سقف شاردک

سقف شاردک:

اساس طراحی تکنولوژی سقف شاردک مبتنی است بر سقف سازه‌ای با ویژگی سقف دال دو طرف مشابه سقف‌های بتنی دال دو طرفه مرسوم با این تفاوت که هسته‌ی بتن مرکزی در محل‌هایی کاربرد سازه‌ای ندارد با بلوک فوم‌های پلی‌اتیلن که وزن بسیار کم و بهترین عایق حرارتی و صوتی هستند جایگزین می‌گردد.

این فناوری ضمن داشتن تأییدیه‌ی انحصاری رسمی از مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی و تطابق با مقررات ملی ساختمان ایران و نیز آخرین نسخه‌ی آیین نامه‌ی زلزله 2800 ایران منطبق می‌باشد.

این تکنولوژی به لحاظ ایجاد زمینه‌های صرفه‌جویی، کاهش مصرف مصالح ساختمانی و شرایط مناسب برای تحول در طراحی ساختمان و امکان انجام تغییرات در معماری داخلی را فراهم نموده است.

• معرفی بلوک و سقف بلوک فوم:

سقف‌های سبک بتن مسلح، دارای دو لایه شبکه آرماتور می‌باشد که در لایه بالا و پایین دال و به طور گسترده قرار می‌گیرد و حد فاصل این دولایه با محصول موردنظر با نام بلوک فوم ماندگار شار که از جنس پلی‌اتیلن همراه با مفتول‌هایی از جنس فولاد می‌باشد، پر شده است.

فوم پلی‌اتیلن ترکیبی است از پلی‌اتیلن فشرده و حباب‌های ریز هوا که به دلیل داشتن خاصیت تراکم سلول بهترین ایزولاسیون و عالی‌ترین عایق برودت، حرارت، رطوبت و صدا می‌باشد.

پلی فوم در دمای 40- تا 90+ درجه سانتیگراد قابل استفاده بوده و در مقابل عوامل مخرب شیمیایی و فرساینده محیطی مقاوم بوده و ضدرطوبت می‌باشد و از نفوذ آب جلوگیری می‌نماید و تا آخر عمر ساختمان به عنوان عایق رطوبت و حرارت ماندگار می‌باشد.

ساختار بلوک‌های فوم طوری طراحی شده است که بتواند بارهای حین اجرا شامل بار کارگران و وسایل بتن‌ریزی را تحمل کند و مطلقاً بدون هیچگونه ضایعات و خرابی است.

آیا می‌دانید که در کشورهای پیشرفته فقط و فقط با تکنولوژی سازه‌های سبک می‌توان تاییدیه فنی أخذ نمود و مجاز به ساخت بود!

چه دلیلی این کشورهای توسعه‌یافته را به این سمت سوق داده است؟

پاسخ این پرسش بسیار ساده است!

همانطور که می‌دانید سیستم سبک‌سازی دارای امتیازات اثرگذار بسیاری است:

کاهش بار مرده ساختمان و افزایش مقاومت در مقابل زلزله، صرفه‌جویی در هزینه، بهینه‌سازی مصرف انرژی و عایق مناسب دما و صوت و بهره‌وری بالاتر فضای معماری گوشه‌ای از امتیازات این تکنولوژی می‌باشد.

همچنین قابل ذکر است که بلوک فوم شار با پایین‌ترین ضریب اشتعال‌پذیری در تست‌های انجام گرفته توسط مراکز تحقیقاتی به عنوان برترین مصالح پیشنهادی نسبت به محصولات مشابه جهت مقابله با آتش‌سوزی مطرح است.

مبانی طراحی دال‌های بتنی مجوف با استفاده از بلوک‌های شار:

معماری و سازه دو مؤلفه اساسی در شکل‌گیری ساختار ابنیه به شمار می‌روند، تعامل و تقابل این دو مؤلفه با یکدیگر و رشد متوازن آنها در فرایند تولید و توسعه فناوری‌های ساختمانی به خلق نسل جدید ابنیه با ساختار تکنولوژیکی پیشرفته منجر شده است، دال‌های بتنی مجوف، سیستم جدید و ابتکاری سقف‌های دال بتنی هستند که با هدف کاهش وزن سازه ایجاد شده‌اند.

در این نوع سقف‌ها در عین کاهش میزان بتن مصرفی و وزن سازه، ظرفیت سازه‌ای آن کاهش چندانی ندارد.

استفاده از دال بتنی مجوف امکان حذف حدود 30 درصد از بتن یک سازه را فراهم می‌سازد.

این میزان کاهش بتن هم توجیه اقتصادی و هم توجیه فنی و مهندسی به همراه دارد.

کاهش وزن سازه میزان نیروی جانبی وارده به سازه ناشی از زمین‌لرزه را کاهش می‌دهد و موجب عملکرد بهتر سازه و طراحی بهینه آن می‌شود.

در این مقاله ضمن بررسی اجمالی انواع سیستم‌های دال مجوف و مقایسه آن با سیستم شاردک، به مبانی طراحی آن به طور کامل پرداخته شده است.

در نهایت نتایج طراحی تیپ‌های مختلف از سقف شاردک طی یک جدول محاسباتی دقیق ارائه شده است.

• مقدمه:

از ابتدای پیدایش علم مهندسی عمران و معماری، الزامات سازه‌ای در معماری موضوع بحث طراحی بوده است.

امروزه با رشد فناوری‌های نوین ساختمانی معماران مجدداً توان پردازش ایده‌های بلند پروازانه خود را یافته‌اند و دیگر در قید محدودیت‌های علم، سازه طراحی نمی‌کنند.

در طراحی سازه‌های بتنی یکی از اولین محدودیت‌ها مربوط به اندازه دهانه قاب‌ها می‌شود.

