مقاله تحلیلی: ملاحظات سازه ای بازشوها در عرشه‌های کف کامپوزیت

ساخت عرشه‌های کامپوزیتي بسیار رایج شده است و استفاده از آن‌ها به دلیل کارایی سازه و سرعت در ساخت، روشي اقتصادی برای طیف گسترده ای از انواع ساختمان هاي تجاری، صنعتی یا مسکونی محسوب می‌شود. دال های کامپوزیتي از پروفيل فولادی با روکش بتني مسلح درجا تشکیل شده اند. اين دال‌ها نه‌تنها به‌عنوان يك قالب دائمی بتن عمل می کنند که پیوند برشی کافی با بتن فراهم می کنند و درنتیجه وقتی بتن به مقاومت رسید هر دو کنار هم رفتار و عملكرد كامپوزيت خواهند داشت.

بازشوها از قسمت‌های معمول هر ساختمان با كف هاي کامپوزیتي هستند. این بازشوها می توانند حفره هایي کوچک برای عبور لوله و کانال يا حفره هايی بزرگ تر برای عبور تأسيسات و لوله های تخلیه سیلاب یا چند حفره کوچک باشند. این بازشوها به پیمانکاران اجازه نصب تأسیسات ساختمانی مانند سيستم گرمایش، تهویه و لوله کشی را مي دهند.

بازشوها ممکن است تأثیر قابل‌توجهی در عملکرد سازه اي كف ها داشته باشند. تمام بازشوها بايد توسط یک مهندس حرفه ای به لحاظ تأثیر آن‌ها بر كف و نياز به تقویت در اطراف آن‌ها، بررسی شوند.

در این مقاله به بررسی روش های مختلف ایجاد منافذ کوچک و متوسط و تأثیر آن‌ها بر عملکرد سازه اي كف های کامپوزیتي می پردازیم.

ایجاد بازشوها

دو روش اصلی برای ایجاد بازشو های کوچک و متوسط در كف های کامپوزیتي وجود دارد: مغزه گيري و غلاف گذاری يا درآوردن جعبه اي بازشوها.

مغزه گیری بتن شامل حفر سوراخ های دايره اي در دیوارها یا کف های بتنی است (شکل 1). دریل‌های مغزه گیری الماسي، متداول ترین ابزار برای این فرآیند هستند. مغزی مته متشکل از یک لوله فولادی با قالبی از جنس الماس است که به انتهای مته جوش داده‌شده است. مته مغزی گیر بتن بر روی میله چرخشی دستگاه حفار سوار شده است که به دیوار یا کف محکم می شود. پس از اتمام حفاری، مغزی بتنی استوانه ای یا بخش حلزونی و قالب فلزی زیر بتن عمل آمده بیرون آورده می شوند. 

به دلیل احتمال فاصله نزدیک آرماتورهای دال کف موجود، امکان برش ناخواسته آرماتورها در طول این فرآیند وجود دارد؛ بنابراین، محل حفره ها و آرماتورها باید قبل از مغزی گیری با مهندس سازه هماهنگ شود. می‌توان از اسکنر برای کمک به مکان یابی آرماتورهای موجود استفاده کرد.

غلاف گذاری يا درآوردن جعبه اي روشی دیگر برای ایجاد بازشو است. در این روش، بازشو با غلاف گذاری ورق فلزی در کف ایجاد می شود (شکل 2). به همین ترتیب، برخی سیستم های توقف آتش با نصب درجای غلاف می توانند کل فرآیند نصب را بهبود بخشند و بهره وری و کارایی پیمانکاران را افزایش دهند.

تا پایان عمل آوری بتن، توصیه می شود کف فولادی دست‌نخورده بماند. بااین‌حال، پیمانکاران ممکن است قبل از ریختن بتن، بازشو را از میان کف فولادی درآورند. آن‌ها این کار را نصب ساده تر با نیروی کار کمتر می دانند که دسترسی سریع به بازشوها را قبل از ریختن بتن امکان پذیر می کند. بااین‌حال، قطع دال قبل از عمل آوری بتن ممکن است در عملکرد صحیح کف به‌عنوان قالب اختلال ایجاد کند. عرشه فولادی برای تعیین نیاز به عناصر فولادی اضافی یا شمع‌زنی موقت، باید توسط یک مهندس حرفه ای موردبررسی قرار گیرد.

