مقایسه سقف های دال دوطرفه

مقایسه ظرفیت باربری، رفتار لرزه ای، هزینه و زمان اجرای انواع سقف های دوطرفه متداول در اسکلت بتنی

چکیده

اخیراً مطالعات بر روی انواع مختلف سقف ها که ضمن داشتن ظرفیت مناسب جهت کنترل و انتقال نیروهای ثقلی و جانبی، امکان کاهش وزن ساختمان و هزینه و زمان ساخت بهینه را نیز به همراه داشته باشند، گسترش یافته است. در این پژوهش تلاش گردیده تا یک مقایسه کلی در شرایط یکسان بین انواع سقف های دوطرفه و مرسوم در سازه های بتنی اعم از دال بتن مسلح، یوبوت، کوبیاکس، وافل صورت گیرد. این سقف ها از منظرهای متفاوت از جمله میزان ظرفیت باربری، میزان تغییر شکل، عملکرد لرزه ای، هزینه و مدت زمان ساخت با یکدیگر در ابعاد و اندازه های یکسان مقایسه شده اند.

با توجه به اینکه در این تحقیق عملکرد و رفتار سازه ای خالص سقف ها مدنظر بوده است از مدلسازی قاب خمشی و یا دیوار برشی یا سایر المان های سازه ای صرف نظر شده است. برای تخمین میزان ظرفیت باربری این سقف های از تحلیل پوش آور استاتیکی و نیز جهت بررسی رفتار لرزه ای آن ها از تحلیل دینامیکی تحت بارگذاری افزون بصورت رفت و برگشت در پریود زمانی منظم استفاده شده است. شرایط بارگذاری و ضوابط طراحی به ترتیب مطابق با مبحث ششم و نهم مقررات ملی ساختمان می باشد.

همچنین استاندارد  Pmbok5مبنای برآورد زمان و هزینه ساخت هرکدام از سقف های مذکور می باشد. مدلسازی سقف ها جهت محاسبات سازه ای با نرم افزار Abaqus 2020 و نیز متره و برآورد مصالح هر کدام از سقف ها با استفاده از نرم افزار Revit 2021و همچنین جهت محاسبه هزینه تمام شده و مدت زمان ساخت سقف ها با استفاده از نرم افزار  MSProject 2016 تهیه گشته است. نتایج این تحقیق نشان داد که سقف یوبوت دارای بهینه ترین رفتار سازه ای در مقایسه با سایر سقف های مذکور می باشد.

مقدمه

مطالعه بحث اقتصادی و ظرفیت باربری و زمان ساخت سیستم های مختلف دال در یک پروژه می تواند دید جامعی، جهت انتخاب یک سقف مناسب برای سازه مورد بررسی را ارائه دهد. امروز نیاز به مصالح ایمن و سبک و کارا نسبت به گذشته بیشتر احساس مى شود. مصالحى که با شرایط محیطى سازگار بوده و محدودیت هاى سایر مصالح را نداشته باشد و تهیه و تدارکات آن مقرون به صرفه و نیاز اقتصادى و تامین نیروى کار پروژه را تامین نماید. در سال های اخیر تکنیک هاى سبک سازى در اکثر سازه ها مورد توجه قرار گرفته است.
کاهش وزن تمام شده ساختمان با استفاده از تکنیک هاى نوین ساخت مصالح جدید و بهینه سازى روش هاى اجرا باعث کاهش وزن ساختمان و صرفه جویى در هزینه، زمان و انرژى منجر به کاهش زیان هاى حوادث طبیعى مثل زلزله شده و صدمات آن را کم مى نماید. بنابراین ضرورت پیدا میکند که از مصالح نوین استفاده شود. همچنین نیاز گسترده و روز افزون جامعه به ساختمان و مسکن، ضرورت استفاده از روش ها و مصالح را بیش از پیش مطرح ساخته و باعث شده ساختمان هاى بیشتر، مقاوم تر و با عمر مفید بیشتر تولید شود.
همچنانکه با استفاده از مصالح جدید و روش هایى که از سهولت، سادگى و سرعت بیشترى برخوردارند مى تواند باعث برداشتن گام هاى موثرى در جهت افزایش تولید مسکن در کشور شود. دال دوطرفه در صورتی که دال در چهار طرف بر روی تیرهایی تکیه داشته باشد و نسبت طول به عرض چشمه دال کمتر از 2 باشد رفتار دال دو طرفه خواهد بود. دال یک طرفه فقط در جهت طولی و دال دو طرفه در هر دو جهت نیاز به آرماتور خمشی دارد. در سقف های دوطرفه، همه تکیه گاه های سقف در باربری ثقلی آن نقش دارند و طراحی سقف باید در هر دو راستای متعامد صورت گیرد. درسقف های دو طرفه بارهای وارد بر سقف توسط عملکرد خمشی آن در دو راستای متعامد به تکیه گاه های چهارطرف سقف منتقل می شود. سقف در دو امتداد متعامد دچار انحناء شده و عمل انتقال بار را انجام خواهد داد.