چنانچه در طراحی‌ها اندازه دهانه‌ها بزرگ فرض شود، یا باید از تیرهای با عمق زیاد استفاده شود و یا ضخامت سقف را زیاد در نظر گرفت.

در نتیجه افزایش ضخامت سقف، افزایش میزان بتن مصرفی و در نهایت افزایش وزن سازه را به همراه دارد.

از طرفی سازه‌های سنگین نسبت به سازه‌های سبک‌تر عملکرد نامناسبی به هنگام رخداد زلزله دارند.

دلیل این امر افزایش نیروی اینرسی وارد به سازه ناشی از بار مرده زیاد آن است، همچنین استفاده از تیرهای با عمق زیاد نیز موجب افزایش ارتفاع طبقات و افزایش فولاد مصرفی در سازه می‌شود که خود دلیلی بر افزایش هزینه‌های تمام شده ساختمان است.

راه حل جدید برای کاهش وزن سازه‌های بتنی و افزایش دهانه‌ دال‌های دو طرفه در سال 1990 در اروپا ارائه شد که امروزه در سراسر جهان محبوبیت‌های فراوانی پیدا کرده است.

در سیستم جدید که با نام دال‌های بتنی مجوف با قالب‌های ماندگار مرسومند، وزن قابل توجهی از سازه کاهش می‌یابد، اما ظرفیت سازه‌ای آن تفاوت چندانی با دال‌های بتنی تخت سنتی ندارد.

این کاهش وزن مزایای زیادی را برای سازه فراهم می‌سازد که در طراحی سازه مورد توجه مهندسین است.

در دال‌های بتنی مجوف، بتن در بخش‌های غیرسازه‌ای دال حذف می‌شود و به جای آن پرکننده‌های سبک قرار می‌گیرد، بتن حذف شده در تأمین ظرفیت‌های سازه‌های دال نقش چندانی ندارد اما تأثیر آن در کاهش وزن سازه بسیار قابل توجه است.

از این اصول در برخی پروژه‌ها که قدمت آنها به سال‌های اولیه 1900 میلادی بر می‌گردد، استفاده شده است و در نتیجه در دو دهه گذشته انواع بلوک‌های سبک ماندگار با اشکال و جنس‌های مختلف وارد بازار جهانی و ایران شده است.

حال آن که مدرن‌ترین و با کیفیت‌ترین نوع از آنها، در سال 1393 در ایران اختراع و به تولید صنعتی رسیده است.

این بلوک‌ها با جنس فوم پلی‌اتیلن و با نام تجاری بلوک شار در بازار عرضه شده است.

•  دال‌های بتنی دوطرفه:

دال‌های بتنی عمومأ برحسب نسبت ابعاد دهانه‌ها به دو دسته دال‌های بتنی یک‌طرفه یا دوطرفه تقسیم‌بندی می‌شوند.

در دال‌های یک‌طرفه نسبت ابعاد دهانه‌ها به یکدیگر بزرگتر از 2 است.

طراحی دال‌های یک‌طرفه نسبت به دال‌های دوطرفه به دلیل حجم محاسبات و جزئیات کمتر، بسیار ساده‌تر است، اما با توجه به مسیر انتقال بار از سقف به ستون‌ها و نهایتاً فونداسیون سازه، در دال‌های یک‌طرفه ارتفاع سقف به دلیل بزرگ‌تر شدن تیرها بیشتر به دست می‌آید.

در دال‌های بتنی دوطرفه نسبت ابعاد دهانه‌ها کمتر از 2 است.

داال دوطرفه فرم‌ها و انواع مختلفی دارد که عبارتند از:

دال‌های تخت، دال‌های وافل و سیستم تیر و دال، در این دال‌ها آرماتورها برای خمش در دو راستا طراحی می‌شوند.

دال دوطرفه نسبت به دال یک‌طرفه مزایایی نظیر انتقال بهتر نیروها در سقف، کاهش ضخامت سقف و کاهش ارتفاع سازه دارد.

در عین حال معایبی نظیر قالب‌بندی بیشتر، طراحی پیچیده‌تر و افزایش وزن سازه را به همراه دارد.

افزایش دهانه‌ها در طراحی موجب افزایش ضخامت دال و در نتیجه افزایش وزن سازه می‌گردد.

برای رفع این مشکل دال‌های مجوف ابداع و طی زمان نسل‌های مختلفی از آن طراحی و ارائه شده است.

• دال بتنی مجوف:

دال‌های بتنی مجوف در راستای بهره بردن از جنبه‌های مثبت دال‌های بتنی و در عین حال برطرف کردن برخی معایب دال‌ها به خصوص وزن زیاد آنها، ایجاد شده‌اند.

در دال‌های بتنی مجوف، بتن بخش‌های غیر سازه‌ای دال که نقشی در تأمین ظرفیت خمشی ندارد، حذف می‌شود و به جای آن پر کننده‌های سبک قرار می‌گیرد.

دال‌های مجوف قدمت زیادی دارند و محدود به سال‌های اخیر نمی‌شوند.

یکی از اولین استفاده‌ها از مفاهیم دال مجوف در زمان روم باستان بوده است که در گنبد پانتئون و به صورت دال وافل اجرا شده است.

یکی از نخستین سیستم‌های دال مجوف در سال 1929 در نیویورک ابداع شده است.

این سیستم که به میلرپریکاست معروف است مطابق شکل زیر دارای ضخامت‌های 15، 20 و 25 سانتیمتر است.

نخستین سیستم دال مجوف بتنی با قالب‌های ماندگار بتنی در سال 1990 در اروپا تولید شد و از آن به بعد شرکت‌های اروپایی سیستم‌های مشابهی را عرضه کردند و از میان سیستم‌های ارائه شده بابل دک 1 و کوبیاکس 2 مورد استقبال بیشتری قرار گرفتند.

