USFB نسل جدید سقفهای عرشه فولادی

USFB  نسل جدید سقف های عرشه فولادی 

به علت به حداقل رساندن مقاطع سازه ای برای تامین مقاصد اقتصادی، تیر های فولادی حفره دار برای عملکرد مختلط با عرشه سقف ها طراحی شده اند. (USFB) ها نوع جدیدی از تیر های سقف مختلط هستند. این مقطع فولادی توسط جوشکاری دو تیر “T” شکل حفره دار نامتقارن بیکدیگر در راستای جان که بال پایینی بزرگ تر از بال بالایی است به وجود می اید. اجزاء سقف بر روی بال پایینی (USFB) قرار می گیرند تا که یک سیستم سقف سازه ای با ارتفاع بسیارکم را به وجودآورند.


نسل جدید سقف های عرشه فولادی

با پیشرفت روز افزون مهندسی سازه، دهانه های با طول زیاد، رواج بیشتری یافته اند. بنابراین سازه های تشکیل شده از قاب های فولادی در مقایسه با سازه های با قاب های بتنی رقابتی تر شده اند. به علت به حداقل رساندن مقاطع سازه ای برای تامین مقاصد اقتصادی، تیر های فولادی حفره دار برای عملکرد مختلط با عرشه سقف ها طراحی شده اند. (USFB) ها نوع جدیدی از تیر های سقف مختلط هستند. این مقطع فولادی توسط جوشکاری دو تیر “T” شکل حفره دار نا متقارن بیکدیگر در راستای جان که بال پایینی بزرگ تر از بال بالایی است به وجود می اید. هر یک از سیستم های عرشه فولادی و یا واحد های پیش ساخته روی بال پایینی (USFB) قرار می گیرند که یک سیستم سقف با ارتفاع بسیارکم را به وجود می آورند.

1-تیر های سلولی

از سال 1987 که تیر های سلولی معرفی شدند ثابت کرده اند که از چشمگیر ترین پیشرفت ها در صنعت ساختمان هستند و در بیش از 6000 پروژه اجرایی در بیست کشور استفاده شده اند. این تیر ها می توانند کاربرد های زیادی داشته باشند. استفاده اصلی آن ها به عنوان تیر های فرعی برای حصول دهانه های با طول زیاد و یکپارچگی سرویس ها و تاسیسات است. فراتر از کاربرد آن ها در قاب های پرتال )قاب پرتال قاب دو بعدی صلبی است که دارای اتصالات صلب بین تیر و ستون است) از آن ها به عنوان تیر ها ی بام استفاده می شود و بهترین راه حل برای بام های منحنی شکل هستند. از مهم ترین مزیت آن ها وزن کم و هزینه ساخت کم می باشد. تیر های سلولی یک روش بسیار اقتصادی برای تولید مقاطع مخروطی می باشند که به صورت عمده ای در استادیوم های ورزشی استفاده می شوند. از آن ها می توان برای مقاطع ستونک ها و پست باد ها نیز استفاده کرد.

2-تیر های سقف فوق کوتاه  Ultra Shallow Floor Beams 

(USFB)  ها نوع جدیدی از تیر ها هستند که به صورت عمده ای استفاده از فولاد را در سقف های مسطح افزایش (flat slab)

داده اند. (USFB)  ها دارای ارتفاع کم هستند که این مسئله آن ها را گزینه مناسبی برای استفاده در ساختمان های مسکونی، آموزشی و درمانی می کند.

مقاله پیش رو مروری را بر قوانین حاکم بر طراحی این تیر ها انجام داده و برای کاربری های معمول دتایل هایی را پیشنهاد می دهد. 

