ساختمان سازی به زبان ساده

سقف عرشه فولادی

سقف کامپوزیت عرشه فولادی (composite metal deck floor) نیز، مانند دیگر سیستم‌ های کامپوزیتی که به عنوان سقف ساختمان‌ ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، دارای اجزاء مختلفی هستند که مشخصاً دو جزء اصلی این قبیل اعضاء، فولاد ساختمانی و بتن می‌باشد که با یک نگاه اجمالی به شکل زیر نیز، می‌توان به این موضوع پی برد. به طور کلی، سقف‌ های عرشه فولادی از شبکه‌های آرماتور، بتن، ورق‌ های گالوانیزه (عرشه فولادی)، برشگیرهایی از نوع گلمیخ، و پیچ، پرچ یا دیگر اجزائی که منظور مهار ورق‌های گالوانیزه با استفاده از اتصالات مکانیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد، تشکیل می‌شوند. در اولین بخش از آموزش جاری، قصد داریم تا هر کدام از قسمت‌های تشکیل دهنده‌ ی سقف‌ های عرشه فولاد را به طور کامل مورد بررسی قرار دهیم.

 

ورق های عرشه فولادی

ورق‌ های فولادی گالوانیزه که در واقع نقش عرشه‌ی این نوع سیستم سقف را دارا می‌باشند. (دیگر اجزاء سقف روی این ورق‌ها قرار خواهند گرفت) و از همین رو نام این نوع سقف یعنی عرشه‌ فولادی نیز، از این خصوصیت برگرفته شده است، ابتدا در سال 1920 میلادی به عنوان قالب بتن در آمریکا مورد استفاده  قرار گرفت.  سپس در سال 1926، سیستم عرشه فولادی به عنوان سیستمی ایمن و مناسب برای سقف‌ سازه‌ های ساختمانی معرفی گردید.

به دلیل اهمیت نقش ورق‌های گالوانیزه در این سیستم، تا سال های بعد، به طور مستمر اصلاحاتی به منظور توسعه و بهبود عملکرد سیستم سقف، در خصوصیات مکانیکی و ظاهری این بخش از سقف‌ های عرشه فولادی صورت می‌گرفت تا اینکه در نهایت، در سال 1961، شرکت Inland-Ryerson، ورق‌های گالوانیزه را در شکلی ذوزنقه‌ ای که با ایجاد زائده‌هایی روی آن، قادر به ایجاد درگیری مناسبی بین ورق گالوانیزه و بتن روی آن، در جهت تحمل نیروهای برشی بود، ارائه کرد. این ورق‌ های عرشه فولادی، در کارخانه به روش‌های نورد سرد (Cold Forming) ، با استفاده از دستگاه  “Roll Forming” که نمونه‌ای از این دستگاه را در ذیل مشاهده می‌نمائید، مشابه ذوزنقه شکل داده می‌شوند.

 

 

سپس در ادامه، در بخش بعدی فرآیند تولید، ورق‌های عرشه فولادی نسبت به طول مورد نیاز که با توجه به ابعاد دهانه‌ های سازه بر مبنای نقشه‌ های سازه‌ای مشخص و به وسیله دستگاه برش ورق‌ها (اصطلاحاً گیوتین) برش داده می‌شوند. این ورق‌ها معمولاً ضخامتی بین 0.8 تا 1.2، و عرضی حدود 1000 تا 1250 میلی‌متر دارند و سطح آنها دارای زائده‌هایی به منظور درگیری (locking) بین بتن و ورق‌ گالوانیزه، که عملکرد یکپارچه‌ی این دو جزء مهم از سقف را به ارمغان می‌آورند، ایجاد می‌شوند و می‌توانند دارای اشکال و طرح‌های گوناگونی به صورت برآمدگی و تورفتگی باشند.

 

 

پس از اتمام پروسه‌ی تولید، ورق‌های عرشه فولادی مشابه شکل زیر، دسته بندی و آماده ارسال به محل ساخت می‌شوند. به هر کدام از این دسته ورق‌ها، اصطلاحاً بندیل گفته می‌شود و جالب است بدانید که این اصطلاح از لغت لاتین Bundle (بخوانید باندل)، به معنی بسته یا دسته گرفته شده است. در زمان حمل این ورق‌ها، می‌بایست به این نکته توجه نمود که به دلیل لاغر بودن آنها (ضخامت کم در مقابل دو بعد دیگر)، می‌بایست دقت لازم به منظور جلوگیری از تغییرشکل (Deformation) به عمل آید.

