سقف عرشه فولادی در واقع به نوعی، بهبود یافته سقف کامپوزیت معمولی است که با استفاده از قالب های دائمیِ سبک، سهولت، سرعت و کیفیت اجرا را بالا برده است. سیستم سقف عرشه فولادی یکی از اقتصادی ترین سیستم های سقف می باشد. که از مقاطع مختلط دال بتن مسلح بر روی ورق های ذوزنقه ای تشکیل شده است که به تیر ها و شاه تیر های فولادی متصل می شوند. عملکرد مختلط دال بتن مسطح فوقانی و ورق فولادی ذوزنقه ای تحتانی نقش به سزایی در تامین صلبیت سقف و رفتار برشی مطلوب آن خواهد داشت. سقف عرشه فولادی با انواع اسکلت های فلزی(اعم از جوشی یا پیچ و مهره ای-گرم یا سرد نورد شده)به ویژه با ساختمان های LSF هم خوانی دارد. ورق های ذوزنقه ای گالوانیزه نقش قالب دائمی و آرماتور های کششی دال را (به جز حداقل آرماتور آیین نامه ای) به عهده داشته و به تنهایی و بدون نیاز به شمع، بار های حین اجرا را تحمل می کند.
سقف عرشه فولادی
روش های جدید و کارآمد برای ساخت سقف های مرکب ( کامپوزیت ) فولادی باعث گردیده تا احداث ساختمان ها با سرعت زیادی انجام گیرد. سقف کامپوزیت عرشه فولادی (متال دک) که در عمل به آن ها سقف عرشه فولادی گفته می شود؛ سقف هایی هستند که با استفاده از دو عنصر ورق های فولادی گالوانیزه ذوزنقه‌ای شکل تحتانی و برش گیرها که در این نوع سقف‌ها مورد استفاده قرار می گیرد از سایر سقف‌ها متمایز می‌شود.
اجرای سقف متال دک امروزه طرفداران زیادی در دنیا دارد، در این روش سقف ها با استفاده از ورق های گالوانیزه ذوزنقه ای شکل آجدار و بدون استفاده از شمع و با حذف قالب بندی سنتی اجرا می شوند. وزن این سقف نسبت به سقف های مشابه حدود ۲۰ تا ۵۰ درصد سبکتر می باشد و سرعت اجرای آن حدود ۱۱ برابر بیشتر از سقف های معمولی مانند دال بتن و تیرچه بلوک می باشد.
سرعت اجرای بالا، وزن پایین، و قیمت مناسب از جمله مهم‌ترین مزیت‌هایی است که باعث شده تا در ساخت و سازهای شهری مالکان به استفاده از آن تمایل داشته باشند.
اجزای سقف عرشه فولادی
ورق های فولادی شاخص ترین مصالح سقف عرشه فولادی می‌باشد که برای ساخت آن ورق فولادی گالوانیزه (هر دو طرف) با ضخامت‌های ۸/۰ تا ۲/۱ میلی متر را به وسیله دستگاه‌های Rol Forming به روش نورد سرد (Cold Forming) به حالت موجدار شکل دهی می‌کنند به صورتی که در مقطع ورق حاصله هر موج به شکل یک ذوزنقه دیده می‌شود. برای محاسبه مشخصات هندسی مقطع می‌بایست از ضخامت پوشش گالوانیزه (Zinc Coating) صرف نظر نمود.
ارتفاع ذوزنقه‌ها (عمق کنگره) حداکثر ۷۵ میلی متر می‌باشد همچنین عرض متوسط کنگره‌های پرشده با بتن نمی‌بایست کمتر از ۵۰ میلیمتر باشد.
ضمن رعایت ضوابط موجود برای این ورق‌ها می‌توان آنها را برای کاربری‌های مختلف به حالت‌های خاصی از ذوزنقه شکل داد تا به قابلیت‌های جدیدی دست یابند. این ورق‌ها می‌بایست در جان خود (قسمت شیبدار ورق) دارای فرورفتگی‌ها و برجستگی‌هایی باشند تا درگیری (Interlock) بین فولاد و بتن را ایجاد نمایند.
در طی مراحل بارگیری، حمل و دپوی این ورق‌ها می‌بایست دقت لازم برای جلوگیری از تغییر شکل (Deformation) آنها صورت گیرد.