دال تخت و دال مجوف

دال تخت یکی از انواع دال های دو طرفه می باشد که به صورت مستقیم به ستون وصل می شود. این سیستم جزو سقف های بتنی توپر محسوب می شود و هیچ گونه تیری در آنها وجود ندارد. ستون ها از طریق دال تخت به یکدیگر متصل می شوند. ساخت دال تخت به دلیل اجرای آسان آرماتوربندی و قالب بندی، سریع تر از سایر سیستم ها می باشد. در اکثر موارد هزینه ی اجرای دال های تخت کمتر از هزینه ی سایر سیستم های دیگر می باشد و نیز به دلیل انعطاف پذیری بیشتری که در محل قرار دادن ستون ها در این نوع سیستم داریم، باعث طراحی بهتر معماری و سازه می شوند.
 سقف یوبوت، کوبیاکس، وافل از انواع سقف های دوطرفه مجوف و مرسوم در سازه های اسکلت بتنی می باشد. اصل کلیدی در اینگونه دال ها حذف بتن در قسمت میانی مقطع دال می باشد، که عملاً از نظر تنش های ناشی از خمش خنثی بوده و نقش سازه ای مفیدی ایفا نمی کند. بنابراین با قرار دادن بلوک های دائمی سبک در قسمت غیر موثر مقطع باعث افزایش کارایی سیستم سقف می شویم و وزن دال را تا حد قابل توجهی کاهش پیدا می کند. میزان کاهش وزن در دال های مجوف دو طرفه مستقیماً بستگی به شکل، تعداد، و آرایش بلوک ها دارد.
 افزایش تعداد بلوک ها و متعاقباً افزایش فضای توخالی دال کاهش بار مرده را به همراه خواهد داشت که منجر به ایجاد امکان افزایش دهانه می گردد. با فرض اینکه قسمت فشاری مقطع تنها در بال فوقانی واقع شود، می توان متصور شد که تفاوت قابل ملاحظه ای از لحاظ ظرفیت و رفتار خمشی میان دال مجوف و دال توپر وجود نداشته باشد.

فرضیات تحقیق

  1. مفروض است که ابعاد و اندازه و ضخامت کلیه ی سقف ها مشابه و یکسان باشد تا میزان ظرفیت باربری و خیز حداکثری خالص سقف مورد سنجش قرار گیرد.
  2. ابعاد کلیه ی سقف های مذکور 6*6 و به ضخامت 0/3 متر در نظر گرفته شده است.
  3. در تمامی سقف ها از میلگرد کششی نمره 12و در نظر گرفتن 5 سانتیمتر پوشش بتنی در نظر گرفته شده است.
  4. کلیه دال ها فاقد هر گونه تیر یا کلاف عرضی میانی می باشند.
  5. سیستم باربری تمامی دال های مورد پژوهش در این رساله دو طرفه در نظر گرفته شده است.
  6. در نرم افزار آباکوس به هدف مشخص نمودن میزان ظرفیت باربری و حداکثر خیز مرکز دهانه، تحلیل پوش آور با اعمال بار جابجایی افزون انجام شده است.
  7. در نرم افزار آباکوس به هدف مشخص نمودن رفتار لرزه ای سقف ها از تحلیل دینامیکی بوسیله بار افزون رفت و برگشتی در پریود زمانی منظم در یک جهت، توام با ایجاد بار فشاری شامل بار مرده و بار زنده مطابق نمودار 1 در نظر گرفته شده است.
  8. پیوستگی میلگرد و بتن کامل بوده و میلگرد مدفون در بتن دچار لغزش نمی شود. به عبارت دیگر، مقدارکرنش در میلگرد با مقدار کرنش در بتن متصل به میلگرد یکسان است.
  9. در این تحقیق به جهت بررسی رفتار خالص سقف، از مدلسازی قاب خمشی و یا تیر و ستون اطراف خودداری گشته و عکس العمل های تکیه گاهی درون صفحه ای در راستای محور x,yمحصور و در راستای zبر روی تکیه گاه قرار داده شده است. به بیانی دیگر نقش تکیه گاه های اطراف بدون دخالت دادن در محاسبات، تداعی شده است. همچنین دال ها دارای آزادی دورانی می باشند.
  10. قالب های مجوف علرغم اینکه جهت حذف مقاطع غیر سازه ای بکار می روند در نرم افزار آباکوس بصورت توخالی مدل شده و به میزان حجم آن ها از مقاطع مذکور حذف می گردند به همین منظور نقش محاسباتی و یا خصوصیات مصالح به آن ها داده نشده است.
  11. جهت مشخص نمودن حجم و اندازه مصالح مصرفی بکار برده شده در سقف ها، مدلسازی BIM صورت گرفته است.
  12. همچنین جهت مقایسه کلی زمان و هزینه هر کدام از سقف های مورد بررسی در این تحقیق، شرایط یکسان اعم از قراردادن 8ساعت کاری در طول روز و قرار دادن روز جمعه به عنوان روز غیر کاری و با فرض در اختیار داشتن 2 نفر کارگر عادی و 2 نفر کارگر ماهر و ثابت بودن هزینه های قالب بندی و بتن ریزی و مدت زمان یکسان جهت عمل آوری بتن در نظر گرفته شده است تا تخمینی از برآورد هزینه و زمان هر سقف به تفکیک لحاظ گردد.

سقف بتن مسلح

دال بتنی یکی از پرکاربردترین انواع سقف می باشد، که به صورت یکپارچه از ترکیب بتن و فولاد اجرا می گردد. دال ها در واقع اعضای صفحه ای لاغر هستند که در طول دهانه ضخامت ثابتی داشته که تمامی مقطع بتن در ناحیه کشش و فشار یکسان قرار دارد. عملکرد دو طرفه یا یک طرفه دال ها بستگی به ابعاد و شرایط تکیه گاهی دال دارد. ضخامت دال ها بر اساس ضوابط خیز و مقاومت مقطع در برابر لنگر خمشی و نیروی برشی تعیین می گردد.
صلبیت بسیار بالا و عملکرد لرزه ای مناسبی این نوع سقف باعث شده، که به یکی از رایج ترین سقف ها در سازه های بتنی تبدیل شود. اما به دلیل وزن بالاتر نسبت به انواع دیگر سقف ها کمتر مورد توجه قرار گرفته است. دال های بتنی از منظر عملکرد و انتقال بار، به انواع یک و دوطرفه تقسیم بندی می شوند.
در این تحقیق جهت مدلسازی این سقف در آباکوس، از یک مقطع بتنی به ضخامت 30سانتیمتری و با مقاومت فشاری 25 مگاپاسکال و نیز دو ردیف شبکه مش ساخته شده از میلگرد Ø12در فواصل 20سانتیمتری نسبت به یکدیگر در دو جهت بالا و پایین و در نظر گرفتن 5سانتیمتر پوشش بتنی طراحی شده است.