 

 

 

فلاشینگ‌ها

در سقف‌ های عرشه فولادی، به منظور جلوگیری از خروج بتن از روی ورق‌های عرشه فولادی، از مقاطع L شکل (مشابه نبشی) در لبه‌ی آزاد دهانه‌ها استفاده می‌شود که این مقاطع، اصطلاحاً فلاشینگ (Flushing) نام دارند که نمونه‌ای از آنها را در اشکال زیر، در بخش‌های مختلف ساختمان از قبیل؛ بخش پیرامونی سقف، رمپ، اطراف بازشوهای موجود در سقف و… ملاحظه می‌نمایید؛

 

 

جهت حفظ پایداری فلاشینگ‌ها در مقابل نیروی جانبی وارده از طرف بتن (به علت خاصیت سیالیت و روان بودن بتن تازه)، لازم است تا به وسیله‌ی تسمه‌های مخصوصی که وظیفه‌ی اتصال و مهار فلاشینگ‌ها توسط ورق‌های گالوانیزه عرشه‌ی سقف را بر عهده دارند، استفاده نماییم. در اشکال زیر، موقعیت و جزئیات بیشتری را از فلاشینگ و طریقه‌ی مهار آن به وسیله‌ی اتصال مکانیکی به ورق گالوانیزه را ملاحظه می‌نمایید.

 

 

برشگیرها (گلمیخ)

به طور کلی نقش گلمیخ در سقف عرشه فولادی، همانطور که از نامشان مشخص است، نقش جذب و انتقال تنش‌های برشی به تیرهای سازه در جهت حفظ پایداری جانبی سقف را دارند. اما یکی از نقاط قوت سقف‌ های عرشه فولادی، ایفای این نقش سازه‌ای بسیار مهم، توسط گلمیخ‌ها می‌باشد. گلمیخ‌ها در واقع، میخ‌ های سرپهن از جنس آلیاژی از فولاد با مقدار کربن پائین و با مقاطع استوانه‌ای با حداکثر قطر 20 میلی‌متر هستند. نمونه‌ای از گلمیخ‌های مورد استفاده در سقف عرشه فولادی را  در شکل زیر مشاهده می‌نمائید.

 

 

طبق الزامات آیین‌نامه A.W.S-D1.1 ، که یکی از استاندارهای ارائه شده توسط (A.W.S(American Welding Society) یا جامعه جوشکاری آمریکا می‌باشد، به منظور تولید گلمیخ‌ها، به دلیل اهمیت بالای خصوصیات مکانیکی این جزء از سقف‌های عرشه فولادی، می‌بایستی از آلیاژ خاصی از فولاد و روش فورج سرد (Cold Forging) در جهت ساخت آنها استفاده نمود. در روش فورج سرد، تمامی امور لازم در جهت شکل‌دهی مقاطع، به صورت سرد انجام گرفته و به هیچ عنوان عمل حرارت‌دهی به مصالح صورت نمی‌گیرد.

روش فورج سرد، یکی از بهترین روش‌ها برای ساخت اجزایی است که تحت تنش‌ها و شرایط بحرانی قرار دارند. گلمیخ‌ها، قابلیت تحمل و انتقال تنش‌های برشی در همه‌ی جهات را دارند در حالی که نبشی‌ها یا ناودانی‌های مورد استفاده به عنوان برشگیر در سقف‌ های کامپوزیت سنتی، تنها در جهت طولی خود قادر به تحمل برش‌ می‌باشند. اما به منظور حصول اطمینان ار صحت عملکرد مطلوب گلمیخ‌ها، در بکارگیری آنها باید به نکاتی از قبیل؛ عدم وجود زنگ‌ زدگی، رطوبت، ترک، لهیدگی و دیگر مشکلات مؤثر در خواص مکانیکی در بدنه‌ی گلمیخ‌ها توجه نمود. عملیات جوشکاری گلمیخ‌ها به تیرهای سازه، توسط دستگاه جوش قوس الکتریکی خاصی به نام Stud Welder انجام می‌گیرد که نمونه‌ای از این دستگاه را به همراه دیگر تجهیزات همراه آن در ذیل مشاهده می‌نمائید.

