سقف کلالیت

سقف کلالیت یک نوع شبکه فضاکار پیش‌ساخته می‌باشد که از قطعاتی به طول 8 الی 15 متر، عرض 2 تا 4 متر و ارتفاع 40 تا 60 سانتیمتر از پروفیل نبشی و ورق ساخته می‌شود.

سازه‌های فضاکار مزایای فراوانی نظیر پیوستگی، صلبیت، افزایش فرکانس طبیعی، کاهش خيز و لرزش، امکان ایجاد دهانه‌های بزرگ و توزیع یکنواخت بار را دارا می‌باشند.

از طرفی به دلیل معایبی نظیر هزینه بالای ساخت، نیاز به تکنولوژی بالا، نیروی کار ماهر و زمان طولانی ساخت تاکنون در ساخت‌وساز شهری مورد استقبال قرار نگرفته است.

گزینه انتخابی برای اعضای فوقانی و تحتانی پروفیل نبشی به صورت ممتد می‌باشد.

نبشی‌ها طوری واقع شده‌اند که محور تقارن آنها در راستای قائم و رأس آنها در پایین قرار می‌گیرد.

حالت قرارگیری این اعضا سبب شده تا بال نبشی‌های فوقانی در محاذات بال نبشی‌های تحتانی قرار گیرند و هر نبشی فصل مشترک دو صفحه متعامد می‌‌باشد.

این صفحات نسبت به افق زاویه 45 درجه تشکیل می‌دهند.

• محاسبات فنی سقف کلالیت:

1) اجزای مختلف سقف کلالیت:

در این مقاله فنی اجزای مختلف سقف کلالیت و عملکرد آنها شرح داده می‌شود.

2) توضیحات فنی سقف کلالیت:

جهت تحمل بارهای وارده قبل از گیرش بتن از شمع‌بندی در زیر تیرها استفاده می‌شود.

در صورت عدم اجرای شمع‌بندی باید پروفیل فولادی قابلیت تحمل بارهای قبل از گیرش بتن را داشته باشد که در این روش ممکن است مقطع فولادی بزرگتر شود.

در این طرح به علت ساختار خرپایی نیاز به شمع‌بندی نبوده و کنترل مراحل ساخت و خیز از اهمیت خاصی برخوردار می‌باشد.

3) تعیین ضخامت دال بتنی (مطابق بند 10-1-2-7-1 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان)

1-3- تعیین ضخامت دال بتنی روی پل‌ها:

ضخامت دال بتنی روی پل‌های سقف کلالیت براساس معیارهای زیر تعیین می‌شود.

الف) براساس مبحث دهم حداقل ضخامت دال بتنی روی پل‌ها، 80 میلیمتر می‌باشد.

ب) باید کنترل نمود که ضخامت دال بتنی به اندازه‌ای باشد که برشگیر حداقل دارای 25 میلیمتر پوشش بتن باشد.

-2-3 تعیین ضخامت دال بتنی در فاصله‌های بین تیرها:

ضخامت دال بتنی بین تیرها براساس معیارهای زیر تعیین می‌شود.

الف) جهت کنترل خيز دال، حداقل ضخامت دال برحسب نوع مصالح میلگرد از جدول زیر تعیین می‌شود.

L فاصله بین تیرهای سقف کلالیت می‌باشد(فاصله بین اعضای افقی فوقانی)

ب) ضخامت بتن تقسیم به فاصله بین تیرهای فرعی باید بیشتر از یا 0.05 باشد.4) عرض مؤثر تیرهای مرکب (beff)

تیرهای مرکب مشابه تیرهای T شکل بتنی عمل می‌کنند به این صورت که عرضی از دال بتنی در مقاومت تیرهای فولادی تأثیر زیادی دارد، که به این عرض دال، عرض مؤثر می‌گویند.

1-4 نحوه‌ی تعیین عرض مؤثر:

مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان عرض مؤثر دال در هر طرف نباید از مقادیر زیر بیشتر شود:

• الف) یک هشتم دهانه محور به محور تیر
• ب) نصف فاصله مرکز به مرکز تیرهای مجاور
• ج) فاصله محور تیر تا لبه بتن

5) کنترل فشردگی مقاطع

6) محاسبه مشخصات هندسی مقطع فولادی و مقطع مرکب (مطابق بند 10-1-2-7-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان)

برای کنترل مقطع مشخصات هندسی مقطع فولادی و مقطع مرکب شامل محل تارخنثی، ممان‌ اینرسی و اساس مقطع محاسبه شود.

