در این نوشته
پیش از کنترل مقاومت خمشی و برشی تیرچهها، یک سقف تیرچهبلوک باید مجموعهای از الزامات هندسی را تأمین کند. عرض و ارتفاع تیرچه، فاصلهٔ آزاد بین تیرچهها، ضخامت دال بتنی فوقانی و ارتفاع کل سقف از مهمترین این کنترلها هستند. علاوه بر این، ارتفاع سقف باید از نظر کنترل خیز نیز بررسی شود.
در این مقاله، ضوابط اصلی با مبنای مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش ۱۳۹۹ و ACI 318-25 بررسی میشوند.
۱ — فاصلهٔ تیرچهها چگونه کنترل میشود؟
در طراحی سقف تیرچهای باید بین دو مفهوم تفاوت گذاشت: فاصلهٔ محور تا محور تیرچهها و فاصلهٔ آزاد بین جان تیرچهها.
ضابطهٔ اصلی آییننامه مربوط به فاصلهٔ آزاد است، نه فاصلهٔ محور تا محور. طبق ACI 318-25 §9.8.1.4، فاصلهٔ آزاد بین تیرچهها (s) نباید بیشتر از ۷۵۰ میلیمتر باشد. همین محدودیت در مبحث نهم نیز برای سیستم تیرچهای در نظر گرفته شده است.
فاصلهٔ آزاد بین تیرچهها (s) ≤ ۷۵۰ میلیمتر
بنابراین اعدادی مانند ۵۰، ۶۰ یا ۷۰ سانتیمتر برای فاصلهٔ محور تا محور، اعداد آییننامهای ثابت نیستند؛ بلکه معمولاً از ترکیب عرض تیرچه، ابعاد بلوک یا قالب و ملاحظات اجرایی به دست میآیند.
برای مثال اگر عرض جان تیرچه ۱۰۰ میلیمتر و فاصلهٔ محور تا محور ۶۰۰ میلیمتر باشد: فاصلهٔ آزاد برابر ۶۰۰ منهای ۱۰۰، یعنی ۵۰۰ میلیمتر خواهد بود — که از محدودیت ۷۵۰ میلیمتر کمتر است.
همچنین حداقل عرض جان تیرچه (bw) در هر نقطه از ارتفاع آن باید رعایت شود:
حداقل عرض جان تیرچه (bw) ≥ ۱۰۰ میلیمتر
۲ — ارتفاع تیرچه چه محدودیت هندسی دارد؟
ارتفاع تیرچه را نمیتوان صرفاً براساس تیپهای موجود کارخانه انتخاب کرد.
ACI 318-25 برای آن یک محدودیت هندسی مشخص دارد: ارتفاع جان تیرچه (بدون احتساب ضخامت دال فوقانی) نباید از ۳٫۵ برابر حداقل عرض جان بیشتر شود.
ارتفاع جان تیرچه (h) ≤ ۳٫۵ × عرض جان (bw)
برای مثال، اگر حداقل عرض جان تیرچه برابر ۱۰۰ میلیمتر باشد، ارتفاع جان نباید از ۳۵۰ میلیمتر بیشتر شود.
این محدودیت همراه با حداقل عرض جان و حداکثر فاصلهٔ آزاد تیرچهها تعیین میکند که آیا سیستم موردنظر میتواند براساس ضوابط ویژهٔ سیستم تیرچهای طراحی شود یا باید بهصورت مجموعهای از تیر و دال طراحی شود. ACI صراحتاً بیان میکند که اگر محدودیتهای هندسی §9.8.1.1 تا §9.8.1.4 تأمین نشوند، سیستم باید مانند تیرها و دالها طراحی شود.
۳ — حداقل ضخامت بتن روی بلوک یا قالب چقدر است؟
ضخامت دال بتنی روی تیرچهها یک عدد ثابت برای تمام سقفهای تیرچهبلوک نیست و به فاصلهٔ آزاد تیرچهها و نوع قطعهٔ پرکننده بستگی دارد.
اگر از قطعات سفالی یا بتنی دائمی استفاده شود که شرایط لازم برای محسوبشدن بهعنوان پرکنندهٔ سازهای را داشته باشند، ACI 318-25 §9.8.2.1.1 حداقل ضخامت دال فوقانی (hf) را برابر بزرگترِ مقادیر زیر میداند:
hf ≥ بزرگترِ (فاصلهٔ آزاد ÷ ۱۲) و ۴۰ میلیمتر
اما اگر پرکننده شرایط سازهای مذکور را نداشته باشد، یا از قالب موقت یا سایر انواع پرکننده استفاده شود:
hf ≥ بزرگترِ (فاصلهٔ آزاد ÷ ۱۲) و ۵۰ میلیمتر
مبحث نهم نیز همین تفکیک را در ضوابط سیستم تیرچهای دارد. بنابراین برای بلوکهای غیرسازهای رایج — از جمله حالتی که بلوک صرفاً نقش قالب یا پرکننده داشته باشد — معمولاً رابطهٔ دوم مبنا قرار میگیرد.