 

 

 

 

گلمیخ‌ها توسط دستگاه جوش قوس الکتریکی، به تیرهای سازه جوش داده می‌شوند. به منظور محافظت از حوضچه‌ی مذاب تشکیل شده نسبت به پدیده پاشش در لحظه‌ی ایجاد قوس الکتریکی، حفظ کیفیت و بٌعد مناسب جوش، یک حلقه‌ی سرامیکی دندانه‌ دار در محل مورد نظر قرار می‌گیرد که در شکل بالا نیز قابل مشاهده می‌باشد. این حلقه‌های سرامیکی، می‌بایست پس از سرد شدن کامل جوش، از گلمیخ‌ها جدا شوند.

علاوه بر این، یک زائده در بخش انتهایی گلمیخ‌ها، همانند شکل زیر، به منظور ایجاد فاصله بین گلمیخ و سطح مورد نظر برای جوشکاری (معمولاً بال فوقانی تیر)، در نظر گرفته می‌شود که در واقع این زائده که نمونه‌ای از آن را در ذیل مشاهده می‌نمایید، نقش همان فاصله‌ای که یک جوشکار برای جلوگیری از چسبیدن الکترود به سطح، بین الکترود و سطح فلزی در نظر می‌گیرد را ایفا می‌کند.

 

 

 

و اما به طور کلی، فرآیند عملیات جوشکاری گلمیخ‌ها به فلز پایه(عموماً تیرها) به شکل زیر است؛

1. قرار دادن حلقه‌ی سرامیکی محافظ حوضچه مذاب در محل مورد نظر
2. قرار دادن گلمیخ، درون گیره‌ی تپانچه دستگاه Stud Welder
3. شروع عملیات جوشکاری و تشکیل حوضچه مذاب
4. شکستن حلقه‌ی سرامیکی محافظ حوضچه‌ی مذاب پس از سرد شدن کامل جوش

همچنین مراحل بالا، در ذیل به صورت تصویری نشان داده شده است؛

 

 

مبحث دهم مقررات ملی ساختمان که مربوط به ساختمان‌های فولادی است، در بخش‌هایی از فصل دوم خود به ارائه‌ی الزامات و توصیه‌هایی در مورد گلمیخ‌ها پرداخته است و اولین بحث در این مورد را در قسمت دوم از بخش « پ-1 » در بند 10-2-8-3-3 که در ذیل نیز مشاهده می‌نمایید، شاهد هستیم؛

 

 

بخش 10-2-8-7 از مبحث دهم، کاملاً به الزامات مربوط به برشگیرها اختصاص داده شده است که مهم‌ترین بند‌های این بخش از آیین‌نامه را در ذیل ملاحظه می‌نمایید؛

 

 

همینطور، آیین‌نامه جوشکاری ساختمانی ایران (نشریه 228)، در فصل هفتم به ارائه الزاماتی در مورد خصوصیات گلمیخ‌های مورد استفاده، و همچنین خصوصیات جوش و عملیات جوشکاری آنها پرداخته است که در ادامه‌ی این بخش از مقاله‌ی جاری، با مهم‌ترین موارد این بخش از آیین‌نامه آشنا خواهیم شد؛

 

 

یکی از مهم‌ترین مواردی که می‌بایست نسبت به گلمیخ‌های سقف عرشه فولادی رعایت نمود، آزمایش‌ گلمیخ‌ها می‌باشد که نشریه 228، در بخش 7-6-6 به این موضوع مهم اشاره نموده است. روش‌های مختلفی به منظور ارزیابی مقاومت، چگونگی عملکرد و رفتار گلمیخ‌ها وجود دارد اما، یکی از ساده‌ ترین روش‌های مرسوم که توسط آیین‌نامه نیز پیشنهاد شده است، آزمایش خمش کارگاهی می‌باشد که مهم‌ترین خصوصیت این آزمایش، عدم نیاز به تجهیزات و امکانات خاص در جهت تست گلمیخ‌ها می‌باشد. این آزمایش پس از پایان یافتن عملیات نصب گلمیخ، به شکلی که آیین‌نامه در ذیل توضیح داده است، صورت می‌گیرد؛

 

 

در ذیل، تصویری از چگونگی انجام این آزمایش کارگاهی و همینطور یک گلمیخ خم شده پس از انجام آزمایش را ملاحظه می‌نمایید؛

 

 

نشریه 228، علاوه بر آزمایش خمش، دو آزمایش کشش و پیچش را نیز توصیه کرده و در مورد آنها، اینگونه شرح می‌دهد؛

 

 

شبکه آرماتور

همانطور که می‌دانید، به علت مقدار آب مازاد مورد نیاز سیمان موجود در بتن به منظور هیدراتاسیون، و خروج این مقدار آن به دلایلی نظیر خاصیت موئینگی و… ، با شروع عملیات گیرش، بتن تمایل به جمع‌شدگی پیدا کرده و پدیده‌ی انقباض اتفاق می‌افتد و به دنبال آن، شاهد ایجاد ترک‌ هایی در سطح بتن نیز خواهیم بود که این حالت در بتن‌ ریزی‌ های حجیم محسوس‌تر خواهد بود.

