نحوه طراحی سقف وافل

سقف وافل از جمله سقف‌های بتنی محسوب می‌شود که به علت داشتن ساختار شبکه‌ای و استفاده از قالب‌های منحصربه‌فرد، به وفور در پروژه‌های ساختمانی مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرد. طراحی دقیق و اصولی سقف وافل به دانش فنی، آشنایی با آیین‌نامه‌های مرتبط و همچنین بهره‌گیری از نرم‌افزارهای تخصصی مهندسی نیاز دارد؛ به همین علت توصیه می‌شود که قبل از اقدام برای طراحی سقف وافل، با یک تیم حرفه‌ای نظیر حاتم بنا مشورت کنید. اگر علاقه‌مندید که با نحوه طراحی سقف وافل آشنا شوید، از شما دعوت می‌کنیم که در ادامه این مطلب همراه ما باشید.

اصول اولیه طراحی سقف وافل

برای طراحی سقف وافل نیاز است که درک درستی از عملکرد سازه‌ای این نوع سقف‌ها داشته باشید. این مدل از سیستم‌های اجرای سقف، از مجموعه‌ای از تیرچه‌های متقاطع تشکیل شده که به صورت شبکه‌ای در دو جهت باربری بر هم اجرا خواهند شد. بین تیرچه‌های مذکور، فضاهای خالی یا وافل‌ها در اثر قالب‌گذاری ایجاد خواهند شد که سبب کاهش وزن سقف بدون افت استحکام آن می‌گردند. در نحوه طراحی سقف وافل باید ابتدا موارد زیر مد نظر قرار گیرند:

1. انتخاب نوع سیستم وافل: به طور معمول وافل‌های یک طرفه برای دهانه‌های کوچک‌تر و وافل‌های دو طرفه برای دهانه‌های بزرگ‌تر با توزیع بار در دو جهت کارایی دارند.
2. تعیین نقشه معماری و سازه‌ای پروژه: در هنگتم طراحی اولیه سقف وافل، لازم است که محل ستون‌ها، دهانه‌ها، دیوارهای باربر و بارهای وارده مشخص شوند.
3. انتخاب نوع قالب وافل: قالب‌های وافل در دو نوع کلی موقت یا ماندگار از جنس ABS، پلی پروپیلن، فایبرگلاس و… تولید می‌شوند.
4. محاسبه بار مرده و زنده وارده بر سقف: منظور از بار مرده و زنده وارد بر سقف، وزن دیوار، تأسیسات، بار بهره‌برداری، بار باد و زلزله است.
5. در نظر گرفتن سختی، خیز مجاز و الزامات لرزه‌ای: این مورد به منظور تطابق با آیین‌نامه‌های مرتبط باید مد نظر قرار گیرد.

پارامترهای کلیدی در طراحی سقف وافل

طراحی سقف وافل در هر ساختمان بر اساس نقشه آن صورت خواهد گرفت؛ در نتیجه نمی‌توانیم یک دستورالعمل واحد برای تمامی سازه‌ها در نظر بگیریم. با این حال، یک سری قوانین و استانداردهای یکسان در طراحی تعیین شده‌اند که منجر به افزایش ایمنی و کارایی سقف خواهند شد. در زمان طراحی سقف وافل لازم است که ابعاد قالب متناسب با ضخامت سقف مشخص شوند. بعد از آن، سبک بودن و بهینه‌سازی هزینه‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرند. در کل، پارامترهای کلیدی که باید در طراحی سقف وافل مد نظر قرار دهید شامل موارد زیر هستند:

• توجه به فاصله مرکز به مرکز تیرچه‌ها
• کنترل ضخامت سقف با در نظر داشتن اندازه دهانه و خیز بلندمدت و کوتاه‌مدت
• توجه به برش یک طرفه و دو طرفه (برش پانچ)
• طراحی و کنترل دقیق تیرهای میانی
• توجه به بار سقف
• توجه به شکل‌پذیری سقف

علاوه بر این، در نحوه طراحی سقف وافل نیاز است که مهندس طراحی مجموعه‌ای پارامترهای زیر را نیز مد نظر قرار دهد:

۱. دهانه موثر

می‌توان گفت که اصلی‌ترین و مهم‌ترین فاکتور در تعیین نوع وافل و ابعاد آن، دهانه سقف است. سقف‌های وافل برای دهانه‌های 5 الی 15 گزینه بسیار خوبی محسوب می‌شوند. در کل، هر اندازه دهانه بزرگ‌تر باشد، نیاز به تیرچه‌های قوی‌تر و ارتفاع وافل بیشتری خواهیم داشت.

