عرشه های فوق سبک بتنی به عنوان دال سقف های ساختمان

المان سقف فوق سبک sl deck  نه تنها باید تحمل بارهای وارده را داشته باشد، بلکه باید در برابر آتش مقاومت بالا و همچنین عایق صدای خوبی باشد. این نوع سیستم سقف باید در استفاده انعطاف پذیر و سرعت اجرای بالایی داشته باشد و داری قابلیت تولید انبوه و قیمت بصرفه باشد.

در حال حاضر، تکنولوژی اصلی در اجزا سقف پیش ساخته در کشوری مثل دانمارک هسته مرکزی درون خالی دال است. تغییرات جدید در قوانین ساخت ساختمان در دانمارک، عایق های صوتی بهتری می طلبد که تنها با افزایش جرم حجمی در حدود ۴۴۰ کیلوگرم بر متر مربع دست یافتنی می شود. این در حالی است که سازه فوق سبک همانند نمونه ای که در این مقاله توضیح داده می شود تنها با جرم مخصوص ۳۱۵ کیلوگرم بر مترمربع  به این خواسته(مقدار مشخص عایق صدا) دست یافته است.

به علاوه، نیاز روز افزا به عایق حرارتی در ساختمان ها تاثیری منفی ای در آتش سوزی دارد. انرژی آزاد شده از آتش در اجزا می ماند و در نتیجه آتش سوزی تاثیر مخرب تری بر سازه دارد. بنابراین یک طراحی ایمنی در برابر آتش بر اساس عملکرد نیاز به افزایش مقاومت سازه در برابر آتش دارد.

معماران و مصرف کنندگان به شکل های خاص سازه ای، دهانه های بلند و خصوصیات تلفیق شده متمایل اند. این ساختار منعطف اغلب توسط قالب بندی ای که برای دال های با مرکز توخالی ساخته می شود، فراهم نمی شود. زیرا که استفاده از خاموت های عرضی ، منطقه صلب و فضاهای خالی در سیستم سقف قدیمی، مشکل است و شکل های منحنی نمی تواند در این نوع قالب بندی ساخته شود. یکی از هدف های تولید دال جدید پیش ساخته رفع مشکلات دال های تو خالی و همچنین کاهش دی اکسید کربن تولیدی حاصل از ساخت است.

المان فوق سبک اسمی مختصر برای حالتی است که المانی قوسی شکل بار اصلی را تحمل می کند و بتن با مقاومت فشاری پایین تر، شکل کلی رو تشکیل می دهد و از کمانش قسمت قوسی شکل جلوگیر میکند، همچنین مقاومت در برابر آتش و صوت صدا را افزایش می دهد.

ایده استفاده از بتن سبک اجازه  می دهد ، بتن با مقاومت بالا در مکانی که از نظر سازه ای لازم است و غالبا هلالی شکل است، قرار داده شود.

DTU این فناوری را به ثبت رسانده است و یک شرکت دانشگاهی به نام Abeo Ltd برای توسعه و معرفی این روش به صنعت تاسیس شده است. در بسیاری از کشورها که نیروی کار ارزان است، از سفال یا بلوک های تو خالی به عنوان پر کننده دایم در سقف هایی مانند تیرچه بلوک استفاده می شود. این سازه ها به طور کلی متفاوت با سازه فوق سبک هستند زیرا مزیت های عایق بودن صدا و قدرت تحمل آتش پایین تری دارند و همچنین به صورت کامل پیش ساخته نیستند.

۱-نمونه اولیه SL-Deck

نمونه اولیه SL Deck  دارای بلوک های سبک بتن با چگالی ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب و دارای مقاومت فشاری ۳ مگاپاسکال است که به شکل قوسی شکل و در دستگاه قالب گیری به صورت اتوماتیک ساخته می شود.

همانند شکل ۱، اجزا SL Deck  بر روی صفحاتی به طول ۱۰۰ متر و عرض ۱.۲ متر قرار داده شدند. سپس بلوک های بتن سبک و قالب های اطراف قرار داده شدند. سیم های پیش تنیده در شیارهای بین بلوک های بتن سبک در راستای طولی قرار داده شد سپس سیم های غیر پیش تنیده به صورت عرضی در شیار انتهای یک ردیف از بلوک ها و بر روی سیم های پیش تنیده طولی قرار داده شدند. سیم های پیش تنیده به قطر ۱۲.۵ میلیمتر و ظرفیت تنش نهایی ۱۸۶۰ مگا پاسکال دارند که به میزان ۱۱۶۳ مگا پاسکال پیش تنیده می شوند.

