مقاوم سازی سقف وافل با FRP

سقف وافل از انواع سقف های متداول بتنی است که از یک دال بتنی مسلح فوقانی با ضخامت یکسان به همراه شبکه‌ای از تیرچه‌های بتنی منظم که در یک و یا دو امتداد متعامد گسترش یافته‌اند تشکیل می‌شود. سقف‌های وافل از سال 1940 در کشورهای آمریکا و کانادا و با رویکرد بهینه‌سازی سقف‌های دال بتنی و افزایش عملکرد مورد استفاده و سپس در سایر نقاط جهان گسترش پیدا کرده است. عبارت وافل از الگوی شبکه‌ای مربوط به تیرچه‌های منظم تحتانی گرفته شده است. این سقف‌ها بسته به نوع مستطیلی و یا مربعی بودن قالب وافل، در دو دسته یکطرفه و دو‌طرفه طبقه‌بندی می شود.

تاریخچه سقف وافل

سقف های وافل از هزاران سال پیش توسط بشر مورد استفاده قرار می گرفته است و شاید بتوان اولین کاربرد بشر از سقف های وافل را مربوط به بنای آکروپولیس یونان دانست. نمونه دیگری از سقف وافل را میشود در نقاشی معروف شام اخر اثر لئوناردو داوینچی مشاهده نمود. از دیگر سازه های باستانی ساخته شده با سیستم سقف وافل بنای معبد پانتئون رم می باشد که در سال 118 میلادی ساخته شده و همچنان پابرجاست. در اویل قرن 19 و با پیشرفت علوم مهندسی ساخت ساختمان ها با کاربری های مختلف با سیستم سقف وافل در آمریکا و کشورهای اروپایی آغاز گردید.در ایران نیز بسیاری از ساختمان های معروف و مهم همانند کتابخانه ملی، فرودگاه تبریز، راه آهن تهران از این سقف استفاده شده است. البته این نوع سقف ها در ایران قدمتی کمتر از پنجاه سال دارد ولی در حال به یکی از سقف های محبوب بین مهندسی بدل شده است.

ویژگی و مشخصات سقف وافل

اصلی‌ترین المان در اجرای سقف‌های وافل، قالب وافل می‌باشد. وجود قالب‌های وافل درکنار یکدیگر موجب تشکیل تیرچه‌های متعامد، منظم و با عرض و عمق یکسان می‌گردد. از نظر سازه ای استفاده از قالب‌های وافل موجب حذف کنترل‌شده‌ی بتن ناکارمد در نواحی مشخصی از سقف و در نتیجه سبک سازی و بهینه‌سازی در وزن سقف می‌گردد. با استفاده از این تکنیک کاهش پدید آمده در وزن مرده سقف به مراتب موثرتر از کاهش ناچیز سختی دال در مقایسه با دال توپر هم ضخامت می‌باشد. شبکه متعامد تیرچه‌های تحتانی و حفره‌های زیرین سقف وافل در نتیجه چینش قالب‌های وافل در کنار یکدیگر تشکیل می‌شوند که پس از گیرش بتن و قالب‌برداری نمایان می‌گردند. مربع و یا مستطیلی بودن هندسه قالب‌های وافل موجب ایجاد حفره‌های مربعی و یا مستطیلی می‌گردد. از قالب‌های مربعی برای ایجاد سقف وافل دوطرفه و از قالب مستطیلی برای اجرای سقف وافل یکطرفه استفاده می‌گردد. از سقف‌های وافل یکطرفه عمدتا برای ساختمان های با دهانه کوتاه و برای باربری یکطرفه سقف و از سقف‌های وافل دوطرفه برای ساختمان‌های با دهانه‌های بلند و باربری دوطرفه سقف استفاده می‌گردد. بطور کلی سقف‌های وافل دوطرفه از امکانات و مزایای بیشتری نسبت به سقف وافل یکطرفه برخوردار می‌باشد.

