تفاوت ضخامت دال بتنی در سیستم‌های عرشه فولادی، کامپوزیت و تیرچه‌های جان باز NIAZIT OWSJ

مقدمه

ضخامت دال بتنی در سیستم‌های سقف فولادی، یکی از پارامترهای تعیین‌کننده در رفتار سازه‌ای، کنترل خیز و لرزش، میزان مصرف بتن و وزن مرده سازه است. در سیستم‌های متداول عرشه فولادی و سقف‌های کامپوزیت سنتی، ضخامت دال بتنی معمولاً در بازه ۷ تا ۸ سانتیمتر قرار دارد، در حالی که در سیستم تیرچه‌های با جان باز (Open Web Steel Joist – OWSJ) و به‌ویژه در سیستم NIAZIT OWSJ Roof System، این ضخامت می‌تواند به حدود ۵ سانتیمتر کاهش یابد.

این تفاوت، نه ناشی از ساده‌سازی غیرمهندسی، بلکه نتیجه مستقیم تفاوت فلسفه طراحی سازه‌ای، نقش دال در سیستم سقف و نحوه کنترل پایداری و خیز مطابق آیین‌نامه SJI و مقررات ملی ساختمان است.

۱. نقش دال بتنی در سقف‌های عرشه فولادی و کامپوزیت

۱-۱. دال به‌عنوان عضو باربر اصلی

در سقف‌های عرشه فولادی و کامپوزیت:

• دال بتنی بخش اصلی مقطع باربر سقف را تشکیل می‌دهد

• بتن در ترکیب با تیرآهن و برش‌گیرها (Stud) در خمش شرکت می‌کند

• مقاومت خمشی و سختی سقف تا حد زیادی وابسته به ضخامت دال است

بر اساس ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، در چنین سیستم‌هایی دال باید:

• تنش‌های فشاری بتن را تحمل کند

• برش یک‌طرفه و پانچ را کنترل نماید

• خیز و لرزش بهره‌برداری را محدود کند

به همین دلیل، کاهش ضخامت دال به کمتر از حدود ۷ سانتیمتر معمولاً پاسخگوی الزامات آیین‌نامه‌ای نیست.

۱-۲. تأثیر فاصله آکس تیرهای فرعی

در این سیستم‌ها:

• فاصله آکس تیرهای فرعی معمولاً زیاد است

• دال بتنی به‌صورت یک دال یک‌طرفه با دهانه بزرگ عمل می‌کند

افزایش فاصله آکس تیرها منجر به افزایش لنگر خمشی دال شده و طراح را ناگزیر به افزایش ضخامت دال یا آرماتورگذاری سنگین‌تر می‌نماید. نتیجه مستقیم این موضوع، ضخامت‌های ۷ تا ۸ سانتیمتر در عمل اجرایی است.

۲. فلسفه طراحی در تیرچه‌های با جان باز (OWSJ)

۲-۱. استقلال سازه‌ای تیرچه مطابق SJI

بر اساس استانداردهای Steel Joist Institute (SJI):

• تیرچه‌های جان باز به‌صورت اعضای باربر مستقل طراحی می‌شوند

• هر تیرچه، بار مرده و زنده سهم خود را تحمل می‌کند

• خیز آنی و درازمدت تیرچه در مرحله طراحی کنترل می‌گردد

در نتیجه، دال بتنی در این سیستم عضو باربر اصلی محسوب نمی‌شود و در محاسبات خمشی سقف وارد نمی‌گردد.

۲-۲. نقش دال در سیستم NIAZIT OWSJ

در سیستم NIAZIT OWSJ Roof System، دال بتنی صرفاً وظایف زیر را بر عهده دارد:

• توزیع یکنواخت بار بین تیرچه‌ها

• ایجاد سطح یکپارچه سقف

• تأمین دیافراگم افقی سازه

• پوشش و محافظت از اجزای فولادی

با حذف نقش سازه‌ای اصلی بتن، امکان کاهش ضخامت دال به حدود ۵ سانتیمتر مطابق ضوابط آیین‌نامه‌ای فراهم می‌شود.

۳. فاصله آکس تیرچه‌ها و ارتباط آن با ضخامت دال

۳-۱. آکس تیرچه در سیستم‌های متداول

در سقف‌های عرشه و کامپوزیت:

• افزایش فاصله آکس تیرها باعث افزایش لنگر دال می‌شود

• دال برای کنترل خیز و ترک، ناچار به ضخامت بیشتر است

در این سیستم‌ها، ضخامت دال مستقیماً تابع فاصله آکس تیرهاست.

