سقف وافل (waffleslabs )
سقف های وافل
عملکرد سازه ای سقف های وافل از هزاران سال پیش برای بشر شناخته شده است و شاید بتوان اولین کاربرد بشر از کانسپت سقف های وافل را مربوط به بنای آکروپولیس یونان دانست. بخش اعظم این بنا در سال های 429 تا 461 پیش از میلاد ساخته شده است. نمونه بارز دیگری از سقف وافل را می توان 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.
از اوایل قرن 19 میلادی و با پیشرفت علم و ورود به عصر جدید ساخت سازه های مهندسی، ساخت ساختمان ها با کاربری های مختلف با سیستم سقف وافل کلاسیک در آمریکا و کشورهای اروپایی آغاز گردید. مزیت های فنی سقف های وافل در کنار زیبایی خاص این سقف ها موجب گردید این سقف ها مورد استقبال معماران قرار گرفته و در سازه های مختلفی نظیر فرودگاه ها، پارکینگ ها، برج های مسکونی، هتل ها، مراکز تجاری، موزه ها، دانشگاه ها و … مورد استفاده قرار بگیرد. از سازه های معروف دنیا که در آنها از سقف وافل استفاده شده است می توان به موارد ذیل اشاره نمود:
- موزه هنرهای زیبا مونترال کانادا
- ساختمان تئاتر ملی لندن
- فرودگاه بین المللی تورنتو کانادا
- دانشگاه سهیر استانبول ترکیه
- کتابخانه مرکزی سن دیگو آمریکا
- موزه آکروپولیس یونان
- ایستگاه مترو واشنگتن آمریکا
- سالن ورزشی پیر لوجی نروی رم ایتالیا
در ایران نیز ساختمان های مهم بسیاری و بعضا با قدمت بالا با سیستم سقف وافل و با استفاده از قالب های فلزی و یا فایبرگلاس ساخته شده اند. از جمله این ساختمان ها می توان به کتابخانه ملی، فرودگاه تبریز، راه آهن تهران، ایستگاه راه آهن اصفهان (سال ساخت 1354)، ساختمان های متعدد از دانشگاه های سراسر کشور ، ساختمان نظام مهندسی استان یزد و … اشاره نمود. صعوبت کار با قالب های فلزی و فایبرگلاسی مانع از گسترش این تکنولوژی در ایران در گذشته بوده است. در سالیان اخیر با روشن شدن مزایای سقف های دال مجوف و ساخت قالب های جدید از جنس پلاستیک مقاوم و فشرده و با مرتفع نمودن دیگر مشکلات فنی و اجرایی سقف های وافل استفاده از این تکنولوژی رو به افزایش می باشد.
سقف وافل سازه ای جدید و مدرن می باشد که بیشترین کاربرد آن برای ساخت سقف های مرتفع ( معمولا با ارتفاع بیش از 12 متر) می باشد. وافل به وسیله بتن مسلح ساخته می شود و ظاهری شبکه ای و پنجره ای مانند دارد. این سازه همانطور که از نامش پیداست شباهت ظاهری زیادی به نان وافل دارد و دلیل نامگذاری آن نیز به دلیل همین شبهات است.
سقف وافل در فضاهایی استفاده میشود که وزن زیادی به سقف وارد نشده و معمولا سقف مسطح است. از جمله فرودگاه ها، ایستگاه های قطار و مترو، سالن ها، نمایشگاه ها و حتی منازل مسکونی…
سقف وافل از نوع سقف های متداول بتنی می‌باشد 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 مدرن (waffle slabs) 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 نشأت گرفته است. این سقف‌ها بسته به نوع مستطیلی و یا مربعی بودن قالب وافل، در دو دسته یک طرفه و دوطرفه طبقه‌بندی و قابل کاربرد می‌باشد. انتخاب بهترین سیستم سقف وافل بستگی به عوامل مختلفی از جمله سیستم سازه‌ای، دهانه ستون به ستون، کاربری، الزامات معماری و… دارد.
