تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی
تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی از خرپای فولادی و پاشنه بتنی تشکیل شده و در صورتی که دارای قالب سفالی باشد تیرچه کفشک دار نامیده می‌شود. فن سقف سازی با استفاده از تیرچه و بلوک در واقع ترکیبی از دو روش پیش ساختگی و بتن ریزی در محل است. مزایای پیش ساختگی از قبیل سرعت ساخت، کاهش هزینه‌های قالب بندی و میلگرد گذاری، کیفیت خوب قطعه ساخته شده در کارخانه‌ها با جنبه‌های مثبت بتن ریزی در محل و به ویژه نیاز نداشتن به جرثقیل تلفیق شده است.
در ایران در چند سال اخیر با توجه به تکامل کاربردی مصالح ساختمانی استفاده از تیرچه و بلوک به جای تیر آهن طاق ضربی در سقف، گسترش چشمگیری داشته است. دلیل این امر، مزایای یکپارچگی سقف و مصرف کمتر فولاد در این نوع از سقف‌هاست که با وجود مصرف کمتر فولاد، مقاومت این سقف‌ها نه تنها از مقاومت سقف نوع تیرآهن – طاق ضربی کمتر نیست بلکه در مقابل نیروهای ناشی از زلزله پایداری آن بیشتر است.
مزایایی نیمه پیش ساختگی مانند سرعت ساخت، کاهش هزینه‌های قالب‌بندی و میلگرد گذاری، کیفیت مطلوب ساخته شده در کارخانه، همراه با جنبه‌های مثبت بتن ریزی در محل، استفاده روزافزون از تیرچه‌های خرپایی و بلوک را در سقف‌سازی موجب شده است. به ویژه آنکه امکان تولید در محل کارگاه با کیفیت مورد نیاز سهولت اجرا و فراگیری آن را نیز باید به مزایایی پیش گفته افزود.
اجزای تشکیل دهنده تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی
تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی برای تحمل مراحل دو گانه باربری از اجزای زیر تشکیل شده است.
- عضو کششی
- میلگردهای عرضی
- میلگرد بالایی
- بتن پاشنه تیرچه
عضو کششی
در مرحله اول باربری تیرچه فولاد زیرین خرپا به عنوان عضو کششی خرپای تیرچه باید قادر به تحمل نیروی کششی (حاصل از لنگر خمشی) ناشی از وزن خود تیرچه در زمان حمل و نقل باشد. و همچنین قادر به تحمل نیروی کششی (حاصل از لنگر خمشی) ناشی از وزن مرده سقف در فاصله محور تا محور تیرچه‌ها و بین دو تکیه گاه موقت (شمع بندی) باشد.
در مرحله دوم باربری تیرچه، فولاد زیرین خرپا به عنوان عضو کششی تیر T عمل می‌کند.
میلگردهای عرضی
در مرحله اول باربری، میلگردهای عرضی همانند عضو مورب خرپا عمل می‌کنند و به کمک اعضای کششی و بالایی ایستایی لازم را جهت وزن خود تیرچه (در هنگام حمل و نقل) و وزن مرده سقف بین تکیه گاه‌های موقت (در هنگام اجرا) تامین می‌نمایند. در مرحله دوم باربری تیرچه، میلگردهای عرضی پیوستگی لازم بین میلگرد کششی خرپا و بتن پوششی (بتن درجا) را تامین نماید. همچنین مقابله با نیروی برشی تیر T به وسیله میلگردهای عرضی انجام میگیرد.
در بعضی از انواع تیرچه‌های پیش ساخته، در خرپا به جای میلگرد از ورق خمکاری شده به جای عضو کششی – میلگرد عرضی – میلگرد بالایی استفاده می‌شود.
میلگرد بالایی
در مرحله اول باربری فولاد تعبیه شده در قسمت بالای تیرچه، به عنوان میلگرد بالایی خرپا عمل می‌نماید و به کمک دیگر اعضای خرپا، وزن تیرچه را هنگام حمل و نقل و همچنین وزن مرده سقف را در فاصله دو تکیه‌گاه موقت (هنگام قالب بندی و بتن ریزی پیش از مقاومت رسیدن بتن پوششی) تحمل می‌کند.
