آشنایی با سقف‌های عرشه فولادی و کاربرد آن‌ها

1399/11/25

سقف عرشه فولادی چیست؟

سقف‌های عرشه فولادی سقف‌هایی هستند که با استفاده از دو عنصر ورق‌های فولادی گالوانیزه ذوزنقه‌ای شکل تحتانی و برش گیرها که در این نوع سقف‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد، از سایر سقف‌ها متمایز می‌شود و البته با استفاده از آرماتوربندی و بتن‌ریزی بر روی این ورق فولادی، این نوع سقف اجرا می‌شود. عملکرد این نوع سقف‌ها به صورت یک طرفه بوده و ورق‌های ذوزنقه‌ای به تیرهای فرعی که بصورت مفصلی روی سازه اصلی نصب شده‌اند متّکی می‌باشند. در حقیقت سقف‌های عرشه فولادی مانند همه سقف‌های کامپوزیتی دیگر بوده با این تفاوت که در این مدل، سقف قالب‌های تحتانی، دال بتنی (ورق‌های گالوانیزه ذوزنقه‌ای) ماندگار بوده و البته تا حدی هزینه تمام شده سقف افزایش می‌یابد. این مدل سقف هم اکنون در کشور ایران به عنوان یک مدل سقف سریع الاجرا و لوکس شناسایی می‌شود.

مشخصات سقف عرشه فولادی

سقف پیشرفته عرشه فولادی یکی از سازه‌های سقفی است که از ورق‌های گالوانیزه ذوزنقه‌ای شکل آجدار و بتن مسلح تشکیل شده است و ورق گالوانیزه به تیرها و شاه‌تیرهای فولادی متّصل است. سیستم سقف‌های کامپوزیتی عرشه فولادی قابل اجرا بر روی اسکلت‌های فلزی (پیچ و مهره‌ای و یا جوشی)  و اسکلت‌های بتنی است. در این سیستم‌ ورق‌های گالوانیزه ذوزنقه‌ای آجدار، نقش قالب باربر و ماندگار را بازی کرده و توسط‌ برشگیرهای فولادی استاندارد (گل میخ) به تیرهای اصلی و فرعی متصل می‌شوند. در این سیستم، عملکرد مختلط دال بتن مسلح و ورق فولادی ذوزنقه‌ای، نقش مهمی در تأمین صلبیت سقف و رفتار مطلوب برشی آن خواهد داشت.

تاریخچه سقف‌های عرشه فولادی

سیستم سقف‌های عرشه فولادی در سال 1939 میلادی با تأسیس کمیته صنعتی تکنیکی سقف عرشه فولادی کار خود را به طور رسمی آغاز کرد. در سال 1947 نام سازمان به انستیتو تکنیکی سقف عرشه فلزی تغییر نمود و از سال 1964 تا کنون با نام انستیتو عرشه فولادی فعالیت می‌کند.

صنعت عرشه فولادی در ژانویه 1945 اولین مشخصات فنی این نوع سازه‌ها را تدوین نمود و در سال 1948 کدهای استاندارد پیشنهادی و مشخصات فنی را تدوین کرد. مشخصات فنی و تفسیر آن برای کامپوزیت‌های عرشه فولادی کف در سال 1978 به چاپ رسید. در حال حاضر در بسیاری از کشور‌های جهان از جمله ایران، از این نوع سازه‌ها به منظور استفاده در صنعت ساختمان استفاده می‌شود.