(USFB)   چیست؟

(USFB)  مخفف عبارت [Ultra Shallow Floor Beam] به معنای تیر سقفی فوق کوتاه است. (USFB) ها به گونه ای طراحی شده اند که ارتفاع سقف مورد نظر کارفرمایان را تامین کنند و ارتفاع مقطع آن ها در بازه هایی به اندازه 1(mm) افزایش می یابد. در کشور  انگلستان USFB هایی به ارتفاع 16(cm)اجرا شده اند. (USFB) ها با جوش دادن دو مقطع Tشکل نا متقارن به یکدیگر در راستای جان تشکیل شده اند.

تیر حفره دار

عرشه بر روی بال پایینی عریض تر جای گرفته، و یک زون سازه ا ی با ارتفاع بسیار کم را به وجود می آورد. (USFB) ها سلول های متعددی در جان دارند که که اجازه عبور میلگرد های مسلح کننده همبند را می دهند. 

میلگردهای همبند کننده

بازشو های موجود در جان می توانند به عنوان محل عبور سرویس ها و تاسیسات مورد نیاز نیز استفاده شوند. تمامی سیستم های سقف استاندارد می تواند با (USFB) ترکیب شود تا برای یک دهانه مشخص کم ترین ارتفاع را به وجود آورد. بهینه ترین حالت هنگامی حاصل می شود که سیستم (USFB) با سامانه های سقف پیش ساخته و یا عرشه فولادی ترکیب شود.

ارتفاع سقف ها

نکته جالب توجه آن است که (USFB) استانداردی وجود ندارد.  از مزایای مهم استفاده از این سقف آن است که می توان ابتدا ارتفاع دقیق سقف را مشخص کرد و سپس از نرم افزار طراحی (USFB)  استفاده کرده تا بهینه ترین (USFB) را برای ارتفاع سقف مورد نظر طراحی کند.

این احتمال وجود دارد که کارفرما در سطوح مختلف سازه ضخامت های سقف متفاوتی را نیاز داشته باشد. سیستم (USFB) به راحتی خود را با این نیازمندی تطبیق می دهد و می تواند با افزایش 1میلیمتری ارتفاع هر مقطع نسبت به مقطع قبلی طراحی و تولید شود.

درجه نا متقارنی

همانند ارتفاع مقطع، اندازه نامتقارنی استانداردی وجود ندارد. در صنعت ساخت متداول شده است که اندازه این نامتقارنی در بال پایین از بر تصویر بال بالا، برای سقف های عرشه فولادی به مقدار 50(mm) و برای سیستم های پیش ساخته به مقدار (mm) 70 ایجاد شود. نرم افزار طراحی این سقف هر اندازه ی مشخص از نا متقارنی را به عنوان داده از مهندس محاسب می گیرد.

مقاطع متفاوت سقف فوق کوتاه

دامنه اندازه دهانه

دامنه اندازه ی دهانه (USFB) بیشتر از سیستم های قدیمی مشابه با خود می باشد. (USFB) ها کاملا به صوررت سفارشی ساخته می شوند.

هر برش”T”  شکل از هر مقطع تیر بین المللی (با نام اختصاری UB ) و یا مقاطع ستون بین المللی (با نام اختصاری UC) می توانند با هر مقطع دلخواه که عموما از مقاطع “UC” تشکیل می شود ترکیب شوند. در کشور انگلستان دهانه هایی با طول 12 متر نیز اجرا شده است.

نسبت طول دهانه به ضخامت

(USFB) ها با توجه به مشخصات مورد نیاز مهندس محاسب و کارفرما تهیه می شوند. بنابراین نرخ طول دهانه به ضخامت، به صورت ثابت و یا حتی به صورت متداولی وجود ندارد. هنگامی که مهندس محاسب بارگذاری، ارتفاع مشخص و یا بیشینه ارتفاع مورد نیاز را وارد می کند، نرم افزار طراحی (USFB) بهینه ترین تیر را بدون نیاز به پارامتر های مذکور، به عنوان خروجی گزارش می کند.