 ویژگی های سقف وافل

از ویژگی‌های سقف‌های وافل می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
1. سقف وافل مناسب انواع ساختمان با کاربری‌های‌ گوناگون می‌باشد.
2. سقف وافل را می‌توان برای دهانه‌های کوتاه و بلند استفاده نمود.
3. حجم مصالح مصرفی در سقف وافل کمتر از سیستم های مشابه می باشد.
4. ضخامت سقف وافل در بازه 25 الی 50 سانتی‌متر می‌باشد.
5. ضخامت دال فوقانی در بازه 5 الی 10 سانتی‌متر می‌باشد.
6. فاصله مرکز به مرکز تیرچه ها در بازه 60 الی 90 سانتی متر می‌باشد.
7. عرض تیرچه‌های متعامد در بازه 10 الی 20 سانتی‌متر می‌باشد.

 مزیتهای استفاده از سقف وافل

مزایای متعدد فنی و اقتصادی سقف وافل در مقایسه با سایر سیستم‌های‌ مشابه مانند سقف های مجوف، تیردال، پیش‌تنیده و تیرچه بلوک موجب رشد چشمگیر کاربرد آن شده است. سقف وافل به عنوان راهکاری اقتصادی با قابلیت تطبیق برای انواع ساختمان با کاربری‌ها و دهانه‌های مختلف و با ویژگی سهولت اجرا با استقبال جامعه مهندسان معمار و سازه قرار گرفته است. مشخصه اصلی سقف‌های وافل نمای سازه‌ای زیرین آن‌ها می‌باشد. سقف وافل پس از قالب‌برداری دارای حفره‌های منظم و متناسبی می‌باشند که می‌توان از این ویژگی مستقیما برای نورپردازی و تزئینات معماری استفاده نمود. همچنین می‌توان از سقف کاذب نسبت به پوشش نمای زیرین و اجرای طرح‌های مورد نظر اقدام نمود.

 معایب استفاده از سقف وافل

1. قالب بندی سقف های وافل نیاز به ابزاری خاص و البته هزینه مندی دارد همچنین دسترسی به این تجهیزات در هر منطقه ای مقدور نیست.
2. سقف وافل ارتفاع بیشتری نسبت به دال تخت یا تیرچه دارد بنابراین ارتفاع مفید طبقه را کاهش می دهد.
3. اجرای سقف وافل نیازمند نیروی متخصص و با تجربه است.
4. سقف های وافل برای سطوح شیبدار مناسب نیستند.

 دلایل نیازمندی سقف وافل به ترمیم و مقاوم سازی

بطور کلی بنا به دلایل ذیل سقف های وافل نیاز به مقاوم سازی دارند:
1. بهسازی لرزه‌ای ناشی از عدم در نظرگیری ضوابط ویژه لرزه ای
2. ترمیم بتن که میتواند ناشی از اجرای نامناسب ، فرسودگی ویا نمایان شدن آرماتور باشد.
3. افزایش ظرفیت تحمل بار برای سقف هایی که دچار تغییر کاربری شده اند و یا نیاز به تقویت برای تحمل بارهای وارده دارند.
4. مقاومت در برابر زلزله احتمالی و جلوگیری از پیشامد خسارات جانی و مالی

راهکارهای ترمیم و مقاوم سازی سقف وافل

بنا به نوع نیاز و ترمیم سقف وافل میتوان با استفاده از تزریق بتن ، گروت و یا چسب اپوکسی ترک های به وجود آمده در سطح سقف را ترمیم کرد تا از گسترش و رساندن آسیب جدی به سقف جلوگیری کرد. اما روش بسیار کارآمد تری برای ترمیم و مقاوم سازی سقف های وافل ، استفاده از الیاف FRP می باشد که علاوه بر پوشش ترک های ایجاد شده با افزایش ظرفیت باربری و افزایش مقاومت خمشی سقف از بروز ترک و ایجاد خیز در سقف جلوگیری میکند. یکی دیگر از روشهای افزایش ظرفیت باربری و افزایش مقاومت خمشی سقف استفاده از لمینت FRP در سطح تحتانی سقف است. از آنجا که ظرفیت خمشی دال ناشی از اندرکنش نیروهای کششی و فشاری می‌باشد، کامپوزیت FRP را می توان به منظور افزایش نیروی کششی در وجهی که نیروی کششی به آن وارد می شود اجرا نمود. در بیشتر موارد، دال از مقاومت فشاری کافی برخوردار بوده و نیازی به تقویت ندارد ولی در صورت لزوم میتوان ازکامپوزیت FRP به عنوان بخش از طرح مقاوم سازی در وجهی که نیروی فشاری به آن وارد می‌گردد استفاده نمود.

