تیرچه های پیش ساخته خرپایی

مقدمه
فن تیرچه و بلوک ، تلفیق دو روش پیش ساختگی و بتن ریزی در محل است که در آن ، قالب تحتانی به کلی حذف می شود. در این روش ، فولادهای کششی و برشی ( عرضی ) و پوشش بتنی فولادهای اصلی ، بصورت تیرچههای پیش ساخته در کارخانه تولید می شوند. در کارگاه ، پس از قرار دادن تیرچه ها به فاصله های معین و شمعبندی زیر تیرچه ها ، بلوکها را بین دو تیرچه مجاور قرار داده و سپس آرماتورهای حرارتی را نصب و بتن ریزی می نمایند ؛ به طوری که حداقل ضخامت بتن در روی بلوک ، پنج سانتیمتر باشد. پیش از حصول مقاومت بتن پوششی ، وزن بلوک ها و بتن توسط تکیه گاههای موقت تحمل می شود و پس از حصول مقاومت بتن پوششی ، تیرهای t شکل چسبیده و مجاور هم لنگر خمشی حاصل از بارهای قائم سقف را تحمل ، و به تیرهای اصلی منتقل می کنند.
اجزای اصلی تشکیل دهنده سقف تیرچه و بلوک
سقف اجرا شده با تیرچه و بلوک از انواع سقف های با پشت بند ( تیرک دار ) بتنی است که تحمل فشار به بتن بالایی با ضخامت حداقل پنج سانتیمتر واگذار می گردد و کشش توسط میلگردهای کششی تیرچه ( میلگردهای تحتانی تیرچه ) تحمل می شود. بتن بالایی همچنین ، همانند یک دال نازک با دهانه ای برابر فاصله دو تیرچه ، خمش موضعی را در محل بین دو تیرچه تحمل می کند. در این نوع سقف ، تیرچه ها به فاصله حداکثر 70 سانتیمتر ( محور تا محور ) کنار هم و در امتداد دهانه کوتاهتر سقف قرار می گیرند و با بتن پوششی که در محل ریخته می شود و ضخامت آن حداقل پنج سانتیمتر است ، تیرهای t شکل چسبیده و مجاور هم را تشکیل می دهند. برای پرکردن فاصله تیرچه ها ، از عناصر گوناگون ، مانند آجرهای توخالی ، بلوکهای بتنی و حتی پلاستیک و چیزهای دیگر استفاده می شود. این عناصر پرکننده در سقف تحمل نیرو نمی کنند.
بنابراین ، سقف تیرچه و بلوک از اجزای اصلی ، به شرح زیر تشکیل می شود :
1- تیرچه
2- بلوک
3- میلگرد حرارتی و افت و میلگرد منفی
4- بتن پوششی ( درجا )

که نقش هریک از این اجزا در مراحل دو گانه باربری ، یعنی مرحله حمل و نقل تیرچه و اجرای سقف و مرحله بهره برداری را ، به ترتیب زیر می آوریم :
1- تیرچه : عضو پیش ساخته ای است ، متشکل از بتن و فولاد به مقطع تقریبی t ، که در دو نوع تیرچه خرپایی و تیرچه پیش تنیده ، تولید می شود و مانند همه قطعه های پیش ساخته در دو مرحله تحت اثر نیرو قرار می گیرد. این دو مرحله به علت اهمیت آنها باید به دقت مورد ملاحظه قرار گیرند :
الف) مرحله اول باربری : در این مرحله باید تیرچه به تنهایی قادر به تحمل بار ناشی از وزن خود در هنگام حمل و نقل بوده و همچنین قادر به تحمل وزن مرده سقف ( وزن تیرچه ، بلوک و بتن پوششی ) بین تکیه گاههای موقت ( شمعبندیها ) در زمان اجرای سقف باشد.
ب) مرحله دوم باربری : این ملرحله در تیرچه پس از حصول مقاومت بتن پوششی فرا می رسد که تکیه گاههای موقت اجرایی برداشته شده و تیرچه به عنوان عضو کششی مقطع تیرt تحمل نیرو می نماید.
1-1 تیرچه پیش ساخته خرپایی : تیرچه پیش ساخته خرپایی فولادی و پاشنه بتنی تشکیل شده است و در صورتی که دارای قالب سفالی باشد ، تیرچه کفشک دار نامیده می شود.