۳-۲. آکس تیرچه در سیستم NIAZIT OWSJ

در سیستم تیرچه‌های جان باز:

• آکس تیرچه‌ها به‌گونه‌ای انتخاب می‌شود که باربری اصلی توسط تیرچه انجام شود

• دال بین تیرچه‌های نزدیک به هم قرار می‌گیرد و دهانه مؤثر کوچکی دارد

حتی در صورت افزایش فاصله آکس تیرچه‌ها، باربری خمشی همچنان بر عهده تیرچه فولادی باقی می‌ماند، مشروط بر آنکه الزامات مهاربندی مطابق SJI رعایت شود.

۴. نقش مهاربندها (Bridging) در افزایش فاصله آکس تیرچه‌ها

۴-۱. الزامات آیین‌نامه SJI

آیین‌نامه SJI استفاده از مهاربندهای افقی و ضربدری (Diagonal Bridging) را برای کنترل:

• کمانش جانبی اعضای فشاری تیرچه

• پیچش و ناپایداری حین اجرا و بهره‌برداری الزامی می‌داند.

حداکثر فاصله خطوط مهاربند در SJI بر اساس روابطی شامل:

• طول دهانه تیرچه

• عمق تیرچه

• شعاع ژیراسیون (r) تعیین می‌شود (روابط λ/r).

۴-۲. مهاربندهای ضربدری و افزایش آکس تیرچه

در صورت استفاده از مهاربندهای ضربدری با نسبت λ/r مجاز:

• پایداری جانبی تیرچه‌ها به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد

• تغییرمکان نسبی تیرچه‌ها کاهش می‌یابد

• امکان افزایش فاصله آکس تیرچه‌ها تا حدود مجاز آیین‌نامه فراهم می‌شود

این موضوع به طراح اجازه می‌دهد بدون افزایش ضخامت دال، فاصله آکس تیرچه‌ها را اقتصادی‌تر انتخاب کند.

۵. رابطه مهاربندها با ضخامت دال بتنی

۵-۱. سیستم مهاربندی صحیح

در سیستم NIAZIT OWSJ، اجرای صحیح مهاربندها موجب می‌شود:

• رفتار مجموعه تیرچه‌ها یکپارچه گردد

• بارها به‌صورت یکنواخت توزیع شوند

• دال تحت لنگرهای ثانویه قرار نگیرد

در این شرایط، ضخامت ۵ سانتیمتر برای دال بتنی کاملاً پاسخگوی الزامات اجرایی و آیین‌نامه‌ای است.

۵-۲. حذف یا ضعف مهاربندها

در صورت حذف یا اجرای نادرست مهاربندها:

• تغییرمکان نسبی تیرچه‌ها افزایش می‌یابد

• دال ناخواسته وارد چرخه باربری می‌شود

• یا باید ضخامت دال افزایش یابد یا سیستم از نظر آیین‌نامه‌ای مردود خواهد بود

۶. جمع‌بندی نهایی با رویکرد NIAZIT OWSJ

کاهش ضخامت دال بتنی در سیستم NIAZIT OWSJ Roof System نتیجه مستقیم:

• طراحی تیرچه‌های جان باز مطابق SJI

• کنترل خیز و پایداری توسط تیرچه، نه بتن

• استفاده اصولی از مهاربندهای ضربدری

• و کاهش نقش سازه‌ای دال بتنی

در حالی که در سقف‌های عرشه فولادی و کامپوزیت سنتی، دال بتنی عضو اصلی باربر بوده و ناگزیر به ضخامت‌های ۷ تا ۸ سانتیمتر است، در سیستم NIAZIT OWSJ دال صرفاً نقش پوششی و توزیعی دارد و می‌تواند با ضخامت حدود ۵ سانتیمتر، عملکردی ایمن، اقتصادی و مطابق آیین‌نامه ارائه دهد.

این تفاوت، بیانگر تغییر نگرش مهندسی در طراحی سقف‌های فولادی مدرن و حرکت از بتن‌محوری به فولادمحوری هوشمندانه است؛ رویکردی که هسته اصلی سیستم NIAZIT OWSJ را تشکیل می‌دهد.

جدول جمع‌بندی نهایی