 مزیتهای ترمیم و مقاوم سازی سقف وافل با استفاده از الیاف FRP

1. الیاف FRP با دارا بودن وزن بسیار سبک باعث افزایش وزن سقف نشده و سقف را در تحمل بارهای وارده تقویت میکند.
2. افزایش استحکام خمشی در دال
3. افزایش سختی و مقاومت دال و کاهش خیز ناشی از بارهای وارده
4. کاهش عمق و عرض ترک و کمک به طولانی شدن عمر مفید سازه
5. عدم ایجاد مزاحمت در بهره برداری هنگام اجرای مقاوم سازی
6. استفاده از الیاف FRP در مقایسه با سایر روش‌ها متداول به عنوان مثال تزریق بتن یا اپوکسی در ترک مقرون به صرفه می‌باشد.
7. ضخامت کم الیاف FRP باعث میشود اخلالی در زیبایی شناسی معماری به وجود نیاید.
8. مقاوم در برابر خوردگی و مقاوم در محیط های اسیدی و بازی است.
9. همچنین با استفاده از سیستم کامپوزیت FRP می توان مقدار خیز و تنش های ایجاد شده در سقف وافل هایی که دارای بازشو می‌باشند را کاهش داد.
10. مقاومت در برابر برش پانچ

 مراحل اجرای مقاوم سازی سقف وافل با FRP

براي مقاوم‌سازي سقف وافل ، مصالح FRP را مي توان بصورت لمینت و يا صفحاتي بر روي سطوح تحت كشش یعنی قسمت تحتانی سقف اجرا نمود . دال‌هاي يك طرفه با تكيه گاه ساده را ميتوان با چسباندن لمینت ها و يـا صـفحات FRP در سطوح تحتاني آنها و در راستاي طولي مقاوم‌سازي نمود. در سقف های وافل دو طرفه مقاوم‌سازی با لمینت های FRP در هر دو جهت صورت گيـرد. البتـه اگـر دال دارای تكيه‌گاه گيردار باشد، نوارهای FRP را بايد در قسمت فوقاني دال نيز اجرا نمود. در صورت وجود تكيه گاه گيردار در لبه هاي دال و ايجاد لنگر منفي در مقطع آن، از لمینتهای FRP در وجه فوقاني دال استفاده نمود.
جهت استفاده از مصالح FRP جهت مقاوم سازی سقف وافل، سطح بتن و سطح الیاف بایستی جهت نصب و اجرای سیستم مقاوم سازی آماده سازی گردد. این آماده سازی شامل مراح زیر است:
1. آماده سازی سطح بتن : ابتدا باید سطح بتن عاری از ناهمواری ها و گرد و غبار شود و سطح بتن ضعیف از سطح جدا شود. پس از عاری سازی سطح بتن باید سطح بتن را با استفاده از چسب رزین برای چسباندن الیاف FRP آماده کرد.
2. آماده سازی سطح FRP : سطحFRP باید عاری از هرگونه چربی و گرد و غبار باشد بنابراین سطح آنرا از آلودگی ها پاک میکنیم.
3. چسباندن FRP بر روی سطح بتن : با استفاده از چسب مخصوص FRP با کیفیت میتوان بخوبی بین FRP و سطح بتن پیوستگی ایجاد کرد و سقف مقاوم شود.