در مرحله دوم باربری تیرچه، اگر میلگرد بالایی در ضخامت بتن پوششی و بالاتر از سطح بلوک‌ها قرار گیرد در نقش فولاد افت حرارتی مقطع مرکب سقف عمل می‌کند (در مقطع تیر T) و در صورتی که پایین‌تر از سطح بلوک‌ها قرار میگیرد، نقشی نخواهد داشت.
بتن پاشنه تیرچه پیش ساخته
برای تامین تکیه‌گاه بلوک‌ها و نیز برای پرهیز از قالب بندی قسمت زیرین جان تیر T در موقع اجرا، بتن پاشنه تیرچه در کارخانه ریخته می‌شود. حسن دیگر این عمل این است که به علت فراهم بودن شرایط بهتر اجرا در کارخانه پوشش آرماتورهای کششی به صورت مطمئن‌تری تامین می‌شود. این پوشش در مقاومت سقف در برابر آتش سوزی اثر بسزایی دارد.
ویژگی‌ها و مشخصات فنی تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی
سقف‌های اجرا شده با تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی دارای محدودیت‌های به شرح زیر هستند.
- فاصله محور تا محور تیرچه‌ها نباید از ۷۰ سانتیمتر بیشتر باشد.
- بتن پوششی قسمت بالایی تیر (بتن روی بلوک) نباید از ۵ سانتیمتر یا ۱/۱۲ فاصله محور به محور تیرچه‌ها کمتر باشد.
- حداقل فاصله دو بلوک دو طرف یک تیرچه پس از نصب نباید کمتر از ۶/۵ سانتیمتر باشد.
- ضخامت سقف برای تیرهای با تکیه گاه ساده نباید از ۱/۲۰ دهانه کمتر باشد. در مورد تیرهای یکسره (تکیه‌گاه‌های گیردار) نسبت ضخامت به دهانه به ۱/۲۶ کاهش می‌یابد. در سقف‌هایی که مسئله خیز مطرح نباشد، این مقدار تا ۱/۳۵ دهانه نیز کاهش می‌یابد.
- حداکثر دهانه مورد پوشش سقف (در جهت طول تیرچه پیش ساخته خرپایی) با تیرچه منفرد نباید ار ۸ متر بیشتر شود. توصیه می‌شود برای اطمینان بیشتر دهانه مورد پوشش بیشتر از ۷ متر نباشد.
ویژگی‌های هر یک از اجزای تشکیل دهنده تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی
عضو کششی
حداقل تعداد میلگرد کششی دو عدد بوده و سطح مقطع میلگردهای کششی از طریق محاسبه تعیین می‌شود. در هر صورت سطح مقطع میلگرد کششی برای فولاد نرم از ۰/۰۰۲۵ و برای فولاد نیم سخت و سخت از ۰/۰۰۱۵ برابر سطح مقطع جان تیر نباید کمتر باشد. توصیه می‌شود قطر میلگرد کششی از ۸ میلیمتر کمتر و از ۱۶ میلیمتر بیشتر نباشد. در مورد تیرچه‌هایی که ضحامت بتن پاشنه آنها ۵/۵ سانتیمتر یا بیشتر باشد، می‌توان حداکثر قطر میلگرد کششی را به ۲۰ میلیمتر افزایش داد. برای صرفه جویی در مصرف فولاد پیوستگی بهتر آن با بتن معمولاً از میلگرد آجدار به عنوان عضو کششی استفاده می‌شود. حداکثر سطح مقطع میلگردهای کششی یستگی به نوع فولاد و بتن مصرفی دارد.
توصیه می‌شود سطح مقطع میلگردهای کششی از ۲/۵ سطح مقطع جان تیر بیشتر نشود. برای صرفه جویی در مصرف فولاد در تولید خرپا از فولاد نوع نیم سخت و سخت استفاده شود. برای استفاده اقتصادی‌تر از فولادهای گرم نورد شده می‌توان حد کشسانی (ارتجاعی) آنها ار به وسیله تغییر شکل دادن به طور سرد افزایش داد.
فاصله آزاد بین میلگردهای کششی نباید از قطر بزرگترنی دانه شن بتن مورد مصرف در پاشنه تیرچه به اضافه ۵ میلیمتر کمتر باشد.
فاصله میلگرد کششی از لبه جانبی پاشنه تیرچه، به شرط وجود بلوک، نباید از ۱۰ میلیمتر کمتر باشد و فاصله آزاد میلگرد کششی از سطح پایین تیرچه (پوشش بتنی روی میلگرد) نباید از ۱۵ میلیمتر کمتر است. در صورتی که از کفشک (قالب سفالی) استفاده می‌شود فاصله آزاد میلگرد کششی از قسمت بالایی کفشک نباید از ۱۰ میلیمتر کمتر باشد.