مزایای سقف عرشه فولادی

برتری‌های سقف عرشه فولادی نسبت به سایر روش‌های اجرای سقف:

1. ۲۰% تا ۳۰% صرفه جویی در مصرف فولاد اسکلت سازه.
2. ۶۰% تا ۷۰% صرفه جویی در مصرف میلگرد بتن ریزی کلیه سقف ها در یک زمان.
3. ۱۵% تا ۲۰% صرفه جویی در مصرف بتن سقف.
4. وزن کمتر سقف باعث وزن کمتر سازه شده و اسکلت و فونداسیون ساختمان سبک‌تر می‌شود.
5. وزن بار مرده این پروفیل با۷ سانتی‌متر بتن ۲۱۰ کیلو گرم بر متر مربع است که از وزن سقف کامپوزیت سنّتی با همین خصوصیات فنی ۶۰ کیلو گرم کمتر می باشد.
6. حذف میلگردهای کششی.
7. ۴۰ % سبکتر از سقف های تیرچه بلوک و ۲۲% سبکتر از سقف های کامپوزیت سنتی.
8. بار مرده این سقف با ۵ سانتیمتر بتن رویه ۱۹۰ کیلوگرم و با ۷ سانتی متر بتن رویه ۲۱۰ کیلوگرم بر مترمربع است بنابراین از بار مرده سقف تیرچه و بلوک ۱۵۰ کیلوگرم و از بار مرده سقف کمپوزیت ۶۰ کیلوگرم سبک تر می‌باشد .
9. در ساختمان‌های اسکت فلزی وزن فولاد تا ۲۲ کیلوگرم برمترمربع کاهش خواهد یافت.
10. عبور آسان و سالم تاسیسات از زیر سقف و هم‌چنین تعمیر وتعویض بسیار راحت موارد آسیب دیده از ویژگی‌های سقف عرشه فولادی می‌باشد.
11. وزن این سقف از سایر سقف‌های معمول مثل دال بتنی، کامپوزیت، تیرچه بلوک حدود ۳۰ تا ۶۰ درصد کمتر می‏باشد، (بسته به نوع بتن سبک یا معمولی).
12. وزن کمتر سقف باعث وزن کمتر سازه شده و اسکلت و فونداسیون ساختمان سبک‌تر خواهد شد.
13. لرزش در سقف عرشه فولادی به میزان قابل توجهی به نسبت سقف‌های مشابه کمتر می‌باشد.
14. سرعت اجرا تا دوازده برابر بیشتر از سقف‌های معمول مثل دال بتنی، کامپوزیت و تیرچه بلوک می‏باشد (در یک سطح مشابه).
15. زمان اجرای سقف عرشه فولادی در یک سطح مشابه یک روز و سایر سقف‌های معمول و سنتی در مدت ۱۲ روز می‏باشد.
16. نصب ورق‌ها بدون جوشکاری و فقط با میخ های فولادی مطابق با استاندارد بین المللی و اصول فنی و مهندسی می‌باشد.
17. در این سیستم امکان اجرای سقف و بتن ریزی در کلیه طبقات ساختمان‌های چند طبقه در یک زمان قابل انجام می‏باشد.

تنوع شکل و طرح

این نوع از سقف‌ دارای انواع مختلفی از ابعاد و طرح‌ها می‌باشند که تعدادی از آن‌ها را می‌توان در زیر مشاهده نمود.

معایب

• هزینه: هزینه اولیه یک سقف فلزی در حالت کلی بالاتر از سایر انواع سقف‌ها است. با افزایش قیمت نفت، تفاوت بین سقف‌های فولادی و آسفالتی کاهش پیدا می‌کند.
• نویز: سقف‌های فلزی نسبت به سایر انواع سقف‌ها دارای نویز بیشتری هستند.
• برف: برف جمع شده بر روی سقف ممکن است از روی سقف لیز خورده و بر سر افراد بیفتد و باعث آسیب شود. البته در این موارد از محافظ‌های مناسب برای برف استفاده می‌شود.

اجزای تشکیل دهنده سقف عرشه‌های فولادی:

الف) ورق فولادی

لازم به ذکر است که اغلب ورق‌های عرشه فولادی عرضه شده به بازار، نوع فولاد مورد استفاده را مشخص نمی‌کنند و این مسئله ممکن است باعث سردرگمی خریدار گردد. ورق‌های فولادی استفاده شده برای سقف‌های عرشه فولادی در تطابق با استاندارد ASTM A 1008 هستند. بقیه فولادهای ساختمانی یا فولادهای پراستحکام عرضه شده در این زمینه در تطابق با استاندارد AISI S 100  خواهند بود. پرکاربردترین گریدهای استفاده شده در سقف‌های عرشه فولادی، گریدهای 33 و 80 بوده و گرید 80 کاربرد بیشتری دارد. در کانادا، اغلب سقف‌های عرشه فولادی با گرید 40 به بازار عرضه می‌شوند. جدول زیر ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی این فولادها را براساس استاندارد ASTM A 1008 نشان می‌دهد.