اثر میانقاب و والپست در دیوار

مقطع جانبی دال بتن مسلح مدلسازی شده در نرم افزار Revit

سقف یوبوت

سقف یوبوت از سقف های مجوف بتن مسلح است که از دو لایه بتن مسلح، در بالا و پایین دال تشکیل شده که حد فاصل این دو لایه با نوعی بلوک توخالی یوبوت که از جنس پلی پروپیلن می باشد، قرار می گیرد که جایگزین بتن غیرسازه ای در مرکز سقف خواهد شد. این محصول همانند بلوک های سفالی یا پلی استایرن دارای هندسه ی مکعبی اما مجوف می باشد که با توجه به نیاز پروژه و محاسبات طراحی، ابعاد مختلفی دارند. سقف یوبوت با مقطع Iشکل، سیستم بهبود یافته ی هماندال بتن مسلح می باشد که نقاط ضعف آن مانند وزن زیاد، عملکرد لرزه ای مناسب و غیره را برطرف نموده و سختی مقطع دال افزایش می یابد.

 جهت مدلسازی این سقف در آباکوس از قالب های یوبوت که ماندگار و مدفون در بتن هستند در ابعاد 52*52 سانتیمتر و ارتفاع 20 سانتیمتر و فواصل هر کدام نسبت به یکدیگر 12سانتیمتر می باشد استفاده شده است. جهت جلوگیری از برش پانچ در گوشه ها، از قرار دادن قالب یوبوت در مجاورت ستون خودداری گردیده است. جهت کار گذاشتن آرماتورهای کششی در این عرشه، دو ردیف شبکه مش ساخته شده از میلگرد Ø12در فواصل 20سانتیمتری نسبت به یکدیگر در دو جهت بالا و پایین و در نظر گرفتن 5سانتیمتر ضخامت بتن قرار داده شده است.

اثر میانقاب و والپست در دیوار

مقطع جانبی سقف یوبوت مدلسازی شده در نرم افزار Revit

سقف کوبیاکس

طراحی و عملکرد سقف کوبیاکس مانند دال بتنی دو طرفه می باشد با این تفاوت که هسته بتن مرکزى در محل هایى که کاربرد سازه اى ندارد با گوى هاى توخالى جایگزین می شود. نتیجه این امر دالی است که حدوداً %35وزن کمتری نسبت به یک دال مشابه توپر دارد. این امر سبب می گردد که صرفه جویی قابل ملاحضه ای در وزن تمام شده سقف و نیز مواد اولیه و مصالح کل ساختمان حاصل گردد.جهت طراحی این سقف در آباکوس قالب های کوبیاکس که ماندگار و مدفون در بتن هستند به شکل کره بیضوی با قطر 30سانتیمتر و ارتفاع 18سانتیمتر و فواصل هر کدام نسبت به یکدیگر 7سانتیمتر می باشد.
 همچنین این گوی ها با میلگرد نمره 6در جای خود محصور شده اند. هر کیج کوبیاکس به طول 2/5متر و 7عدد توپ کوبیاکس می باشد. جهت جلوگیری از برش پانچ در گوشه ها، از قرار دادن قالب کوبیاکس در مجاور ستون خودداری گردید. جهت کار گذاشتن آرماتورهای کششی در این عرشه، دو ردیف شبکه مش ساخته شده از میلگرد Ø12در فواصل 20 سانتیمتری نسبت به یکدیگر در دو جهت بالا و پایین و در نظر گرفتن 5سانتیمتر ضخامت بتن قرار داده شده است .
اثر میانقاب و والپست در دیوار
مقطع جانبی سقف كوبیاكس مدلسازی شده در نرم افزار Revit

سقف وافل

سقف وافل شامل تعدادى شناژ (تیرچه) عمود برهم، بصورت مقطع Tشکل و داراى رفتارى دوطرفه مى باشد. در این گونه سقف ها با کاهش ضخامت دال و اضافه کردن شناژهاى متعدد نسبت به دال بتنى دوطرفه، باعث کاهش بار مرده سقف و همچنین دارا بودن سختى مناسب در مقابل بارهاى جانبى و ثقلى مى باشد. عنصر اصلی در ساخت این سقف ها قالب های غیرماندگار وافل می باشند در این سقف ها قالب های وافل عامل ایجاد تیرچه های منظم متعامد و جایگزین بتن ناکارآمد در نواحی مشخصی از سقف می شوند. جهت طراحی، قالب های غیرماندگار وافل در ابعاد 55*55و ارتفاع 25سانتیمتر و عرض تیرچه های مابین آن 12سانتیمتر در نظر گرفته شده است.
 جهت جلوگیری از برش پانچ در گوشه ها، از قرار دادن قالب وافل در مجاور ستون خودداری گردید. جهت کار گذاشتن آرماتورهای کششی در هر تیرچه، چهار میلگرد سرتاسری نمره 12که با خاموت های نمره 10در فواصل 15سانتیمتری نسبت به یکدیگر قرار داده شده است محصور گشته اند. همچنین برای جلوگیری از ترک سطح بتن ناشی از انبساط و انقباض ناشی از حرارت، شبکه آرماتور حرارتی ساخته شده از میلگرد Ø10 در فواصل 30سانتیمتری نسبت به یکدیگر جایگذاری شده است. ضخامت بتن رویه 5سانتیمتر و ضخامت تیرچه ها 25 سانتیمتر می باشد.
اثر میانقاب و والپست در دیوار
مقطع جانبی سقف وافل مدلسازی شده در نرم افزار Revit

بارگذاری

بطور کلی محاسبه های بارهای وارده بر سازه، براساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان انجام می شود. بارهای وارده شامل بار مرده و زنده می باشند که در ادامه به تفصیل هر کدام پرداخته شده است.