در سقف بابل دک گوی‌های پلاستیکی در میان شبکه فلزی به صورت پیش‌ساخته قرار دارند.

شبکه فلزی شامل شبکه میلگرد بالا و پایین است که به وسیله اتصالات قائم کوچک به یکدیگر جوش داده شده‌اند و گوی‌های پلاستیکی در بین فضای ایجاد شده محصور هستند.

این شبکه‌های پیش‌ساخته عرض بین 4/2 تا 3 متر و طول 9 تا 14 متر دارند.

در سقف کوبیاکس نیز همانند بابل دک از گوی‌های پلاستیکی استفاده می‌شود.

اما تفاوت این دو در این است که در کوبیاکس گوی‌ها درون قفسی مفتولی قرار دارن که نقش سازه‌ای ندارد.

در مراحل اجرای این سقف ابتدا شبکه پایین اجرا می‌شود، سپس قفس گوی‌ها روی آن با فواصل مشخص قرار می‌گیرد و سپس شبکه بالایی اجرا می‌شود.

در انتها نیز بتن‌ریزی سقف به صورت دو مرحله‌ای صورت می‌گیرد.

این سیستم را می‌توان بسته به نحوه ساخت به 3 دسته کاملاً پیش‌ساخته، نیمه پیش‌ساخته و اجرای کامل در کارگاه، تقسیم‌بندی کرد.

از دیگر سیستم‌هایی که در اروپا ابداع شد می‌توان به سقف یوبوت 3 اشاره کرد.

این سیستم در سال 2001 در ایتالیا و با هدف کاهش هزینه‌های حمل و نقل و کاهش تولید CO2 ابداع شده است.

در این سیستم به دلیل استفاده از قالب‌های پلاستیکی مکعبی شکل، مقطع سقف به صورت تیرهای متعامد I شکل در می‌آید.

تشکیل تیرهای I شكل در مقطع سقف این اجازه را به گروه‌های طراحی می‌دهد تا از آیین نامه‌های در ایالات متحده، اروپا و سایر آیین نامه‌ها و استانداردهای محلی برای طراحی آن استفاده کنند.

در سیستم یوبوت شکل اولیه قالب‌ها به صورت مکعبی و یک‌طرف باز می‌باشد.

در نسل بعدی از آن به علت مشکلات اجرایی بلوک‌های یک‌طرفه، بلوک‌های دوطرفه طراحی شده و وارد بازار گردید.

همچنین مدل جدیدی از بلوک‌ها نیز با جنس پلی‌استایرن تولید شده که به علت مشکلات آتش‌سوزی همچنان مورد استقبال کارفرمایان قرار نگرفته است.

شكل نسل‌های مختلف یوبوت

نسل‌های جدیدتر سیستم‌های دال بتنی مجوف با هدف رفع برخی کاستی‌های سیستم‌های پیشین، بهینه کردن عملکرد آنها، کاهش هزینه‌های تمام شده و در راستای توسعه پایدار به وجود آمده‌اند.

یکی از این سیستم‌ها، بلوک‌های ماندگار با جنس فوم پلی‌اتیلن است که در ادامه به بررسی آنها پرداخته می‌شود.

•  بلوک‌های ماندگار سقف شاردک:

بلوک‌های به کار رفته در سقف شاردک از جنس فوم پلی‌اتیلن می‌باشد.

ساختار بلوک‌های فوم پلی‌اتیلن با نام تجاری بلوک شار کاملاً انحصاری بوده و با شماره اختراع 83474 در سازمان ثبت اسناد و املاک کشور در سال 1393 به ثبت رسیده است.

ابعاد هر بلوک شار 1×1 متر می‎‌باشد که از چهار بلوک فوم با ابعاد 40×40 سانتیمتر تشکیل شده است.

بلوک‌های شار به نحوی طراحی شده‌اند که بتوانند بارهای حین اجرا شامل بار کارگران و وسایل بتن‌ریزی را تحمل کنند و هیچگونه شکنندگی در این از بلوک‌ها اتفاق نمی‌افتد.

همچنین برای ثابت کردن فاصله بین بلوک‌ها و جلوگیری از جابه‌جایی آنها حین بتن‌ریزی قلاب‌هایی در چهار وجه بلوک تعبیه شده است که به آسانی هم فاصله مورد نیاز با بلوک‌های مجاور را حفظ می‌کند و همچنین نحوه اتصال آن به بلوک‌های مجاور را بسیار آسان کرده است.

ارتفاع بلوک‌ها نیز براساس طول دهانه و ضخامت مورد نیاز دال تعیین می‌شود.

در شکل زیر مقطع سیم شاردک و نمای کلی این سیستم مشاهده می‌شود.

یکی از مزایای اصلی سقف شاردک نسبت به تمامی دال‌های اجرایی در ساختمان، استفاده از فوم پلی‌اتیلن در آن می‌باشد.

فوم پلی‌اتیلن ترکیبی است از پلی‌اتیلن فشرده و حباب‌های ریز هوا که به دلیل داشتن خاصیت تراکم سلول بهترین ایزولاسیون و عالی‌ترین عایق برودت، حرارت، رطوبت و صدا است.

پلی فوم در دمای 40- تا 90- درجه سانتیگراد قابل استفاده بوده و در مقابل عوامل مخرب شیمیایی و فرساینده محیطی مقاوم بوده و ضدرطوبت می‌باشد و از نفوذ آب جلوگیری می‌نماید.

در ادامه به بررسی کلیات و مبانی طراحی این سیستم پرداخته می‌شود.

•  مبانی طراحی سازه‌ای سقف شاردک:

کلیات:

مفاهیم مربوط به دال‌های مجوف از اواسط دهه 1900 رایج بوده است اما طراحی این نوع دال‌ها همچنان در مراحل اولیه به سر می‌برد.

