دیافراگم سقف چیست؟

طراحی سازه‌های فلزی باید طوری باشد که در برابر نیروهای بادی و ارتعاشی شامل محاسبه نیروهای برشی که بر روی دیوارها وارد می‌شوند مقاوم باشند و باید بگونه‌ای باشند که روشی برای انتقال این نیروها به سازه عمودی داشته باشند. سقف سازه دارای قسمتی است که دیافراگم سقف نامیده می‌شود و به عنوان عامل انتقال نیروهای باد و حرکت ارتعاشی در برابر دیوارهای بیرونی عمل می‌کند.

دیافراگم سقف می‌تواند از فولاد، تخته چندلا یا بتن ساخته شود تا سطح مستطیلی با استفاده از ساندویچ پانل سقفی ایجاد شود.

تعریف دیافراگم سقف

دیافراگم، قسمتی افقی است که بارهای جانبی از فعالیت باد یا ارتعاشی را به دیوارهای برشی یا زیربنای یک سازه توزیع می‌کند و اغلب کارایی مانند یک ستون پشتیبان کوتاه و عمیق دارد. اجزای لبه دیافراگم (که به عنوان قوس‌ها هم شناخته می‌شوند) به عنوان بال‌ها عمل می‌کنند و در برابر فشارهای خمیدگی در سطح بیشترین بارها مقاومت می‌کنند.

اجزای لبه دیافراگم می‌تواند تیرچه، تخته چوب بست، خرپا، ستون پشتیبان مهاری، پشتبند عمودی یا ورق‌های بالایی در سازه باشند.

استفاده از دیافراگم به عنوان یک ستون پشتیبان به شما امکان می‌دهد نیروهای برشی دیوار را محاسبه کنید و اصول ستون پشتیبان را برای دیافراگم، با دهانه‌های سقف یا بدون آن‌ها یا سقف نامنظم یا هندسه ساختمان بکار ببرید.

توزیع بار در یک ساختمان به شکل مستطیل به صورت زیر است :

• گرای دیافراگم سقف به طور افقی است و بارها را به سمت دیوار نهایی (دیوار برش) و سپس به سمت زیر بنا انتقال می‌دهد.
• دیوارهای کناری بار را به (سمت) دیافراگم سقف در بالا و به زیر بنا در پایین منتقل می‌کنند.

دیوارهای برشی نیز ممکن است به عنوان دیافراگم‌های عمودی یا بازودار شناخته شوند. اجزای دارای غلاف مانند دیوارها و سقف با ساندویچ پانل‌ها پوشانده و با یکدیگر برای تامین استحکام اضافی برای ساختمان مهار می‌شوند و هنگامی که این اجزا به طور صحیح طراحی شدند، دیافراگم سقف می‌تواند نیاز به مهاربندی قطری را کاهش دهد یا آن را حذف کند.

چالش‌های محاسبه برش

هنگامی که دیافراگم سقف، دهانه یا مانعی ندارد، محاسبات برش نسبتا ساده است. هنگامی که دهانه‌ها مانند دریچه‌های رو به نور آفتاب، تجهیزات گرمایش، هوارسانی و تهویه مطبوع، دودکش و بریدگی‌های دیگر در سطح هموار دیافراگم وجود دارند، محاسبات درجه بیشتری از پیچیدگی را گسترش می‌دهند.

دهانه‌های فواصل رو به نور آفتاب و منافذ دیگر، سختی دیافراگم را در مکان هر دهانه کاهش می‌دهند. نحوه قرارگیری اتصالات و قسمت‌های انتقال باید برای توزیع برش کنار دهانه‌ها و در سراسر سطح دوباره طراحی شوند.

• حداکثر میانگین برش معمولا در بخش‌های انتهایی ساختمان وجود دارد.
• در صورتی که دهانه‌ها در دیافراگم وجود دارند، حداکثر میانگین برش نیز در پنل‌های کف و اتصالات در اطراف مکان نفوذ وجود دارد.
• نزدیک‌ترین دهانه‌ها که در هر انتهای دیوار برای منافذ متقارن به طور یکسان در سراسر دیافراگم پخش می‌شوند، حداکثر میانگین برش یکسان را در زمانی که دهانه‌های مرکزی برش متفاوتی خواهند داشت، دارند.
• به منظور تعیین برش در حول هر دهانه واقع در مرکز به طور مستقیم به نواحی کف مستطیلی در بالا و زیر دهانه توجه کنید.
• جمع نیروها و گشتاورهای اطراف محیط ناحیه را برای تعیین مجموع نیروها محاسبه کنید.
• بر این اساس، انتقال نیرو را طراحی کنید.

محاسبات را برای هر ناحیه برش با دهانه‌های نامتقارن باید انجام دهید.