بار مرده

بارهای مرده ناشی از وزن اجزایی است که در طول عمر مفید ساختمان همواره وجود داشته و میزان ثابت دارند. بار مرده ساختمان ها عمدتاً ناشی از دو عامل می باشد که عبارتند از:
1- بار مرده ناشی از اسکلت سازه (تیر، ستون، مهاربند و دیوار برشی) که به صورت خودکار توسط نرم افزار آباکوس محاسبه می شود و نیازی به محاسبه دستی بار ناشی از این المان ها در مدلسازی نرم افزاری وجود ندارد.
2- بار مرده ناشی از المان های معماری (پارتیشن ها یا دیوارها، راه پله و غیره) که می بایست به صورت دستی محاسبه شده و به نرم افزار معرفی شود. مقدار این بار به جزئیات اجرایی این المان ها بستگی دارد.

جهت ایجاد بار ناشی از وزن خود سازه میزان وزن مخصوص عناصر سازه ای شامل بتن با وزن مخصوص 2500 kg/m3 و فولاد و با وزن مخصوص 7850 kg/m3بر مبنای مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و حاصلضرب آن در میزان ثقل زمین (9/81) در نرم افزار آباکوس لحاظ شده است.
اثر میانقاب و والپست در دیوار

محاسبه بار مرده اعمال شده بر روی سقف مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان

اثر میانقاب و والپست در دیوار جزییات بار مرده اعمال شده بر روی سقف

بار زنده

بار زنده عبارت است از بارهای غیر دائمی که در حین بهره برداری و استفاده از ساختمان به سقف وارد میشود. بارهای زنده با توجه به نوع کابری ساختمان و یا هر بخش آن و مقدار باری که در طول عمر ساختمان به آن وارد میشود محاسبه و تعیین میشود. جدول زیر حداقل مقدار بار زنده گسترده روی سقف را بر اساس نوع کاربری آن نشان میدهد. حداقل بار زنده بام برابر حداکثر بار برف و نوع کاربری آن تعیین میشود. بارهای زنده معمول در ساختمان ها، هرچند ممکن است در طول زمان تغییر داشته باشند ولی به دلیل تدریجی بودن این تغییر، اصطلاحاً بارهای زنده استاتیکی نامیده می شوند. در ادامه و در جدول شماره 2مقادیر در نظر گرفته شده برای بارهای مرده و زنده المان های مختلف آورده شده است.

مقایسه سقف های دال دوطرفه

محاسبه بار زنده اعمال شده بر روی سقف مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان

 

بار جانبی

بار جانبی وارد بر سقف های مورد مطالعه در این تحقیق به صورت رفت و برگشتی افزون شده در پریود زمانی منظم قرار داده شده است. این بار شبیه ساز نیروی وارده تحت زلزله می باشد. اثر گذاری این بار توام با وارد نمودن بار فشاری شامل بار مرده و زنده می باشد تا بتوان ظرفیت حداکثری و رفتار لرزه ای هر کدام از سقف ها را مورد بحث و بررسی قرار داد. میزان فشار بار وارده رفت و برگشتی بصورت تصاعدی بر مبنای درصدی از وزن سازه و بار فشاری قرار گرفته بر روی آن تا لحظه گسیختگی طی هر یک ثانیه ایجاد خواهد شد.
مقایسه سقف های دال دوطرفه

میزان بار رفت و برگشتی جانبی اعمال شده بر روی سقف

نوع تحلیل

پوش آور

در روش تحلیل پوش آور، با اعمال یک نیرو-جابجایی در مرکز جرم، دال، به آن فشار بصورت افزون شده وارد می نماییم تا به اندازه تغییر مکان معینی (تغییرمکان هدف) جابه جا شود، حال نیروهای ایجادشده در اعضا را محاسبه میکنیم. تحلیل به این روش، به پوش آور معروف می باشد. در نرم افزار آباکوس برای محاسبه نیرو توام با جابجایی از حلگر جنرال استاتیک استفاده شده است. نتیجه این تحلیل برای تهیه نمودار نیرو-تغییر مکان که در یک جهت میزان بار تحمل شده راتوسط سقف و در جهت دیگر میزان جابجایی یا تغییر شکل ناشی از تنش وارده شده بر سقف را نشان می دهد. در این روش مبنا، تغییر مکان فرض شده این است که با وارد شدن به ناحیه غیرخطی این تغییرشکل ها هستند که تعیین کنندهی رفتار سازه میباشند، زیرا با ورود به ناحیه غیرخطی یعنی پس از تسلیم عضو، با افزایش نیروهای کوچک تغییرشکل های بزرگ خواهیم داشت.

تاریخچه زمانی

در این روش سازه تحت بارگذاری رفت و برگشتی مانند زلزله زلزله قرار می گیرد و به طور کامل تحلیل و پاسخ به صورت تاریخچه زمانی تعیین می گردد. در آنالیز تاریخچه زمانی، آثار مودهای بالاتر و تغییرات در الگوی بار اینرسی به علت نرم شدگی سازه در خلال زلزله به طور خودکار در نظر گرفته می شود. در این روش به طور مستقیم تغییر مکان کلی حداکثر که توسط یک شتاب نگاشت مشخص به سازه اعمال می شود. این تحلیل در کارهای تحقیقاتی، تحلیل دینامیکی افزایشی، رسم منحنی های هیسترزیس و سایر بکار می رود. نتایج این تحلیل تابعی از اثرات زمان نیز می باشد. در این مقاله جهت اثر بار جانبی رفت و برگشتی شبه زلزله بر روی سقف های مورد مطالعه، در نرم افزار آباکوس از حلگر Dynamic Implicitطی بازه ی زمانی 6ثانیه استفاده شده است. نتایج این تحلیل جهت ترسیم نمودار هیسترزیس برای تحلیل اثرات زلزله بر روی سقف ها مورد استفاده قرار گرفته است.