فرایند طراحی دال‌های مجوف بسته به نوع پرکننده‌های مصرفی و شکل و اندازه‌های آنها می‌تواند تفاوت‌های اساسی داشته باشد و از یک سیستم به سیستم دیگر تغییر کند.

در سیستم اسکلت بتنی، دال مجوف باید ضوابط آیین نامه‌های 2012  IBC و 13-318 ACI را به همراه ضوابط مربوط به سازمان‌‎ها و نهادهای محلی را ارضا نماید.

فرآیند طراحی که در سقف شاردک استفاده می‌شود برگرفته از آیین نامه 13-318 ACI می‌باشد.

تمامی روابط مورد استفاده نیز با توجه به مشخصات بلوک شار تطبيق داده شده است.

به این ترتیب نتایج نهایی به دست آمده برای دال بتنی مجوف را می‌توان با نتایج دال توپر مقایسه کرد.

فرآیند طراحی دال بتنی مجوف شامل انتخاب ضخامت لازم برای دال و ارائه ظرفیت برشی و خمشی لازم و در نهایت کنترل خیز است.

میزان خیز واقعی نیز مشابه دال بتنی توپر است، با این تفاوت که از لنگر اینرسی مقطع بتنی مجوف در فرمول‌ها استفاده می‌شود.

مبانی طراحی دال مجوف بسته به شکل مقطع و نحوه آرماتورگذاری متفاوت می‌باشد.

در دال‌های وافل (مشبک) به دلیل وجود تیرهای متعامد T شکل، طراحی سقف براساس طراحی تیر T شکل انجام می‌شود.

البته سهم بارگیری تیرچه‌های سقف وافل و اثر سختی متعامد باید با توجه به تئوری‌های صفحه پوسته و با در نظرگیری عملکرد دو جهته دال تعیین شود.

در دال مجوف با بلوک ماندگار چنانچه از گوی‌های پلاستیکی استفاده گردد، مقاطع شبيه I شكل به صورت متعامد تشکیل می‌شوند که جان این مقاطع به دلیل نزدیکی گوی‌ها به یکدیگر نازک است.

از این رو انتقال برش به طور مناسب انجام نشده و حتماً نیاز به میلگردهای برشی شبیه آنچه در تیرچه‌های سقف تیرچه بلوک به کار می‌رود می‌باشد.

در فناوری سقف شاردک، حداقل فاصله بین بلوک‌ها 10 سانتیمتر می‌باشد، در نتیجه تیرهای متعامد I شکل به وجود آمده و انتقال برش با توجه به مقاومت برشی بتن به خوبی امکان‌پذیر خواهد بود.

در ادامه جزئیات مبانی بارگذاری و طراحی سقف شاردک تشریح شده است.

تعریف پارامترهای هندسی در سقف شاردک

• گام اول: تعیین ضخامت دال

در گام اول از طراحی سقف شاردک ضخامت دال با توجه به مشخصات ستون‌گذاری نقشه معماری به طور حدودی برآورد می‌گردد.

تعیین ضخامت دال براساس بند 9-17-2-6-4 از مبحث 9 مقررات ملی ساختمان انجام می‌شود.

جدول حداقل ضخامت دال‌های دوطرفه بدون تیر میانی

در سیستم شاردک طراحی بدون کتیبه و با تیر لبه انجام می‌گردد.

در نتیجه ضخامت دال (H) با استفاده از رابطه  مشخص می‌گردد.

• گام دوم: تعیین ضخامت بلوک شار

پس از تعیین ضخامت دال (H) ضخامت بلوک شار (h) تعیین می‌گردد.

موارد کنترلی در این گام از طراحی شامل موارد زیر می‌گردد:

1)- طبق ویرایش جدید استاندارد 2800 ایران و طبق بند 22 الزامات آیین نامه مرکز تحقیقات مسکن در مورد سیستم سقف بتن مسلح مجوف با تیرچه دوطرفه با استفاده از قالب ماندگار.

بلوک شار باید به طور کامل مدفون در سقف بتنی بوده و همچنین حداقل ضخامت بتن در بالا و پایین این بلوک، 5 سانتیمتر باشد.

روابط (1) و (2) برای کنترل این ضابطه مورد استفاده قرار می‌گیرند.

2)- سقف شاردک متشکل از تیرهای I شكل متعامد است.

حال چنانچه در مقطع دال محور خنثی در بال بالایی قرار گیرد سیستم شاردک متشکل از تیرهای I شكل متعامد است.

حال چنانچه در مقطع دال محور خنثی در بال بالایی قرار گیرد، روابط طراحی دال با دال بتنی توپر تفاوتی نخواهد داشت و می‌توان در مدل‌سازی نیز از برنامه‌های تحلیل سازه رایج استفاده کرد.

این فرض با استفاده از رابطه (3) کنترل می‌شود.

3)- یکی از مشکلات اساسی در اجرای دال‌های مجوف با بلوک‌های غیرکروی، عدم نفوذ مناسب بتن به زیر بلوک‌ها می‌باشد.

در سیستم شاردک با در نظرگیری ابعاد کمتر (40 سانتیمتر) نسبت به بلوک‌های موجود در بازار (50 سانتیمتر) و همچنین در نظرگیری فاصله بیشتر در زیر بلوک جهت نفوذ هرچه بهتر بتن به زیر بلوک‌ها، مشکل بتن‌ریزی نیز حل شده است.

با در نظر گرفتن موارد ذکر شده ضخامت بتن بالا و پایین بلوک شار و در نهایت ضخامت بلوک شار برای دال با ضخامت‌های مختلف به دست می‌آید.

