در طی سالیان اخیر استفاده از سقف‌های نوین در طراحی سازه‌ها به‌دلیل ویژگی‌های فراوان مورد توجه قرار گرفته است. ایجاد دهانه‌های بلند، تامین فضای پارکینگی مناسب، سبک سازی سازه و … از این دست ویژگی‌ها هستند. روش‌های سازه‌ای مختلفی برای پاسخ به این نیاز وجود دارد که از جمله میتوان به استفاده از سیستم‌های مختلف پیش‌تنیده، دال‌های مجوف (قالب ماندگار) و دال‌های مشبک یک طرفه یا دوطرفه با (قالب غیرماندگار وافل) اشاره کرد. در راستای ترویج و سهولت استفاده از این سیستم‌ها در ادامه به صورت جامع مدلسازی سقف وافل در ایتبس بررسی خواهد شد.
انواع سقف وافل
از لحاظ توزیع بارگذاری سقف‌های وافل به دو دسته دال وافل دوطرفه و دال وافل یکطرفه تقسیم می‌شوند.
سقف وافل یکطرفه کاملا مشابه به سقف تیرچه بلوک مدل سازی و طراحی خواهد شد. تمامی روش‌های دیگر اعم از مدل سازی تیرچه‌ها و …. دارای خطا بوده و نتیجه واقعی حاصل نخواهد شد.
در ادامه به نحوه مدلسازی سقف‌های دال وافل دوطرفه در ETABS2015 می‌پردازیم هر چند که میتوان در نرم افزار safe نیز این کار را انجام داد. برای مدل سازی سقف دال وافل دوطرفه در نرم افزار safe میتوانید به مقاله مربوطه و فیلم طراحی سقف وافل درsafe مراجعه نمایید. سقف‌های وافل با توجه به ابعاد قالب‌های وافل متفاوت هستند.
تعریف مقطع سقف وافل دو طرفه در ایتبس 2015
برای تعریف سقف وافل باید از مسیر زیر وارد شوید:
Define<section properties<slab sections<add new property
در ابتدا نام سقف را بر اساس ابعاد وافل مثلا ”waffle80” می‌گذاریم. برای متریال بتن سقف، مقاومت مشخصه‌ی آن مانند تیرهای سازه تعریف می‌شود. اعمال ضرایب کاهش سختی (modifiers) در این قسمت انجام نمی‌شود، اما در مراحل بعد ضرایب را به مقاطع اختصاص می‌دهیم. قسمت property data را با مشخصات قالب وافل مورد نظر میتوان تکمیل کرد. باید توجه داشت که مشخصات قالب وافل دو طرفه باید از شرکت‌های تولید کننده استعلام گرفته شود.
Overall depth :عمق کلی
Slab thickness :ضخامت دال رویه
Stem width at top :عرض بالای تیرچه
Stem width at bottom :عرض پایین تیرچه
Spacing of ribs that are parallel to slab 1-Axis :فاصله آکس تا آکس تیرچه ها در راستای 1
Spacing of ribs that are parallel to slab 2-Axis :فاصله آکس تا آکس تیرچه ها در راستای 2
از معمول‌ترین ابعاد میتوان به قالب با ابعاد 60×60 و 80×80 با ضخامت‌های 18 تا 30 سانتیمتر اشاره کرد. انتخاب نوع قالب وافل به دهانه و شرایط کاربری سازه بستگی دارد. به طور مثال در پنجره مورد نظر سقف وافل با ابعاد 28x80x80 همراه با 7 سانتیمتر ضخامت دال رویه تعریف شده است. ضخامت سقف با استفاده از این قالب در نهایت به 35 سانتیمتر می‌رسد. رایج بودن این قالب و در بر‌گرفتن ابعاد دهانه‌های بلند از 8 تا 14 متر، دلیل بیشترین استفاده از این قالب در بین قالب‌های وافل موجود است. برای فهم بیشتر دتایل زیر را مشاهده بفرمایید:
پس از تعریف مقطع سقف، وارد مرحله ترسیم می‌شویم. با انتخاب گزینه Draw floor و انتخاب نوع سقف، میتوان آن را ترسیم کرد. در ادامه سقف بارگذاری می‌شود.