صحت سنجی

مطابق نمودار شماره 2 نمودار نیرو _ تغییر مکان در دال بتن مسلح دو طرفه که با نتایج پژوهش محققین مقایسه و صحت سنجی شده عناصر سازه ای نظیر بتن و فولاد و نیز شرایط مرزی تکیه گاه ها می باشد نمایش داده شده. همانطور که مشاهده می شود تطابق مناسبی بین نتایج بدست آمده صورت گرفته است. ظرفیت باربری دال بتن مسلح به میزان 62*104 نیوتن و میزان خیز حداکثری 70میلیمتر می باشد. در مقایسه با نتایج این رساله که دال بتن مسلح با ابعاد مشابه با میزان ظرفیت باربری 60*104نیوتن و میزان خیز حداکثری 76میلیمتر می باشد. میزان اختلاف اندکی که در نتایج بوجود آمده است ناشی از عدم دقیق پیش بینی رفتار بتن در محدوده ی پلاستیک می باشد.
مقایسه سقف های دال دوطرفه

نمودار :2نمودار صحت سنجی میزان ظرفیت باربری دال بتن مسلح با نتایج آزمایشگاهی

میزان ظرفیت باربری

در این تحلیل پس از قرار دادن بار- جابجایی در مرکز انواع سقف های مورد مطالعه در این تحقیق، حداکثر میزان جابجایی در مرکز دال بتن مسلح به میزان 70میلیمتر و حداکثر ظرفیت باربری این سقف برابر با 62*104نیوتن می باشد. مطابق تصویر شماره 7مشاهده می شود که دال بتن مسلح در اثر بار وارده در تحلیل پوش آور تحت تاثیر برنش پانچ در اطراف ستون ها قرار گرفته است در نتیجه در این ابعاد و تحت این بارگذاری برای دال بتن مسلح استفاده از ستون های کتیبه دار توصیه می گردد. همچنین بدلیل خیز زیاد در دهانه 6متری لازم است که جهت رعایت خیز مجاز تعیین شده در آیین نامه از تیر میانی یا کلاف عرضی در وسط دهانه استفاده گردد. همچنین در این دال بیشترین خرابی کششی بتن در اطراف و نواحی کناری تکیه گاه های مجاور می باشد.
در سقف یوبوت، حداکثر میزان جابجایی در مرکز دهانه به میزان 24میلیمتر و ظرفیت باربری این سقف برابر با 71*104 نیوتن می باشد. مطابق تصویر شماره 9مشاهده می گردد که برش پانچ در این سقف صورت نگرفته است. همچنین نیز خرابی های بتن این سقف در اطراف و در نواحی تکیه گاه های کناری صورت گرفته است. میزان ظرفیت باربری سقف یوبوت به نسبت دال بتن مسلح %15افزایش و خیز آن % 55کاهش داشته است. از مهم ترین علل آن حذف بیشترین حجم بتن غیر سازه ای و کاهش وزن اشاره نمود به همین علت رفتار کششی این سقف بسیار ترد می باشد.
در سقف کوبیاکس، حداکثر میزان جابجایی در مرکز دهانه به میزان 38میلیمتر و حداکثر ظرفیت باربری این سقف برابر با 68*104نیوتن می باشد. مطابق تصویر شماره 86مشاهده می گردد که خرابی پلاسیسیته بتن این سقف در اطراف و در نواحی تکیه گاه های کناری صورت گرفته است. میزان تنش های بوجود آمده در این سقف به نسبت دال بتن مسلح کاهش چشمگیری داشته است. میزان ظرفیت باربری سقف کوبیاکس به نسبت دال بتن مسلح %10افزایش و خیز آن %47کاهش داشته است.
در سقف وافل، حداکثر میزان جابجایی در مرکز دهانه به میزان 33میلیمتر و حداکثر ظرفیت بااربری ایان ساقف برابار باا 59*104نیوتن می باشد. در نتایج مشخص گردید که برش پانچ در این سقف صورت نگرفته اسات. مطاابق تصاویر شاماره 96 مشاهده می شود که خرابی های بتن این سقف در مرکز و در قسمت زیرین تیرچه ها صاورت گرفتاه اسات. همچناین تمرکاز تنش در اطراف و در نواحی تکیه گاه های کناری صورت گرفته اسات. در اداماه دال وافال %4کااهش ظرفیات بااربری و %60 کاهش خیز نسبت به دال بتن مسلح را به خود اختصاص داده است.
لازم به توضیح است که سقف های یوبوت، کوبیاکس، وافل به جهت جلوگیری از برش پانچ ستون در سقف، در گوشه هاا و در مجاورت تماس سقف با ستون، بتن بصورت یکپارچه قرار داده شده و قالب مجوف حذف گردیده است. کمترین میزان خیز مربوط به سقف یوبوت است که با توجه به مقطع Iشکل و وجود تیرچاه هاای متعاماد ایان سیساتم، شاهدیم که کنترل خیز و انتقال بار به تیرهای اطرافی به خوبی صورت می گیرد. در صورتی که میازان باار وارده بایش از حاد باشد شاهد شکست برشی در حدفاصل بین تیرچه ها خواهیم بود.

مطابق نماودار شاماره 3کاه نتاایج حاصال از تحلیال هاای آباکوس در میزان ظرفیت باربری و میزان شکل پذیری مدل ها می باشد می توان نتیجه گرفته که سقف یوبوت دارای بیشترین ظرفیت باربری می باشد به استناد به ضوابط آیین نامه ای در خصوص کنترل حداکثر خیز، در صورتی که به دیوار یا المان های غیر سازه ای متصل باشند ولی آسیبی به آن ها نرساند، میزان L/240را توصیه نموده که معادل 2/5سانتیمتر می باشد. در نتیجاه در ایان رسااله تنها سقف یوبوت این میزان را کسب نموده است.