1-6 محل تارخنثی و ممان اینرسی مقطع تیر فولادی با ورق تقویت:

در روابط فوق داریم:

 As= سطح مقطع پروفیل فولادی

 Acp= سطح مقطع ورق تقویت

 Is= ممان اینرسی پروفیل فولادی

Ibarc= ممان اینرسی مقطع فولادی با ورق تقویت

= اساس مقطع در دورترین تار فشاری

= اساس مقطع در دورترین تار کششی

2-6 محاسبه مشخصات هندسی مقطع مرکب:

برای محاسبه مشخصات هندسی مقطع مركب ابتدا باید بتن را به فولاد تبدیل کنیم.

در روابط فوق داریم:

Es= مدول الاستیسیته فولاد

Ec= مدول الاستیسیته بتن

beff= عرض مؤثر تیر مرکب

باید توجه داشت که مشخصات هندسی مقطع تبدیل یافته به محل تارخنثی بستگی دارد.

1-2-6 حالتی که تارخنثی درون تیر فولادی باشد:

الف) مقطع تیر مرکب

ب) مقطع تبدیل یافته تیر مرکب

در روابط فوق  ممان اینرسی مقطع مرکب و  اساس مقطع در دورترین تار کششی می‌باشد.

2-2-6 حالتی که تارخنثی در بتن قرار می‌گیرد:

برای محاسبه تارخنثی در این حالت لنگر اول سطح مقطع بالای تارخنثی (Qt) و لنگر اول سطح مقطع پایین تارخنثی (Qb) را مساوی قرار داده و سپس محل تارخنثی را محاسبه می‌کنیم، محل تارخنثی، ممان اینرسی مقطع تیر مركب و اساس مقطع آن با فرض وجود تارخنثی درون بتن از رابطه زیر تعیین می‌شود:

7) نحوه‌ی محاسبه برشگیرها در تیر مرکب (مطابق بند 4-7-2-1-10 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان)

اگر تیر فولادی با دال بتنی به گونه‌ای متصل شود که امکان لغزش بین آنها وجود نداشته باشد، مقطع به صورت مرکب با ظرفیت باربری بالاتری تبدیل می‌شود.

به منظور جلوگیری از لغزش میان بتن و فولاد، از برشگیر استفاده می‌شود، کنترل برشگیر باید به گونه‌ای باشد که بتواند نیروهای وارده را به خوبی حمل نماید مبحث دهم فقط گل میخ و ناودانی را برای استفاده به عنوان برشگیر مجاز می‌داند.

در صورتی که تعداد برشگیرها به اندازه کافی برای ایجاد عملکرد مرکب تأمین نشود، رفتار تیر بین غیرمرکب و مرکب کامل خواهد بود که به این حالت عملکرد مرکب ناقص گفته می‌شود.

1-7 محاسبه تعداد برشگیرها در سقف کلالیت:

برای عملکرد مرکب کامل با بتن که تحت فشار خمشی می‌باشد، برش افقی کل که باید بین نقطه حداكثر لنگر خمشی و نقطه لنگر صفر حمل گردد از رابطه زیر به دست می‌آید.

در رابطه فوق داریم:

Vh= نیروی برش افقی کل برحسب کیلوگرم

Ac= سطح مقطع مؤثر دال بتنی

fc= مقاومت فشاری بتن

As= سطح مقطع پروفیل فولادی

Acp= سطح مقطع ورق پوشش

Fycp= تنش جاری شدن ورق پوششی

نیروی برشی مجاز هر برشگیر (q) براساس ظرفیت برشی برشگیر (q1) و ظرفیت جوش برشگیر (q2) تعیین می‌شود.

روابط زیر نحوه‌ی محاسبه نیروی برشی مجاز هر برشگیر را نشان می‌دهد.

رابطه‌ی ظرفیت جوش برشگیر (q2) برای جوش کارگاهی با نظارت چشمی و استفاده از الکترود (E60) ارائه شده است.