پوشش روی میلگردها مربوط به تیرچه‌های مورد استفاده برای فضاهای داخلی ساختمان‌ها است. در صورتی که این تیرچه‌ها در محیط‌های باز، مانند بالکن یا در فضاهایی که دارای مواد زیان آور برای بتن است، ادامه یابند، اجرای یک لایه اندود ماسه سیمان پرمایه به ضخامت حداقل ۱۵ میلیمتر در زیر پوشش ضروری است. در ساختمان‌هایی که خورندگی فراگیر است یا در اقلیم‌های خورنده باید حداقل ضخامت پوشش بتنی روی میلگردها را به ۳۰ میلیمتر افزایش داد.
میلگردهای عرضی
این میلگردها جهت منظورهای زیر در تیرچه مصرف می‌شوند.
- تامین اینرسی لازم جهت مقاومت تیرچه در هنگام حمل و نقل
- تامین مقاومت لازم جهت تحمل بار بلوک و بتن پوششی در بین تکیه گاه های موقت پیش از به مقاومت رسیدن بتن.
- تامین پیوستگی لازم بین تیرچه و بتن پوششی (درجا)
- تامین مقاومت برشی مورد نیاز تیرچه
برای میلگردهای عرضی از نوع فولاد نرم نیم سخت استفاده می‌شود که به صورت مضاعف یا منفرد تولید می‌شود. حداقل قطر میلگردهای عرضی مضاعف ۵ میلیمتر و برای خرپای با میلگرد عرضی منفرد ۶ میلیمتر است. در مورد خرپاهای ماشینی میلگردهای عرضی به طور مضاعف و از نوع نیم سخت است. قطر میلگردهای عرضی این نوع خرپاها بین ۴ الی ۶ میلیمتر تغییر می‌کند. حداقل زاویه میلگرد عرضی نسبت به خط افق ۳۰ درجه است. و معمولاً از ۴۵ درجه کمتر نیست. ارتفاع خرپای تیرچه معمولاً با توجه به ضخامت سقف که خود تابعی از دهانه مورد پوشش است، تعیین می‌شود. فاصله میلگردهای عرضی متوالی در تیرچه‌ها حداکثر ۲۰ سانتیمتر است. در بعضی از انواع تیرچه‌ها به جای میلگردهای عرضی از ورق خمکاری شده یا تسمه استفاده می‌شود.
میلگرد بالایی
از میلگرد بالایی (میلگرد ساده یا آجدار) به منظور تحمل نیروی فشاری خرپا در مرحله اول باربری تیرچه استفاده می‌شود و قطر آن با توجه نوع میلگرد و طول دهانه، فاصله تیرچه‌ها، ارتفاع خرپای و ضخامت بتن پوششی همچنین فاصله‌های جوش‌های میلگرد عرضی از ۶ میلیمر تا ۱۲ میلیمتر متفاوت است. در بعضی از انواع تیرچه‌ها از تسمه یا ورق به جای میلگرد بالایی استفاده می‌شود.
میلگرد کمکی اتصال
این میلگرد به منظور مهار کردن میلگردهای کششی و امکان استقرار بیش از دو میلگرد کششی در پاشنه تیرچه به کار برده می‌شود. قطر میلگردهای کمکی اتصال، ۶ میلیمتر و طول آنها در حدود فاصله میلگردهای کششی است. میلگردهای کمکی اتصال در فواصل ۴۰ تا ۱۰۰ سانتیمتری از یکدیگر نصب می‌شوند. در بعضی از کارخانه‌ها‌ی تولید تیرچه که جهت قالب تبن پاشنه از ناودانی استفاده می‌شود. معمولاً بتن پاشنه تا انهتای میلگرد کششی ادامه می‌یابد. در این موارد بهتر است میلگرد کمکی در فاصله ۱۲ سانتیمتری از دو انتهای میلگرد کششی نصب شود تا هنگام اجرای سقف و در صورت شکستن دو سر تیرچه جهت نمایان شدن میلگرهای کششی خرپا صدمه نبیند.
