1-معرفی سقف تیرچه بلوک بتنی

سقف تیرچه بلوک یکی از رایج‌ترین انواع سقف‌های ساختمانی در سازه‌های بتنی و فلزی است که به دلیل مزایای متعدد، در پروژه‌های مسکونی، اداری و تجاری به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این سقف برای دهانه‌هایی تا طول 7 متر کاربرد دارد. برای کاربری پارکینگ با دهانه‌هایی با طول بیشتر از 7 متر، این سقف توضیه نمی‌شود و در صورت استفاده، تیرچه ها باید دوبل شوند.

1-1-اجزای تشکیل دهنده سقف تیرچه بلوک

اجزای اصلی سقف تیرچه بلوک عبارت است از :

• تیرچه‌ها و بتن پاشنه (فلزی، بتنی یا پیش‌تنیده)
• بلوک‌های پرکننده (بتنی، سفالی یا پلی‌استایرن)
• بتن پوششی (بتن رویه)
• میلگرد زیرین (کششی اصلی و تقویتی)
• میلگرد فوقانی (فشاری)
• میلگرد افت و حرارت
• میلگرد عرضی (زیگزاگ)

این اجزا در شکل (1) نشان داده شده اند و در ادامه در فصل‌های بعد تشریح خواهند‌شد.

شکل (1) اجزای تشکیل دهنده سقف تیرچه بلوک

2-1-محاسبه طول موثر تیرچه 

برای در نظر گرفتن طول موثر تیرچه صراحت آیین نامه ای وجود ندارد اما هر یک از طول‌های زیر با توجه به شکل (1) می‌تواند ملاک عمل قرار گیرد:

• طول L
• طول خالص Ln
• طول خالص Ln به علاوه‌ی 300میلی‌متر (طول قطع میلگرد فوقانی)
• طول خالص Ln به علاوه‌ی h (ارتفاع سقف)

رایج ترین طول که برای طول موثر تیرچه پیشنهاد می‌شود، طول خالص دهانه یا همان Ln است.

2-بارگذاری 

بارگذاری سقف و محاسبه آن، برای طراحی تیرچه ها و بتن رویه در این بخش تشریح خواهد شد.

1-2-محاسبه بار مرده

برای محاسبه بار مرده سقف، جنس بلوک مورد استفاده، جنس پرکننده و کاربری سقف پارامترهای تاثیرگذار هستند، یک نمونه جزییات مقطع سقف با کف سازی در ‏شکل(2) آورده شده است؛ بدین ترتیب در ادامه بار مرده سقف تیرچه بلوک در حالت‌های مختلف محاسبه شده است و در جداول مبنای محاسبه‌، بار مرده کف سازی با جنس‌های مختلف می‌باشد؛ لذا بار بتن تیرچه ها و بتن رویه و بار تیغه بندی در جداول اعمال نشده است و باید جداگانه محاسبه شوند. نام‌گذاری ‏جدول(1) تا ‏جدول(7) برحسب تعاریف زیر صورت گرفته است:

• FJF-1: سقف تیرچه مسکونی با بلوک پلی استایرن و کف سازی از جنس پوکه
• FJF-2: سقف تیرچه مسکونی با بلوک پلی استایرن و کف سازی از جنس فوم بتن
• FJF-3: سقف تیرچه مسکونی با بلوک پوکه و کف سازی از جنس پوکه
• FJF-4: سقف تیرچه مسکونی با بلوک پوکه و کف سازی از جنس فوم بتن
• FJF-5: سقف تیرچه بام با بلوک پلی استایرن
• FJF-6: سقف تیرچه بام با بلوک پوکه

شکل (2) نمونه مقطع سقف تیرچه بلوک با کف سازی

جدول(1) بار مرده کف سازی سقف FJF-1

جدول(2) بار مرده کف سازی سقف FJF-2

جدول(3) بار مرده کف سازی سقف FJF-3

جدول(4) بار مرده کف سازی سقف FJF-4

جدول(5) بار مرده کف سازی سقف FJF-5

جدول(6) بار مرده کف سازی سقف FJF-6

در راهنمای نظام مهندسی تهران توصیه شده است که بار مرده کف سازی کمتر از 200 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته نشود؛ در انتها بار مرده کف‌سازی، بتن تیرچه‌ها و دال رویه و تیغه بندی را به عنوان مجموع بار مرده در نظر گرفته می‌شود.