 البته سقف وافل و سقف کوبیاکس با نسبت بسیار اندکی با این رقام اخاتلاف دارند که قابل چشم پوشی می باشد. با توجه به نتایج این تحلیل می توان اذعان نمود که استفاده از سیستم دال بتن مسالح با در نظر گرفتن استفاده از حداکثر میزان ظرفیت باربری، فقط در دهانه های کوچک و یا اضافه نمودن تیر میانی جهات کنتارل خیز میسر می باشد.

 

 

مقایسه سقف های دال دوطرفه

رفتار لرزه ای

یکی از پارامترهای مهم و تاثیر گذار در انتخاب سقف مناسب، رفتارلرزه ای و عملکرد پاسخگویی آن در مقابله با بارهای جانبی ناشی از زلزله می باشد. مطابق آنچه در نمودار 4نشان داده شده میزان ظرفیت باربری و همچنین تغییر شکل های ناشی از بارگذاری رفت و برگشتی ایجاد شده در بین تمامی سقف ها، سقف یوبوت و وافل عملکردی بهتری در برابر تغییر شکل های ایجاد شده را دارند. پرواضح است که هر چه میزان جذب انرژی ناشی از بارهای جانبی و مستهلک شدن آن توسط سقف ها بیشتر باشد پایداری سازه بیشتر و احتمال خرابی آن کمتر می باشد.
که یکی از مهم ترین عوامل آن وزن سازه می باشد،بدین ترتیب که با افزایش وزن سازه، اثرات مخرب تری در سازه ایجاد می گردد. در این مقاله پس از تحلیل دینامیکی جهت ترسیم و مقایسه نمودار هیسترزیس سقف ها اقدام گردیده و نتایج با یکدیگر مقایسه گردید. این منحنی بیانگر رفتار غیرالاستیک یک سیستم می باشد و اطلاعات مهمی در مورد ویژگی های جذب انرژی سازه، رفتار دینامیکی و نحوه رفتار سازه در حین اعمال نیرو به مهندسین سازه عرضه می دارد. با عنایت به نمودار 4که نمودار هیسترزیس عملکرد سقف ها می باشد.

دریافت که میزان تنش های بوجود آمده ناشی از زلزله پس از دال بتن مسلح، متعلق به سیستم کوبیاکس می باشد. از علت های اختلاف این میزان با تنش بوجود آمده در سقف یوبوت، وجود حجم بتن ریزی و در نتیجه ازدیاد بار مرده و سنگین بودن این نوع سیستم می باشد. سقف وافل بدلیل وزن پایین و همچنین دارا بودن تیرچه های متعامد و دوطرفه بخوبی بارهای جانبی وارده ناشی از زلزله را به تکیه گاه های اطراف انتقال می دهد که با عملکردی مشابه با یوبوت دارای کمترینمیزان جذب انرژی زلزله می باشد.

 همچنین در دال های مجوف بدلیل حذف بتن غیر سازه ای و عملکرد دو طرفه و سطح مقطع مناسب که باعث بوجود آمدن اینرسی مطلوب می گردد و کاهش وزن موثر، ارتعاشات لرزه ای ناشی از بار جانبی زلزله کمتر از سایر سیستم های دیگر است. منحنی های هیسترزیس در دال بتن مسلح، منحنی های ناپایدار و با سطح زیر منحنی کوچک می باشد، اما در سقف یوبوت و وافل منحنی های هیسترزیس به منحنی های پایدار و با سطح محصور شده بیشتری ایجاد شده اند.

 این امر بیانگر آن است که، سقف یوبوت ظرفیت بالایی در جذب انرژی نیروهای جانبی زلزله دارند و ارتعاشات لرزه ای در آن کنترل شده است. مقایسه منحنی های هیسترزیس در سقف یوبوت و دال بتن مسلح نشان می دهد که سختی سقف یوبوت بیشتر بوده و قابلیت جذب انرژی آن بیشتر می باشد و با افزایش سختی در این سقف، ارتعاشات لرزه ای سازه کاهش می یابد. مطابق نمودار شماره ……. مشاهده گردید که پس از سقف یوبوت، سقف وافل دارای عملکردی بهینه و مطلوب می باشد بدین لحاظ که در میزان مستهلک نمودن انرژی لرزه ای و نیز انعطاف پذیری در برابر تغییر شکل های ایجاد شده که این امر ناشی از کاهش محسوس وزن مرده سازه می باشد، اما میزان تحمل باربری آن کمتر از سایر سیستم های دیگر می باشد.

مقایسه سقف های دال دوطرفه

متره و برآورد

مطابق با جدول شماره 3که حاصل متره مصالح مصرفی در نرم افزار Revitمی باشد، نشان داد که دال بتن مسلح دارای بیشترین حجم بتن ریزی و بیشترین وزن تمام شده و سقف وافل دارای کمترین میزان بتن ریزی و نیز کم ترین وزن تمام شده به نسبت سایر موارد مورد مطالعه در این مقاله را دارا می باشند. دال بتن مسلح دارای 10/78m3بتن ریزی و 720mمتر طول میلگرد نمره 12که معادل 678kgمی باشد. سقف یوبوت دارای 7/25m3بتن ریزی و 720mمیلگرد نمره 12که معادل 678kgو همچنین دارای 77عدد قالب ماندگار یوبوت می باشد.

