بررسی استحکام سقف وافل در سازههای بتنی
سقف وافل یکی از سیستم‌های نوین و کارآمد در سازههای بتنی است که به دلیل ویژگی‌های هندسی خاص خود، علاوه بر کاهش وزن مرده‌ی سازه، استحکام و عملکرد خمشی بالایی را فراهم می‌کند. این مقاله به بررسی عوامل مؤثر بر استحکام سقف وافل، رفتار سازه‌ای آن در مقایسه با سایر سیستم‌های سقفی و مزایا و محدودیت‌های آن می‌پردازد.
مقدمه
در سال‌های اخیر، نیاز به سیستم‌های سازه‌ای سبک، مقاوم و اقتصادی باعث رشد استفاده از سقف‌های وافل در پروژه‌های عمرانی شده است. سقف وافل به دلیل داشتن مقاطع مشبک (waffle) شبیه به شبکه‌ای از تیرچه‌های متعامد، توانایی بالایی در توزیع بار و مقاومت در برابر خمش و برش دارد.
تعریف سقف وافل
سقف وافل (Waffle Slab) نوعی دال دوطرفه بتنی است که در آن از قالب‌های موقت یا دائمی با شکل شبکه‌ای استفاده می‌شود. این قالب‌ها باعث ایجاد حفره‌هایی در زیر سقف می‌شوند که ضمن کاهش وزن، ظاهر معماری زیبایی نیز ایجاد می‌کنند.
عوامل مؤثر بر استحکام سقف وافل
شکل و ابعاد قالب وافل
هرچه عمق و ضخامت دال وافل بیشتر باشد، ظرفیت خمشی سقف افزایش می‌یابد. نسبت دهانه به ضخامت در طراحی سقف وافل معمولاً بین ۳۰ تا ۴۰ در نظر گرفته می‌شود.
آرماتورگذاری
نحوه‌ی قرارگیری میلگردهای اصلی و تقویتی در دو جهت متعامد تأثیر زیادی بر مقاومت خمشی و برشی دارد. در سقف‌های وافل دوطرفه، توزیع یکنواخت میلگردها در دو جهت باعث افزایش استحکام و کاهش تمرکز تنش می‌شود.
کیفیت بتن
استحکام فشاری بتن نقش کلیدی در مقاومت کلی سقف دارد. بتن با رده مقاومت بالاتر (مثلاً C30 یا بالاتر) موجب افزایش ظرفیت باربری سقف وافل خواهد شد.
شرایط تکیه‌گاهی و نحوه‌ی اجرا
تکیه‌گاه‌های مناسب و اجرای دقیق قالب‌بندی و بتن‌ریزی از بروز ترک، خمش یا افت مقاومت جلوگیری می‌کند. همچنین لرزش‌گیری قالب‌ها در هنگام بتن‌ریزی اهمیت زیادی دارد.
مقایسه استحکام سقف وافل با سایر سیستم‌ها
| نوع سقف | مقاومت خمشی | مقاومت برشی | وزن سازه | نیاز به تیر |
| تیرچه‌بلوک | متوسط | کم | متوسط | دارد |
| دال تخت | زیاد | متوسط | زیاد | ندارد |
| وافل | زیاد | زیاد | کم‌تر | ندارد |
نتایج تحقیقات نشان می‌دهد که سقف وافل نسبت به دال تخت، در وزن مرده حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد سبک‌تر است و مقاومت خمشی آن تا ۱.۲ برابر بیشتر گزارش شده است.
مزایای استحکام بالای سقف وافل
- توانایی تحمل دهانه‌های بزرگ‌تر بدون نیاز به تیرهای میانی
• کاهش تغییرشکل (deflection) در اثر بارگذاری
• مقاومت بالا در برابر ارتعاشات و زلزله
• کاهش ترک‌های سطحی به دلیل توزیع یکنواخت تنش
محدودیت‌ها و ملاحظات اجرایی
- نیاز به دقت بالا در قالب‌بندی و تراز بودن سطوح
• زمان بیشتر برای نصب و جمع‌آوری قالب‌ها
• هزینه اولیه نسبتاً بالاتر در مقایسه با سقف تیرچه‌بلوک
نتیجه‌گیری
سقف وافل با توجه به ساختار شبکه‌ای خود، یکی از مقاوم‌ترین سیستم‌های سقفی در سازههای بتنی محسوب می‌شود. این سیستم علاوه بر افزایش استحکام خمشی و برشی، باعث کاهش وزن مرده سازه و در نتیجه بهبود عملکرد لرزه‌ای ساختمان می‌شود. در صورت اجرای صحیح و انتخاب مناسب ابعاد و آرماتورها، سقف وافل می‌تواند گزینه‌ای ایده‌آل برای سازههای بلندمرتبه، پارکینگ‌ها و ساختمان‌های عمومی باشد.
منابع
۱٫ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران – طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه
۲٫ Park & Paulay, Reinforced Concrete Structures, Wiley, 1975.
۳٫ ACI 318-19, Building Code Requirements for Structural Concrete.
