقاومت کرده و در این حالت، یک مقطع غیر کامپوزیت (not composite) خواهیم داشت.

باتوجه‌به اهمیت این موضوع، مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، این بحث را در قالب بند 10-2-8-3-2 و با عنوان “مقاومت در حین اجرا” ارائه کرده است که توضیحات بند مذکور را در ذیل مشاهده می‌نمایید.

همان­طور که در ابتدای توضیحات بند فوق ملاحظه نمودید، در صورت عدم استفاده از شمع در هنگام بتن­ ریزی، تیرهای فولادی سقف، می­بایست تا زمانی که بتن به 75 درصد تنش فشاری مشخصه خود می­رسد، قادر به تحمل وزن بتن تازه ریخته شده، وزن خود تیر و وزن بارهای حین اجرا باشند.

از طرفی در صورتی که از پایه­ های موقت (شمع یا جک‌های سقفی) در حین اجرای عملیات بتن‌ریزی تا زمان کسب مقاومت و سخت‌شدن بتن استفاده نماییم، نیازی به طراحی مقاطع فولادی تحت عملکرد غیر کامپوزیت نبوده و در این مدت، بار ناشی از وزن بتن تازه و دیگر بارهای وارده در حین اجرا (نظیر وزن کارگران و تجهیزاتی مثل دستگاه ویبره و…)، توسط شمع‌ها تحمل و به طبقه پایین انتقال داده خواهد شد؛ اما لازم است به این نکته مهم اشاره شود که در چنین حالتی، یکی از مهم‌ترین مزایای سقف کامپوزیت که امکان بتن‌ریزی هم‌زمان تمامی سقف‌های سازه می‌باشد، از دست می‌رود؛ زیرا در صورت استفاده از شمع‌ به‌منظور تحمل بارهای در حین اجزاء، تکیه‌گاه این شمع‌ها طبقه تحتانی طبقه موردنظر بوده و درصورتی‌که دال بتنی طبقه پایین سخت نشده باشد، امکان شمع‌گذاری وجود نخواهد داشت.

در سبزگپ هشتم که انواع سقف های سازه ای را بررسی کردیم، مهندس کاویان پور به همراه دکتر فرخی به بیان نکات طراحی سقف کامپوزیت و عرشه فولادی در ایتبس پرداخته‌اند که دیدن این ویدئو جذاب خالی از لطف نیست.

طراحی مقطع فولادی تحت بارهای حین اجراء

به‌منظور طراحی مقطع فولادی تیرهای فرعی سقف کامپوزیت که در حین اجرای سقف، وظیفه تحمل وزن خود، بارهای زنده (پرسنل کارگاه) و وزن بتن تازه را دارند (حالت بدون شمع)، مطابق روابط ارائه‌شده توسط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، دررابطه‌با اعضای تحت خمش و برش، عمل می‌نماییم. در ابتدا، طراحی مقطع فولادی را بر مبنای نیروهای برشی وارده انجام می‌دهیم.

جهت درک بهتر موضوع، مثالی جهت طراحی اجزاء سقف کامپوزیت مطرح می­کنیم:

مثال: می‌خواهیم یکی از تیرهای میانی سقف کامپوزیت را با درنظرگرفتن شکل زیر و با فرض فاصله 120 سانتی‌متر از محور به محور جان تیرهای IPE طراحی نماییم. طول تیرهای میانی 6 متر می­باشد. تنش تسلیم مشخصه فولاد (f_y) را 2400 کیلوگرم بر سانتی­متر مربع و مقاومت فشاری بتن (f’_c) را 250 کیلوگرم بر سانتی­متر مربع در نظر بگیرید. در قسمت­های بعدی مقاله، با رجوع به بندهای آیین­نامه و آموزش نحوه طراحی مقطع فولادی، نسبت به طراحی و کنترل این مثال اقدام می­کنیم.