سقف یوبوت در مقایسه با دال بتن مسلح %30سبک تر می باشد. سقف کوبیاکس دارای 8/09m3بتن ریزی و 720mمیلگرد نمره 12که معادل 678kgو 537mمیلگرد نمره 6 که معادل 129kgو همچنین دارای 192عدد قالب ماندگار کوبیاکس که حجمی معادل 2/68m3دارد در این سقف مدفون است. سقف کوبیاکس در مقایسه با دال بتن مسلح %23سبک تر می باشد. سقف وافل، دارای 4/9m3بتن ریزی و 480m میلگرد نمره 12که معادل 452kgو همچنین 560mمیلگرد نمره 10جهت خاموت گذاری که وزنی معادل 366kgدارد و 240mمیلگرد 10جهت شبکه مش حرارتی معادل 157kgرا دارا می باشد.

-قابل ذکر است که این عرشه دارای 77عدد قالب غیر ماندگار وافل می باشد. سقف وافل در مقایسه با دال بتن مسلح %54سبک تر می باشد.

*ذکر این نکته الزامی است که آمار ارائه شده در این تحقیق برمبنای ابعاد و اندازه 6*6و ضخامت 0/3متر می باشد که در ابتدای مقاله بدان اشاره شده.
مقایسه سقف های دال دوطرفه

زمان و هزینه سقف

یکی از تاثیر گذارترین پارامترهای انتخاب سقف مناسب، میزان هزینه و مدت زمان ساخت آن می باشد. با عنایت به گزارش گیری حاصل از تدوین مراحل ساخت و وارد نمودن هزینه های مصالح و هزینه های جانبی در نرم افزار MSProject بر مبنای استاندارد Pmbok5مطابق نمودار شماره 10مشاهده می شود که سقف وافل، بیشترین مدت زمان ساخت را به خود اختصاص می دهد. از جمله علل این ازدیاد زمان می توان به برداشتن قالب های وافل پس از گیرش بتن اشاره کرد. خصوصاً که در دهانه های بزرگ می بایست، تمامی قالب ها را از سطح بتن با نهایت مراقبت جدا کرد که این امر مستلزم صرف زمان بیشتر نسبت به سایر سقف های مورد مطالعه در این مقاله می باشد.

 با توجه به یکسان بودن ابعاد دهانه سقف ها و ضخامت آن ها، پس از سقف وافل، سقف یوبوت دارای بیشترین زمان صرف شده جهت ساخت را به خود اختصاص داده و مهم ترین علت نصب و تثبیت قالب های مجوف یوبوت، توسط نیروی انسانی در محل کار می باشد و می توان از آن بعنوان یکی از معایب این سقف اشاره نمود، که قابلیت یکپارچه نمودن قالب های آن و جایگذاری سریع آن ها تاکنون میسر نبوده است. برخلاف سقف یوبوت، سیستم کوبیاکس بدلیل مونتاژ شدن سریع قالب ها در کارگاه تولیدی که به کیج کوبیاکس معروف است، در مدت زمان کوتاهی مونتاژ و در محل نصب جایگذاری می گردند.

 اما از جمله معایب سقف کوبیاکس، بحث حمل و نقل کیج های آن می باشد. بدلیل اینکه کیج ها در محل تولیدی ساخت گوی های پلاستیکی، مونتاژ می شوند انتقال آن به محل کارگاه، به سختی و در دفعات متعدد انجام می گردد و علاوه بر آن دپو کردن یا انبار نمودن کیج ها مستلزم اشغال فضای بزرگی می باشد. از این جهت هزینه حمل و نقل انتقال قالب های مجوف در افزایش هزینه های تمام شده سقف تاثیر گذار است. همین مشکل نیز بصورت مستقیم متوجه قالب ها غیر ماندگار وافل می باشد چرا که هم انتقال و انبار نمودن آن مستلزم فضای زیادی هست و ازحیث اینکه قالب های وافل قابل استفاده چندین باره در پروژه می باشد در معرض آسیب دیدگی قرار می گیرند.

قالب های یوبوت بدلیل اینکه در درون همدیگر قرار می گیرند به لحاظ جابجایی دردسرساز نیستند اما جاگذاری و نصب آن ها در محل نسبت به سقف کوبیاکس زمان بر می باشد. اما سریع ترین روش ساخت مربوط به دال بتن مسلح اسن که بدلیل پیچیده نبودن آیتم و جزییات سازه ای آن، می توان در مدت زمان کوتاهی و حتی توسط کارگران ساده این دال را اجرا نمود. مسئله اقتصاد سازه و همچنین هزینه های متحمل به ساخت همواره مدنظر بسیاری از طراحان و مدیران پروژه می باشد. با عنایت به نمودار شماره 10می توان مشاهده نمود که بیشترین هزینه ساحت متعلق به سقف وافل می باشد.

عمده هزینه ساخت سقف وافل جهت خرید و تهیه مصالح اولیه و مخصوصاً تهیه قالب های غیر ماندگار این سقف می باشد. قالب های این سقف قابل استفاده مجدد در سایر پروژه های مشابه می باشد که در پی آن طی استفاده چندین باره در بلند مدت باعث کاهش هزینه ها خواهند شد. دال بتن مسلح در مقایسه با سقف یوبوت، %20ارزانتر و %26سریع تر و نیز در مقایسه با سقف کوبیاکس، %33ارزانتر و % 20سریع تر و در مقایسه با سقف وافل، %90ارزانتر و %47سریع تر می باشد.

-ذکر این نکته در اینجا الزامی هست که اقتصادی بودن سقف های مجوف در کل سیستم بدلیل کاهش وزن و عملکرد لرزه ای و میزان افزایش ظرفیت باربری ایجاد شده، باعث کاهش تعداد ستون ها، کاهش مقاطع ستون ها و فنداسیون و باعث سبک سازی کل سازه می گردند که عمده صرفه جویی و سوددهی استفاده از این سقف ها در هزینه تمام شده کل سازه اثر گذار و محسوس خواهد بود.