مثلاً اگر فاصلهٔ آزاد تیرچهها ۵۰۰ میلیمتر باشد: ۵۰۰ تقسیمبر ۱۲ برابر ۴۱٫۷ میلیمتر میشود؛ در حالت پرکنندهٔ غیرسازهای، بزرگتر بین ۴۱٫۷ و ۵۰ همان ۵۰ میلیمتر است — پس حداقل ضخامت دال ۵۰ میلیمتر خواهد بود.
ولی اگر فاصلهٔ آزاد به ۷۲۰ میلیمتر برسد: ۷۲۰ تقسیمبر ۱۲ برابر دقیقاً ۶۰ میلیمتر میشود؛ در این حالت حداقل ضخامت دال دیگر ۵۰ میلیمتر نیست، بلکه ۶۰ میلیمتر خواهد بود.
۴ — ارتفاع کل سقف و نسبت دهانه به ارتفاع چگونه کنترل میشود؟
ارتفاع کل سقف برابر است با مجموع ارتفاع جان تیرچه و ضخامت دال بتنی فوقانی:
ارتفاع کل سقف (h) = ارتفاع جان تیرچه (hrib) + ضخامت دال فوقانی (hf)
این ارتفاع علاوه بر کنترلهای مقاومت، نقش مهمی در سختی و خیز سقف دارد.
برای تیرچههای بتنآرمه، کنترل سادهشدهٔ ارتفاع از نظر خیز مشابه تیرها انجام میشود. برای بتن معمولی و فولاد با تنش تسلیم حدود ۴۲۰ مگاپاسکال، حداقل ارتفاعهای متعارف عبارتاند از:
| وضعیت تکیهگاهی | حداقل ارتفاع |
|---|---|
| دو سر ساده | L/16 |
| یک انتها پیوسته | L/18.5 |
| دو انتها پیوسته | L/21 |
| طره | L/8 |
این مقادیر در ACI 318-25 Table 9.3.1.1 و جدول ۹-۱۱-۱ مبحث نهم دیده میشوند.
در نتیجه، برای یک تیرچهٔ دو سر پیوسته با دهانه ۶ متر: حداقل ارتفاع برابر ۶۰۰۰ تقسیمبر ۲۱، یعنی تقریباً ۲۸۶ میلیمتر خواهد بود؛ البته این عدد یک کنترل سادهشدهٔ خیز است و نباید با حداقل هندسی ضخامت دال فوقانی یا محدودیت ۳٫۵ برابر عرض جان اشتباه گرفته شود.
۵ — آیا با افزایش میلگرد میتوان ارتفاع سقف را کاهش داد؟
افزایش آرماتور کششی میتواند ظرفیت خمشی عضو را افزایش دهد و حتی تا حدی روی سختی مؤثر مقطع ترکخورده و مقدار خیز اثر بگذارد، اما بهطور خودکار جایگزین کنترل ارتفاع نمیشود.
اگر ارتفاع عضو کمتر از مقادیر سادهشدهٔ جدول باشد، باید خیز عضو بهصورت صریح محاسبه شود؛ شامل خیز آنی و در صورت لزوم خیز وابسته به زمان ناشی از خزش و جمعشدگی.
ACI 318-25 در §9.3.2 این مسیر را صراحتاً مجاز میداند؛ بنابراین مقادیر L/16، L/18.5، L/21 و L/8 «حداقل مطلق ارتفاع» نیستند، بلکه شرایطی هستند که در صورت برآوردهشدن آنها و سایر شروط مربوط، میتوان از محاسبهٔ تفصیلی خیز صرفنظر کرد.
این نکته بهویژه در سقفهایی که تیغه یا اجزای غیرسازهای حساس به تغییرشکل روی آنها قرار دارد مهم است؛ در چنین شرایطی صرف رعایت نسبت دهانه به ارتفاع ممکن است برای حذف کنترل خیز کافی نباشد.
۶ — رعایت حداقل ضخامت دال، بهمعنای کفایت دیافراگم است؟
وجود دال بتنی پیوسته روی تیرچهها به انتقال نیروهای داخل صفحه سقف کمک میکند، اما رعایت حداقل ضخامت دال فوقانی بهتنهایی به معنی کفایت دیافراگم نیست.
دیافراگم و اتصال آن به اعضای قائم سیستم باربر جانبی باید برای نیروهای داخل صفحه، انتقال نیرو، نواحی جمعکننده و اتصالات مربوطه کنترل شود. ACI 318-25 این موضوع را بهطور مستقل در فصل ۱۲ بررسی میکند.
بنابراین بهتر است «حداقل ضخامت دال روی تیرچه» و «طراحی دیافراگم سقف» دو کنترل مجزا در نظر گرفته شوند.