ورق فولادی
برشگیرها یا گل میخ‌های خاصی که در این نوع سقف استفاده می‌شود به جهت نوع مصالح و روش خاص اجرا، یکی دیگر از نقاط قوت این نوع سقف محسوب می‌شود. قطر این برشگیرها حداکثر ۲۰ میلیمتر و ارتفاع آنها بسته به شکل ورق فولادی متغییر می‌باشد و در نهایت حداقل ارتفاع گل میخ بعد از نصب که از بالای ورق زوزنقه‌ای اندازه‌گیری می‌شود نباید کمتر از ۴۰ میلیمتر باشد.
این گل میخ‌ها به وسیله دستگاه جوش قوس الکتریکی خاصی که Stud Welder خوانده می‌شود به بال تیرهای سازهای جوش می‌شود. این فرآیند جوشکاری می‌تواند هم به صورت مستقیم روی بال تیر سازهای انجام گیرد (Direct Attach Welding) و هم از روی ورق فولادی انجام گیرد (Through the Sheet Welding) قبل از قرارگیری گل میخ یک حلقه سرامیکی در محل جوش قرارمی‌گیرد تا از حوضچه مذاب ایجاد شده در لحظه ایجاد قوس الکتریکی محافظت نماید.
انواع برش گیر های قابل استفاده عبارتند از :گلمیخ، میلگرد مارپیچ، ناودانی، نبشی تقویت شده، ورق تخت
در آیین نامه های ساختمانی ایران،جوشکاری گلمیخ با استفاده از تکنولوژی stud welding به عنوان روش استاندارد در اتصال برش گیر ها معرفی شده است.
برشگیر (گل میخ)
دستگاه نصب گل میخ
دستگاه نصب موقت ورق های عرشه
آرماتوربندی در چهار مورد زیر می‌بایست اجرا گردد:
۱- مقاومت در برابر لنگر منفی در دهانه‌های ممتد و کنسول ها
۲- بارهای متمرکز یا بازشوها
۳- آرماتور حرارتی
۴- مقاومت در برابر لنگر مثبت در صورتی که از عملکرد کششی ورق فولادی صرف‌نظر شود.
میلگردهای حرارتی در جهت مخالف با تیر های فرعی باعث یکپارچگی بتن و درگیری با سقف کامپوزیت می شوند و با جوش دادن به تیر های فرعی مانع ترک خوردن بتن می گردند.
آرماتوربندی این سقف در صورتی که با استفاده از میلگردهای آجدار مرسوم و موجود در بازار صورت گیرد تا حدودی وقت‌گیر (نسبت به سایر مراحل اجرای این نوع سقف) خواهد بود اما در صورت استفاده از مش‌های آماده (Fabric Reinforcement) این مرحله از اجرای سقف نیز با سرعت قابل قبولی صورت خواهد پذیرفت البته این مش‌های آماده می‌بایست مطابق با استانداردهای مربوطه ساخته، حمل و نصب گردند.
آرماتور
مقاومت فشاری بتن مورد استفاده با توجه به اینکه از بتن سبک یا بتن معمولی استفاده شود می‌توانداز ۲۰۰ تا ۳۰۰ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع متغیر باشد که با توجه به نوع بارگذاری و مشخصات دهانه تعیین خواهد شد.
در هنگام محاسبه مشخصات هندسی مقطع می‌بایست به جهت کنگره‌های ورق فولادی نسبت به تیر سازهای موجود دقت نمود چرا که در صورت عمود بودن کنگره‌ها بر تیر، از بتن موجود در زیر سطح فوقانی ورق ذوزنقه‌ای باید صرف‌نظر نمود.
ضخامت دال بتنی در بالای کنگره روق ذوزنقه‌ای نباید از ۵۰ میلیمتر کمتر باشد. با توجه به این موضوع در صورت استفاده از ورق فولادی با ارتفاع حداکثر mm 75 مجموع ضخامت سقف mm125 خواهد بود.
بتن ریزی سقف عرشه فولادی
یکی دیگر از راهکارهای سرعت بخشیدن به اجرای این سقف استفاده از بتن دارای فیبرهای پلیمری یا فولادی (Fibre Reinforced Concrete) می‌باشد که با استفاده از آن می‌توان آرماتوربندی را در اکثر نقاط عرشه فولادی خذف نمود که البته تهیه، حمل و ریختن آن می‌بایست با دقت خاص و براساس آئین‌نامه‌های مربوطه باشد.