لازم به ذکر است که گریدهای 33 و 40 تقریباً معادل گرید SGC340 و گرید 80 تقریباً معادل با گرید SGC570 است.

ورق‌های فولادی شاخص‌ترین مصالح این نوع سقف می‌باشد که برای ساخت آن ورق فولادی گالوانیزه (هر دو طرف) با ضخامت‌های حدود0.8 تا 1.2 میلی‌متر را به وسیله دستگاه‌های شکل‌دهی نوردی به روش نورد سرد به حالت موجدار شکل‌داده به صورتی که در مقطع ورق حاصله هر موج به شکل یک ذوزنقه دیده می‌شود. برای محاسبه مشخصات هندسی مقطع می‌بایست از ضخامت پوشش گالوانیزه صرف نظرنمود. همچنین عرض متوسط کنگره‌های پرشده با بتن نمی‌بایست کمتر از 50 میلی‌متر باشد.

ضمن رعایت ضوابط موجود برای این ورق‌ها می‌توان آنها را برای کاربری‌های مختلف به حالت‌های خاصی از ذوزنقه شکل داد تا به قابلیت‌های جدیدی دست یابند. این ورق‌ها می‌بایست در جان خود (قسمت شیبدار ورق) دارای فرورفتگی‌ها و برجستگی‌هایی باشند تا درگیری بین فولاد و بتن را ایجاد نمایند. در طی مراحل بارگیری، حمل و دپوی این ورق‌ها، می‌بایست دقت لازم برای جلوگیری از تغییرشکل آنها صورت گیرد.

استفاده از ورق گالوالوم در سازه های عرشه فولادی

پوشش گالوالوم یا 55%Al-Zn  بدلیل حضور عنصر آلومینیوم در شرایط یکسان مقاومت خوردگی به مراتب بهتری نسبت به محصولات گالوانیزه دارد. ورق پایه مورد استفاده در این محصول مطابق با استاندارد ( ASTM A 1008 مشابه محصول گالوانیزه) و محصول نهایی نیز مطابق با استاندارد ASTM A 792 (8) می باشد. استفاده از ورق گالوالوم در بازار سازه های عرشه فولادی(Steel Deck)  هر روز نسبت به ورق گالوانیزه مورد اقبال بیشتری واقع می شود، از جمله دلایل برتری این محصول نسبت به گالوانیزه می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1-برخورداری از قابلیت سد محافظ و آند فدا شونده پوشش گالوانیزه و همچنین تشکیل ترکیبات آلومینیمی پایدار مقاوم به خوردگی به ویژه در لبه‌های برش خورده

2-مقاومت به خوردگی 2 تا 4 برابر نسبت به پوشش‌های گالوانیزه و لذا عمر کاری بالاتر

3-زیبایی و قابلیت مناسب بازتاب نور در کنار عمر کاری بالاتر منجر به ایجاد صرفه اقتصادی بیشتری خواهد شد.