سقف کامپوزیت سنتی

تعیین بارهای وارده

از زمانی که بتن ریخته می‌شود تا زمانی که سخت ‌می‌شود، مقداری از آب خود را از دست می‌دهد. بنا بر مطالعات انجام‌شده، این مقدار برابر 2 تا 3 درصد از وزن بتن تازه است؛ اما ازآنجایی‌که نیروی وزن وارده از طرف بتن تازه (Fresh concrete weight)، اختلاف زیادی نسبت به بتن خشک و سخت ندارد. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، چگالی بتن معمولی را در محاسبات سازه­ای 2300 کیلوگرم در مترمکعب در نظر می­گیرد.

از طرفی مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398، جرم مخصوص بتن مسلح معمولی را برابر 2500 کیلوگرم در مترمکعب در نظر می­گیرد. (در واحد حجم مقدار چگالی و جرم یک ماده باهم برابر است). در این حالت و در جهت اطمینان مقدار 2500 کیلوگرم در مترمکعب که توسط مبحث ششم آمده است را می‌توان به‌عنوان جرم مخصوص بتن مسلح در نظر گرفت.

همچنین می‌توان ضوابط بند مذکور در رابطه ‌با نیروهای وارد بر قالب‌ها را معیاری برای محاسبه بارهای حین اجرا قرار داد. در این مورد در آیین‌نامه بتن ایران بیان می­دارد که:

همان­طور که ذکر شد، فاصله بین تیرهای فرعی در مثال مطرح شده، 120 سانتی‌متر می‌باشد و باتوجه‌به یکسان بودن فاصله بین تیرهای فرعی در طول دهانه موردنظر، عرض بارگیر هر تیر فولادی نیز، 120 سانتی‌متر خواهد بود. بنابراین باتوجه‌به توضیحات داده‌شده و محاسباتی که در ادامه انجام می‌شود، نیروی برشی وارده به هر تیر، به شکل زیر قابل‌محاسبه خواهد بود؛

بارهای وارده:

با فرض وزن مخصوص2500kg/m³  و ضخامت  10cm برای بتن، نیروی وارده از طرف بتن برابر خواهد بود با:

2500 kg/m³ ×  0.1m =  250 kg/m²

توجه داشته باشید که مقدار بار زنده در حین ساخت، با توجه به الزامات بند 9-4-2-1 آیین­نامه بتن ایران و با فرض استفاده از ماشین‌آلات حمل بتن در نظر گرفته شده است.

بار قرار دادن بارهای به‌دست‌آمده در ترکیب بارهای ثقلی داریم:

حال نیاز است تا بارهای گسترده‌ی اعمال‌شده روی سطح سقف (قالب‌ها و تیرها) را به بارهای خطی تبدیل و به تیر موردنظر منتقل و اعمال نماییم؛

✅ شما می توانید نحوه طراحی مابقی اجزای سقف کامپوزیت را در متن اصلی ایبوک مطالعه نمایید.

سقف کامپوزیت در ایتبس

با عملکرد مقاطع کامپوزیت و طراحی اجزا سقف کامپوزیت به‌صورت دستی آشنا شدید. حال به نحوه طراحی سقف کامپوزیت در ایتبس می­پردازیم. در این قسمت به طراحی سقف کامپوزیت سنتی در نرم ­افزار ایتبس 2021 پرداخته می‌شود. بدین منظور یک سازه فلزی سه طبقه با سیستم قاب مهاربندی در هر دو جهت طولی و عرضی در نظر گرفته ­ایم که دارای سقف کامپوزیت ساده است. این سازه دارای دو دهانه در جهت طولی و دو دهانه در جهت عرضی می ­باشد. همچنین هر یک از دهانه ­های این مثال با طول یکسان 5 متر در نظر گرفته شده و ارتفاع هر طبقه نیز 3 متر می­باشد. در این مثال فرض شده که سازه به درستی مدل شده و تحلیل، طراحی و بارگذاری سقف به درستی صورت‌گرفته است.