ضرایب کاهش سختی سقف وافل
منابع مختلف در مورد ضرایب کاهش سختی سقف وافل اتفاق نظر ندارند. به عناون مثال جدول زیر که جمع بندی منابع مختلف در این مورد است، میزان گوناگونی نظرات را به خوبی منعکس کرده است، این مهم به خصوص در مورد دال‌ها بیشتر صادق است. در حال حاضر مطابق نظر گروهی از طراحان لازم است سیستم باربرجانبی (دیوار برشی یا قاب خمشی) بدون در نظر گرفتن اندرکنش سختی دال طراحی شود که در این صورت ضریب ترک خوردگی دال باید عدد کوچکی (مثل0.01 یا کمتر) انتخاب شود، هرچند به نظر می‌رسد این نظر حداقل در مورد سقف وافل مبنای محکمی ندارد.
جهت اطلاع از شیو ی نقشه خوانی سقف وافل میتوانید به مقاله ی دیگر گنبد فیروزه با عنوان چگونگی نقشه خوانی سقف وافل و مراحل آن مراجعه کنید.
ضرایب پیشنهادی کاهش سختی سقف وافل
با توجه به روش رایج میان مهندسین طراح در مورد گام‌های مختلف رفتار المان‌های سازه‌ای، مقادیر ضرایب ترک خوردگی به شرح زیر پیشنهاد شده است .تاکید می‌گردد به خصوص در مورد بارهای جانبی انتخاب ضرایب اصلاح سختی مناسب موضوعی است که به قضاوت مهندسی طراح وابسته است.
ضرایب ترک خوردگی رایج برای طرح سیستم های مبتنی بر انواع دال
به عنوان روشی مناسب میتوان سیستم را در دو فایل جداگانه یکی با سختی دال 0.25 و دیگری با سختی دال 0.01 (یا استفاده از المان ممبرین) را برای حالات نهایی طراحی کرد. پیشنهاد نگارنده این است که بر اساس وحدت رویه شهرها، ستون‌ها و دیوارهای برشی (سیستم مقاوم جانبی) را با ضریب کاهش سختی سقف 0.01 طراحی کرد اما میتوان برای طراحی تیرها و کنترل‌های اصلی سازه، از فایل با ضریب کاهش سختی سقف 0.25 استفاده کرد. برای اختصاص سختی تمام سقف‌ها را انتخاب کرده و از طریق مسیر زیر این ضرایب را اعمال می‌کنیم:
Assign<shell>stiffness modifiers
نحوه مدل سازی سقف دال وافل دوطرفه در ETABS 9.7.4
در حال حاضر در برنامه ایتبس 2015 به بالا قابلیت مدلسازی دال وافل وجود دارد و حتی در ورژن 2017 به بالا قابلیت طراحی وتحلیل غیر خطی دال و کنترل خیز سقف افزوده شده است.
لیکن مهندسین محاسبی که عادت به کار با نرم افزار ایتبس ورژن 9.7.4 و ورژن‌های قدیمی را دارند نیز می‌توانند به روش‌های مختلف اقدام به مدلسازی سقف وافل در این ورژن‌ها نمایند.
سه روش برای مدل سازی در ایتبس های ورژن 9 وجود دارد:
1-مدلسازی به روش ضخامت دال معادل وافل دوطرفه
برای معادل‌سازی کافیست که ممان اینرسی دال وافل دو طرفه را با ممان اینرسی دال توپر برابر قرار دهیم و با مجهول قرار دادن ضخامت، معادله را حل کنیم.
به طور مثال معادل سازی سقف وافل 28x80x80 به صورت زیر محاسبه می‌شود:
تعریف یک سقف دال تخت با ضخامت 25 سانتیمتر در ایتبس9.7.4 معادل با سقف وافل مذکور به صورت زیر خواهد بود:
دقت شود در این حالت متریال بتن با وزن صفر استفاده شده و طبق روشی که در مقاله “محاسبه وزن سقف وافل دوطرفه” ذکر شده، وزن بتن سقف وافل دوطرفه و وزن بارهای کفسازی بعد از اجرای سقف، بصورت مجموع بارمرده محاسبه و برروی سقف اعمال می‌شود.