قالب سقف وافل
اصلی‌ترین المان در اجرای سقف‌های وافل، قالب وافل می‌باشد.
جنس قالب های وافل از پلاستیک کامپوزیت است و بسیار سبک هستند. این سبکی باعث شده به سادگی توسط کارگران و نیروی انسانی حمل شوند. علاوه بر این با تغییر نحوه مونتاژ آنها می توان سقف را به صورت دال یک طرفه یا دو طرفه اجرا نمود. نوع پلاستیکی که در این قالب ها استفاده شده، باعث شده که هنگام جدا سازی از بتن نیازی به چرب کردن آنها نباشد. علاوه بر این به سادگی جدا می شوند که همین امر باعث می شود که آسیب نبینند و بتوان مجدد از آنها استفاده کرد.
آخرین ویژگی مهم آنها تجدیدپذیری و قابلیت بازیافت آنها می باشد که پس از پایان یافتن عمر آنها و زمانی که تبدیل به زباله می شوند می توان آنها را بازیافت کرد تا آسیب کمتری به محیط زیست برسد.
وجود قالب‌های وافل و چینش مدولار این قالب ها درکنار یکدیگر موجب تشکیل تیرچه‌های متعامد، منظم و با عرض و عمق یکسان می‌گردد. از جنبه سازه‌ای کارگذاری قالب‌های وافل موجب حذف کنترل‌شده‌ی بتن ناکارمد در نواحی مشخصی از سقف و در نتیجه بهینه‌سازی در وزن سقف می‌گردد. 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 یک طرفه استفاده می‌گردد. از سقف‌های وافل یک طرفه عمدتا برای ساختمان های با دهانه کوتاه و برای باربری یک طرفه 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 یک طرفه برخوردار می‌باشد.
مزایای اجرای سقف وافل
اجرای سقف وافل به عنوان یک سازه نوین در ساختمان سازی متعاقباً مزایای عمده‌ای در پی دارد که بسیاری را نسبت به استفاده از سقف وافل سوق می‌دهد. در زیر مهم‌ترین مزایای استفاده از این نوع سقف ارائه شده است:
- سقف وافل انعطاف‌پذیری خوبی نسبت به مواد مورد استفاده دارد.
- وافل برای ساخت سقف فضاهای با دهانه بلند و مکان‌هایی که محدودیت ستون گذاری وجود دارد، کاربری خوبی دارد.
- تحمل بار در سقف وافل (دو طرفه) از دیگر شکل‌های سقف وافل (یک طرفه) بیشتر است.
- این نوع سقف در کنار استحکام بالا زیبایی چشم‌نوازی هم دارد.
- این نوع از سقف به دلیل آرماتور بندی دو طرفه، تحمل لرزش خوبی دارد و برای مکان‌های عمومی که لرزش به دلیل ازدحام جمعیت است، استفاده میشود.
- این سقف از نظر وزنی بسیار سبک است و از طرفی هم برای ساخت و اجرای آن بتن زیادی استفاده نمی‌شود از این رو اجرای این نوع سقف در سازه‌های با مقیاس بزرگ بسیار مقرون به صرفه و اقتصادی است.
- اجرا و ساخت این نوع سقف ساده و سریع است و می‌توان نظارت خوبی بر روی روند اجرای آن داشت.
- وافل را می‌توان با ایجاد سوراخ‌هایی در بخش زیرین برای عبور سیم‌های برق، لوله‌کشی، تهویه هوا و سیستم روشنایی مناسب کرد.
معایب اجرا و ساخت سقف وافل
- به دلیل گران بودن وسایل ساخت و ساز مانند داربست و قالب، اجرای این نوع سقف نسبت به دیگر انواع سقف گران‌تر است.
- در روند اجرای سقف وافل نظارت باید قوی باشد، اگر نظارت ممتد و دقیق نباشد ممکن است به قالب‌ها فشار اضافی وارد آید و دچار شکستگی شوند که این امر هم روند اجرای سقف را مختل می‌کند و هم هزینه بیشتری را بر دوش پیمانکار می‌گذارد.