یک ساختمان بتن آرمه درجا معمولا از اتصال یکپارچه ستونها و کفهای بتن آرمه تشکیل میشود. کفها نیز به نوبه خود غالبا از مجموعه پیوسته دالها و تیرآهن ها ساخته میشوند. به طور کلی دالها سیستمهای سازهای افقی یا نزدیک به آن هستند که ضخامتشان در برابر دو بعد طول و عرض ناچیز هستند و برای انتقال بار در یک یا دو جهت مورد استفاده قرار میگیرند.
در مواردی که فاصله بین ستونها زیاد نباشد معمولا تیرآهنهای فرعی حذف میشوند در این حالت سیستم کف تنها متشکل از تیرهای اصلی بین ستونها و دال خواهد بود. گاهی حتی تیرهای اصلی نیز حذف میشوند و دال مستقیما به ستونها متکی میگردد. انواع گوناگون دالها در قسمت بعدی شرح داده میشوند.
مشاهده نسخه pdf مقاله : دال بتنی و کاربرد آن در ساختمان سازی
دالهای بتن آرمه از جمله مهمترین اعضای بتن آرمه به حساب میآیند. دالها سیستمهای افقی یا نزدیک به آن هستند که ضخامت آنها در برابر طول و عرضشان ناچیز است. دالها بسته به شرایط هندسی تکیه گاهها و بارگذاری، بار را در یک یا دو جهت انتقال میدهند.
دالهای بتن آرمه میتوانند در ترکیب با تیرآهن و یا بدون آن مورد استفاده قرار گیرند و در ساختمانها علاوه بر تحمل بارهای قائم در اکثر مواقع وظیفه ایجاد یک کف صلب و توزیع نیروهای جانبی بین اعضای باربر جانبی را نیز بر عهده دارند.
از جمله نقاط ضعف دالها و به ویژه دالهایی که در آنها از تیرآهن استفاده نمیشود، اتصالات آنها به ستونها است. اتصالات دالها از حساسترین نقاط در سازههای متشکل از دال است. در محل اتصال دال به ستون، توزیع پیچیدهای از تنشها وجود دارد که بررسی این اتصالات را با پیچیدگیهایی همراه میسازد.
این پیچیدگی با اضافه شدن لنگرهای ناشی از بارهای جانبی و یا بارهای ثقلی نامتقارن افزایش مییابد. از آنجا که اتصالات در اعضای بتن آرمه به ویژه در هنگام وقوع بارهای جانبی نقش بسیار مهم و کلیدی در سازهها بر عهده دارند، لذا توجه به آنها سبب یک طراحی قابل اطمینان خواهد شد.
در یک تقسیمبندی کلی از نظر باربری، میتوان دالهای بتن آرمه را به دو دسته تقسیم کرد:
در مواقعی که دال تنها در یک راستا دارای تکیهگاه باشد و یا طول دهانه بزرگتر آن بیش از دو برابر طول دهانه کوچکتر باشد این دال عملا یک طرفه خواهد بود و عملکردی مانند یک تیرآهن بسیار عریض خواهد داشت. علاوه بر این میتوان به کفهای ساخته شده از تیرچه نیز اشاره نمود.
هنگام باربری، تغییر شکل این دالها بیشتر به صورت انحناء در یک جهت خواهد بود. در مواردی غیر از موارد فوق، سیستم دال، دو طرفه به حساب میآید. انتقال بار به صورت دو طرفه سبب خواهد شد که از میزان لنگر در یک جهت خاص کاسته شود و در نتیجه به طراحی عضوی ظریفتر با میزان آرماتور کمتر منتهی شود.
دالها را همچنین میتوان براساس وجود یا عدم وجود تیرآهن در آنها، تقسیم بندی نمود. دالهای با تیرآهن یا دالهای تیر-ستونی از بهترین سیستمها برای پوشش دهانههای بزرگ به حساب میآیند که میتوانند در مقابل بارهای جانبی نیز به خوبی مقاومت کنند. وزن تیرآهن نیز در این تقسیمبندی تاثیر مستقیم دارد.
در مقابل این دالها، دالهای تخت هستند که در سیستم باربری آنها از تیرآهن استفاده نمیشود و دال به طور مستقیم به ستون متصل میشود. گرچه این نوع دالها دارای محاسنی از جمله سهولت اجرا هستند، اما در عین حال دارای معایبی نیز هستند که در قسمتهای بعد به آن اشاره خواهد شد.