2-2-محاسبه بار زنده

بار زنده با توجه به جداول فصل ششم مقررات ملی ساختمان و نوع کاربری سقف در نظر گرفته می‌شود.

3-2-بار زلزله قائم

مقدار نیروی زلزله قائم طبق استاندارد 2800 طبق ‏رابطه (1)  محاسبه می‌شود.

در این رابطه، A میزان خطر لرزه خیزی منطقه، B ضریب بازتاب، I ضریب اهمیت ساختمان و W_P مقدار بار مرده و زنده. مطابق رابطه استاندارد 2800 در شرایطی که سازه در منطقه با خطر لرزه خیزی خیلی زیاد قرار دارد مقدار W_P برابر با بار مرده سازه بوده و باید به کل سازه اعمال شود. یعنی نیروی قائم زلزله وارد به کل سازه، در این حالت تنها ناشی از بار مرده سازه است. در سایر موارد هم مطابق با استاندارد 2800 مقدار W_P برابر با مجموع بار مرده و زنده است.

4-2-ترکیب بارها 

با توجه به ACI-318-19 و مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ترکیب بارها طبق روش ضرائب بار و مقاومت به شرح زیر می‌باشد:

شکل (3) ترکیب بارهای طراحی

با توجه به ترکیب بارها برای طراحی سقف تیرچه بلوک بار نهایی  ما ترکیب بار بحرانی بین سه ترکیب بار در ‏رابطه (2) می‌باشد.

در این مرحله با توجه به فاصله مرکز به مرکز تیرچه‌ها، سهم بارگیر هر تیرچه محاسبه و در  ضرب خواهد‌شد تا بار گسترده خطی روی هر تیرچه محاسبه شود.

5-2-بار متمرکز

با توجه به کاربری سقف ممکن است در ناحیه ای از سقف بار متمرکز وجود داشته باشد و برش پانچ ایجاد کند، لذا باید برای طراحی تیرچه و تعیین ضخامت دال رویه حتما به وجود این نوع بارها دقت کرد.

برای مثال در کاربری پارکینگ طبق مبحث ششم مقررات ملی و ACI-318-19، مقدار بار متمرکزی که

باید در نظر گرفته شود، به ترتیب طبق ‏شکل(4)‏و شکل(5) می‌باشد.

شکل(4) بار متمرکز اعمالی برای سقف پارکینگ طبق استاندارد ACI318-19

شکل (5) بار متمرکز اعمالی برای سقف پارکینگ طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان

6-2-ابعاد استاندارد در طراحی سقف تیرچه بلوک: از ضخامت تا ارتفاع

در این بخش هر ابعادی که نیاز به کنترل دارد آورده شده است و ابعادهای رایج در هر قسمت تشریح شده‌اند.

7-2-حداقل ارتفاع تیرچه و بتن رویه

رایج‌ترین ارتفاع برای تیرچه‌ها h=300mm می‌باشد (ارتفاع تیرچه  25و ارتفاع بتن رویه 5 میلی‌متر). بقیه ابعادی که باید به حداقل‌ آن‌ها توجه شود باتوجه به استاندارد ACI-318-19 در ‏شکل(6) آورده شده است.

شکل (6) کنترل هندسی تیرچه ها

برای برش پانچ ناشی از وجود بار متمرکز در کاربری پارکینگ باتوجه به بخش 5-2، این بار در تیرچه‌ها هم تاثیر قابل‌توجهی دارد، لذا در اکثر مراجع توضیه می‌شود در صورت وجود پارکینگ از تیرچه دوبل استفاده شود.