۲. ارتفاع سقف و ضخامت دال

ضخامت دال سقف نیز باید به شیوه‌ای طراحی گردد که ضمن انتقال بارها، از مقاومت خمشی و برشی کافی نیز برخوردار باشد. به طور معمول، ضخامت دال چیزی بین 6 الی 12 سانتی‌متر و ارتفاع وافل بین 25 الی 60 سانتی‌متر خواهد بود.

۳. فاصله بین قالب‌ها

فاصله بین قالب‌ها بر حسب نوع قالب و عملکرد مورد انتظار می‌تواند بین 60 الی 90 سانتی‌متر متغیر باشد. لازم به ذکر است که کاهش فاصله می‌تواند سبب افزایش سختی سقف شده، اما میزان مصرف بتن و آرماتور را افزایش دهد.

۴. نوع و مقدار آرماتور

طراح باید با در نظر داشتن نتایج تحلیل سازه‌ای، نوع میلگرد (ساده یا آجدار)، قطر و فواصل آن را تعیین نماید. لازم به ذکر است که آرماتورگذاری در کف قالب‌ها، بالا و پایین تیرچه‌ها و در ناحیه تقویتی مرکزی باید با دقت بالا صورت بگیرد.

۵. مقاومت مصالح

اطلاعات دقیق درباره بتن  (fc)، فولاد  (fy)، مدول الاستیسیته، ضرایب کاهش مقاومت و… باید به درستی در نرم‌افزارهای طراحی نظیر ETABS، SAFE یا SAP2000 وارد شوند.

توضیحات تخصصی طراحی سقف وافل

در شروع پروسه طراحی سازه مهمترین نیاز ما فایل CAD سایت پلان و نقشه معماری مطلوب که شامل پلان آکس بندی (پارکینگ و طبقات ) ، محل پیش بینی شده برای راه پله ، جهت حرکت در راه پله و آسانسور ،رمپ پارکینگ، بازشو (Void) های موجود در سقف ، کنسول ها و درزهای انقطاع و انبساط خواهد بود و همچنین یک برش از هر قسمت ساختمان که نشان دهنده ارتفاع مفید طبقات ، تراز سقف تمامی طبقات ، تعداد طبقات و ضخامت سقف می باشد. واضح است که طبق نقشه آکس بندی ستون ها باید نوع اسکلت ( بتنی _ فلزی ) مسجل بوده و محل دیوار برشی و یا مهاربندهای آن مشخص شده باشد.

( جهت مشخص کردن محل و وقوع دیوار برشی و مهاربندها و همچنین هر چه منظم تر کردن سازه با جابجایی ستون ها، گرفتن مشاوره از مهندس عمران محاسب از جانب یک مهندس معمار می تواند از بسیاری مشکل هایی که ممکن است در طی طراحی به وقوع بپیوندد و سازه را سنگین و غیراقتصادی کند جلوگیری به عمل آید ، هرچند خود شخص مهندس معمار در طی طراحی هایی که در طول زمان انجام می دهد به تجربه نسبتا کافی برای تعیین محل آنها می رسد .)

مشاهده قیمت و خرید قالب وافل دوطرفه از حاتم بنا

مهم‌ترین نکات در مورد ستون گذاری

1) ستون ها حتی الامکان درون دیوارها و یا داخل کمد دیواری و قسمت هایی که مزاحمت ایجاد نمیکنند ، مخفی شوند .

2) محل ستون ها در پارکینگ مانعی برای حرکت و پارک خودروها نباشد و ضوابط پارکینگ را تأمین کند.

3)  در هر قسمت از فرورفتگی یا شکستگی پلان از ستون استفاده شود .

4) محل ستون ها از زیبایی ساختمان نکاهد .

5) قاب های موجود متشکل از ستون ها عمود بر یکدیگر باشند.

6) بهتراست در هرچهار گوشه راه پله ستون استفاده شود .

طراحی سازه سقف وافل

چند نکته در مورد محل دیوار برشی و مهاربندها شامل موارد زیر است:

1) دهانه های بلند ارجحیت بیشتری برای قرارگیری دیواربرشی دارند.

2) بهتر است دیوارهای برشی در دهانه های متوالی قرارگیرند .

3) بین مرکز جرم و سختی فاصله بیش ازحد ایجاد نشود .

4) بهتر است دهانه های دیواربرشی از طبقات پایین به بالا علی الخصوص در سازه های مرتفع کاهش یابد .

5) قرارگیری دیوار برشی بین دو ستون مناسب تر است .