شکل ۱ قالب گذاری نمونه های سقف SL-Deck

هر نمونه دارای سه بلوک سیمانی در یک ردیف است که طولی حدود ۵۰۰ میلیمتر و عمقی حدود ۱۸۵ میلیمتر دارا می باشد. بال پایینی بلوک های بتنی سبک ، کاور ۳۰ میلیمتری برای سیم ها ایجاد می کند که نقش بسزایی در بالا بردن ظرفیت باربری در مقابل آتش سوزی دارد. همانند شکل ۲  SL deck آرماتور عرضی به قطر ۶ میلیمتر و مقاومت تسلیم ۵۰۰ مگاپاسکال استفاده شده است.

شکل ۲ آرماتور عرضی غیر پیش تنیده

 بعد از گذاشتن بلوک های سبک و سیم ها و قالب گذاری،  بتن خود متراکم با مقاومت فشاری ۵۰ مگاپاسکال بر روی بتن سبک مسلح شده ریخته می شود تا بالای قوس ها و شیارها پوشیده شود و ضخامت نهایی سقف به ۲۱۵ میلیمتر می رسد که درشکل ۳ نشان داده شده است. در واقع بین بلوک های بتن سبک تیرچه های قوسی شکل، نقش اصلی باربری را ایفا می کنند. همچنین ۱۰ سانتیمتر انتهای هر المان سقف به طور کامل با بتن مستحکم ساخته می شود تا تکیه گاه مناسبی برای سیم های پیش تنیده ایجاد شود و همچنین ظرفیت برشی تکیه گاهی المان افزایش یابد. در شکل ۴ این المان سقف قبل از ریختن بتن با مقاومت بالا و بعد از بتن ریزی یعنی شکل نهایی آورده شده است.

شکل ۳ مقطع عرضی المان فوق سبک سقف (کلیه ابعاد به میلیمتر است)

شکل ۴  بلوک بتن سبک قبل از ریختن بتن پر مقاومت

در ادامه نتایج تست های اولیه خصوصیات مکانیکی نمونه اولیه SL Deck   که شامل ، تست مقاومت خمشی، برشی، مقاومت کشیدگی و تست عایق صدا و مقاومت در برابر آتش آورده شده است.

نتایج آزمایشگاهی با داده های تئوری بدست آمده از خصوصیات مواد و بارگذاری مقایسه می شوند تا مقدار ایده آل بودن فرضیات اعمال شده برای محاسبات بدست آید.

هدف اصلی از این تحقیقات نشان دادن این است که تا چه حدی نیازهای عملکردی این المان سقف برآورده شده و آیا طراحی نیاز به تنظیم مجدد قبل از طراحی نهایی و پروسه تولید اتوماتیک دارد.  تست های مکانیکی روی نمونه اولیه این دک انجام می شود تا بررسی شود که این دال در مقاومت نهایی خود به صورت شکل پذیر و با دادن هشدار معقولی میشکند و آیا رفتار غیر منتظره ای از خود نشان می دهد. همچنین آیا روش های متداول پذیرفته شده برای محاسبه ظرفیت نهایی این دال ها جواب می دهند.

۲-مقاومت خمشی

همانند شکل ۵ ،طول دهانه نمونه برای آزمایش مقاومت خمشی، ۴ متر است. دو جک، بار را توسط تیری فولادی موازی عرض نمونه به مرکز نمونه وارد می کنند.

شکل ۵ تست مقاومت خمشی دال فوق سبک

شکست نمونه به صورت شکل پذیر است و ترک ها به آرامی گسترده می شوند. این نشان می دهد که نمونه به صورت منسجم عمل می کند و نشانه ای از جدایی بین بتن قوی و بتن سبک ضعیف وجود ندارد.

لنگر تسلیم المان مقدار ۱۲۵.۶ کیلو نیوتن بر متر بدست می آید که مقدار لنگر نهایی تسلیم مقطع مقدار ۱۴۶.۳ و ۱۴۷.۸ بدست آمد.