•  گام سوم: طراحی برای خمش

با توجه به نوع آرماتورگذاری لایه پایین سقف و موقعیت قرارگیری بلوک‌ها، رفتار سیستم شاردک در خمش بدون تأثیرپذیری از بلوک‌ها و مانند دال توپر می‌باشد.

البته این فرض زمانی صحیح است که تار خنثی مقطع ناشی از خمش وارد به دال، در لایه بتنی روی بلوک‌ها واقع شود.

طبق بررسی‌ها و طراحی‌های صورت گرفته در اکثر پروژه‌های معمولی حتی در تیرهای قوی عمق بلوک فشاری کمتر از 5 سانتیمتر می‌باشد.

البته در محاسبات ارائه شده باید این فرض دقیقاً بررسی شود.

چنانچه تار خنثی در خمش وارد محدوده جان مقطع شود، محاسبات مربوط به مقاومت خمشی مقطع باید براساس مقطع مجوف صورت بگیرد.

نکته دیگر در مورد سیستم شاردک کاهش لنگر دوم سطح یا ممان اینرسی مقطع به دلیل استفاده از بلوک‌های شار است.

در دال توپر ممان اینرسی مقطع بتنی ترک نخورده از رابطه (4) محاسبه می‌شود اما در سیستم شاردک ممان اینرسی مقطع بتنی ترک نخورده از رابطه (5) محاسبه می‌شود که در طراحی‌ها اعمال می‌شود.

نتایج حاصل از روابط (4) و (5) نشان می‌دهد که سختی دال شاردک با وجود کاهش 35 درصدی مصرف بتن نسبت به دال بتنی توپر در حدود 10 درصد کاهش یافته است.

• گام چهارم: طراحی برای برش

یکی از موضوعات حساس دال‌های تخت، مقاومت برشی آنها مخصوصاً در اطراف ستون‌ها می‌باشد.

در سیستم شاردک، به منظور تأمین مقاومت برشی حاصل از بتن در اطراف ستون‌ها برای مقابله با برش پانچ، به اندازه پهنه مورد نیاز دال به صورت توپر و بدون بلوک اجرا می‌گردد.

بدین ترتیب یک کتیبه یا پهنه هم ضخامت با سقف اطراف ستون به وجود می‌آید.

در مواردی که مقاومت سقف پاسخگوی برش پانچ نباشد، باید از آرماتور پانچ و یا کلاهک برشی در محل اتصال دال به ستون استفاده نمود.

• گام پنجم: کنترل برش ناشی از خمش

یکی از موضوعات مهمی که دال‌های مجوف نسبت به دال‌های توپر باید به صورت اضافه کنترل گردد، برش ناشی از خمش و کفایت مقاومت مقطع در انتقال برش مخصوصاً در ناحیه جان می‌باشد.

همانطور که گفته شد در دال‌های مجوف با گوی‌های پلاستیکی این موضوع بحرانی بوده و متأسفانه مورد توجه قرار نمی‌گیرد.

در فناوری شاردک به دلیل استفاده از بلوک‌های مکعبی و ثابت بودن ضخامت جان در قسمت مقطع کاهش‌یافته این مشکل حل شده است.

در عین حال مقاومت برشی بتن در ناحیه مقطع کاهش یافته برای برش کنترل می‌گردد و در صورت نیاز فاصله بلوک‌ها براساس بند 2 الزامات فنی سیستم سقف بتن مسلح مجوف با تیرچه دوطرفه با استفاده از قالب‌های ماندگار افزایش می‌یابد.

• گام ششم: کنترل خیز در سقف شاردک

یکی از مسائل بسیار مهمی که در طراحی دال‌ها مخصوصاً دال‌های با دهانه‌های بلند باید مورد توجه قرار بگیرد، موضوع کنترل تغییر شکل با خیز دال است.

در آیین نامه‌ها برای کنترل خيز دال محدودیتی برای نسبت طول دهانه به ضخامت در نظر می‌گیرند.

در صورت برآورده شدن این ضابطه طبق آیین نامه نیازی به کنترل خیز نمی‌باشد.

برای دال‌های تخت بدون تیر لبه این نسبت 30 می‌باشد و چنانچه از تیر پیرامونی با تیر لبه در چشمه‌های بیرونی ساختمان استفاده شود تا 33 افزایش می‌یابد.

یعنی برای یک دال به ضخامت 30 سانتیمتر حداکثر دهانه دال (بدون کنترل خیز ) حدود 9 متر، در صورت استفاده از تیر لبه حدود 10 متر می‌باشد.

ضوابط فوق برای دال‌های توپر می‌باشد.

در دال‌های مجوف هرچند که رفتار دال مشابه رفتار بال توپر می‌باشد، ولی به دلیل تأثیر بیشتر پدیده خزش و با توجه به اینکه سختی دال در بارهای بهره‌برداری نسبت به دال توپر کمتر است، لازم است در انتخاب دهانه‌ها حساسیت بیشتری به کار گرفته شود.

در طراحی‌های صورت گرفته در سقف شاردک، در دهانه‌های بزرگ علاوه بر اینکه محدودیت‌های فوق با نگاهی سختگیرانه لحاظ می‌گردد، تغییر شکل دال تحت اثر بارهای بهره‌برداری و با در نظرگیری اثر خزش و سختی اصلاح شده کنترل می‌گردد.

در صورت نیاز به دهانه‌های بلندتر می‌توان ضخامت سقف را افزایش داد و یا اینکه از تیرهای آویزدار جهت تقویت سختی دال و کاهش خیز استفاده نمود.

• الزامات فنی سقف شاردک:

مطابق تأییدیه دریافت شده از سوی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی به شماره پرونده 4910، در صورت رعایت الزامات فنی زیر، سقف بتن مسلح مجوف با تیرچه دوطرفه با استفاده از قالب ماندگار فوم پلی‌اتیلن (شاردک) قابلیت اجرا در کشور را دارد:

در این سیستم سقف از قالب ماندگار برای ساخت سقف‌های بتن مسلح دوطرفه مجوف استفاده می‌شود.