6) فاصله دیوار ها از یکدیگر زیاد باشد . ( دهانه های پیرامونی بهترین گزینه است)

 نکات مهم در طراحی پلان جهت طراحی سقف وافل

1) پلان هر چه متقارن تر باشد نیروی زلزله بطور یکنواخت در قسمت های مختلف سازه توزیع خواهد شد.

2) از تغییرات مداوم پلان در هرطبقه و یا کاهش مساحت آن در ارتفاع حتی الامکان پرهیز گردد.

3) ایجاد بازشوهای بزرگ در هرطبقه صلبیت دیافراگم سقف را کاهش داده و از توزیع مناسب نیروی جانبی جلوگیری به عمل می آورد . (اگر مساحت مجموع بازشوها از نصف مساحت سقف بیشتر شود آنگاه منجر به نامنظمی دیافراگم خواهد شد.)

4) ایجاد اختلاف سطح در کف ها منجر به ایجاد ستون کوتاه شده و از لحاظ رفتار لرزه ای مناسب نیست.

5) از احداث طره های بزرگتر از 1/5 متر تا حد امکان خودداری گردد.

نکات تکمیلی طراحی سازه سقف وافل

نکته پراهمیت آن است که استحکام سازه نباید فدای معماری و زیبایی ظاهری و صرفه های اقتصادی شود هرچند وظیفه یک مهندس تلاش در اقتصادی کردن طرح و توجه به نکات ظاهری در عین انجام محاسبات صحیح و ساخت یک پروژه در رشته های مختلف مهندسی است .

(مهندس دارای ریشه فارسی به معنای اندازه است و از عربی وام گرفته شده است. در لغت به معنای کسی است که عالم هندسه باشد ، محاسبه گر یا اندازه گیرنده ازدیگر معانی واژه مهندس می باشد.)

محاسب سازه از نوع مصالحی که قرار است در سازه به کار رود آگاهی کافی پیدا کند . نوع مصالح دیوار اعم از آجرفشاری ، آجرسفال ، بلوک در انواع مختلف، 3D پنل و … ، نوع مصالح (سرامیک ، سنگ و یا …) و بتنی که قرار است در سقف سازه جهت ساخت استفاده شود نیز اهمیت دارد.

بعد از این اطلاعات ، مهمترین نکته ای که دانستن آن به نوعی پایه و اساس بارگذاری سازه است نوع کاربری هر طبقه از سازه موردنظر می باشد . انواع کاربری یک ساختمان می تواند شامل : سالن های تجمع و ازدحام ، راهرو و راه پله و بالکن ، مسکونی ، هتل ها و فروشگاه ها ، آموزشی و کتابخانه ، اداری ، صنعتی ، ورزشگاه و تاسیسات تفریحی ، محل عبور و پارک خودرو و سایر موارد که بطور مثال محل فرود بالگرد و موتور خانه را در برمیگیرد ، است . ذکر این نکته ضروری است که هر کدام از کاربری های فوق الذکر خود به بخش های کوچکتر و دقیق تری در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان تقسیم بندی شده اند .

*طبقاتی مانند استخر ، کتابخانه ، باشگاه بدنسازی و… که بار زنده سقف را بطور قابل توجهی افزایش می دهند  در تراز پایین ساختمان قرار داده شوند .

یکی دیگر از موارد بسیار مهم ، داشتن اطلاع از این است که زمین مالک محترم در کدام یک از مراکز جمعیتی جدول آئین نامه 2800 واقع شده و همچنین داشتن اطلاعات از تیپ خاک ، مقاومت و مدول خاک Ks آن نیز اهمیت ویژه ای دارد که البته این اطلاعات از دفترچه آزمایش خاک قابل برداشت است .

محاسب و طراح سازه باید در جریان نوع سقف مدنظر کارفرما یا مالک قرار بگیرد و اگر از قبل چیزی مدنظر او نباشد باید بهترین نوع سقف به او پیشنهاد داده شود (نوع سقف انتخابی میتواند مزایایی طراحی معماری داشته و می تواند پلان را تغییر دهد. بطور مثال سقف وافل مزیت طول دهانه بیشتر را دارد که میتوان در ستون گذاری پلان مدنظر قرار داد . همچنین باید به بازار میلگرد و آهن منطقه واقف باشد تا از استفاده از نمره میلگردها و پروفیل ها جهت طراحی که در بازار منطقه موجود نیست پرهیز کند . در صورت اینکه اسکلت سازه بتنی باشد باید از حداکثر مقاومت بتنی که کارخانه های آن خطه توانایی ساخت آن را دارند بطور دقیق مطلع شود.