2-8-کنترل ضخامت دال روی تیرچه ها

دال رویه در کاربری‌هایی مثل مسکونی معمولاً 50 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود، این دال باید برای برش پانچ ناشی از بار متمرکز توضیح داده شده در بخش ‏2-5- جوابگو باشد، لذا در کاربری‌هایی مثل پارکینگ طبق نشریه 543، دال بتنی 80 میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود.

در ایران، در طراحی سقف تیرچه بلوک، برای طراحی خمشی دال با توجه به ضخامت کم دال رویه میلگردها میلگرد خمشی محسوب نمی‌شوند و عملا کاربرد افت و حرارت دارند، و بتن غیر مسلح این ناحیه با همان ضخامت 5 سانتی متر، به علت فاصله کم تیرچه‌ها در این سقف قادر به تحمل بار است.

2-9-کنترل ابعاد بتن پاشنه

با توجه به استاندارد 1-2909 (1395)، ابعاد بتن پاشنه مطابق بندهای زیر توصیه شده است.

• عرض قسمت بالایی پاشنه تیرچه برای تیرچه هایی که با بلوک‌های سقفی سفالی یا بتنی به کار برده می شوند نباید از ۱۲ سانتی‌متر و برای تیرچه‌هایی که با سایر بلوک‌های سقفی استفاده می‌شوند نباید از ۱۴ سانتی‌متر کم‌تر باشد.
• عرض نشیمن‌گاه بلوک‌ها برای تیرچه‌هایی که با بلوک‌های سقفی سفالی یا بتنی به کار برده می‌شوند.
• نباید از ۱۵ میلی‌متر و برای تیرچه‌هایی که با سایر بلوک‌های سقفی استفاده می‌شوند نباید از ۳۰ میلی‌متر کم‌تر باشد.
• ضخامت پوشش بتنی روی میلگردها نباید کم‌تر از مقادیر زیر باشد:
  1. قطر اسمی میلگردها
  2. بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه تا ۳۲ میلی‌متر یا ۵ میلی‌متر بیشتر از بزرگترین اندازه اسمی سنگدانه‌های بزرگتر از ۳۲ میلی‌متر

3-میلگردگذاری سقف تیرچه بلوک

در این بخش تمامی میلگردهایی که در سقف تیرچه بلوک نیاز هستند و نحوه طراحی آن‌ها به صورت مجزا آورده شده‌ است.

3-1-میلگرد افت و حرارت

از میلگرد آجدار، سیم آجدار، شبکه جوشی ساخته شده از سیم ساده، شبکه آجدار جوشی می‌توان به عنوان آرماتور افت و حرارت استفاده کرد.

 میلگردهای افت و حرارت با توجه به حداقل درصد آرماتور 0/009 محاسبه می‌شوند، اما در محاسبه فواصل آن‌ها حداکثر فاصله به اندازه پنج برابر ضخامت دال رویه می‌باشد.

3-2-میلگرد زیرین (کششی اصلی یا تقویتی)

مطابق استاندارد 1-2909 (1395)، حداقل میلگردهای زیرین دو عدد می‌باشد، و باید از نوع گرم نورد دیده و آجدار (340،400،500) یا سردنورد دیده باشد.

قطر اسمی میلگرد حداقل 8 و حداکثر 16 میلی‌متر باشد،ولی در سقف هایی که ضخامت پاشنه 55 میلی‌متر یا بیشتر باشد این قطر را میتوان تا 20 میلی‌متر افزایش داد.

لنگر وارده به تیرچه ها (Mu=QL²/8) Q (بارنهایی محاسبه شده در بخش بارگذاری) و L فاصله آکس به آکس تیرچه‌ها می‌باشد.

و لنگر مقاوم (M_n) با توجه به روابط آیین نامه و مستطیلی با T شکل عمل کردن تیرچه‌ها محاسبه خواهد‌شد و مساحت میلگردهای کششی به دست می‌آید. در محاسبه مساحت باید به حداقل و حداکثر درصد آرماتور باتوجه به مقاومت فشاری بتن توجه شود.