این قالب‌های ماندگار، بین شبکه آرماتوربندی لایه زیرین و لایه فوقانی سقف قرار می‌گیرند و در نهایت مقطع دال سقف را می‌توان به لحاظ سازه‌ای متشکل از تیرچه‌های متعامد در نظر گرفت.

حداقل فاصله بین قالب‌های ماندگار در هر جهت نباید از 10 سانتیمتر کمتر باشد و نسبت ضخامت سقف به فاصله بین قالب‌ها در هیچ حال نباید بیشتر از 5/3 باشد.

بارگذاری ثقلی و لرزه‌ای به ترتیب باید براساس مبحث 6 مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان بارهای وارد بر ساختمان و استاندارد 2800 ایران اعمال شود.

استفاده از این نوع سقف بتنی در ساختمان‌های با اسکلت بتن مسلح مندرج در استاندارد 2800 ایران مجاز است.

لازم است ضوابط و محدودیت‌های لرزه‌ای مربوط به این ساختمان‌ها مطابق استاندارد 2800 ایران و مبحث 9 مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان  ((طرح و اجرای ساختمان‌های بتن آرمه)) رعایت شود و در طراحی، ساخت و اجرای اسکلت این ساختمان‌ها، ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین نامه ACI 318008 رعایت شود.

مطابق استاندارد 2800 ایران، استفاده از این نوع سیستم سقف به همراه ستون‌های بتن آرمه (دال تخت) در صورتی مجاز است که مقابله با انواع نیروهای جانبی وارده مانند زلزله توسط دیوارهای برشی بتن مسلح تأمین شود.

در این سیستم، به خصوص در حالت بزرگ بودن دهانه و وجود نیروهای ثقلی قابل ملاحظه، در نظر گرفتن تمهیدات لازم به منظور کنترل برش سوراخ کننده (برش پانچ) بسیار حائز اهمیت بوده و باید ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین نامه ACI 318008 در این زمینه کنترل و رعایت شود.

تأمین ضوابط دیافراگم صلب در این سیستم سقف با توجه به استاندارد 2800 ایران الزامی است.

از مشارکت خمشی دال مجوف با دیوارهای برشی در تحمل نیروهای زلزله باید صرف‌نظر شود مگر اینکه تیر بتن آرمه منطبق با ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در محور دیوارها ایجاد شده باشد.

باید تیرچه‌های حاصل مابین قالب‌های ماندگار برای برش مطابق فصل 15 مبحث نهم مقررات ملی (ویرایش 1392) طراحی شود.

در مواردی که در هر جهت مطابق طرح برای برش، به خاموت‌گذاری نیاز باشد باید در مقطع تیرچه خاموت به شکل سنجاقی یا رکابی، متکی به فولادهای بالا و پایین تیرچه و به تعداد لازم، پیش‌بینی شود.

تمهیدات لازم در بتن‌ریزی سقف به منظور پر شدن زیر قالب‌های ماندگار با بتن و تأمین کیفیت مناسب بتن در نظر گرفته شود، حداقل ضخامت بتن در بالا و پایین قالب‌ها 5 سانتیمتر است.

پایه‌های اطمینان و شمع‌بندی مورد استفاده در اجرای این نوع سقف باید قابلیت اعمال خیز منفی کافی قبل از بتن‌ریزی را داشته باشد.

منظور نمودن بارهای حین اجرا در استفاده از این نوع قالب ضروری است.

ضروری است قالب‌های ماندگار در دو امتداد مستقيم عمود بر هم قرار گیرند و تمهیدات لازم برای جلوگیری از هرگونه حرکت قالب حین بتن‌ریزی در نظر گرفته شود.

اتصال این سیستم سقف به اسکلت سازه‌‌ای ساختمان باید به گونه‌ای باشد که بارهای ثقلی و جانبی وارده به راحتی توسط سیستم سقف تحمل شده و به اسکلت سازه‌ای ساختمان منتقل شود.

طرح لرزه‌ای دیافراگم سقف و کنترل کفایت عضو لبه دیافراگم (chord) و عضو جمع کننده (collector) باید مطابق آیین نامه‌های معتبر بین‌المللی مانند ACI 318-08 و ASCE 7-10 صورت گیرد.

کلیه اعضا در مسیر انتقال نیروهای دیافراگم (در حین اعمال بارهای زلزله) به سیستم باربر جانبی باید مقاومت کافی را دارا باشند.

همواره باید در محل اعضا جمع کننده (Collector) تیر بتن آرمه پیش‌بینی شود و لذا ضروری است به منظور تضمین عملکرد مناسب دیافراگم سقف، قالب‌ها در عرضی که طبق محاسبات تعیین می‌شود حذف و آرماتورگذاری طولی به همراه خاموت‌گذاری در مقطع توپر (تیر مدفون) انجام گیرد.

بتن‌ریزی کل مقطع سقف شامل فضای زیر، بین و بالای قالب‌ها باید از آغاز تا پایان به صورت عملیاتی پیوسته انجام شده و از به وجود آمدن اتصال سرد بین لایه‌ها احتراز شود.

بدین منظور باید با اتخاذ تدابير مناسب از تغییر مکان شبکه آرماتورها به واسطه نیروی شناوری قالب‌های ماندگار ممانعت به عمل آید.

رعایت محدودیت ابعاد بازشوهای سقف و همچنین تمهیدات لازم در اطراف بازشوها باید براساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران و آیین نامه ACI 318-08 لحاظ شود.

پیش‌بینی المان‌های مرزی در اطراف بازشوها و لبه دال حسب مورد انجام گیرد.