اجرای گلمیخ سقف عرشه فولادی
۲۰ تا ۳۰ درصد صرفه جویی در مصرف فولاد اسکلت سازه ۶۰ تا ۷۰ درصد صرفه جویی در مصرف آرماتور سقف ۱۵ تا ۲۰ درصد صرفه جویی در مصرف بتن سقف ۲۰ درصد سبکتر از سقف های کامپوزیت معمولی کاهش ۶۰ کیلوگرم بر متر مربع از وزن سقف در مقایسه با سقف کامپوزیت معمولی کاهش ۴۰ درصدی زمان اجرا
پرسش- باتوجه به هزینه بالایی که برای خرید ورق های عرشه، بعنوان قالب دائم صورت می گیرد، توجیه اقتصادی این سقف در مقایسه با سقف کامپوزیت معمولی را در چه می دانید؟
پاسخ این پرسش را باید در مزایایی که برای سقف عرشه فولادی در بالا ذکر گردید، جستجو کرد. چرا که بدلیل استفاده از ورق عرشه، هزینه ی قالب بندی سقف از دوش کارفرما برداشته می شود. از طرفی همین ورق، با برداشتن محدودیت های قالب بندی در تعیین فاصله ی تیرهای فرعی، سبب افزایش فاصله ی تیر های فرعی و در نتیجه کاهش هزینه ی خرید آهن می گردد. از سوی دیگر حالت کنگره ای ورق های عرشه فولادی، سبب استفاده ی بهینه تر از بتن سازه ای گردیده، که این سبب کاهش وزن سقف و در نتیجه کاهش سایز تمامی عناصر مثل تیرهای اصلی، ستون و… می گردد. که این بالطبع هزینه ها را کاهش می دهد.
پرسش- عیب سقف عرشه فولادی چیست؟
دو عیب عمده برای این سقف می توان برشمرد: عیب اول ارتعاش بیش از اندازه این سقف ها به دلیل نداشتن یونولیت نسبت به سقف تیرچه بلوک است. که مهندس محاسب بعنوان یکی از معیارهای طراحی، بایستی با کنترل ضابطه 10-2-10-4 در مبحث10 ، فرکانس تیرها را تا حد قابل قبول بالا ببرد. ولی با حذف تیغه بندی ها این مشکل دوباره خود را نشان می دهد.
مشکل بعدی در محل ایجاد بازشوهایی است که از قبل، در نقشه ها در نظر گرفته نشده اند. به این ترتیب که با ایجاد این بازشوها، جدایش ورق از بتن در سطح بزرگتری صورت می گیرد؛ و اگر محاسب در محاسبات خود، مقاومت عرشه را نیز در نظر گرفته باشد؛ با جدایش بتن از ورق این فرض زیر سوال می رود.
یکی از معایب دیگری که برای این سقف (و البته سقف کامپوزیت معمولی نیز ) نسبت به سقف های دیگر گرفته می شود، هزینه کاذب کاری است. زیرا فواصل تیرچه ها (تیر های فرعی)، علی الخصوص در سقف عرشه، زیاد بوده و این، نیاز به استفاده از نبشی در سقف کاذب را بالا می برد.
اصولاً دو روش کلی برای طراحی این نوع سقف وجود دارد.
روش سوم دیگری نیز وجود دارد، که طراحی براساس نتایج بدست آمده از یک سری آزمایش های استاندارد انجام می‌پذیرد که این امر مستلزم ساخت نمونه‌هایی با دقت بالا و سپس انجام آزمایش‌های مذکور با شویه و الگوریتم خاص خود و در نهایت گرفتن خروجی‌های قابل استفاده از آن هاست.
در این روش طراحی، از قابلیت مقاومت کششی ورق فولادی در مقطع صرف‌نظر می‌کنند، به عبارت دیگر به ورق فولادی به عنوان یک قالب نگاه می‌کنند که می‌بایست قادر به تحمل بارهای زنده (ابزار و نفرات) موجود تا مرحله بتن‌ریزی همچنین وزن بتن خیس و خشک باشد؛ که البته پس از گیرش بتن نیازی به دکفراژ ندارد و تا پایان عمر ساختمان باقی خواهد ماند.