4-فرم پذیری بهتر و امکان تهیه سازه هایی با گام های پیچیده تر

5-چسبندگی بهتر پوشش گالوالوم نسبت به بتن در مقایسه با گالوانیزه

بر اساس برتری مقاومت به خوردگی پوشش های گالوالوم نسبت به گالوانیزه مطابق با استاندارد ASTM A 792  می توان جدول زیر را برای ورق های گالوالوم پیشنهاد کرد:

جدول1- مقاومت به خوردگی پوشش‌های گالوالوم

بررسی عمر ورق گالوالوم نسبت به گالوانیزه در محیط‌های روستایی، صنعتی (شهری) ، ساحلی و دریایی در جدول زیر قابل مشاهده است:

جدول زیر بررسی عمر ورق گالوالوم نسبت به گالوانیزه در محیط های روستایی، صنعتی (شهری) ، ساحلی و دریایی

البته شایان ذکر است نرخ وزن پوشش از دست رفته محصول گالوالوم در مجاورت بتن و رطوبت بدلیل تشکیل ترکیبات کلرایدی بیشتر از محصول گالوانیزه می باشد. به عبارت دیگر سطحی از عرشه فولادی که در تماس با بتن می‌باشد نسبت به سطح دیگر آن نرخ خوردگی بالاتری داشته که این موضوع از معایب این محصول محسوب می‌شود.

محصول گالوالوم مشابه گالوانیزه به صورت رنگی و غیر رنگی در ساخت سازه های عرشه فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در محصول پیش رنگ شده، انواع مختلف رنگ ها در خطوط پیوسته رنگ به سطح ورق اعمال می شوند. به طوری‌که فرآیند تمیزکاری، اعمال آستر رنگ، رنگ پشتی و رنگ رویی تماما در یک خط انجام می شوند. ضخامت رنگ آستر از 5 میکرون تجاوز نمی‌کند و ضخامت رنگ رویی کاملا وابسته به نوع رنگ و محل مصرف سازه دارد. این شامل انواع رنگ‌های پلی استری، سیلیکون پلی استر، فلوروکربن و پلاستیسول می‌باشد.

ب) برشگیر

برشگیرها یا گل میخ‌های خاصی که در این نوع سقف استفاده می‌شود به جهت نوع مصالح و روش خاص اجرا، یکی دیگر از نقاط قوت این نوع سقف محسوب می‌شود. قطر این برشگیرها حداکثر 20 میلی‌متر و ارتفاع آنها بسته به شکل ورق فولادی متغیر است. در نهایت حداقل ارتفاع گل میخ بعد از نصب که از بالای ورق ذوزنقه‌ای اندازه‌گیری می‌شود، نباید کمتر از 401 میلی‌متر باشد.

این گل میخ‌ها به وسیله دستگاه جوش قوس الکتریکی خاصی به بال تیرهای سازه‌ای جوش می‌شود. این فرایند جوشکاری می‌تواند هم به صورت مستقیم روی بال تیر سازه‌ای انجام گیرد و هم از روی ورق فولادی انجام گیرد. قبل از قرارگیری گل میخ یک حلقه سرامیکی در محل جوش قرار می‌گیرد تا از حوضچه مذاب ایجاد شده در لحظه ایجاد قوس الکتریکی محافظت کند.

ج) آرماتور

آرماتوربندی در 4 مورد زیر می‌بایست اجرا گردد:

1. مقاومت در برابر لنگر منفی در دهانه‌های ممتد و کنسول‌ها
2. بارهای متمرکز یا بازشوها
3. آرماتور حرارتی
4. مقاومت در برابر لنگر مثبت در صورتی که از نظر عملکرد کششی ورق فولادی صرف‌نظر شود.

آرماتوربندی این سقف در صورتی که با استفاده از میل‌گردهای آجدار مرسوم و موجود در بازار صورت گیرد، تا حدودی وقت‌گیر (نسبت به سایر مراحل اجرای این نوع سقف) خواهد بود. اما در صورت استفاده از مش‌های آماده، این مرحله از اجرای سقف نیز با سرعت قابل قبولی صورت خواهد پذیرفت. البته این مش‌های آماده می‌بایست مطابق با استانداردهای مربوطه ساخته شده و حمل و نصب گردند.

د) بتن

مقاومت فشاری بتن مورد استفاده با توجه به اینکه از بتن سبک یا معمولی استفاده شود می‌تواند از 200 تا 300 کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع متغیر باشد که با توجه به نوع بارگذاری و مشخصات دهانه تعیین خواهد شد.