ملاحظات فنی و اجرایی در طراحی

در نحوه طراحی سقف وافل ضمن توجه به محاسبات سازه‌ای، باید به یک سری ملاحظات فنی و اجرایی در طراحی نیز دقت شود. صرف داشتن یک طرح سازه‌ای ایده‌آل نمی‌تواند عملکرد مطلوب سقف وافل را تضمین نماید؛ چرا که بخش بزرگی از موفقیت پروژه به اجرای اصولی، باکیفیت و دقیق آن وابسته خواهد بود.

بهینه‌سازی طراحی برای کاهش هزینه و افزایش کارایی

اگر طراحی سقف وافل متناسب با استانداردها، آیین‌نامه‌ها و توسط یک تیم حرفه‌ای صورت گیرد، می‌تواند در کاهش هزینه‌های اجرایی و افزایش عمر مفید سازه تأثیر بسیار زیادی داشته باشد. در ادامه، چند راهکار را به شما معرفی خواهیم کرد که می‌توانند برای بهینه‌سازی طراحی به منظور کاهش هزینه‌ها و افزایش کارایی موثر باشند:

• استفاده از قالب‌های چند بار مصرف: این قالب‌ها می‌توانند روی کاهش هزینه در پروژه‌های بزرگ موثر باشند.
• کاهش وزن مرده سقف: با کمک قالب‌هایی با حجم بزرگ‌تر و آرماتور کمتر در بخش‌هایی با بار کم می‌توان وزن مرده سقف را کمتر کرد.
• ترکیب سیستم وافل با سقف تخت در بخش‌های خاص نظیر اطراف آسانسور، سرویس و راه‌پله نیز می‌تواند روی بهینه‌سازی طراحی سقف وافل موثر باشد.
• مکان‌یابی دقیق ستون‌ها و دیوارهای باربر سبب کاهش خمش و پیچش دال خواهد شد.
• هماهنگی با تیم تأسیسات و معماری قبل از اجرای اسکلت می‌تواند سبب جلوگیری از تداخل و دوباره‌کاری شود.
• استفاده از نرم‌افزارهای پیشرفته طراحی و بهینه‌سازی نظیر TSD، SAFE و Revit Structure نیز می‌تواند در این مورد کمک‌کننده باشد.

نرم‌افزارهای طراحی سقف وافل

در ادامه‌ی آموزش نحوه طراحی سقف وافل، یک سری نرم‌افزار را به شما معرفی خواهیم کرد:

طراحی سقف وافل

به طور کلی سقف وافل به صورت تیردال و یا دال تخت با بارگذاری وافل یک طرفه و یا وافل دوطرفه انجام می شود و قطعا تفاوت هایی در طراحی آنها وجود دارد ولی در مجموع در طراحی سقف وافل یک تحلیل غیر خطی حرفه ای بسیار دقیق جهت بررسی خیز های آنی و خیز های بلند مدت ناشی از خزش و افتادگی بتن و همچنین اثرات ترک خوردگی استفاده میگردد و اثرات نیروی زلزله و برش های ناشی از آن به صورت دقیق محاسبه و طراحی می گردد و با توجه به وجود دهانه های بلند و کم بودن تعداد ستون ها و دیوار های سازه ای طراحی سیستم مقاوم باربر جانبی از اهمیت بالایی برخوردار است.

جهت طراحی آرماتور های سقف با توجه به اهمیت اندرکنش بین نوار های ستونی وافل ها با دیوار های برشی و ستون ها تحت بار های جانبی (زلزله) از روش المان محدود استفاده می گردد.

به طور مثال در طراحی سقف وافل با دال دو طرفه ، که از تیرچه های بتنی متعامد تشکیل شده و با دالی به ضخامت ثابت پوشیده شده، در برنامه SAFE و ETAB امکان تعریف این سقف وجود داشته و برنامه متناسب با حجم آن، وزن و مشخصات آن را تعیین می کند. در برنمامه SAFE با استفاده از مسیر Define Menu>Slab Properties می توانید دال از نوع Waffle تعریف نمایید. در دال وافل، ریب ها بصورت عمود بر هم هستند. بعد از تعریف دال، از نوع وافل در هنگام ترسیم بایستی نوع آن را Waffle انتخاب نمایید. همچنین می توانید از آن در نواحی نزدیک ستون ها از Drop جهت کنترل برش پانچ استفاده نمایید.