در این حالت در واقع از عملکرد (Contribution) سازهای ورق فولادی چشم‌پوشی شده و سقف به عنوان یک دال بتنی مسلح در نظر گرفته می‌شود این نحوه طراحی، موجب می‌شود مقدار آرماتور محاسباتی مقطع بیشتر شود چرا که می‌بایست به جای ورق فولادی نیز در تحمل کشش مقطع شرکت نمایند.
طراحان در این حالت، معمولاً این آرماتورهای کششی را درکف کنگره‌ها قرار داده و آنها را آرماتورهای طولی (Longitudinal Reinforcement) می‌نامند.
در این روش ورق فولادی به عنوان المان کششی مقطع در نظر گرفته می‌شود و مقطع حاصله به صورت مرکب (Composite) عمل می‌کند؛ در واقع در این حالت درگیری بتن و ورق فولادی به اندازه‌ای کافی است که در حین مقاومت در برابر لنگرها و برش‌های موجود با یکدیگر عمل کرده و دچار لغزش نسبت به هم نمی‌شوند.
طراحی با استفاده از این فرضیات، اقتصادی‌ترین حالت این سقف را بدست می‌دهد چرا که موجب کاهش آرماتور محاسباتی مقطع خواهد شد. هرچند در نظر گرفتن درستی این فرضیات منوط به داشتن اطلاعات دقیق از مشخصات هندسی ورق و رفتار مشترک (Interaction) بتن و ورق فولادی می‌باشد.
طراحی سقف های مرکب عرشه فولادی بایستی به گونه ای باشد که سقف حداقل وزن و حجم بتن را داشته باشد و بتواند حداکثر بار را تحمل کند.طراحی بر اساس استاندارد BS به سه مرحله زیر تفکیک می شود:
دراین روش، پس از طراحی سقف و مشخص شدن فواصل تیرهای فرعی ، نقشه های شاپ جهت جاگذاری صفحات به روی دهانه های مختلف تهیه و دستور تولید به کارخانه داده می شود.
پس از تولید، صفحات بسته بندی شده توسط کامیون های حمل بار به محل پروژه ارسال و بوسیله جرثقیل و یا تاورکرین مستقر در کارگاه برروی اسکلت در ترازهای مختلف سقف قرارداده می شود.
سپس صفحات بر روی تیرها طبق نقشه شاپ پخش شده، بوسیله پرچ های مخصوص با استفاده از دستگاه هیلتی در جای خود ثابت می گردد.
در مرحله بعد برش گیر ها ( یا گل میخ ها ) بر روی بال پل ها و تیر های فرعی جوش می شوند. نصب گل میخ ها توسط دستگاه لاتین صورت می گیرد. با توجه به اینکه این برشگیر ها نقش سازه ای در ایمنی سقف در زمان بهره برداری و هنگام زلزله ایفا می کنند، در انتخاب گل میخ می بایستی دقت کافی صورت گیرد. همچنین نصب گل میخ ها باید توسط افراد متخصص انجام شود.
بعد از اتمام عملیات جوشکاری گل میخ ها، آرماتورهای حرارتی طبق نقشه بر روی سقف قرار گرفته، عملیات بتن ریزی با پمپ بر روی سقف های آماده انجام و بتن توسط گروه بتن ریزی بر روی سقف پخش می شود.
نکته. در برخی از پروژه‌های ساختمانی، سازه براساس نوع سقف دیگری طراحی شده است، بنابراین تیرهای فرعی می‌بایست از نو و با توجه به مشخصات فنی سقف کامپوزیت عرشه فولادی طراحی شوند، این سقف به طور معمول تا دهانه ۳ متر بدون نیاز به شمعبندی قابلیت اجرا دارد بدین معنی که دهانه‌ای به طول ۶ متر بدون نیاز به شمع و فقط با نصب یک تیر فرعی به وسیله این نوع سقف قابل اجرا خواهد بود. معمولاً برای دهانه‌های بیش از ۳ متر از شمعبندی موقت (Temporary Propping) استفاده می‌شود که بسته به نیاز و شرایط از یک یا دو ردیف شمع استفاده خواهد شد.
شرکت دال ماندگار طراح،مجری و بزرگترین تولید کننده یوبوت