اجرای سقف عرشه فولادی فوق کوتاه

خیز و پیش خیز

همانند تیر های سلولی سنتی، پیش خیز در(USFB)  می تواند بدون هزینه اضافی ایجاد شود. مولفه های T”  “شکل “USFB” می توانند به آسانی قبل از جوش شدن به یکدیگر به «پیش خیز» با اندازه مورد نیاز تنظیم شوند.

پیش خیز
پیش خیز سقف فوق کوتاه

عبور تاسیسات از میان (USFB ) ها

با وجود آنکه سلول ها (حفره ها) در اصل برای عبور میلگرد های همبند کننده سقف هستند، یک کاربرد طبیعی آن ها عبور سرویس های کوچک و لوله های تاسیساتی در ارتفاع تیر فولادی می باشد. این مسئله نیز باعث کاهش بیشتر ارتفاع سقف می شود. باز شو های جان تیر می توانند به صورت دایروی و یا به صورت لوبیایی باشند که به صورت چشمگیری اندازه لوله های تاسیسات عبوری را افزایش می دهند. لوبیایی شدن می تواند به گونه ای باشد که  نیاز به چیدمان بی قاعده ای از میلگرد ها را پوشش دهد.

 

حفره های لوبیایی
جزئیات تیرهای سلولی

محافظت در برابر حریق و خوردگی

محافظت در برابر حریق برای رسیدن به حد مقاومتی مورد نیاز، می بایست در بال پایین فراهم شود. به صورت تجربی متداول است که برای شرایط عادی مقاطعی که قرار است با بتن پوشیده شوند، به علت افزایش پیوند بین فولاد و بتن، رنگ آمیزی نشوند (به غیر از قسمت زیرین و لبه های بال پایین که اکسپوز باقی می مانند). مقاطعی که با بتن پوشیده نمی شوند و لبهها، می بایست مطابق با شرایط محیطی مربوط به پروژه باشند.

مقاوم سازی در برابر حریق

نرم افزار طراحی

 صحت سنجی خروجی تمامی برنامه های طراحی این سقف ها  نسبت به قبل با دقت بیشتری انجام می شود و تحت اثر استاندارد های بالاتری از مدیریت کیفیت قرار می گیرند. مجموعه جدید نرم افزار طراحی شامل:

Cellbeam Automate v7.0

یک ورژن به روز رسانی شده و ارتقاء یافته از [Cellbeam]  که دارای مشخصه عملکردی [Add to table] می باشد که مجموعه ای از مقاطع سقف را به روزرسانی کرده است و بسیاری از رابط ها را شامل یک لینک به نرم افزار  [CellVibe] ارتقاء داده است.

USFB Automate v1.0

(USFB) ها ساخت سقف های کوتاه را تسهیل کرده اند، و در حال حاضر می توان  به راحتی طراحی آن ها را توسط این نرم افزار انجام داد.

براساس ارتفاع حداقل یا ارتفاع مشخص سازه ای، کاربر می تواند با انتخاب گزینه خودکار طراحی، این سیستم ها را برای دستیابی به وزن حداقل انجام دهد. تحلیل هایی برای انتخاب نوع سقف شامل عرشه های فولادی، بتن در جا و یا واحد پیش ساخته می بایست انجام شود.

 رابط ها و قابلیت های نرم افزاری که بر اساس مدل “Cell beam”  موجود است، همچنین مجهز به یک لینک مستقیم به نرم افزار “CellVibe”است. (قابل ذکر است که نرم افزار به صورت رایگان در دسترس است.)