مثال درنظر گرفته شده برای طراحی سقف کامپوزیت سنتی

تعریف مشخصات سقف کامپوزیت در ایتبس

در اولین مرحله ما باید مشخصات و جزئیات سقف کامپوزیت را در نرم­ افزار ایتبس تعریف کنیم. به همین منظور مطابق آنچه در تصویر زیر مشاهده می­کنید، در منوی Define، روی گزینه Section Properties نگه داشته و سپس گزینه Deck Section را انتخاب می‌کنیم.

انتخاب بخش Deck Sections

پس از کلیک بر روی گزینه Deck Sections، یک پنجره جدید مطابق شکل زیر برای شما باز می­شود. در این پنجره می­بایست بر روی گزینه Add New Property کلیک کنید تا پنجره Deck Property Data برای شما باز شود.

پنجره Deck Properties

اکنون در این پنجره می­توانید تمامی جزئیات مربوط به سقف کامپوزیت را مطابق نقشه­ های اجرایی وارد کنید. در شکل زیر نمایی از پنجره Deck Property Data نمایش‌داده‌شده است.

پنجره Deck Property Data

در این پنجره ابتدا باید تنظیمات مربوط به بخش General Data را تعیین کنیم. بدین منظور ابتدا در قسمت Property Name، نام سقف را Composite قرار می­دهیم. برای سقف کامپوزیت فلزی باید در قسمت Type، گزینه Solid Slab را انتخاب کنیم.

در قسمت Slab Material می­بایست نوع بتنی که در سقف کامپوزیت مورداستفاده قرار می­گیرد را انتخاب کنیم که در این مثال بتن با مقاومت 25 مگاپاسکال یا بتن C25 استفاده شده است (توجه کنید که نوع متریال ­ها باید از قبل در منوی Define، قسمت Material Properties تعریف شده باشند تا بتوان در بخش Slab Material آن­ها را مشاهده کرد).

در ادامه و در بخش Property Data مشخصات سقف کامپوزیت وارد می­شود که به شرح زیر است:

▪️ ضخامت خالص بتن روی سقف: tc

▪️ قطر گلمیخ: Shear Stud Diameter

▪️ ارتفاع برشگیر: hs

▪️ مقاومت کششی برشگیر: Fu

تعریف مشخصات سقف کامپوزیت

دکمه OK را می‌زنیم تا پنجره Deck Property Data بسته شود. سپس مشاهده می‌کنیم که سقف Composite در پنجره Deck Properties اضافه شده است. مجدد دکمه OK را می‌زنیم تا پنجره Deck Properties هم بسته شود.

✅ ادامه مراحل طراحی سقف کامپوزیت در ایتبس را در متن اصلی ایبوک مطالعه نمایید.

نکات تکمیلی در طراحی سقف‌های کامپوزیت

در بعضی از مواقع که بارهای وارد بر سقف‌های کامپوزیت مانند مراکز اداری، دانشگاهی و… قابل‌توجه است، ممکن است استفاده از مقاطع لانه‌زنبوری به دلیل ممان اینرسی بالای این مقاطع، صرفاً به‌عنوان تیرهای فرعی در سقف‌های کامپوزیت توسط طراحان پیشنهاد ‌گردد؛ اما لازم به ذکر است که تیرهای ساخته‌شده از این مقاطع، عموماً در نواحی میانی و نواحی تکیه‌گاهی نیاز به تقویت دارند. در ذیل نمایی از سقف کامپوزیت معمولی یا سنتی و همین­طور سقف عرشه‌فولادی که در آن‌ها از تیرهای لانه‌زنبوری به‌عنوان تیرهای فرعی استفاده شده است را مشاهده می‌نمایید.

تیر لانه‌زنبوری در سقف کامپوزیت

تیر فرعی از نوع لانه‌زنبوری در سقف عرشه‌فولادی

باتوجه‌به پیوست 5 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، استفاده از تیرهای لانه ­زنبوری در سیستم باربر جانبی از نوع قاب خمشی در دهانه­ های مهاربندی شده همگرا و واگرا و در جزء افقی دیوارهای برشی فولادی مجاز نیست.