3-3-میلگرد فوقانی(فشاری)

مطابق استاندارد 1-2909 (1395)، میلگرد فوقانی میتواند از نوع گرم نورد دیده و آجدار 340 و بالاتر یا سرد نورد دیده باشد. قطر اسمی میلگرد فوقانی با توجه به طول دهانه از این استاندارد در ‏جدول(7) آورده شده است. با توجه به این که این میلگرد باید آجدار باشد توصیه می‌شود دهانه‌های تا 4 متر هم از میلگرد سایز حداقل 8 میلی‌متر استفاده شود.

جدول(7) قطر اسمی میلگردهای فوقانی تیرچه طبق دهانه

3-4-میلگرد عرضی (زیگزاگ)

تعیین آرماتورهای برشی یا‍ همان زیگزاگ‌ها بر اساس محاسبه نیروی برشی وارده و تجمیع ظرفیت برشی بتن و میلگرد زیگزاگ بر اساس آیین نامه انجام می‌شود. با توجه به امکان بازپخش بارها در تیرچه‌های مجاور استاندارد ACI-318-19 اجازه می‌دهد که مقاومت برشی بتن را در تیرجه ها 10 درصد افزایش داده شود و در اکثر مواقع بتن به تنهایی مقاومت برشی را تامین می‌کند، اما میلگردهای زیگزاگ علاوه بر تامین مقاومت برشی، برای حفظ پایداری خرپا لازم هستند لذا در نشریه 543 و  استاندارد 1-2909 (1395)، ضوابط زیر برای این میلگردها باید تامین شوند.

• حداقل سطح مقطع آرماتورهای عرضی برابر 0.355b_ws/f_y می‌باشد که  b_w عرض جان تیرچه، s فاصله دو میلگرد عرضی و  مقاومت مشخصه فولاد آرماتورهای عرضی بر حسب MPa  می باشد.
• قطر میلگردهای عرضی از ۵ میلی متر تا ۱۰ میلی‌متر تغییر می‌کند حداقل قطر برای خرپای با میلگردهای عرضی منفرد ۶ میلی متر و برای خرپای با میلگردهای عرضی مضاعف ۵ میلی‌متر است در مورد خرپاهای کارخانه‌ای میلگردهای عرضی از نوع نیم‌سخت و به صورت مضاعف می‌باشند. چنانچه کارخانه‌ی تولیدی از تکنیک نقطه‌ی جوش اتوماتیک استفاده نماید می‌توان از دو میلگرد هر یک به قطر حداقل ۴ میلی متر استفاده نمود.
• حداقل زاویه میلگرد عرضی نسبت به خط افق ۳۰ درجه است و این زاویه معمولاً از ۴۵ درجه کمتر نیست.
• فاصله میلگردهای عرضی متوالی در تیرچه ها حداکثر ۲۰ سانتی متر است.
• استفاده از آرماتور با نورد سرد برای آرماتور عرضی بلامانع است.

3-5-میلگرد منفی

میلگرد منفی باید حداقل برابر 0/15 سطح مقطع میلگردهای کششی وسط دهانه، روی تکیه‌گاه اضافه شود؛ این میلگردها باید حداقل تا فاصله‌ی یک پنجم دهانه‌ی آزاد از تکیه‌گاه به طرف داخل دهانه ادامه می‌یابند.

3-6-کلاف میانی(ژوئن)

سطح مقطع میلگردهای کلاف میانی باید حداقل برابر نصف سطح مقطع میلگردهای کششی باشد. معمولاً عرض ژوئن‌ها حداقل به اندازه عرض پاشنه تیرچه و ارتفاع آن به اندازه ضخامت سقف است. فاصله ی بین کلاف ها معمولا بر حسب ‏جدول(8) می‌باشد:

جدول(8) تعداد کلاف میانی طبق دهانه و بار زنده

3-7-میلگرد اودکا

در اجزای سقف تیرچه برای سهولت قراردادن تیرچه، حدود 30 الی 40 سانتی‌متر از میلگرد عرضی برش داده می‌شود، در این حالت با توجه به حداکثر برش در تکیه گاه توصیه بر این است که از میلگرد اودکا استفاده شود.