اطلاعات کلی طراحی

طبقات (کف های) کامپوزیتی از یک‌لایه بتنی روی یک کف فلزی تشکیل شده اند. رویه بتنی ممکن است بتن سبک یا معمولی باشد. کف فولادی یک ورق فولادی موج دار سرد نورد شده است که بین تیرچه های فولادی یا تیرها قرار دارد. عرشه‌های فولادی در بتن‌ریزی و عمل‌آوری مانند قالب عمل می‌کنند و بعدازآن در کنار بتن بارهای کف را تحمل می‌کنند؛ بنابراین، دو عملکرد اصلی در طراحی کف های کامپوزیتی وجود دارد؛ (الف) طراحی کف فولادی به‌عنوان قالب برای تحمل بارهای ساخت‌وساز و (ب) دال کامپوزیتی برای تحمل بارهای وارده از کف پس از سخت شدن بتن. بااین‌حال، معمولاً طراحی کف فولادی به‌عنوان قالب، بحرانی تر از طراحی برای تحمل بارهای وارده از کف است. پروفیل فولادی کف و ضخامت آن باید به‌گونه‌ای انتخاب شود که دهانه عرشه بدون شمع بتواند بارهای سازه ای را تحمل کند.

عرشه فولادی به‌عنوان قالب باید برای مقاومت در برابر بارهای پیش‌بینی‌شده ساخت‌وساز طراحی شود. این طرح باید حداقل بار طراحی مشخص‌شده در استاندارد ملی انستیتوی استاندارد آمریکا و مؤسسه استاندارد دال -عرشه های فولادی کفANSI/SDI C-2017 را ارضا کند. همچنین سه ترکیب بار جداگانه باید مورد ارزیابی قرار گیرند: 

(الف) بار مرده بتن و کف فولادی بعلاوه 20 پوند در فوت مربع بار زنده یکنواخت سازه ای و (ب) بار مرده بتن و کف فولادی بعلاوه 150 پوند بار متمرکز در هر فوت از عرض کف و (ج) بار مرده کف فولادی بعلاوه حداقل 50 پوند در فوت مربع (PSF) بار زنده یکنواخت سازه ای. مهندس همچنین باید انحراف کف در مرحله ساخت را برای محدود کردن انحراف بیش‌ازحدی که می تواند منجر به انباشتگی بتن شود بررسی کند. انباشتگی می تواند باعث اعمال بار مرده ناخواسته بر روی سازه شود.

کف فولادی در کنار بتن در برابر بارهای اعمالی مقاومت می کند. عملکرد کامپوزیتی از پیوند برشی بین بتن و کف ناشی می شود. سیستم های کف فولادی کامپوزیتی مشابه تیرهای بتنی طراحی می‌شوند. بتن به‌عنوان عضو فشاری و کف فولادی به‌عنوان عضو کششی یا آرماتور فولادی عمل می کند. ظرفیت خمشی کف فولادی کامپوزیتی باید برای مقاومت در برابر بارهای ثقلی خارج از صفحه بر روی کف کافی باشد که شامل وزن خود بتن، کف و بارهای زنده و مرده اعمالی است (شکل ۳).

از کف های کامپوزیتی همچنین به‌عنوان دیافراگم برشی افقی برای ایجاد مقاومت در ساختمان و انتقال بارهای برشی صفحه-ای (مانند باد و نیروهای لرزه ای) به سیستم مقاومت جانبی قاب اصلی ساختمان استفاده می شود (شکل ۴). برای این منظور، دیافراگم برشی کف کامپوزیتی مثل یک تیر افقی پیوسته مدل می شود که به‌عنوان جان تیر عمل می کند. تیرچه های میانی یا تیرها به‌عنوان سخت کننده های جان و تیرهای محیطی به‌عنوان بال تیر عمل می کنند.

تولیدکننده به دلیل پیچیدگی مراحل طراحی کف های کامپوزیتی، معمولاً جداول خلاصه ای از بارهای مجاز، خصوصیات مقطع، حداکثر بازشو های محصور نشده، بارهای اعمالی و بارهای برشی دیافراگم ارائه می‌کند. بااین‌حال، این جداول کف را به‌عنوان یک بستر یکنواخت صلب و بدون بازشو و هر نوع منفذی در نظر می گیرند. ازآنجاکه بازشوها می توانند عملکرد کف را تحت تأثیر قرار دهند، مهندس باید منافذ و تأثیرات آن‌ها در انحراف، خمش و مقاومت برشی کف برای تعیین نیاز به تقویت کننده را بررسی کند.