در هنگام تعریف مقطع وافل می توانید عمق کلی را بخش overall depth، ضخامت دال بالایی را در بخش slab thickness، عرض ریب در بخش بالایی و پایینی آن را در بخش width of the stem top and bottom و همچنین فاصله بین ریب ها را در جهت محور های محلی 1 و 2 در بخش زیر وارد نمایید:

pacing of the ribs parallel to the slab
axis and the spacing of the ribs parallel to slab axis

استانداردها و آیین‌نامه‌های مرتبط با طراحی سقف وافل

در نحوه طراحی سقف وافل نیاز است که با استانداردها و آیین‌نامه‌های مرتبط با این موضوع دقت داشته باشید:

استاندارد طراحی سقف وافل یک طرفه

اساس طراحی سقف وافل یک طرفه مشابه با سقف تیرچه یونولیت است. قالب‌های وافل به شکل مستطیل هستند و نحوه عملکرد آن‌ها باعث می‌شود که تیرچه‌ها و میلگردها در یک جهت مشخص قرار گیرند. تیرچه‌های مذکور باید پیش از بتن‌ریزی به واسطه آرماتورها نصب شده تا ساختمان‌ را محکم‌تر کنند. ضخامت قالب سقف‌های وافل یک طرفه 25 سانتی‌متر و ضخامت دال سقف بین 5 الی 7 سانتی‌متر خواهد بود؛ در واقع حداقل ضخامت این نوع سقف 32 سانتی‌متر در نظر گرفته می‌شود.

استاندارد طراحی سقف وافل دو طرفه

سقف‌های وافل دو طرفه برای دهانه‌هایی که بلندتر از 17 متر هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. سقف‌های وافل دو طرفه به دلیل آرماتوربندی پی‌درپی، در مکان‌هایی که پر جمعیت هستند یا این که لرزش زیادی در آن‌ها وجود دارد، مقاومت بالایی در برابر لرزش از خود نشان می‌دهند. ضخامت سقف وافل دو طرفه بر اساس طول دهانه و اندازه قالب متغیر خواهد بود؛ اما در حالت کلی ضخامت بین 300 الی 400 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. از جمله الزاماتی که باید در نحوه طراحی سقف وافل دو طرفه مد نظر قرار گیرند، به شرح زیر است:

• عرض تیرچه (rib) در تمام طول تیرچه حداقل 10 سانتی‌متر
• عمق کل تیرچه کمتر از 3.5 برابر حداقل عرض تیرچه
• فاصله لبه تا لبه تیرچه‌ها کمتر از 75 سانتی‌متر
• ضخامت دال حداقل یا بزرگ‌تر از 1/12 فاصله بین تیرچه‌ها یا بزرگ‌تر از 5 سانتی‌متر
• برای تأمین مقاومت برش پانچ از مرکز هر ستون به اندازه حداقل 6.1 دهانه، دال بایستی که به شکل دراپ نل یا مقطع با عمق بیشتر اجرا گردد.

علاوه بر موارد فوق، توجه به استانداردها و آیین‌نامه‌های زیر نیز به منظور اطمینان از ایمنی، دوام و عملکرد مناسب سقف وافل حائز اهمیت است:

• مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ایران): طراحی سازه‌های بتن آرمه
• آیین‌نامه ACI 318 (آمریکا): طراحی بتن مسلح شامل بارگذاری، مقاومت، ترک‌خوردگی و خزش
• BS 8110 (انگلستان): استانداردهای طراحی دال‌های توخالی و مقاطع مرکب
• EN 1992-1 (Eurocode 2): طراحی سازه‌های بتن مسلح در اروپا
• آیین‌نامه لرزه‌ای 2800 ایران: به منظور طراحی مقاوم در برابر زلزله به ویژه در مناطق با خطر بالا
• استانداردهای اجرایی قالب‌بندی و بتن‌ریزی نظیر ACI 347، ASTM C94 و…

پیشنهاد می‌شود برای اجرای پروژه‌هایی با سقف وافل، حتماً از کمک مهندسین دارای صلاحیت استفاده نمایید. علاوه بر این، مشاوره با تیم‌هایی نظیر حاتم بنا می‌تواند تضمین‌کننده کیفیت و سرعت اجرای پروژه باشد.

جمع‌بندی

در این مقاله با نحوه طراحی سقف وافل و قوانین و ضوابط مهم آن آشنا شدیم. این سقف یک انتخاب هوشمندانه برای پروژه‌هایی محسوب می‌شود که نیازمند دهانه‌های وسیع، ظاهر زیبا و ساختار سبک هستند. پیشنهاد می‌شود برای اجرای پرو‌های اصولی، اقتصادی و ایمن با متخصصین مجرب حوزه سازه صحبت کنید و از خدمات حرفه‌ای مهندسان شرکت سقف وافل حاتم بنا بهره‌مند شوید.