تیرچه پیش ساخته خرپایی برای تحمل مراحل دوگانه باربری ، از اجزای زیر تشکیل می شود :
- عضو کششی - میلگردهای عرضی - میلگردهای بالایی
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 ونقل باشد و همچنین قادر به تحمل نیروی کششی ( حاصل از لنگر خمشی ) ناشی از وزن مرده سقف در فاصله محور تا محور تیرچه ها و بین دو تکیه گاه موقت ( شمعبندی ) باشد.
در مرحله دوم باربری تیرچه ، فولاد زیرین خرپا به عنوان عضو کششی تیر t عمل می کند.
حداقل تعداد میلگرد کششی دو عدد بوده و سطح مقطع میلگردهای کششی از طریق محاسبه تعیین می شود. توصیه می شود قطر میلگردهای کششی از 8 میلیمتر کمتر و از 16 میلیمتر بیشتر نباشد. برای صرفه جویی در مصرف فولاد و پیوستگی بهتر آن با بتن ، معمولا" از میلگرد آجدار ، به عنوان عضو کششی استفاده می شود.
میلگردهای عرضی : در مرحله اول باربری ، میلگردهای عرضی همانند عضو مورب خرپا عمل می کنند و به کمک اعضای کششی و بالایی ، ایستایی لازم را جهت تحمل وزن خود تیرچه ( در هنگام حمل و نقل ) و وزن مرده سقف بین تکیه گاههای موقت ( در هنگام اجرا ) تامین می نمایند. در مرحله دوم باربری تیرچه ، میلگردهای عرضی ، پیوستگی لازم بین میلگرد کششی خرپا و بتن پوششی ( بتن درجا ) را تامین می کنند. همچنین مقابله با نیروی برشی تیر t به وسیله میلگردهای عرضی انجام می گیرد. در بعضی از انواع تیرچه های پیش ساخته ، در خرپا به جای میلگرد از ورق خم کاری شده به جای عضو کششی – میلگردهای عرضی – میلگردهای بالایی استفاده می شود.
این میلگردها جهت منظورهای زیر در تیرچه مصرف می شوند : الف) تامین اینرسی لازم جهت مقاومت تیرچه در هنگام حمل و نقل ب) تامین مقاومت لازم جهت تحمل بار بلوک و بتن پوششی در بین تکیه گاههای موقت ، پیش از به مقاومت رسیدن بتن ج) تامین پیوستگی لازم بین تیرچه و بتن پوششی د) تامین مقاومت برشی مورد نیاز تیرچه
میلگرد بالایی :در مرحله اول باربری ، فولاد تعبیه شده در قسمت بالای تیرچه ، به عنوان میلگرد بالایی خرپا عمل می نماید و به کمک دیگر اعضای خرپا ، وزن تیرچه را هنگام حمل و نقل و همچنین وزن مرده سقف را در فاصله دو تکیه گاه موقت ( هنگام قالب بندی و بتن ریزی پیش از به مقاومت رسیدن بتن پوششی ) تحمل می کند.
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 پایین تر از سطح بلوکها قرار گیرد ، نقشی نخواهد داشت .
بتن پاشنه تیرچه پیش ساخته : برای تامین تکیه گاه بلوکها و نیز برای پرهیز از قالب بندی قسمت زیرین جان تیر t در موقع اجرا ، بتن پاشنه تیرچه در کارخانه ریخته می شود. حسن دیگر این عمل این است که بعلت فراهم بودن شرایط بهتر اجرا در کارخانه ، پوشش آرماتورهای کششی به صورت مطمئنتری تامین می گردد. این پوشش در مقاومت سقف در برابر آتش سوزی اثر بسزایی دارد.
حداقل عرض بتن پاشنه 10 سانتیمتر است و نباید از 3.5/1 برابر ضخامت سقف کمتر باشد. ارتفاع بتن پاشنه باید به میزانی باشد که قابل بتن ریزی بوده و پوشش بتنی روی میلگرد را جهت ایجاد مقاومت در برابر آتش سوزی تامین نماید و همچنین پس از قرار گرفتن بلوک روی تیرچه ها ، سطح زیرین بلوک با سطح زیری تیرچه همسطح گردد. معمولا" ضخامت بتن پاشنه 4.5 تا 5.5 سانتیمتر و عرض آن 10 تا 16 سانتیمتر است. حداقل تاب فشاری بتن پاشنه ، 250 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع است.