در این روش چون از ضخامت دال معادل که سختی یکسان با سقف وافل دارد استفاده شده است، ضریب کاهش سختی دال معادل همان 0.25 خواهد بود.
2-مدلسازی به روش دال تخت هم ضخامت با سقف وافل دوطرفه
در این روش با استفاده از ضرایب کاهش سختی نسبت به معادل‌سازی دال وافل دو طرفه با یک دال تخت توپر اقدام می‌شود. معادل‌سازی باید سختی خمشی و وزن را شامل شود تا تخمین مناسبی از رفتار سقف وافل دوطرفه به دست آید.
به طور مثال سقف دال وافل 28x80x80 را به صورت زیر معادل سازی می‌شود:
الف- ضریب اصلاح وزن و جرم
برای محاسبه این ضریب، از نسبت وزنی یک مقطع 80 سانتیمتری سقف وافل به یک مقطع 80 سانتیمتری دال توپر استفاده می‌شود. سپس ضریب اصلاحی بدست آمده در مقادیرmass وweight متریال بتن به نام WAFFLE ضرب شده و به مقطع سقف اختصاص داده خواهد شد.
سپس یک دال 35 سانتیمتری به اسم waffle80 تعریف شده و متریال تعریف شده به آن اختصاص می‌یابد:
ب-ضریب معادل سازی سختی خمشی (ضریب 𝑚11, 𝑚22)
ضریب اصلاح سختی خمشی برابر نسبت ممان اینرسی یک واحد وافل به ممان اینرسی دال توپر است به جهت آسان سازی محاسبات عرض 80 سانتی متری دال را برای محاسبه در نظر میگیریم که شامل یک حفره خالی قالب وافل است.
با توجه به ضریب کاهش سختی دال (0.25)که در بند‌های اولیه به آن پرداخته شد، در ضریب به دست آمده ضرب گردیده و به دال اختصاص می‌یابد.
3-تعریف دال تخت رویه به اضافه تیرچه‌هایی با عرض متوسط
در مورد نسخه‌های قدیمی برنامه ETABSمیتوان از مدلسازی وافل به صورت تیرهای شبکه‌ای و دال هم استفاده کرد. به طور مثال در سقف وافل دوطرفه با قالب 28x80x80 با 7 سانتیمتر بتن رویه ابتدا تیر‌هایی به ارتفاع 35 و با عرض 15 سانتیمتر تیرچه‌های دوطرفه سقف وافل را ترسیم می‌کنیم. برای دال سقف باید یک دال به ضخامت دال رویه (7 سانتیمتر) تعریف گردد. در این روش باید توجه شود که در ضرایب کاهش وزن تیرچه‌ها باید ضریبmass وweight را (به دلیل همپوشانی با دال رویه) به 0.8 کاهش داد. جهت افزایش سرعت طراحی سازه این تیرچه‌ها به حالت No Design خواهند بود.
شرکت گنبد فیروزه با تجربه‌ای بالا در خصوص طراحی سازه‌های بتنی و فولادی با سقف‌های نوین وافل و یوبوت دارای تیم طراحی سازه حرفه‌ای است. شرکت گنبد فیروزه آماده محاسبات سازه‌های شما به سبکترین و بهینه‌ترین حالت ممکن است. تیم طراحی سازه در تمام شهر‌های ایران و حتی در حوزه بین المللی نیز فعالیت گسترده‌ای دارد. در اکثر نقاط کشور، نمایندگان گنبد فیروزه آماده ارائه خدمات مهندسی به مشتریان می‌باشد. برای کسب مشاوره رایگان و اطلاع از تعرفه‌های طراحی و محاسبات سازه میتوانید با شرکت گنبد فیروزه در تماس باشید.