شکل (7) جزییات جانمایی میلگرد اودکا در سقف تیرچه بلوک

4-کنترل خیز و ارتعاش

کنترل خیز و ارتعاش سقف برای اطمینان از عملکرد مناسب و آسایش ساکنین بسیار حائز اهمیت است. این بخش به بررسی ضوابط و روش‌های مورد نیاز برای کنترل این دو پارامتر کلیدی در طراحی سقف می‌پردازد.

4-1-کنترل خیز

بر حسب مبحث نهم مقررات ملی ساختمان اگر رابطه زیر طبق طول دهانه و ارتفاع سقف برقرار باشد، نیاز به محاسبه دقیق خیز نخواهد بود.

معمولا تا دهانه های 6 متری نیاز به کنترل خیز نخواهد بود.

اگر  نیاز به کنترل باشد، دو روش وجود دارد:

• کنترل دقیق خیز تیرچه‌ها توسط نرم‌افزار Safe
• افزایش عمق تیرچه‌ها (ضخامت سقف)

4-2-کنترل ارتعاش

ارتعاش سقف طبق ‏رابطه (4) بدست می‌آید:

و با میزان فرکانس مجاز سقف بر حسب کاربری آن طبق ‏جدول(9) مقایسه می‌شود:

جدول(9) حداقل فرکانس دوره ای مجاز سقف

5-سوالات متداول

• سقف تیرچه بلوک برای چه دهانه‌هایی مناسب است؟

سقف تیرچه بلوک معمولاً برای دهانه‌های تا ۷ متر کاربرد دارد.

• در سقف تیرچه بلوک، چه عواملی در محاسبه بار مرده تاثیرگذارند؟

برای محاسبه بار مرده سقف، عواملی مانند جنس بلوک (بتنی، سفالی یا پلی‌استایرن)، جنس پرکننده و کاربری سقف پارامترهای اصلی هستند. همچنین، توصیه می‌شود بار مرده کف‌سازی کمتر از ۲۰۰ کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته نشود.

• چرا میلگرد اودکا در سقف تیرچه بلوک استفاده می‌شود؟

برای سهولت در نصب و قرارگیری تیرچه، حدود ۳۰ تا ۴۰ سانتی‌متر از میلگرد عرضی (زیگزاگ) در

انتهای آن بریده می‌شود. از آنجایی که حداکثر برش در تکیه‌گاه‌ها رخ می‌دهد، برای جبران این کاهش مقاومت برشی و حفظ پایداری، استفاده از میلگرد اودکا توصیه می‌شود.

• حداقل ضخامت دال رویه چقدر است؟

در کاربری‌های مسکونی، دال رویه معمولاً ۵۰ میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. با توجه به ضخامت کم این دال و فاصله نزدیک تیرچه‌ها، بتن غیرمسلح این ناحیه قادر به تحمل بار است.

6-مثال عددی طراحی سقف تیرچه بلوک

داده های مثال:

• مثال طراحی سقف تیرچه بلوک
• کاربری: مسکونی
• بتن: C20
• دهانه : 6 متر
• مرکز تا مرکز تیرچه ها: 60 سانتی‌متر
• فاصله خالص تیرچه ها: 40 سانتی‌متر
• جنس بلوک: پلی استایرن
• جنس کف سازی: پوکه
• شهر: تهران
• میلگردهای طولی :S400
• میلگردهای عرضی :S340

محاسبات:

مطابق با اکسل دکتر حسین زاده اصل

در جدول زیر، به طور حدودی میزان میلگرد این مثال از نشریه 543 استخراج شده است، که بیشتر از میزان طراحی شده است!

7-مراجع

[1]  نشریه 543؛ دستورالعمل طراحی و اجرای سقف های تیرچه و بلوک

[2] استاندارد ملی شماره 1-2909 ؛ خرپای تیرچه و تیرچه خرپایی

[3] مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

[4] مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

[5] جزوه ایتبس دکتر حسین زاده اصل-1400

فایل دانلود این مقاله: 05-Filler Joist Floor.V03.040528.RB