✅ ما بقی نکات طراحی سقف کامپوزیت به همراه نقشه های اجرایی آن را در متن اصلی ایبوک مطالعه نمایید.

◾️ مزایای سقف کامپوزیت

• کاهش هزینه
• سرعت و سهولت اجرا
• عدم نیاز به شمع بندی
• پایین بودن تنش در بتن
• سهولت اجرا داکت (بازشو)
• حذف رد فولاد در زیر سقف
• امکان اجرای هم‌زمان چند سقف
• مقاومت نهایی و شکل‌پذیری بالا
• امکان نظارت بر اجرای سقف در طول عملیات اجرایی
• کاهش مصرف بتن و وزن کمتر سقف حدود % ٢٠
• یکپارچگی سقف و اسکلت و مقاومت در طول اجرای سقف
• امکان طراحی و اجرای سقف با دهانه‌ها و باربری‌های خاص
• عدم نیاز به شمع بندی
• انعطاف‌پذیری در طراحی

◾️ معایب سقف کامپوزیت

• هزینه‌ی اجباری سقف کاذب و یا دیگر پوشش‌ها
• هزینه‌ی تمام‌شده‌ی بیشتر به دلیل اجرای سقف کاذب
• زمان اجرای طولانی‌تر نسبت به سقف‌های تیرچه‌بلوک به دلیل اجرای پوشش کاذب
• مسئله‌ی ارتعاش که ممکن است موجب افزایش سایز مقاطع باوجود پاسخگویی تحت بارهای استاتیکی شود.

نتیجه گیری

سقف­­ های کامپوزیت یکی از انواع سقف­ هایی است که امروزه در سازه­ های فولادی کاربرد وسیعی دارد. در سقف کامپوزیت از دو نوع مصالح فولاد و بتن مسلح استفاده می­شود که تیرهای فولادی برای جبران ضعف کشش بتن در ناحیه کششی سقف مورداستفاده قرار می­گیرد. پس از گیرش بتن رویه، دال بتنی و مقاطع فولادی به­ صورت مختلط عمل می­کنند.

برای اتصال مناسب تیرهای فولادی و بتن سقف، از برشگیرهای ناودانی فولادی استفاده می­شود. سقف­ های کامپوزیت به دو روش با شمع‌بندی و بدون شمع‌بندی اجرا می­شوند که هرکدام از این روش­ ها معایب و مزایای خاص خود را دارند. برای طراحی سقف کامپوزیت فلزی نیاز است تا با رجوع به مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ابتدا مقاومت خمشی و برشی المان­ های سقف کنترل و بررسی شود. سپس نسبت به کنترل خیز سقف و طراحی برشگیرها اقدام شده و در آخر ارتعاش سقف محاسبه شود. باتوجه‌به محاسبات انجام‌شده در این مقاله می‌توان نتیجه گرفت که کنترل خیز سقف در طراحی از اهمیت بسیاری برخوردار است.

در این مقاله با ارائه یک مثال جامع، ترسیم و طراحی المان­ های سقف کامپوزیت در ایتبس آموزش داده شد. همچنین با آموزش چگونگی تنظیم پارامترهای طراحی سقف کامپوزیت به روش LRFD، در نهایت نتایج طراحی سقف کامپوزیت در ایتبس استخراج شد. اینک شما با خواندن این ایبوک و نکات ذکرشده در آن قادر به طراحی و اجرای سقف کامپوزیت در پروژه ­های عمرانی هستید.

