طراحی دال بتنی یک طرفه و دوطرفه

 

 

دال های بتنی جزو یکی از مهم ترین اجزای سازه های بتنی هستند که به دو دسته دال بتنی یک طرفه و دال بتنی دو طرفه تقسیم می شوند اما طراحی دال بتنی به چه صورتی انجام می شود؟ آیا نحوه محاسبه حداقل ضخامت دال بتنی را می دانید؟ به چه علت عملکرد دال مجوف وافل شبیه به دال تخت قارچی است؟ نحوه کنترل خیز مجاز دال بتنی به چه صورتی است؟

1. معرفی انواع دال‌ بتنی

1. 1 دال بتنی یک‌ طرفه

اگر نسبت طول به عرض چشمه دال بتنی بزرگ‌تر از 2 باشد؛ اکثر بارها در امتداد دهانه کوتاه‌تر دال حمل شده و به تیرهای دهانه بزرگ‌تر منتقل می‌شود. در چنین حالتی حتی با وجود تیرهای تکیه‌گاهی در چهار طرف، رفتار دال یک‌ طرفه خواهد بود.

 

شکل 1: جهت توزیع بار در دال یک‌طرفه

 

1. 2 دال بتنی دو طرفه

1. 2. 1 سیستم تیر-دال

از بین دال‌ های دو طرفه، دال‌ هایی که در آن‌ها در چهار طرف دال، تیر وجود دارد از معمول‌ ترین دال‌ ها هستند. در این دال‌ ها به خاطر وجود تیر روی خط واصل ستون‌ ها، صلبیت کافی دارند، بنابراین سیستم سازه‌ ای مناسبی برای تحمل بارهای جانبی به وجود می‌ آورند.

 

شکل 2: دال بتنی دو طرفه با تیر (تیر- دال)

 

1. 2. 2 دال تخت

دال‌های بتن مسلح در مواقعی بدون استفاده از تیر، مستقیماً روی ستون‌ ها تکیه دارند. این‌گونه دال‌ها به دال‌های تخت موسوم‌اند. مواقع استفاده آن‌ها زمانی است که دهانه‌ها خیلی بزرگ نباشند و بارهای سنگینی به دال اعمال نشود. اجرای این نوع دال‌ها به دلیل سادگی قالب‌بندی و آرماتوربندی، آسان‌تر از سیستم تیر-دال است.

 

شکل 3:  دال تخت

1. 2. 3 دال تخت با سرستون (دال تخت قارچی)

با توجه به اینکه در دال‌های تخت در مجاورت ستون‌ها لنگرهای منفی تکیه‌گاهی و تنش‌های ناشی از برش زیاد می‌باشند، گاهی مواقع سرستون‌ها همانند شکل (4) به صورت مخروطی شکل اجرا می شوند و معمولا ضخامت دال در اطراف ستون اندکی افزایش داده می‌شود. به این ناحیه مخروطی ستون، سرستون و به ناحیه برجسته دال، کتیبه می‌گویند. این نوع دال‌ها به دال تخت قارچی نیز معروف‌اند.

 

شکل 4: دال تخت قارچی

1. 2. 4 دال مجوف وافل

نوع دیگری از دال که عملکرد آن شبیه دال تخت قارچی است، دال تخت مجوف (دال مشبک یا دال با تیرچه دو طرفه) می‌باشد. عموما در حالتی که دهانه دال بزرگ باشد، ضخامت دال افزایش می یابد، همچنین در وسط دهانه که لنگر مثبت است مقدار قابل‌توجهی از بتن تحت کشش قرار می‌گیرد. همانطور که می‌دانیم به دلیل عدم توانایی بتن در تحمل کشش، بتنِ تحت کشش از نظر سازه‌ای مفید نبوده و باعث افزایش وزن و مصرف مواد می‌شود. در نتیجه گاهی اوقات برای کم کردن وزن و صرفه‌جویی در بتن مصرفی، در وسط دهانه‌های دال فرورفتگی‌هایی در دو جهت متعامد ایجاد می‌شود. درنتیجه در دال مجوف یا وافل از وزن مرده دال به‌شدت کاسته می‌شود. در این نوع دال‌ها برای افزایش مقاومت برشی دال در اطراف ستون‌ها، آن را به صورت توپر اجرا می‌کنند. گاهی مواقع حتی در امتداد محور واصل ستون‌ها دال را به صورت توپر درمی‌آورند.