رعایت تمهیدات لازم از نظر دوام و پایایی در شرایط مختلف اقلیمی و محیط‌های خورنده ایران الزامی است.

در نظر گرفتن جزئیات دقیق مسیر و محل نصب کلیه اقلام تأسیسات مکانیکی و برقی در مرحله طراحی و اجرای سقف، ضروری است.

کلیه مصالح و اجزا در این سیستم اعم از معماری و سازه‌ای از حیث دوام، بهداشتی و زیست‌محیطی باید بر مبنای مقررات ملی ساختمان ایران و یا آیین نامه‌های ملی با معتبر بین‌المللی شناخته شده و مورد تأیید به کار گرفته شوند.

الزامات مربوط به انرژی باید مطابق مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان صرفه‌جویی در مصرف انرژی رعایت شود.

ضروری است اقدامات و تمهیدات لازم برای تأمین و رعایت ضوابط مبحث 3 مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان حفاظت ساختمان‌ها در مقابل حریق و همچنین الزامات نشریه شماره ص-682 مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی با عنوان آیین نامه محافظت ساختمان‌ها در برابر آتش، مربوط به مقاومت اجزای ساختمان در مقابل حریق با در نظر گرفتن ابعاد ساختمان، تعداد طبقات، مساحت ساختمان، کاربری و وظیفه عملکردی اجزای ساختمان در نظر گرفته شود.

بلوک پلی‌اتیلن مورد استفاده در این سقف باید از نوع خود خاموش‌شو (کندسوز) باشد.

بلوک پلی‌اتیلن باید به طور کامل مدفون در سقف بتنی بوده و همچنین حداقل ضخامت بتن در بالا و پایین این بلوک، 5 سانتی متر است.

صدابندی هوابرد و کوبه‌ای سقف بین طبقات باید مطابق مبحث هجدهم مقررات ملی ساختمان ایران با عنوان عایق‌بندی و تنظیم صدا تأمین شود.

اجرای سقف شاردک:

روش اجرا به این صورت است ابتدا قالب‌بندی زیرین دال انجام می‌گیرد.

جنس قالب‌ها می‌تواند چوب، فلز، پلیمر و یا قالب‌های میزی باشد.

سپس شبکه آرماتور پایین طبق نقشه‌های اجرایی باید به گونه‌ای بسته شود که حداقل یک میلگرد میان بلوک‌ها قرار گیرد.

در مرحله بعد بلوک‌های شار که قبلاً در کارگاه تولید شده‌اند مطابق نقشه‌های اجرایی چیده می‌شوند.

بلوک‌های شار به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قطعات به وسیله مفتول‌های فولادی تعبیه شده به یکدیگر متصل می‌شوند سپس شبکه آرماتور بالای دال بسته می‌شود.

در صورت وجود آرماتورهای برشی در نقشه‌های اجرایی، این آرماتورها نیز در بین قالب‌ها قرار می‌گیرند.

در سیستم شاردک بتن‌ریزی دال به صورت کاملاً یکپارچه اجرا گشته و با توجه به بالا بودن اسلامپ بتن بلوک‌های شاردک کاملاً در بتن فرورفته و فضای خالی در سقف باقی نمی‌ماند و به سطحی کاملاً صاف و یکپارچه می‌رسیم.

پس از گیرش بتن در زمان تعیین شده در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، قالب‌های زیر دال جمع شده و به طبقه دیگر منتقل می‌شوند.

این مراحل در شکل‌‌های زیر به صورت کامل مشاهده می‌شود.

بستن قالب زیرین دال و آرماتورگذاری شبکه پایین

2) چیدن بلوک‌های شار و اتصال آنها به یکدیگر

3) آرماتورگذاری شبکه بالایی

4) بتن‌ریزی کل سقف

در سیستم شاردک بتن‌ریزی کل دال به صورت کاملاً یکپارچه اجرا گشته و با توجه به بالا بودن اسلامپ بتن بلوک‌های شاردک کاملاً در بتن فرورفته و فضای خالی در سقف باقی نمی‌ماند و به سطحی کاملاً صاف و یکپارچه می‌رسیم.

5) باز کردن قالب‌ها

مزایای استفاده از بلوک شار:

در سیستم شاردک اعضای دال سقف شامل بتن، آرماتور، بلوک‌های پلی‌اتیلن و مفتول‌های متصل کننده بلوک‌ها است.

بلوک‌های پلی‌اتیلن در هسته مرکزی دال قرار می‌گیرند و با حذف بتن غیر باربر از درون دال موجب سبک‌سازی آن در عین افزایش ضخامت دال می‌شود.

برخی مزایای فنی که برای این نوع سقف برشمرده می‌شود، شامل موارد زیر است:

1- ایجاد دهانه‌های بزرگ‌تر:

استفاده از فناوری شاردک باعث می‌گردد تا در عین افزایش ضخامت دال سقف، وزن آن کاهش یاید که این امر ایجاد دهانه‌های بزرگ‌تر را امکان‌پذیر می‌نماید.

این افزایش دهانه باعث آزادی عمل بیشتر در طرح معماری و ایجاد فضاهای خلاقانه، فضاهای تجاری، تأمین پارکینگ بیشتر و… می‌گردد.

2- امکان حذف تیرها و ایجاد دال تخت:

در صورت وجود دیوار برشی در سازه، امکان حذف تیرها وجود دارد.

حذف تیرها مزایایی نظیر افزایش ارتفاع مفید طبقات، عبور راحت‌تر تأسیسات از زیر سقف، امکان حذف سقف کاذب در صورت هماهنگی با تأسیسات و امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف را در پی دارد.