منابع

1. سازه‌های بتن‌آرمه بر اساس روش طرح مقاومت ACI 318-14 و طراحی در حالات حدی/تألیف داود مستوفی‌نژاد، انتشارات ارکان دانش،1394.
2. طراحی سازه‌های فولادی، ج 2 /نویسندگان؛ مجتبی ازهری، سید رسول میرقادری، انتشارات ارکان دان، 1388
3. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 / طرح و اجرای ساختمان­های فولادی
4. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 / طرح و اجرای ساختمان­های بتن آرمه
5. آیین‌نامه بتن ایران (آبا)، تجدیدنظر دوم، 1400
6. آیین‌نامه اتصالات در سازه های فولادی، نشریه 264، 1385
7. طراح بی­سواد، طراح باسواد (مقدماتی) / نویسندگان؛ میررضا میریحیوی، اسلام اسلامی، انتشارات چشم ساعی، 1398
8.  AISC. Specification for structural steel buildings. Chicago (IL): AISC-360-22, American Institute of Steel Construction; 2022.
9. ACI. Building code requirements for structural concrete and commentary. ACI318- R19. Farmington Hills, Michigan: American Concrete Institute; 2019.
10. Baran, Eray, and Cem Topkaya. “An experimental study on channel type shear connectors.” Journal of Constructional Steel Research 74 (2012): 108-117.
11. J W Rackham, G H Couchman and S J Hicks.”Composite Slabs and Beams using Steel Decking: Best Practice for Design and Construction”.MCRMA Technical Paper No 13; SCI P300 Revised Edition
12.  Mechanics of materials / Ferdinand Beer… [et al.]. 6th ed.
13. Mechanics of materials / R.C. HIBBELER. 8th

• کامپوزیت و تاریخچة آن
• سقف کامپوزیت
• انواع سقف کامپوزیت
  • سقف کامپوزیت سنتی
  • سقف کامپوزیت عرشه فولادی
  • سقف تیرچه بلوک
  • سقف تیرچه کرومیت
  • سقف روفیکس
•  سقف‌های کامپوزیت سنتی
• اجزاء تشکیل‌دهندة سقف کامپوزیت فلزی
  • برشگیرها
  • آرماتورهای افت و حرارت
  • بتن
• مراحل اجرای سقف کامپوزیت
  • عملیات جوشکاری تیرهای اصلی و فرعی
  • عملیات جوشکاری برشگیرها
  • قالب‌‌بندی سقف کامپوزیت
  • میلگردگذاری
  • بتن‌ریزی سقف و قالب‌برداری
• چالش‌های اجرای سقف کامپوزیت
• عملکرد مقاطع کامپوزیت
• ضوابط، الزامات و توصیه‌های آیین‌نامه‌ای
  • تعیین عرض مؤثر دال بتنی مقطع کامپوزیت (بال بتنی تیر کامپوزیتِ مرکبِ T شکل)
• طراحی اجزاء سقف کامپوزیت
  • طراحی مقطع فولادی تحت بارهای حین اجرا
  • تعیین بارهای وارده
  • طراحی خمشی تیر فولادی حین بتن‌ریزی
  • طراحی برشی حین بتن‌ریزی
  • طراحي تيرهاي کامپوزيتِ مرکبِ T شکل (مقطع مختلط تشکیل‌دهندة سقف)
  • کنترل کفایت مقطع نسبت به نیروهای برشی
  • کنترل تغيير مکان) خيز) مقطع کامپوزيت
  • طراحي برشگیرهای سقف کامپوزیت
  • ارتعاش در سقف‌هاي کامپوزيت
•  سقف کامپوزیت در ایتبس
  • تعریف مشخصات سقف کامپوزیت
  • ترسیم تیرهای فرعی سقف و خود سقف
  • تنظیم پارامترهای طراحی سقف کامپوزیت به روش LRFD
  • تنظیم نوع طراحی تیرهای سقف کامپوزیت
  • تنظیمات پنجره Overwrite
  • استخراج نتایج
• چک‌لیست نظارتی سقف کامپوزیت سنتی
• نکات تکمیلی در طراحی سقف‌های کامپوزیت
  • مزایای سقف کامپوزيت
  • معايب سقف کامپوزيت
• مثالی از طراحی سقف کامپوزیت معمولی
  • کنترل مقاومت خمشی مقطع مرکب
  • طراحی برشگیرهای سقف کامپوزیت
•  نتیجه‌گیری

• ثبت شده در
  وزارت ارشاد
• دانلود سریع
  پس از پرداخت
• ضمانت ارسال
  بروزترین نسخه کتاب