در شکل ۶ ،نمودار تغییرشکل وسط دال و بار اعمالی آورده داده شده است. تغییر شکل وسط دال توسط گیج های الکتریکی تا ۴۰ میلیمتر اندازه گیری شده است. خمش تسلیم نهایی مقطع در تغییرشکل ۲۰۰ میلیمتر رخ داده است. رابطه بین لنگر اعمالی و تغییر شکل وسط مقطع تا لنگر ۷۰ کیلو نیوتن بر متر خطی بوده است، زمانی که ترک ها در بتن سبک قابل دیدن می شوند. نمودار نشان می دهد که رابطه سختی خمشی و تغییر مکان تحت بار بهره برداری را می توان با مدل الاستیک تقریب زد.

شکل ۶ نمودار لنگر اعمالی و خیز دال فوق سبک

۳-مقاومت برشی

مانند سایر دک های پیش ساخته پیش تنیده، SL Deck  دارای خاموت برشی نیست بنابراین نیروی برشی باید توسط نیروی فشاری و تنش های کششی در بتن قوی و سبک و بین فضای دو بتن منتقل شود.

برای تست مقاومت برشی، فاصله بین بارگذاری و تکیه گاه نمونه طوری انتخاب شده که برای انتقال نیروی برشی به مقطع عرضی بتن سبک فضای لازم موجود باشد. درشکل ۷ فاصله بین تکیه گاه ها  1.985 متر، فاصله بین محور بارگذاری و تکیه گاه نزدیک تر ۰.۴۸۵ متر و فاصله محور تکیه گاه از انتهای خودش ۰.۳۵ متر می باشد. نتایج آزمایش نشان می دهد برش تنها در دهانه های با طول کمتر از یک متر بحرانی می شود که به صورت عملی هم کاربرد ندارد.

شکل ۷ تست برش دال فوق سبک

۴-تست بیرون کشیدگی آرماتور

اگرچه sl deck  اجازه تکیه گاه بسته و ادامه دار را می دهد اما هنوز امکان استفاده به عنوان تکیه گاه ساده مفصلی را نیز دارد. در تکیه گاه مفصلی ارتفاع تکیه گاه محدود است و به همین دلیل ایجاد مهار برای سیم های پیش تنیده مهم می شود.

یک روش معمول برای محاسبه ظرفیت مهار تکیه گاهی، محاسبه مینیمم ظرفیت دو نیم شدن و قدرت پیوستگی آرماتور و بتن است. در حالت دو نیم شدن، ترک ها به صورت شعاعی از اطراف میلگرد به سطوح اطراف گسترده میشوند. و شکست پیوستگی این معنا را می دهد که آرماتور از بتن بیرون کشیده شود و این مقاومت پیوستگی بستگی به شیارهای آرماتور و نوع بتن دارد. مقاومت پیوستگی، مقدار برش حداکثر در اطراف آرماتور است که حدود ۰.۶۵ مقاومت فشاری بتن محاسبه شده است.

در آزمایش بیرون کشیدگی سیم پیش تنیده همانند شکل ۸ ، مقاومت پیوستگی برای حالت های عمومی و در حالت قرار گرفتن در معرض آتش محاسبه شده است. مقاومت پیوستگی نمونه ها، در عمل به جای ضریب حدودی ۰.۶، حدود  0.4 مقاومت فشاری بتن بدست آمد .

شکل ۸ آزمایش بیرون کشیدگی سیم پیش تنیده از درون بتن

همانند شکل ۹ وقتی نمونه با طول دهانه ۱.۹۹۵ متر و فاصله محور بار تا تکیه گاه به اندازه ۰.۵ متر و فاصله تکیه تا انتهای دال ۰.۰۴ متر بارگذاری  می شود، ترک ها از محل بارگذاری تا گوشه تکیه گاه ایجاد شدند و شکست نهایی ناشی از تسلیم پیوستگی بین بتن و سیم پیش تنیده بوده است که این نوع شکست در شکل ۱۰ قابل مشاهده است. پس می توان نتیجه گرفت که ظرفیت مهاری تکیه گاهی باید بر اساس ظرفیت پیوستگی بین بتن و فولاد که در اینجا حدود ۰.۴ ظرفیت مقاومت فشاری بتن است، در نظر گرفته شود.

شکل ۹ تست بیرون کشیدگی بر روی المان فوق سبک

شکل ۱۰ ترک های ایجاد شده درتست بیرون کشیدگی

۵-خصوصیات مربوط به صدا

به دلیل اینکه sl deck  از دو قسمت منحنی شکل، بتنی محکم و سبک تشکیل شده، مزیت هایی برای عایق صدا بودن دارد. از آنجا که حالت قوسی شکل سختی صوتی بیشتری از حالت صفحه ای دارد و بتن با مقاومت بالا فرکانس طبیعی بالا تری دارد و می تواند در فرکانس های پایین طیف صوتی(ساخت عایق صوتی برای فرکانس های پایین مشکل است) چاره ساز باشد.