در روابط فوق داریم:

q: نیروی برشی مجاز هر برشگیر برحسب کیلوگرم

β: ضریب ثابتی است که برحسب مقاومت بتن و شماره ناودانی از جدول زیر به دست می‌آید.

w: طول ناودانی برحسب سانتیمتر که حداکثر این طول باید از عرض بال منهای دو برابر بعد جوش اتصالی کمتر باشد.

a: بعد جوش برحسب سانتیمتر که باید از ضخامت بال ناودانی بیشتر در نظر گرفته نشود.

Lw: مجموع طول خط جوش‌های هر برشگیر می‌باشد که معمولاً فقط در دو سمت برشگیر جوش انجام می‌شود.

ضریب β برای محاسبه ظرفیت برشی برشگیر در بتن‌های معمولی با وزن مخصوص بزرگتر و یا مساوی 1440 کیلوگرم بر مترمکعب برمبنای مبحث دهم مقررات ملی ساختمان از جدول زیر محاسبه می‌شود.

برای عملکرد مرکب کامل، تعداد برشگیرها (N) در هر طرف نقطه حداكثر لنگر خمشی که برای مقاومت در برابر برش افقی طراحی می‌شود از رابطه‌ی زیر به دست می‌آید.

براساس آیین نامه مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداقل فاصله برشگیرها دو برابر ارتفاع ناودانی و حداكثر هشت برابر ارتفاع ناودانی می‌باشد.

2-7 عملکرد مرکب ناقص:

اگر تعداد برشگیرهای تعبیه شده در داخل تیر مرکب (N1) کمتر از تعداد لازم باشد رفتار تیر مرکب به صورت کامل نبود که به آن مرکب ناقص گفته می‌شود.

در این حالت نیروی برشی برحسب تعداد برشگیر به کار رفته از رابطه زیر تعیین می‌شود.

براساس رابطه فوق درصد عملکرد مرکب تیر از رابطه زیر تعیین می‌شود.

در مقطع مرکب ناقص، ممان اینرسی و اساس مقطع به صورت مؤثر در نظر گرفته شده و به صورت زیر تعیین می‌شود.

در روابط فوق داریم:

Icff: ممان اینرسی مؤثر تیر مرکب ناقص

Scff: اساس مقطع مؤثر تیر مرکب ناقص نسبت به دورترین تار کششی

Ycff: مکان تارخنثی مقطع مرکب ناقص نسبت به پایین بال تحتانی تیر

8- کنترل‌های مورد نیاز در تیر مرکب

8 – 1- کنترل تنش خمشی:

کنترل تنش خمشی برای تیرهای مرکب تحت اثر لنگر مثبت ارائه می‌شود.

8 – 1 – 1- کنترل تنش خمشی در تیرهای با شمع‌بندی:

الف) کنترل تنش خمشی در تیر فولادی 

ب) کنترل تنش خمشی فشاری در بتن:

Ms: لنگر خمشی به دست آمده از ترکیب بارهای کنترل مقاومت

8-1-2 کنترل تنش خمشی در تیرهای بدون شمع‌بندی:

در تیرهای بدون شمع‌بندی علاوه بر کنترل‌های مربوط به تیرهای مرکب با شمع‌بندی باید روابط زیر در نظر گرفته شود.

در تیرهای بدون شمع‌بندی  باید مقطع فولادی را کنترل کنیم که آیا مقاومت لازم برای تحمل بارهای حین ساخت را دارد.

برای این امر باید رابطه زیر را برای دورترین تارکششی مقطع کنترل کنیم.

Mc: لنگر خنثی به دست آمده از ترکیب بارهای حین ساخت

در رابطه فوق Sbarc اساس مقطع تیر فولادی نسبت به دورترین تارکششی و Fb تنش مجاز خمشی کششی از جدول زیر تعیین می‌شود.

تنش مجاز خمشی در مقاطع فولادی

در تیرهای بدون شمع‌بندی در موقعیت‌های بالای بال، پایین بال و زیر ورق تقویتی کنترل می‌شود که تنش‌های خمشی با فرض مقاومت فولاد به تنهایی در برابر لنگر DL و مقاومت مقطع مرکب در برابر لنگر SDL+LL از 0.9Fy تجاوز نکند.