ملاحظات سازه ای

بازشو های کف به لحاظ اندازه به بازشوهای کوچک (تا 12 اینچ)، بازشوهای متوسط (1 فوت تا 4 فوت) و بازشوهای بزرگ (بیش از 4 فوت) دسته بندی می شوند. مطابق راهنمای طراحی کف SDI (FDDM)، بازشوهای بزرگ باید طوری طراحی شوند که تمام لبه های متحمل بار با قاب بندی سازه ای حمایت شوند. ممکن است بازشوهای متوسط یا کوچک بدون قاب های سازه ای جایگذاری شوند. توصیه می شود که کف زیر بازشو قبل از عمل آوری بتن، بیرون کشیده نشود. عدم رعایت این موارد می تواند منجر به کاهش ایمنی شود. در مورد مجاز بودن برش کف، قوانین محلی و نیازهای پروژه خود را بررسی کنید. برش کف قبل از بتن‌ریزی و عمل آوری آن، ظرفیت خمشی کف را کاهش می دهد و می تواند منجر به انحراف بیش‌ازحد و انباشت بتن در حین ساخت شود. افزایش بار مرده ناشی از انباشت بتن روی کف ممکن است از ریختن بتن اضافی برای هم‌سطح کردن طبقه حاصل شود. همچنین، برش کف فولادی قبل از ریختن بتن می تواند ظرفیت برشی عمودی کف فولادی را به‌صورت موضعی در اطراف بازشو کاهش دهد و منجر به عمل نکردن جان کف تحت بارهای متمرکزی مانند وزن افراد یا تجهیزات روی کف در حین ساخت شود.

SDI FDDM روشی را برای طراحی بازشوهای کوچک یا متوسط در کف های فولادی کامپوزیتی ارائه می دهد. در این روش فرض بر این است که بتن روی کف در امتداد لبه های بازشو، عمود بر شیارها، مانند یک تیر کم‌عمق عمل می کند (شکل ۵). این تیر می تواند به‌عنوان یک تیر مسلح یا یک تیر بتنی ساده برای تحمل مجموع وزن مرده دال کف به همراه بارهای اعمالی، طراحی شود.  عکس العمل انتهای این تیر کم‌عمق باید در برابر بار نقطه ای بر روی دال کف کامپوزیتی مجاور بازشو مقاومت کند.

توجه داشته باشید که گاهی لازم است بازشوها بافاصله نزدیک به‌عنوان یک بازشوی متوسط یا بزرگ در نظر گرفته شوند. هنگامی‌که گروه بازشوهای کوچک یا متوسط، عمود بر دهانه کف قرار داشته باشند، باید عرض حفره را به‌صورت طول کلی در امتداد گروه بازشوها در نظر گرفت، مگر اینکه فضای کافی بین سوراخ ها باقی‌مانده باشد. زمانی که گروه های بازشو موازی با جهت باربر کف قرار بگیرند، می‌توان عرض بازشو را عرض یک حفره منفرد دانست (شکل ۶).

خلاصه

هنگام نصب انواع سیستم مکانیکی، الکتریکی و لوله کشی در دال‌های کامپوزیتی، بازشوها و منافذ بخشی اجتناب ناپذیر از هر سازه ای محسوب می شوند. برای ایجاد بازشو به‌طورمعمول از روش مغزه گیری کف بتنی یا غلاف گذاری قبل از بتن‌ریزی استفاده می شود.

با توجه به مشکلات احتمالی ایمنی هنگام برش کف، قوانین منطقه و نیازهای پروژه خود را بررسی کنید. بازشوها می توانند ظرفیت سازه ای کف کامپوزیتی را کاهش دهند. برای حفظ پایداری و مقاومت سازه ای کف یک مهندس سازه واجد شرایط باید بازشوها و تأثیر آن‌ها را بر عملکرد سازه ای سیستم دال / کف را ارزیابی کند و در صورت لزوم یک طرح تقویتی ارائه دهد.

بر اساس SDI FDDM، بازشوهای بزرگ باید طوری طراحی شوند که تمام لبه های متحمل بار در کف توسط قاب بندی سازه حمایت شوند. منافذ کوچک یا متوسط ممکن است بدون قاب سازه ای جایگذاری شوند. توجه داشته باشید برای طراحی بازشو های کوچک یا متوسط، محل و فاصله بازشوها نیز باید در نظر گرفته شود. یک گروه نزدیک بهم از منافذ که در عرض جهت بازشوی کف هستند، باید به‌عنوان یک بازشوی بزرگ در نظر گرفته شوند.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.