به علاوه بتن سبک به دلیل خلل و فرج زیاد ضریب اتلاف صوت بالایی دارد که حدود دو تا سه برابر بتن معمولی است.

بعد از انجام آزمایش های استاندارد تست صدای عبوری، مقدار عایقی صدا، ۵۵ دسیبل بدست آمد که برابر حداقل مقدار آیین نامه ای در دانمارک است، لذا برای احتیاط می توان با بالا بردن چگالی بتن سبک از ۶۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب به ۷۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب از داشتن حداقل ضابطه مربوط مطمئن بود.

۶-مقاومت در برابر آتش

برای  بررسی مقاومت در برابر آتش ، نمونه ها در کوره استاندارد تحت تست خمش قرار گرفتند و بار گسترده ۵.۵ کیلونیوتن بر متر بر نمونه وارد شد. در مدت ۱۲۰ دقیقه ترک قابل توجهی یا تغییرشکل زیاد یا خرابی در نمونه دیده نشد(شکل ۱۱) و این نشان می دهد که SL deck حداقل ضابطه ۱۲۰ دقیقه مقاومت در برابر آتش را ارضا می کند. روابط تئوری نشان می دهد تحت بارگذاری ذکر شده نمونه حدود ۴ ساعت می تواند در مقابل آتش دوام بیاورد ولی نیاز به راستی آزمایی در آزمایشگاه دارد.

شکل ۱۱ وضعیت دال فوق سبک پس ازآزمایش قرار گرفتن در آتش

۷-نتیجه گیری

تست های مکانیکی شامل خمش، برش، کشیدگی آرماتور بر روی نمونه ها با ۲۱۵ میلیمتر عمق انجام شد و در نمونه ها رفتار غیر منتظره ای مشاهده نشد. دک رفتاری شکل پذیر دارد و ظرفیت باربری که در آزمایش بدست آمد از مقدار تئوری پیشی گرفت.

تست صدا نشان داد که این دال فوق سبک، با چگالی ۳۱۵ کیلوگرم بر مترمربع دارای ۵۵ دسیبل عایقی صدا و ۷۹ دسیبل عایقی صدای ضربه است که در طبقات استاندارد یک ساختمان صدای ضربه احتمالا به عدد ۴۷-۵۰ دسیبل می رسد. بنابر این دال نیازهای ضوابط دانمارک که برای عایقی صدا حداقل ۵۵ دسیبل و برای صدای ضربه ای ماکزیمم ۵۳ دسیبل است را ارضا می کند.

در آزمایش مقاومت در برابر آتش، نمونه توانست تحت بار ۱۷ کیلونیوتن بر مترمربع، ۱۳۵ دقیقه دوام بیاورد که نشان می دهد بیش از ۲۴۰ دقیقه تحت بار ۲.۵ کیلونیوتن می تواند دوام بیاورد.

۸-پیشنهادها

از آنجایی که دال فوق سبک آرماتور عرضی دارد، درهنگام ساخت و قراردادن در ساختمان حالت پایداری دارند و پیشنهاد می شود که عرض نمونه ها از ۱.۲ متر به ۲.۴ متر برسد تا تعداد دفعات حمل برای جرثقیل و فضاهایی که باید پر شوند کمتر شود.

پیشنهاد می شود که چگالی بتن سبک ۱۰ درصد افزایش یابد برای اینکه در مقابل صداهای جانبی و خصوصیات انتقال صدای غیرمنتظره در کلیه ساختمان ها ضوابط رعایت شود.

با توجه به نتیجه بالای مقاومت در برابر آتش نمونه، پیشنهاد می شود که ضخامت بال پایینی بتن سبک از ۳۰ میلیمتر به ۲۰ میلیمتر کاهش داده شود تا ظرفیت باربری نمونه در دمای معمولی افزایش یافته و دهانه های با فواصل بیشتر بتواند ساخته شود.

تحقیقات گسترده تر می تواند بر روی رفتار بلند مدت این نوع دال، مقاومت ضربه ای و مقاومت در برابر بار متمرکز انجام شود.

اشتراک گذاری:

مایل به ثبت دیدگاه هستید؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

واتس اپ شرکت نوسا