1-2 تیرچه پیش ساخته پیش تنیده : این نوع تیرچه که فقط در کارخانه های مجهز تولید می شود ، از مقطع بتنی t و سیمهای فولادی با مقاومت بالا ( 17500 تا 19000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع ) تشکیل می شود . سیمها را پیش از بتن ریزی تیرچه توسط جکهایی تحت کشش قرار داده و پس از حصول مقاومت لازم بتن ، آنها را آزاد می کنند. در نتیجه ، بتن تیرچه تحت تنش فشاری قرار می گیرد.
2- بلوک : برای پرکردن محلهای خالی بین تیرچه ها ، از بلوکهای توخالی استفاده می شود که جنس آنها از سفال یا بتن و حتی پلاستیک و یونولیت است. بلوکها علاوه بر خاصیت پرکنندگی فضای خالی ، در حکم قالب بتن پوششی نیز هستند. بلوکها در سقفهای اجرا شده با تیرچه و بلوک ، تحمل نیرو نمی کنند و فقط خاصیت پرکنندگی دارند.
از بلوک به عنوان قالب همیشگی یا قالبی که پس از اجرا باقی می ماند ، برای قالب بندی بغل گونه جان تیرهای t و همچنین بتن پوششی درجا استفاده می شود. قسمت زیرین بلوک ، جهت تامین سطحی مسطح برای انجام نازک کاری و قسمتهای تیغه داخلی بلوک به منظور تقویت مقطع تعبیه می گردند. بلوکها در محاسبات مقاومت سقف به حساب نمی آیند و اساسا" به منزله قالبهایی هستند که باید نیروهای اجرایی پیش از بتن ریزی سقف را تحمل نمایند. مثلا" در روی سقف ، پیش از بتن ریزی ، تحمل نیروی حاصل از رد شدن چرخ فرغون را داشته باشد و همچنین باید مقاومت کافی برای تحمل نیروهای حاصل از حمل و نقل و دپو نمودن را داشته باشد. شکل بلوک با توجه به موارد یاد شده طراحی می شود و بلوک توخالی معمولا" از مواد مختلف تولید می شود. مانند : 1- بتن با مصالح سنگی معمولی 2- بتن با مصالح سبک وزن 3- سفال 4- مصالح چوبی یا مقوایی 5- یونولیت و مشابه یا نی
مواد تشکیل دهنده بلوک نباید روی بتن درجا اثر شیمیایی داشته باشند. ارتفاع و طول بلوک ، تابع ضخامت کل سقف و فاصله تیرچه ها از همدیگر می باشد.عرض بلوک ، معمولا" 20 تا 25 سانتیمتر است. وزن بلوک باید طوری باشد که به آسانی با دست در روی سقف جا به جا گردد. بلوکهای سفالی باید عاری از ترک و دانه های آهکی باشند ، و رنگ آنها کاملا" یکنواخت بوده و به طور یکسان پخته شده باشند.سطوح بلوک سفالی باید صاف و عاری از انحنا و خمیدگی و دارای لبه های تیز و مستقیم بوده و بافت ریز و متراکم داشته باشند. سطح خارجی بلوک ، به جهت ایجاد چسبندگی لازم به بتن بالایی و همچنین به نازک کاری زیر سقف شیاردار می باشد.
3- میلگردهای افت حرارتی : جهت مقابله با تنشهای متفرقه در بتن پوششی و به منظور جذب تنشهای ناشی از افت و تغییر حرارت ، میلگردهایی در دو جهت عمود برهم و در قسمت بالایی تیر نواری t و روی بلوکها نصب می گردند ، که میلگرد افت و حرارتی نامیده می شوند.
در صورتی که ارتفاع تیرچه خرپایی به حدی باشد که میلگرد نصب ( بالایی ) در محل تعبیه میلگرد افت قرار گیرد ، می توان از میلگرد مزبور به عنوان میلگرد افت و حرارتی در جهت طولی تیرچه استفاده کرد.
قطر میلگرد افت حرارتی بر ای میلگرد ساده ، دست کم 5 میلیمتر ، و برای میلگرد با مقاومت بالا 4 میلیمتر و حداکثر فاصله بین دو میلگرد افت حرارتی 25 سانتیمتر است.