در دالهای بتن آرمه، همچنین میتوان از سیستمهای پیش تنیدگی نیز استفاده نمود. با استفاده از تاندونهایی که قبل یا بعد بتن ریزی در دال قرار میگیرند، نیروهای داخل صفحهای مضاعفی به بتن دال اعمال نموده و کشش به وجود آمده در بتن را به حداقل میرسانند. در این گونه دالها تغییر مکانها کمتر بوده و امکان پوشش دهانههای بزرگتری وجود دارد.
نوع دیگری از دالها نیز وجود دارد که در آنها برای کاهش وزن جسم دال در بعضی قسمتهای آن حفرههایی در داخل دال ایجاد میکنند که دال مجوف نامیده میشوند.
در مواردی که دال فقط از یک جهت عمود، دارای تکیهگاه ( تیرآهن یا دیوار) باشد، مانند دال نشان داده شده در شکل، بار تنها در جهت عمود بر امتداد تکیه گاهها حمل و منتقل میشود. همچنین در مواردی که دال در هر دو جهت دارای تکیه گاه باشد و طول دهانه بزرگتر آن حداقل دو برابر طول دهانه کوچکتر باشد، مانند دالهای نشان داده شده در شکل زیر که عملا انتقال بار در جهت کوچکتر صورت میگیرد این دالها همان دالهای یک طرفه هستند.
در پوشش نشان داده شده در تصویر، بار مستقیما به تکیه گاهها که تیرهای اصلی هستند منتقل میشود و در شکل بعد بار کف از طریق دالها به صورت یک طرفه به تیرهای فرعی و از آنها به تیرهای اصلی انتقال مییابد. بنابراین دالهای یک طرفه در اثر اعمال بار عملا در یک جهت انحنا پیدا میکنند.
علاوه بر تصویر نشان داده شده در شکل یکی دیگر از انواع کفهای یک طرفه، کفهای ساخته شده با تیرچههای بتنی یا جویست است. به چنین کفهایی دال تیرکدار یا دال تیرچهای نیز گفته میشود. فلسفه استفاده از چنین سیستمی، کاهش وزن مرده کف از طریق ایجاد فضاهای خالی در دال است.
دال تیرچهای متشکل از تیرچههای بتنی با فواصل یکسان که با یک دال نسبتا نازک به صورت یکپارچه ساخته میشود. ضخامت دال در آنها حدود 5 تا 10 سانتیمتر و حداقل عرض تیرچهها نیز 10 سانتیمتر است.
در صورتی که طول دهانه بزرگتر در یک پانل از دو برابر طول دهانه کوچکتر آن کمتر باشد، دال پس از اعمال بار در دو طرف انحنا پیدا میکند و در نتیجه بار کف در هر دو جهت حمل شده و به تکیه گاههای دال در اطراف انتقال مییابد. این نوع دالها را دالهای دو طرفه گویند.
بدین ترتیب این دالها برخلاف دالهای یک طرفه تحت لنگرهای خمشی در دو جهت قرار میگیرند و از این رو آرماتورهای خمشی نیز در آنها در دو جهت قرار داده میشوند. در صورتی که در دالهای یک طرفه در جهت دیگر تنها از آرماتورهای افت و حرارت استفاده میگردد.
از بین انواع دالهای دو طرفه آنهایی که در چهار طرف دال، یعنی روی خط ستونها تیرآهن وجود دارد از همه متداولتر هستند. این دالها که به دالهای تیر ستونی معروفند به خاطر وجود تیرآهن در روی خط ستونها از صلبیت بالایی برخوردار هستند و در نتیجه سیستم سازهای مناسبی را برای تحمل بارهای جانبی به وجود میآورند.
تصویر زیر یک نمونه کف متشکل از دال و تیرآهن را نشان میدهد. در چنین کفهایی بار از دالها به تیرها و از طریق تیرها به ستونها انتقال مییابد.
در دالهای تخت از تیرآهن استفاده نمیشود و در نتیجه بار کف مستقیما از دال به ستونها انتقال مییابد. تصویر زیر شمای کلی از این نوع دالها را نشان میدهد.
