علت لرزش در سقف عرشه فولادی چیست؟ بررسی علمی دلایل و راه‌حل‌های مهندسی

یکی از چالش‌های بعضی از سقف های عرشه فولادی، احساس لرزش در برخی نقاط سقف است. این لرزش اگرچه از نظر ایمنی سازه خطرناک نیست، اما ممکن است نگرانی‌هایی در ذهن کارفرما ایجاد کند. بررسی‌های فنی شرکت ابنیه فولاد آریو نشان می دهد که دلایل لرزش در این نوع سقف‌ها چند بعدی است و تنها به ضعف در اجرا محدود نمی‌شود.

عوامل اصلی لرزش در سقف عرشه فولادی

۱. ضخامت پایین ورق فولادی (Decking):

بر اساس گزارش منتشرشده توسط Steel Construction Institute (SCI)، ضخامت کمتر از ۰.۹ میلی‌متر برای ورق‌های سقف عرشه فولادی می‌تواند منجر به کاهش سختی و در نتیجه افزایش لرزش شود. در بسیاری از پروژه‌های اقتصادی، به‌دلیل کاهش هزینه، ضخامت ورق کاهش می‌یابد که در عمل تأثیر منفی بر عملکرد دینامیکی سقف دارد.

۲. نبود سخت‌کننده‌های عرضی و طولی کافی:

طبق بررسی انجام‌شده توسط American Institute of Steel Construction (AISC)، استفاده از سخت‌کننده‌های جانبی (stiffeners) به‌صورت متناوب، به‌ویژه در دهانه‌های بلند، نقش مهمی در کاهش ارتعاشات دارد. تجربه‌ای که در پروژه دوم به‌دست آوردیم نشان داد که تنها افزودن یک سری تیر فرعی به فواصل مشخص، باعث افت محسوسی در میزان لرزش شد.

۳. کم‌توجهی به مدول ارتجاعی بتن پوششی (Concrete Slab):

در برخی موارد، بتن مصرف‌شده دارای مقاومت پایین یا روانی بیش‌ازحد بوده که باعث شده اتصال مناسبی با ورق فولادی نداشته باشد. نتیجه این موضوع، کاهش عملکرد مرکب سقف بوده است. همان‌طور که در مقاله‌ی Engineering Structures Journal (Elsevier) آمده است، عملکرد مرکب مناسب میان فولاد و بتن، عامل کلیدی در مهار لرزش است. 

راه‌حل‌های پیشنهادی با تکیه بر تجربه و داده‌های واقعی

بهبود طراحی مقطع مرکب:

در پروژه‌ای که در آن از گل‌میخ‌های بیشتری در هر مترمربع استفاده کردیم (افزایش از ۴ به ۶ عدد)، میزان لرزش به‌طور محسوسی کاهش یافت. این افزایش در نقاط بحرانی مانند نزدیک دهانه‌ها، تأثیر بیشتری داشت. توصیه AISC نیز تأکید بر طراحی دقیق‌تر الگوی گل‌میخ‌ها دارد.

استفاده از مصالح با کیفیت مشخص‌شده در نقشه‌های اجرایی:

برخی پروژه‌ها درگیر تأمین بتن با عیار پایین‌تر یا ورق‌های وارداتی با ضخامت کمتر هستند. در تست غیرمخرب انجام‌شده توسط تیم نظارت ما، مشخص شد که ورق‌های نازک‌تر از مقدار طراحی‌شده (مثلاً ۰.۷ میلی‌متر به جای ۱ میلی‌متر) نه تنها دچار خمش بیشتر می‌شوند، بلکه مقاومت کلی سقف را در برابر لرزش کاهش می‌دهند.

استفاده از نرم‌افزارهای تحلیل دینامیکی:

مدل‌سازی در نرم‌افزار ETABS برای مقایسه‌ی رفتار دینامیکی سقف عرشه فولادی با و بدون تیر فرعی، نشان داد که افزایش سختی جانبی سیستم می‌تواند دامنه‌ی ارتعاش را تا ۴۵٪ کاهش دهد. این تحلیل مبتنی بر پروژه‌ای در شهرک صنعتی شمس‌آباد بود که در آن موفق شدیم با اصلاح مدل سازه، لرزش سقف را حذف کنیم.

بررسی مقایسه‌ای با سیستم‌های مشابه

در مقایسه با سقف‌های تیرچه‌بلوک، سقف عرشه فولادی وزن کمتری دارد که مزیت بزرگی برای کاهش بار مرده است. اما همین ویژگی، حساسیت به ارتعاش را نیز بیشتر می‌کند. به نقل از Civil Engineering Forum, ساختارهای سبک‌تر اگرچه سریع‌تر اجرا می‌شوند، ولی نیازمند کنترل دقیق‌تر در طراحی دینامیکی هستند.

در مقابل، سقف‌های کامپوزیت عرشه فولادی به‌دلیل یکپارچگی فولاد و بتن، پتانسیل بالایی برای عملکرد مناسب در برابر لرزش دارند، به شرط آنکه اجرای دقیق رعایت شود. همچنین باید توجه داشت که دهانه‌های بلندتر از 3.5 متر بدون استفاده از تیر فرعی مستعد بروز نوسانات هستند.

جدول جمع‌بندی عوامل و راه‌حل‌ها

پرسش‌های متداول

آیا لرزش سقف عرشه فولادی خطرناک است؟

لزوماً نه. در بسیاری موارد، لرزش بیشتر جنبه روانی دارد. با این حال، تکرار زیاد آن می‌تواند باعث خستگی مصالح، مخصوصا خستگی میلگرد و فولاد به کار رفته و یا نارضایتی بهره‌برداران شود.

آیا می‌توان سقف لرزان را بدون تخریب اصلاح کرد؟

بله. اضافه‌کردن تیر فرعی، اجرای مجدد گل‌میخ‌ها یا حتی لایه‌های اضافی بتن در برخی پروژه‌ها موفق بوده‌اند.

بهترین روش برای جلوگیری از لرزش در فاز طراحی چیست؟

تحلیل دینامیکی سازه و انتخاب صحیح ابعاد، فواصل تیرریزی، و ضخامت ورق فولادی نقش کلیدی دارد.

آیا استفاده از عایق یا پوشش خاصی در کاهش لرزش مؤثر است؟

خیر. عایق‌ها تأثیری بر عملکرد سازه‌ای ندارند. تنها راه مؤثر، اصلاح طراحی سازه و اجرای دقیق است.

درک درست از رفتار دینامیکی سقف‌های عرشه فولادی نه‌تنها باعث جلوگیری از لرزش، بلکه باعث افزایش عمر مفید و رضایت‌مندی بیشتر از سازه خواهد شد. در تمام مراحل طراحی و اجرا، توجه به جزئیات کوچک است که تفاوت‌های بزرگ ایجاد می‌کند.