 

شکل 5: دال مجوف وافل

1. 2. 5 سیستم دال حبابی (کوبیاکس)

یکی از فناوری‌های نوین در زمینه سبک‌سازی سقف، اجرای دال‌های بتنی توخالی با حفره‌های کروی می‌باشد که اصطلاحاً به آن سقف حبابی می‌گویند. این سیستم، دال دوطرفه مجوفی است که در آن از توپ‌های پلاستیکی به جای بتن میانی دال استفاده شده است و این جایگزینی منجر به سبک‌سازی سقف و کل سازه می‌گردد. استفاده از سقف‌های حبابی سبب کاهش 30 درصدی مصرف بتن در ساخت می‌شود. اجزای سیستم دال حبابی شامل بتن، توپ‌های پلاستیکی، میلگردهای تحتانی و فوقانی است. اگر توپ‌های پلاستیکی استفاده شده در دال به شکل کروی باشد، سقف مورد‌نظر را کوبیاکس گویند و اگر شکل توپ‌های پلاستیکی شبیه مکعب مستطیل باشند، سقف یوبوت گفته می‌شود.

 

شکل 6: سقف کوبیاکس

 

شکل 7: سقف یوبوت

2. دال‌ بتنی یک‌ طرفه

همان‌ طور که در ابتدای مقاله بیان شد، در صورتی که نسبت طول به عرض دال بیشتر از 2 باشد رفتار دال یک‌ طرفه است. دال بتنی یک‌ طرفه بار را در جهت دهانه کوتاه‌ تر به تیرهای دو طرف منتقل می‌کند. به همین جهت آرماتورهای این جهت با استفاده از محاسبات به دست آمده و در جهت دیگر از آرماتورهای حرارتی استفاده می‌شود. در ادامه به تفصیل در این مورد بحث خواهد شد.

1.2 تحلیل خمشی دال‌ بتنی یک‌ طرفه

دال بتن مسلح یک‌ طرفه، به‌ طور اساسی تیر مستطیلی با نسبت عرض به ارتفاع بزرگ است. اما در طراحی دال بتنی یک طرفه عواملی باید مورد توجه قرار گیرد که در طراحی تیرهای معمولی در نظر گرفته نمی‌شود. اگر نواری به عرض واحد در امتداد عمود بر تیرهای تکیه‌گاهی از این دال‌ها بریده شود، می‌توان آن را تیری به عرض واحد (1 متر)، ارتفاعی مساوی ضخامت دال (h) و دهانه‌ ای مساوی فاصله مرکز به مرکز تیرهای تکیه‌گاهی در نظر گرفت. این تیر را می‌توان همانند تیر معمولی با عرض واحد، مورد تحلیل و طراحی قرار دارد. از آنجایی که تمام بارهای دال باید بر تیرهای تکیه‌گاهی وارد شوند، بنابراین تمام میلگردها باید در امتدادی عمود بر امتداد تیرهای تکیه‌گاهی قرار گیرند. همچنین در جهت مخالف (موازی با تیرهای تکیه گاهی) آرماتورهایی برای یکپارچگی و مقابله با ترک‌های ناشی از حرارت و جمع‌شدگی لازم می‌باشد. درنتیجه دال یک‌طرفه ترکیبی از تیرهای مستطیلی است که در کنار یکدیگر قرار گرفته اند.

 

شکل 8: دال بتنی یک‌ طرفه

 

 

تحلیل دال‌های یک‌ طرفه برحسب مورد همانند تحلیل تیرهای ساده یا سراسری است که در حالت دوم (سراسری) برای تحلیل می‌توان از روش‌های تقریبی استفاده کرد. در شکل (9) روش تقریبی برای محاسبه لنگر منفی در بر تکیه‌گاه و لنگر مثبت وسط دهانه نشان داده شده است. پارامتر ثابتی که باید در ضرایب لنگر ذکر شده در شکل ضرب شود برابر  w_u l_n² است که در آن w_u بار نهایی (ضریبدار) وارد بر سطح دال و l_nدهانه آزاد می‌باشد. با توجه به شکل، مقدار ضریب لنگر مثبت (وسط دهانه) در دهانه کناری 1/14 و در دهانه‌های میانی برابر 1/16 بوده و ضریب لنگر منفی (دو طرف دهانه) در تمامی تکیه‌گاه‌ها مساوی 1/12 است. مقدار برش در تکیه‌گاه‌ها برابر 0.5w_u l_n  می‌باشد.