مقایسه سقف های دال دوطرفه

نتیجه گیری

نتایج دال بتن مسلح

  1. میزان خیز و تغییر شکل های زیاد این دال جز اساسی ترین عیب های این دال می باشد.
  2. برنش پانچ و خیز بالای ایجاد شده در این دال باعث می گردد که تحت بارگذاری و ابعاد مشابه با این مقاله، اساتفاده از تیر میانی و ستون کتیبه دار الزامی باشد.
  3. ظرفیت باربری این دال در حد مطلوب است و جهت بهره برداری از کاربری های متنوع مشکلی ایجاد نمی کند اما عدم استفاده آن در دهانه های بزرگ و همچنین افزایش وزن سازه و افزایش تعداد و ابعاد ستون جز نقاط ضعف این سیستم است.
  4. عملکرد ضعیف این دال در برابر بارهای رفت و برگشتی مانند زلزله و بدنبال آن ارتعاشات ناشای از ضاربات باار جانبی بدلیل وزن زیاد از دیگر خصوصیات منفی این دال می باشد.
  5. بارزترین ویژگی این سیستم، تسریع در عملیات ساخت و عدم نیاز به تجهیزات خاص می باشد.
  6. وزن و حجم بتن ریزی زیاد که به تبع باعث آلودگی های زیست محیطی بدلیل مصرف زیاد سیمان می باشاد از نکاات منفی این سیستم است.

سقف یوبوت

  1. مهم ترین پارامتر مثبت سازه ای این سقف میزان ظرفیت بالا و خیز کم آن می باشد. از این حیث می توان این سقف را در دهانه های بزرگ و کاربری های متنوع مانند پارکینگ های طبقاتی بکار برد.
  2. سقف یوبوت به دلیل دارا بودن مقطع Iشکل و وزن نسبتاً سبک آن در مقایسه با سایر سیستم هاای مورد مطالعه، دارای عملکرد لرزه ای مناسب تری می باشد.
  3. یکی از معایب ساخت این سقف عدم یکارچه بودن قالب های مجوف آن می باشد که امکان جایگاذاری ساریع آن ها میسر نیست وهمین امر باعث افزایش زمان ساخت مخصوصاً در دهانه های بزرگ و طبقات گسترده می گردد.
  4. سهولت در حمل و نقل قالب های یوبوت از نکات مثبت این سیستم می باشد بطوریکه می توان هازاران قالاب جهات حمل و نقل در یکدیگر جفت و بست و حمل و نقل نمود. همچنین جهت انبار و دپو نمودن این قالاب هاا نیاازی به فضای اشغال گسترده ای نمی باشد.
  5. با توجه به رقابتی بودن هزینه ساخت، تسریع روند ساخت، ظرفیت باربری ایده آل و رفتار لرزه ای مطلوب مای تاوان اذعان داشت که این سیستم بهترین عملکرد را در بین سایر دال های مورد تحقیق در این مقاله را دارد.

سقف کوبیاکس

  1. میزان بالای ظرفیت باربری، خیز کم، حجم بتن ریزی نسبتاً کم از جمله محاسن این سقف می باشد.
  2. سرعت اجرای بالای این سقف مخصوصاً در دهانه های بزرگ، باعث صرفه جویی در زمان ساخت و هزینه های جااری روزانه کارگاه می گردد.
  3. از جمله معایب اساسی این سیستم انتقال کیج و گوی های کوبیاکس است که فضای اشاغال زیاادی را در برخواهناد گرفت. همچنین عدم دسترسی راحت به مصالح اولیه نظیر گوی ها پلاستیکی خود نوعی ایاراد محساوب مای شاود، بخصوص که اجرای آن در شهرستان و روستاها تقریباً ناممکن است.
  4. با در نظر گرفتن تمامی پارامترها و مقایسات انجام شده می توان دریافت که با توجه به ظرفیت باربری، رفتار لرزه ای، وزن تمام شده و هزینه ساخت، در مقایسه با سایر سقف ها، سیستم کوبیاکس در این ابعااد مقارون باه صرفه نمی باشد.

سقف وافل

  1. ظرفیت باربری مناسب، وزن سبک و حجم کم بتن ریزی از جمله دلایل مثبت استفاده از این سقف می باشد.
  2. هزینه ی بالا جهت خرید قالب اولیه و همچنین حمل و نقل قالب هاا و نگهاداری از آن هاا، نیاز به فضاای اشغال گسترده جهت انبار کردن و دپو آن ها، و نیز همچنین زمان گیر بودن باز و بست کردن قالب ها پس از گیرش باتن و میزان بالای پرتی قالب ها از جمله ضعف این نوع سیستم است.
  3. با توجه به ظرفیت مطلوب باربری، رفتار لرزه ای و وزن کم این سقف می توان از این سیستم در دهانه هاای بازرگ و هم چنین ضخامت کم استفاده نمود . 
  4. با توجه به مشبک بودن سطح زیرین این سقف نیازی به اجرای سقف کاذب نمی باشد و همچنین از منظار معماری دارای زیبایی منحصر بفردی است.

جمع بندی

دال های مجوف نظیر وافل، یوبوت، کوبیاکس اگرچه در ظاهر امر دارای هزینه های اجرا یا تهیه مصالح اولیه بیشتری نسبت به دال بتن مسلح می باشند، اما در کل سازه بدلیل حذف ستون یا کاهش ابعاد ستون که در نتیجه سابک تار شدن وزن ساختمان و فنداسیون و حجم کمتر آهن الات و بتن ریزی در پی خواهد داشت و در حالات کلای بارآورد یک سازه با سقف های یوبوت، کوبیاکس و وافل هزینه های ناشی از حذف یا کاهش مقطع سایر المان هاای ساازه ای و همچنین تسریع در روند ساخت در پی خواهد داشت که بسیار حالت اقتصادی تر و در مدت زماان کمتاری تحقق می یابد.
0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

به دوستانت هم پیشنهاد بده

مقایسه سقف های دال دوطرفه

Telegram
WhatsApp
اینستاگرام حاتم بنا
5/5 - (1 امتیاز)