محاسبه طول میلگرد تقویتی
در عمل خرپای تیرچه همواره مرکب از دو میلگرد کششی اصلی، خاموت منفرد یا مضاعف و یک میلگرد بالایی است. بنابراین در صورتی که برای جذب لنگگر حداکثر میلگردهای کششی بالا کافی نباشند می‌توان میلگردهای دیگری در داخل خرپا تعبیه نمود. این میلگردها را میلگرد تقویتی می‌نامند که توسط میله‌های عرضی اتصال در داخل خرپا نصب می‌شوند. لیکن با توجه به شکل منحنی توزیع خمش تیرهای با تکیه گاه ساده، لزومی ندارد که این میلگردها تا تکیه گاه ادامه داشته باشند.
خواص مکانیکی و ترکیبات شیمیایی فولاد بتن در تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی
ترکیب شیمیایی فولاد عامل بسیار مهمی برای تعیین مشخصات فولاد است. آهن خالص (فریت) دارای مقاومت کششی نسبتاً کم است که با ترکیب نمودن آن با کربن، منگنز، سیلیسیوم، کرم و غیره مقاومت آن به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش یافته و خواص مکانیکی آن تغییر می‌کند. درصد وزنی کل ترکیبات فولاد معمولاً به ۰/۶ تا ۱/۶٪ محدود می‌شود.
کربن
مقدار کربن در فولاد معرف جنس فولاد است. کربن فولاد را ترد و شکننده کرده و به تاب کششی آن می‌افزاید و سختی آن را زیاد می‌کند. با افزایش کربن، جوش‌پذیری فولاد کم می‌شود. بدین روی در فولاد بتن درصد آن را معمولاً به ۰/۲ ٪ تا ۰/۳ ٪ وزن فولاد محدود می‌کنند.
منگنز
بدون آنکه مومسانی (پلاستیسیته) فولاد را تغییر دهد، به تاب کششی آن می‌افزاید و مقاومت به خوردگی و سختی آن را زیادتر می‌کند. به فولاد معمولاً از ۰/۵ تا ۱٪ وزنش منگنز می‌زنند.
سیلیسیم
با وجود آنکه مقاومت و سختی فولاد را بالا می‌برد ولی قابلیت جوشکاری آن را کم می‌کند. سیلیسیم فولاد را ترد و نورد کردن آن را مشکل می‌سازد.
فسفر
فولاد را ترد می‌کند و وجود فسفر بیش از حد، فولاد را شکننده می‌سازد.
گوگرد
گوگرد مایع فولاد ذوب شده را غلیظ می‌کند و از چکش خواری آن می‌کاهد، به طوری که فولاد سرخ شده نیز زیر ضربه پتک می‌شکند. برای ساخت تیرچه خرپایی معمولاً از میلگرد استفاده می‌شود. میلگرد مورد استفاده علاوه بر حد کشسانی کافی باید جوش پذیر بوده و حداقل مجاز تنش در مرحله گسیختگی را دارا باشد. این مقدار تنش در مورد فولاد نرم به ۲۰٪ و برای فولادهای نیم سخت به ۱۸٪ و در مورد فولادهای اصلاح شده به ۸٪ محدود می‌شود.
جوشکاری تیرچه‌های پیش ساخته خرپایی
اتصال میلگردهای عرضی و اعضای بالایی و زیرین خرپای تیرچه معمولاً توسط نقطه جوش تامین می‌شود. البته می‌توان از هر نوع عمل جوشکاری مناسب جهت اتصال اعضای خرپا استفاده کرد. مشروط بر آنکه در مرحله جوشکاری از سطح مقطع اعضای خرپای تیرچه کاسته نشود.
برای اتصال اعضای خرپای تیرچه، از روش جوش مقاومتی (جوش الکتریکی نقطه‌ای) در مورد میلگردهای گرم نورد شده، بدون محدود کردن قطر آنها به راحتی می‌توان استفاده کرد. در صورتی که برای اتصال میلگردهای سرد اصلاح شده جوش مقاومتی فقط موقعی قابل اجرا است که دست کم یکی از دو میله مورد اتصال دارای قطری کمتر از ۱۰ میلیمتر باشد. در غیر این صورت خطر از بین رفتن افزایش مقاومت به دست آمده از اصلاح سرد وجود خواهد داشت.
روش جوشکاری یا قوس الکتریکی برای اتصال میلگردهای اصلاح شده مجاز نیست و فقط میلگردهای گرم نورد شده به قطر بالاتر از ۸ میلیمتر را می‌توان با این روش جوشکاری نمود.