 

شکل 9: ضرایب لنگر در دال یک‌ طرفه

 

در حالت بهره‌برداری و برای جلوگیری از تغییرشکل‌های غیرمجاز، دال باید حداقل ضخامتی داشته باشد تا بتواند عملکرد مناسبی در برابر بارهای وارده داشته باشد. در جدول (1) که در کتاب طراحی سازه‌های بتنی نیلسون آمده است مقادیر حداقل ضخامت دال یک‌طرفه برای دهانه‌ها با شرایط مختلف آمده است.

 

جدول 1: حداقل ضخامت دال یک‌طرفه

دهانه ساده	L/20
یک انتهای سراسری	L/24
دو انتهای سراسری	L/28
طره‌ای	L/10

 

در جدول بالا L دهانه محاسباتی است که در دهانه ساده (دهانه‌ای که دال از دو طرف و بعد از تیرهای تکیه‌گاه‌ها امتداد نیافته است)، مساوی فاصله محور به محور دو تکیه‌گاه یا دهانه آزاد به علاوه ارتفاع مؤثر مقطع (d)، هر کدام که کوچک‌ترند، می‌باشد. در مورد دال‌های یکسره یا سراسری (دهانه‌ای که دال در دو جهت و بعد از تیرهای تکیه‌گاهی امتداد یافته است)، دهانه محاسباتی فاصله محور به محور تکیه‌گاه است.

 

 جدول فوق برای فولاد S400 تنظیم شده است. برای سایر فولاد، مقادیر جدول باید در ضریب (0.4+ f_y ⁄ 670) ضرب شوند.

 

2.2 میلگردهای حرارتی و جمع‌شدگی

به علت پدیده جمع‌شدگی و کاهش دما، بتن تمایل به انقباض (کم شدن حجم) دارد. به علت یکپارچگی دال با تیرهای تکیه‌گاهی و در نتیجه وجود مانع در مقابل کاهش طول دال، این پدیده باعث ایجاد تنش‌های کششی و در نتیجه باعث به وجود آمدن ترک در دال می‌شود که با تعبیه میلگردهای کافی باید این ترک‌ها را طوری در دال توزیع نمود تا عرض ترک‌ها کوچک شده و موجب عوارض زیان‌آور نشوند. با شروع جمع‌شدگی در بتن، میلگردهای حرارتی با انقباض بتن به مخالفت پرداخته و در نتیجه تحت کشش واقع می‌شوند. مقدار جمع‌شدگی در بتنی که توسط این میلگردها مسلح شده است کمتر از بتن غیرمسلح می‌باشد و به علاوه به علت وجود میلگرد در بتن به جای این‌ که تعداد کمی ترک با عرض بزرگ در بتن ایجاد شود، ترک‌های متوالی و موازی در جهت‌های متعامد با عرض موئی ایجاد می‌شوند که باعث هیچ‌گونه ضرری نمی‌شوند.
در دال‌های یک‌ طرفه، وجود میلگردهای محاسباتی در امتداد عمود بر تکیه‌گاه‌ ها، به‌ خوبی با پدیده جمع‌شدگی و تغییرات دما مقابله می‌کند و نیازی به قرار دادن میلگردهای حرارتی اضافی نیست، اما در امتداد عمود بر میلگردهای محاسباتی باید میلگردهایی برای مقابله با جمع‌ شدگی تغییرات دما تعبیه گردد. همانطور که پیش تر هم توضیح داده شد، این میلگردها در محاوره‌ های فنی به میلگردهای حرارتی موسوم‌اند.
در دال‌ها با ضخامت کم میلگردهای حرارتی در یک سفره قرار داده می‌شوند. در صورتی که ضخامت دال زیاد باشد (h≥12 cm)، می‌توان نصف میلگرد حرارتی را در سفره تحتانی و نصف دیگر را در سفره فوقانی قرار داد.

 

منبع :سبز سازه

structuraldesign بتنی ,طرفه ,تیرهای ,دهانه ,میلگردهای ,می‌شود ,تیرهای تکیه‌گاهی ,میلگردهای حرارتی ,امتداد عمود ,حداقل ضخامت ,توپ‌های پلاستیکی منبع