نرم افزار طراحی

CellVibe v1.0

در سال 2007 SCI(UK)  نشریه “P354” را با عنوان روش جدیدی برای طراحی ارتعاشی سقف ها تهیه کرده است. یک مشخصه از این نشریه روش "ساده سازی" شده برای ارزیابی پاسخ دینامیکی سقف های مشبک منتظم است. نسخه جدید نرم افزار  [CellVibe] از روش ساده سازی شده “P354” استفاده می کند، تا روشی با کاربرد آسان و سریع را برای ارزیابی رفتار دینامیکی سقف ها بکار گیرد، که برای آرایش شبکه ای مستقیم الخط تا دهانه هایی به تعداد] 6*6 [را جوابگو است. [CellVibe] دارای ضوابط برای سقف های عرشه فولادی، بتنی در جا و واحد های پیش ساخته می باشد. [CellVibe] همچنین اجازه می دهد تا مقاطع از نرم افزار های   [Cellbeam] و (USFB)  وارد شوند.

چگونه (USFB)  ها را مشخص و نام گذاری کنیم

پیشنهاد می شود تا تمامی عوامل مرتبط با سازه های فولادی از جمله پیمان کاران، سازندگان و نهایتا فروشندگان این مقاطع را با اسامی واحدی ثبت و شناسایی کنند. روش های متعددی برای انجام این کار امکان پذیر است اما از نماد فهرست وار زیر بیشتر استفاده می شود.

نماد گذاری (USFB)

مثال:

ارتفاع250(mm)=

مقطع T شکل فوقانی: 203 x 203 x 52 (Kg/m) UC

مقطع T تحتانی: 305 x 305 x 97 (Kg/m) UC

a:  250(mm) ارتفاع کلی USFB) (

b: 203(mm) عرض اسمی بال مقطع T فوقانی

c: 305(mm) عرض اسمی بال مقطع T تحتانی

d: 74.5 (Kg/m)  جرم (USFB)

تیرهای فوق کوتاه
نام گذاری تیرهای فوق کوتاه

همانطور که عنوان گردید، ارتفاع تیر ها توسط مهندس محاسب با توجه به نیاز مقاومتی و تاسیساتی که می بایست عبور داده شوند، مشخص می شود. نرم افزار طراحی (USFB) ها می تواند مقطعی را که نشانگر ترکیب سلول ها، سلول های پر شده، ارتفاع مقاطع T و ویژگی های دیگری باشد، مشخص کند.

جزئیات کاربردی

برای اجرای سقف های ترکیبی فولادی و بتنی با ارتفاع بسیار کم اطلاعات زیادی از بهترین جزئیات اجرایی وجود دارد. که این جزئیات را برای USFB ها نیز می توان استفاده کرد.

بنابراین، گزینه هایی که در زیر نشان داده شده است، تنها نمونه هایی از جزئیات یا دتایل اجرایی متداول هستند که ممکن است برای USFB ها استفاده شود. مهندس مشاور می بایست به این نتیجه برسد که این جزئیات دستور العمل های پروژه مورد نظرش را اغنا می کند.

سامانه های سقف سازگار

تمامی سیستم های سقف های  سازه ای می توانند با USFB ها ترکیب شوند تا کمترین ارتفاع سقف را برای یک دهانه مشخص به وجود آورند.

واحد های پیش ساخته دارای حفره

قطعه های تو پر پیش ساخته

عرشه های فولادی (مقعر، ذوزنقه ای یا کنگره های عمیق)

جزئیات سقف های فوق کوتاه

بیشترین مزایا هنگامی حاصل می شود که USFB ها را با سیستم های پیش ساخته و یا سقف های عرشه فولادی ترکیب کنیم.

مهندس مشاور می بایست باتوجه به هدف مورد نظر پروژه سیستم سقف مناسب را اتخاذ کند.

برای تامین تکیه گاه مناسب برای سیستم سقف بر روی بال پایین، برجستگی حداقل زیر، مقارن با اجرای خوب و راهنمای تولید سقف برای بال پایین پیشنهاد می شود.

  • سیتم های پیش ساخته حفره دار و قطعات پیش ساخته=75mm
  • عرشه های فولادی=50mm

طره های کناری به آسانی و به طور کارآمدی با عبور میلگردها از میان حفره ها در USFB بدست می آیند.

جزئیات سقف های فوق کوتاه

منابع

Steel Sections