انتقال بار

به علاوه، دهانه‌ها و هندسه نامنظم ساختمان، فرآیند پیچیده را دشوار می‌کنند. سختی اجزا روشی را که بار در کل دیافراگم حرکت می‌کند، تعیین می‌کند. نوع اتصالات نیز بر سختی دیافراگم تاثیر می‌گذارند. انتقال بار در سراسر اتصالات، موضوع بسیار مهمی است.

طراحی دیافراگم باید تعادل سختی موثر و انتقال بار را با اقتصاد مواد و پیچیدگی سازه برقرار کند. بارهای برشی می‌توانند با استفاده از اجزای مسیر زهکشی و بندهای سخت کشیده شده به طور تصاعدی در سراسر دیافراگم جمع آوری شوند تا مقدار بار برشی انتقال یافته به دیوار و زیر بنا را کاهش دهند.

طراح می‌تواند به چندین روش مسیرهایی را برای انتقال بار جانبی به دیوارهای برشی ایجاد کند.

• ایجاد یک زاویه تکیه گاه کف در بالای تیرچه های انتهایی مجاور دیوارها به سمت مکان های نشست تیرچه ها، زاویه تیر افقی ( داربست ) و در نهایت دیوار.
• ایجاد یک زاویه تکیه گاه کف متصل به دیوار با متصل کننده های کافی برای انتقال مستقیم برش به دیوار از زاویه تکیه گاه به سمت دیوار.
• نصب اجزای کانال ( مجرا ) یا لوله های فولادی توخالی در زاویه تیر افقی ( داربست ) بین مکان های نشست تیرچه ها که ارتفاع بالای لوله ها با ارتفاع بالای تیرچه ها یکسان باشد. این طراحی تکیه گاه لبه کف و مسیری را برای انتقال برش به یک زاویه تیر افقی ( داربست ) بیشتر و ( زاویه ) دیوار فراهم می‌کند.

در صورت امکان، برش را در مکان های نشست تیرچه ها حذف کنید زیرا آن‌ها معمولا" ظرفیت انتقال محدودی دارند.

تعیین نوع اتصالات

منابع برای کمک به مهندسان و طراحان به منظور تعیین اتصالات صحیح برای طراحی دیافراگم مشخص بر اساس استحکام اسمی انواع ترکیبات جوش و پیچ در دسترس است. استحکام برش منتج برای هر طراحی اتصالات در جداول تعیین می‌شوند.

از آنجا که مقادیر جدول بر اساس مقادیر برش اسمی هستند، عوامل ایمنی و ریسک باید قبل از استفاده در یک سازه بکار برده شوند.

• مقادیر جدول را با ضریب مقاومت Ф ضرب کنید تا نیروها با استفاده از طراحی ضریب بار و مقاومت (LRFD) مقایسه شوند.
• مقادیر جدول را به ضریب ایمنی Ω تقسیم کنید تا با نیروهای محاسبه شده توسط طراحی استحکام مجاز (ASD) مقایسه شوند.
• منابع طراحی دیافراگم نیز ممکن است الگوهای نمونه طرح های معمولی متصل کننده را بر اساس عرض و هندسه پنل ارائه کنند.

ترجیحات ناحیه ای

انتخاب های متعددی در طراحی دیافراگم وجود دارند، اما پی خواهید برد که این انتخاب های گوناگون توسط ترجیحات ناحیه ای، ترجیحات پیمانکار و تجربه و هزینه محدود می‌شوند. روش های متفاوت به واسطه بانیان مختلف و تولید کنندگان دیوار ریخته گری شده یا پیش ساخته ترجیح داده می‌شوند.

مکان های نشست تیرچه ها وسایل انتقال بار متداول هستند اما ظرفیت برش وارونگی آن‌ها تا حدود ۲٫۵ هزار پوند نیرو در هر بار و عمق ۲٫۵ اینچ محدود است. روش های جایگزین انتقال بار برای افزایش ظرفیت شامل اجزای کانال یا لوله می‌شوند.

یک روش به سادگی سقف را بر ( روی ) یک ساختمان قرار نمی دهد؛ روش دیگر باید دیافراگمی را طراحی کند که بارهای برشی را به دیوار منتقل کند که این بارها به زیر بنای ساختمان منتقل می‌شوند.

بالای ساختمان در معرض درجات مختلف بارهای برشی منتج از فعالیت باد یا ارتعاشی است. با ایجاد شرایط پیچیده تر، بسیاری از سقف ها منافذ، دهانه ها و موانعی دارند که تعیین مجموع نیروهای برشی و نیروها در نواحی خاص منطقه دیافراگم به محاسبات پیچیده نیاز دارد.

مسیرهای بار، تفاوت های سختی، انواع متصل کننده ها و ترجیحات ناحیه ای ملاحظات بسیار مهمی در دیافراگم و طراحی سیستم سقف هستند. منابع برای کمک به طراحان برای برآوردهای متصل کننده وجود دارند، اما تضمین اینکه طراحی دیافراگم، استانداردهای ایمنی را برای شرایط رایج و هندسه ساختمان برآورده کند، بر عهده مهندس است.