4- بتن پوششی ( بتن درجا ) : بتن پوششی ، قسمتی از تیر مرکب است که در محل کارگاه پس از جاگذاری تیرچه ها و بلوکها بتن ریزی می گردد و پس از حصول مقاومت لازم به کمک عضو کششی بار وارد بر سقف را تحمل می کند.
محدودیتها و ویژگیهای فنی سقف تیرچه و بلوک
سقفهای اجرا شده با تیرچه بلوک ، دارای محدودیتهای اجرایی به شرح زیر هستند :
1- فاصله محور تا محور تیرچه ها نباید از 70 سانتیمتر بیشتر باشد.
2- بتن پوششی قسمت بالایی تیر ( بتن روی بلوک ) نباید از 5 سانتیمتر ، یا 12/1 فاصله محور به محور تیرچه ها کمتر باشد.
3- عرض تیرچه نباید از 10 سانتیمتر کوچکتر باشد و همچنین نباید از 3.5/1 برابر ضخامت کل سقف کمتر باشد.
4- حداقل فاصله دو بلوک دو طرف یک تیرچه ، پس از نصب نباید کمتر از 6.5 سانتیمتر باشد.
5- ضخامت سقف برای تیرهای با تکیه گاه ساده نباید از 20/1 دهانه کمتر باشد. در مورد تیرهای یکسره نسبت ضخامت به دهانه ، به 26/1 کاهش می یابد. در سقفهایی که مسئله خیز مطرح نباشد ، این مقدار تا 35/1 دهانه نیز کاهش می یابد.
6- حداکثر دهانه مورد پوشش سقف ( در جهت طول تیرچه پیش ساخته خرپایی ) با تیرچه های منفرد ، نباید از 8 متر بیشتر شود. توصیه می شود برای اطمینان بیشتر ، دهانه مورد پوشش ، بیشتر از 7 متر نباشد و در صورت وجود سربارهای زیاد ، و یا دهانه بیش از هفت متر ، از تیرچه های مضاعف استفاده شود.
تکیه گاههای موقت اجرایی
به طور کلی به محض اینکه تیرچه ها و بلوکهای انتهایی بین دو تکیه گاه اصلی قرار گرفتند ، شمعبندی و قالب بندی به وسیله چهار تراشهای عمود بر جهت تیرچه که در مورد تیرچه های پیش ساخته خرپایی ، فاصله آنها از همدیگر ، 1 تا 1.20 متر است ، انجام می شود. موقع شمعبندی ، خیز مناسبی برابر 200/1 دهانه به طرف بالا در نظر گرفته می شود تا پس از بارگذاری خیز منفی اولیه حذف شده و سقف مسطح گردد. به طور کلی ، چهار تراشها و شمعها باید طوری نصب شوند که بتوانند در مقابل نیروهای وارده مقاومت نمایند؛ آنها را باید طبق اصول و قواعد مربوط به آن ، به یکدیگر متصل کرد.
در اجرای تکیه گاههای موقت و جمع آوری آنها ، نکته های زیر باید رعایت گردند :
الف) در صورتی که شمعها روی زمین تکیه داشته باشند ، باید مطمئن بود که زمین زیر شمع ، به علت دستی بودن خاک یا جذب رطوبت بعدی ، نشست نکند. به طور کلی ، در صورت سست بودن زمین ، باید با افزایش سطح تکیه گاه شمعها و جلوگیری از نمناک شدن زمین ، از نشست جلوگیری کرد.
ب) چنانچه تکیه گاه شمعها ، سقف طبقه زیرین باشد ، باید وزن شمع بندی و سقف مورد احداث به منزله سربار سقف زیرین در نظر گرفته شده و با توجه به عمر بتن سقف زیرین ، تقویت لازم برای آن پیش بینی گردد. در غیر این صورت ، سقف زیرین تحمل سربار وارده را ننموده و این باعث آسیب دیدن آن خواهد شد.
ج) در جمع آوری تکیه گاههای موقت نیز باید از حصول مقاومت کافی سقف مورد نظر ، جهت تحمل وزن خود و سربارهای وارده از جمله شمعهای مربوط به سقف بالاتر ، اطمینان حاصل کرد.