این دالها دارای معایب و محاسنی هستند که در قسمت بعدی مفصل توضیح داده میشوند. از آنجا که در این دالها بار کف به طور مستقیم و بدون واسطهای از دال به ستون منتقل میشود، تنشهای برشی قابل ملاحظهای در دال ایجاد میشود به طوری که در بسیاری از موارد ضخامت دال در محل ستونها جوابگوی این تنشها نخواهد بود. در چنین مواردی از روشهای مختلفی برای تقویت دال استفاده میشود.
در یکی از این روشها، ضخامت دال را در اطراف ستونها افزایش میدهند. ضخامتهای اضافی را در این حالت پهنه گویند که به آنها “دالهای با پهنه” گفته میشود. راه حل دیگر استفاده از سر ستون یا ماهیچه ستون در انتهای ستون است که به چنین دالهایی اصطلاحا دالهای قارچی گفته میشود. بعضی از اوقات ترکیب دو حالت فوق به کار برده میشود دالهای حاصله به دالهای قارچی با پهنه معروفند.
تصویر زیر این دالها را نشان میدهد:
با افزایش دهانه دال، ضخامت آن نیز افزایش مییابد و در نتیجه وزن کف، عامل تعیین کنندهای در طراحی است. برای کاهش اثر وزن در بعضی موارد از دال مشبک استفاده میشود. دال مشبک در واقع یک دال تیرچهای دو طرفه است که در آن با استفاده از قالبهای جعبهای شکل فضاهای خالی در قسمت تحتانی دال به وجود میآورند.
از نظر محدوده کاربرد، دالهای یک طرفه توپر، معمولا برای دهانههای کمتر از 5/4 متر مناسب هستند از سوی دیگر دالهای تیرچهای تا دهانهای حدود 10 متر قابل رقابت با سایر سیستمهای کف هستند. دالهای تخت معمولا برای دهانههای تا 5/7 متر بهترین کارایی را دارند که با استفاده از سر ستون (دال قارچی) این محدوده را میتوان تا 9 متر نیز افزایش داد. دالهای مشبک نیز معمولا برای دهانههای در محدوده 9 تا 12 متر مورد استفاده قرار میگیرند.
دالهای تخت از جمله بهترین گزینهها در هنگام انتخاب سیستم باربر در ساختمانها هستند. به دلیل عدم وجود تیرآهن در این گونه دالها، قالببندی و اجرای آنها بسیار سادهتر است و از این جهت استفاده از دالهای با تیرآهن صرفه اقتصاد بیشتری دارد. از نظر معماری نیز از این دالها به دلیل ایجاد سطحی صاف در زیر خود، نیاز به استفاده از سقف کاذب را از بین میبرند.
در مقابل، دالهای تخت معایبی هم دارند؛ این دالها دارای انعطافپذیری زیادی هستند که سبب ایجاد انحنای زیاد در مقابل بارهای وارد بر دال و یا حتی وزن خود میشوند که سبب وقوع مشکلاتی در بهره برداری میشود. مشکل دیگر آنها انتقال لنگر در محل اتصال دال به ستون است که از عدم وجود تیرآهن ناشی میشود و به این جهت این گونه دالها سیستم مقاوم چندان موثری در برابر بارهای جانبی ایجاد نمیکنند و در ساختمانهای بلند مرتبه و یا حتی عادی، نیاز به استفاده از سایر سیستمهای باربر جانبی را ایجاب میکنند.
از دیگر مشکلات موجود در دالهای تخت، ایجاد برش منگنهای در محل اتصال ستون به دال هستند. به دلیل آن که در محل اتصال، اعضای صلبی مانند تیرآهن وجود ندارند، وظیفه انتقال کل بارهای قائم وارده از دال به ستون به عهده دال است که به دلیل ضخامت کم دال در این محل، سبب ایجاد تنشهای زیادی در اطراف ستون در دال میشود. این مشکل با وارد شدن لنگر در محل اتصال تشدید میشود.
برش منگنهای به دلیل آن که در بتن رخ میدهد، نوعی شکست ترد به حساب میآید که با کاهش ناگهانی در میزان باربری همراه است. این شکست به دلیل آنکه به طور ناگهانی و بدون هشدارهای قبلی رخ میدهد، شکستی نامطلوب در اتصال به شمار میآید و سعی میشود از وقوع آن جلوگیری به عمل آید.
آزمایشها نشان میدهند که ظرفیت برش منگنهای دالها تحت تاثیر بارهای تکراری کمتر از ظرفیت آنها تحت اثر بارهای ثابت است و این مساله باعث میشود ضرایب اطمینان بالاتری برای اطمینان از عدم خرابی اتصال در هنگام زلزله و انتقال لنگر ناشی از آن در نظر گرفته شود.