3- امکان ستون‌گذاری نامنظم:

برخلاف سازه‌های بتنی معمولی که ستون‌گذاری معمولاً از آکس‌بندی منظم پیروی می‌کند، در این سیستم امکان ستون‌گذاری به صورت نامنظم وجود دارد که با کاهش تعداد ستون‌ها، در ایجاد فضاهای معماری خاص حائز اهمیت است.

4- تسريع عملیات اجرایی:

در این سیستم ضمن آرایش سریع و راحت بلوک‌های پیش‌ساخته شار در کنار یکدیگر، به دلیل کاهش عملیات آرماتوربندی و بتن‌ریزی، سرعت عملیات اجرای دال سقف بالا است.

آرماتوربندی تیپ، بتن‌ریزی یکدست و بدون وقفه نیز در کنار استحکام و شکننده نبودن بلوک‌ها کمک شایانی به تسریع عملیات اجرایی می‌کند.

انعطاف‌پذیری بسیار زیاد و قابلیت انعطاف با معماری‌های غیرمتعارف

مزایای معماری بلوک شار:

• ایجاد دهانه‌های بزرگ‌تر
• کاهش تعداد ستون‌ها
• تأمین پارکینگ بیشتر، فضای تجاری بیشتر، ایجاد فضاهای خلاقانه
• افزایش ارتفاع مفید طبقات
• امکان ایجاد شکل‌ها و بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف
• امکان ستون‌گذاری نامنظم
• استفاده بهینه از فضا و افزایش متراژ بنا

مزایای فنی بلوک شار:

• بهبود عملکرد لرزه‌ای
• عدم محدودیت استفاده در مناطق با آب و هوای مختلف
• توزیع دوطرفه و مناسب بارهای وارد بر کف سازه
• کاهش میزان انتقال صوت حرارت
• ایمنی بالا در برابر آتش‌سوزی
• وزن کم، ضخامت کم و دو طرفه بودن
• امکان حذف تیرها و ایجاد دال تخت
• ایمنی در برابر انفجار اگر طراحی بر مبنای سیستم دال ستون و حذف دیوار باربر باشد
• ایمنی در برابر رطوبت به دلیل نفوذپذیری پایین آن

مزایای اجرایی بلوک شار:

• افزایش سرعت و سهولت اجرا به دلیل کاهش عملیات آرماتوربندی
• آرماتوربندی تیپ و سريع
• کاهش حجم بتن‌ریزی در کل سازه
• اجرای آسان و سریع توسط نیروی بومی هر منطقه
• عدم نیاز به ماشین‌آلات و تجهیزات خاص اجرایی
• عدم نیاز به اجرای آستر سیمان و یا گچ و خاک در زیر سقف
• اجرای آسان بازشو و داکت برای عبور تأسیسات
• آسان‌ترین و سبک‌ترین مصالح سقف از نظر حمل ونقل
• عبور راحت‌تر تأسیسات از زیر سقف
• امکان تردد ایمن و آسان کارگران در حین ساخت
• کاهش انتشار سر و صدا حین تولید، انتقال و نصب اجزا

مزایای اقتصادی بلوک شار:

• کاهش میلگرد مصرفی و حجم بتن‌ریزی در کل سازه
• کاهش هزینه نازک‌کاری و تأسیسات
• امکان حذف سقف کاذب در صورت هماهنگی با تأسیسات
• کاهش مصرف انرژی جهت برآوردن نیازهای تأسیساتی در ساختمان‌های عمومی به ویژه بیمارستان‌ها
• کاهش نیاز به نیروی کارگری
• کاهش هزینه‌های ساخت و ساز اسکلت
• ساده‌تر شدن مراحل نصب و اجرا و عدم نیاز به کارگر ماهر
• کاهش زمان نصب و اجرا (حدود ۲۰ تا ۴۰)
• افزایش طول عمر مفید و کاهش هزینه‌های حاصل از تغییر در سازه

تمایز بلوک شار با سایر محصولات مشابه:

• عدم شکنندگی بلوک فوم هنگام آرماتوربندی و بتن‌ریزی
• استفاده از مواد اولیه نو
• سرعت اجرای بالا و ایمنی بیشتر هنگام اجرا
• ایجاد فضای خالی بین آرماتورهای زیر و رو در نتیجه غرق شدن کامل آرماتور و بلوک فوم در بتن
• قیمت مناسبتر
• توپر و یکپارچه بودن کل سقف
• کاهش وزن سقف

• نتیجه‌گیری:

امروزه عموم کارفرماها، صاحبان سرمایه و مهندسان به دنبال استفاده حداکثری از سرمایه خود و به حداقل رساندن مصرف انرژی و منابع هستند.

بهره‌وری انرژی تنها نگرانی امروزه بشر نیست، بلکه توسعه پایدار و استفاده مؤثر از منابع نیز اهمیت فراوانی در بازارها و به خصوص صنعت ساختمان یافته است.

ایده استفاده از دال‌های بتنی مجوف از این مسئله نشأت گرفته است.

در دو دهه اخیر سیستم‌های بسیاری بر این پایه ارائه شده‌اند و هر یک سعی در برطرف کردن معایب سیستم‌های پیشین خود داشته اند.

مدرن‌ترین سیستم‌های دال مجوف بتنی، سیستم شاردک است که در سال 1393 وارد حوزه صنعت ساختمان شده است.

در این مقاله کلیات و مبانی طراحی سازه‌ای سیستم شاردک به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است از جمله مراحل اصلی طراحی این سیستم تعیین ضخامت دال، تعیین ضخامت بلوک شار طراحی برای خمش، برش، کنترل برش ناشی از خمش و در نهایت کنترل خیز است.

در جدول زیر خلاصه نتایج طراحی تیپ‌های مختلف سیستم شاردک ارائه شده است.

جدول نتایج طراحی دال بتنی مجوف با استفاده از سیستم شاردک

گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی مهندس سیدعلی منتظری