همینطور تغییر دما نیز می‌تواند باعث انقباض و انبساط، و متعاقباً ایجاد تنش در بتن شود. از این رو، در سقف‌های عرشه فولادی نیز، مانند سیستم‌های سنتی مانند سقف تیرچه‌بلوک، می‌بایست از آرماتورهای اٌفت و حرارت که معمولاً میلگرهای ساده با قطر 8 میلی‌متر و از نوع  AIII هستند، استفاده نماییم.

یکی از مهم‌ترین مزایای سقف‌ های عرشه فولادی، که در بخش‌ های آتی از مقاله جاری، بیشتر به آن خواهیم پرداخت، سرعت بالای اجرای آن‌ها می‌باشد. اما از طرفی به دلیل زمان‌ بر بودن عملیات میلگردگذاری در سقف‌های کامپوزیت، با استفاده از میلگردهای شاخه‌ای موجود در بازار (روش سنتی) در سقف‌های عرشه‌فولادی، باعث کاهش سرعت اجرا خواهد شد، در نتیجه، به منظور حفظ خصوصیت سرعت اجرای بالا در این نوع از سقف‌ها، عموماً از مش‌های آماده (شبکه‌ای از میلگردها که به وسیله‌ی جوش، متصل و پایدار شده‌اند) استفاده می‌شود که در ذیل، نمونه‌ای از آنها را مشاده می‌نمایید.

البته لازم به ذکر است که استفاده از میلگردها در سقف‌ های عرشه فولادی، ممکن است به منظور ایفای نقش سازه‌ای  نیز باشد. به طور مثال، در صورتی که از ظرفیت کششی ورق‌های عرشه فولادی صرف نظر شود، به منظور افزایش ظرفیت خمشی مقطع دال در برابر لنگرهای مثبت و کنترل گسترش ترک‌های ناشی از خمش، می‌بایست از میلگردهای تقویتی در نواحی وسط دهانه دال استفاده نماییم که نمونه‌ای از این مورد را در ذیل مشاهده می‌نمایید.

 

 

همینطور در  نزدیکی تیرهای سقف و نواحی طره‌ای سازه، مشابه اشکال زیر، شاهد ایجاد نیرو و به دنبال آن تغییرشکل‌های کششی هستیم و از همین رو، به منظور جلوگیری از گسیختگی کششی بتن و گسترش ترک‌ها در این نواحی، نیازمند استفاده از میلگردهای تقویتی خواهیم بود.

 

 

استاندارد سقف‌ عرشه فولادی ایران، در بخش 5-2-13، الزامات مربوط به میلگردهای اُفت و حرارت در سقف‌های عرشه فولادی را مورد بحث قرار داده است که بخش مذکور، عیناً در ذیل ارائه گردیده است؛

 

 

استاندارد مربوط به سقف‌های مرکب عرشه فولادی ایران، در بند 4-2-4 و 4-2-5 ، به شکلی که توضیحات مربوطه در ذیل نیز آورده شده است، مهندسین را به رعایت ضوابط، الزامات و توصیه‌های ارائه شده توسط دیگر آیین‌نامه‌های مرتبط با میلگردها و شبکه‌های جوش‌شده، و همینطور تقویت بتن با استفاده از الیاف‌ها، ارجاع و الزام می‌کند؛

 

 

بتن

بتن مورد استفاده در سقف‌های عرشه‌فولادی، تفاوت خاصی با بتن در دیگر اجزای سازه‌ای نداشته و معمولاً دارای مقاومتی بین 200 تا 300 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع دارد.

همچنین آیین‌نامه، در بندهای 4-2-1 و 4-2-2 در مورد ویژگی‌های بتن مورد استفاده در سقف‌های عرشه فولادی بحث می‌کند که بندهای مذکور در ذیل ارائه گردیده است؛

 

 

همینطور در مورد مقدار پوشش بتن روی ورق‌های گالوانیزه، در بند 5-2-4-1، بیان می‌شود که؛

 

 

 

منابع: 
نقش گلمیخ در سقف عرشه فولادی سایت سبزسازه