مشکل برش منگنهای در مورد پیهای بتن آرمه اعم از گسترده و یا منفرد نیز وجود دارد زیرا این پیها را میتوان به صورت دالی که به طور معکوس بارگذاری شده است به حساب آورد. برش منگنهای عامل اصلی تعیین ضخامت این گونه پیها هستند.
در سازههای بتن آرمه، بنا به دلایل مختلفی که در طول عمر سازه رخ میدهد، لزوم تجدید نظر در سازه ایجاب میشود. جایگزینی این سازه با یک سازه جدید و یا تقویت آن راههایی هستند که در مقابله با این مشکل به ذهن میرسند. تقویت سازهها در بسیاری موارد راه حل مناسبتری است که از بروز مشکلات زیاد و هزینههای هنگفت جلوگیری میکند.
دالهای بتن آرمه نیز از این قاعده مستثنی نبوده و گاهی نیاز به تقویت دارند! تغییر در کاربری، ایجاد بازشو، تغییر در آیین نامههای طراحی، آسیب دیدگی بتن دال، خوردگی فولاد و یا خطا در طراحی از دلایلی هستند که لزوم تقویت را سبب میشوند. برای تقویت دالهای موجود روشهای مختلفی وجود دارد که توسط محققین مورد بررسی قرار گرفته است که میتوان به:
در این میان استفاده از کامپوزیت های FRP به دلیل مشخصات منحصر به فرد خود، روز به روز در حال افزایش است.
تحقیقات بسیاری در زمینه تقویت انواع سازههای بتن آرمه با استفاده از این کامپوزیتها صورت گرفته است. تقویت به منظورهای مختلف از جمله:
استفاده از این کامپوزیتها به دلیل:
به علت پیچیدگی رفتار دالهای دو طرفه، هنوز روش مهندسی انعطافپذیری که مورد قبول تمام سازمانهای تدوین کننده آئیننامههای بتن آرمه قرار گرفته باشد تثبیت نشده است. بدیهی است با استفاده از روشهای تئوریک و عددی، میتوان معادلات دیفرانسیل دالها را برای حالات مختلف حل کرد.
لیکن این گونه تحلیلها جنبه کاربردی نداشته و از این رو در کشورهای مختلف براساس نتایج تجربی و مطالعات تئوریک، روشهای تقریبی متنوعی به کار گرفته میشود که جزئیات هریک در آئیننامههای مربوطه تشریح میشود. مهمترین کشورهای دارای آئیننامه عبارتند از آمریکا، انگلستان، استرالیا، کانادا، هندوستان و غیره.
به طور کلی روشهای آنالیز دالهای دو طرفه را میتوان در سه گروه جای داد:
این روشها که در کتب تئوری صفحات به تفصیل مورد بحث قرار میگیرند، عمدتا برای آنالیز الاستیک دالها و تنها برای حالات خاصی از شرایط تکیه گاهی و بارگذاری قابل استفاده هستند. از سوی دیگر روشهای عددی که مهمترین آنها روش تفاضلهای محدود و اجزاء محدود است، انعطاف بیشتری برای حل دالها دارند.
به خصوص به کمک روش اجزاء محدود میتوان رفتار الاستیک و غیر الاستیک انواع دالها را با شرایط تکیه گاهی و بارگذاری دلخواه، مورد بررسی قرار داد. برخی از این روشها جامعیت و دقت بیشتر و برخی سهولت بیشتر ولی دقت کمتری دارند.
سوالات شما
به طور کلی دالها سیستمهای سازهای افقی یا نزدیک به آن هستند که ضخامتشان در برابر دو بعد طول و عرض ناچیز بوده و برای انتقال بار در یک یا دو جهت مورد استفاده قرار میگیرند.
در یک تقسیمبندی کلی از نظر باربری، میتوان دالهای بتن آرمه را به دو دسته تقسیم کرد:
دالهای یک طرفه و دالهای دو طرفه
نوع دیگری از دالها نیز وجود دارد که در آنها برای کاهش وزن جسم دال در بعضی قسمتهای آن حفرههایی در داخل دال ایجاد میکنند که دال مجوف نامیده میشوند.
از انواع دال مجوف میتوان به دال دو طرفه با تیر و دال تخت اشاره کرد.