مطابق بند 10-1-2-7-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

در رابطه فوق داریم:

MDL: لنگر ناشی از بار مرده اولیه (وزن بتن + اسکلت سازه)

MSDL+LL: لنگر ناشی از مجموع بارها غیر از بار مرده اولیه

Sbarc: اساس مقطع تیر فولادی

Scff: اساس مقطع تیرمرکب

2-8 کنترل تنش برشی:

براساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در تیرهای مرکب از کمک برشی دال صرف‌نظر می‌شود و تمامی برش توسط جان پروفیل تحمل می‌گردد، بنابراین داریم:

در رابطه فوق داریم:

h: ارتفاع مقطع

d: ارتفاع خالص جان مقطع

tw: ضخامت جان مقطع

Fv: تنش مجاز برشی براساس روابط تیرهای فولادی تعیین می‌شود.

3-8: کنترل خیز

کنترل خیز در تیرهای مرکب به سبب استفاده از پروفیل‌های کوچک فولادی و وجود اثرات خزش و تغییر شکل‌های درازمدت از اهمیت بالایی برخوردار است.

براساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان برای لحاظ نمودن اثر خزش بتن و تغییر شکل‌های درازمدت از ضریب تبدیل 3n جهت ایجاد مقطع تبدیل یافته استفاده می‌شود.

با در نظر گرفتن این ضریب، محل تارخنثی از زیر بال تحتانی مقطع (Ytrans(D))، ممان اینرسی مقطع تبدیل یافته (Itrans) تعیین می‌شود.

محاسبه خیز موجود در تیرهای مرکب به وضعیت شمع‌بندی یا غیرشمع‌بندی بستگی دارد.

1-3-8 کنترل خیز در تیرهای مرکب با شمع‌بندی:

در این حالت خیز تیر ناشی از بارهای مرده پیش از گیرش بتن به سبب وجود شمع‌بندی صفر می‌شود.

1-3-8 کنترل خیز در تیرهای مرکب بدون شمع‌بندی:

در روابط فوق داریم:

WDL: بار مرده اولیه

WSDL: بار مرده اضافی

WLL: بار زنده

β: ضریبی است که براساس نوع بارگذاری و شرایط تکیه‌گاهی تعیین می‌شود که برای تیر دو سر مفصل تحت بار گسترده یکنواخت برابر می‌باشد.

3-3-8 مقادیر مجاز خیز در تیر مرکب:

4-8 کنترل ارتعاش تیرهای مرکب:

یکی از عوامل مؤثر در طراحی و تعیین مقطع تیرهای مرکب، کنترل ارتعاش می‌باشد که در صورت عدم کنترل آن، این عامل می‌تواند شرایط بهره‌برداری سازه را تحت‌تأثیر قرار دهد.

برای محاسبه ارتعاش می‌توان از رابطه زیر که از بند 10-1-9-4 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان برداشته شده استفاده کرد.

مطابق بند 10-1-9-4 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

Itrans: ممان‌اینرسی مقطع تبدیل یافته تیر مرکب (Cm4)

WD: کل بار مرده روی تیر برحسب کیلوگرم بر متر

L: طول دهانه تیر برحسب متر

9- محاسبه میلگردهای افت و حرارت و محاسباتی

با توجه به سطح زیاد دال‌ها نسبت به حجم آنها اثرات تغییر درجه حرارت و افت حجمی بتن بسیار زیاد است.

برای جلوگیری از این امر باید از حداقل میلگرد استفاده کرد تا از ایجاد ترک‌های بزرگ در دال ناشی از اثرات تغییر دما و افت جلوگیری شود.

مطابق مبحث 9 مقررات ملی ساختمان به این میلگردها، میلگردهای افت و حرارت گفته می‌شود که نحوه محاسبه آنها به صورت زیر می‌باشد.

در این مقاله فنی ابتدا میلگردهای موردنیاز محاسبه می‌شود در صورتی که مقدار لازم کمتر از میلگردهای افت و حرارت باشد از میلگردهای افت و حرارت استفاده می‌کنیم.

گردآورنده: گروه آموزشی استوارسازان با نظارت علمی مهندس سیدعلی منتظری