آشنایی با سقف وافل از انواع تا نحوه اجرا

سقف وافل یک نوع سازه بتنی مدرن است که با استفاده از بتن مسلح ساخته می شود و ظاهری پنجره ای و منحصر به فرد دارد. این نام به دلیل شباهت این سازه به شکل نان وافل انتخاب شده است. بیشترین کاربرد سقف وافل در سازه هایی با ارتفاع 8 تا 12 متر مانند فرودگاه ها، سالن ها و ایستگاه های مترو است. اجرای سقف وافل در ساختمان ها از میلگرد و بتن استفاده می کند. بنابراین، قیمت میلگرد و سایر مصالح مصرفی تأثیر زیادی بر هزینه پروژه دارند. در ادامه این مقاله، به بررسی جزئیات بیشتری از سقف وافل، مزایا و معایب آن خواهیم پرداخت.

مطلب کاربردی: آهن کشی سقف شیروانی فلزی

سقف وافل چیست؟

سقف وافل یکی از انواع سازه های بتنی مدرن است که به دلیل ظاهر زیبا و مدرن، مدت زمان اجرای کوتاه، مقاومت و ایمنی بالا و مزایای اقتصادی، بسیار مورد توجه سازندگان پروژه های مختلف قرار گرفته است. این سازه دارای ظاهری شبکه مانند است و به همین دلیل به آن سقف مشبک نیز گفته می شود.

برای ساخت این نوع سازه، از قالب های مخصوص به نام وافل استفاده می شود. این قالب ها چندبار مصرف بوده و به همین دلیل در فرآیند اجرا و ساخت سقف وافل، باید از تخریب قالب ها جلوگیری کرد. نتیجه استفاده از این نوع سازه، کاهش وزن مرده سازه است. اجرای سقف وافل از ابتدای قرن 19 میلادی در کشورهای آمریکایی و اروپایی رواج پیدا کرده و به دلیل مزایای متعدد همچون استقامت و ایمنی بالا و وزن کم، مورد استقبال مهندسان ساخت وساز قرار گرفته است.

اما تاریخچه استفاده از سقف های مشبک در ایران به دوره هخامنشیان (2500 سال قبل) بازمی گردد. با توجه به آثار به جا مانده از تخت جمشید و بازسازی های گرافیکی انجام شده توسط باستان شناسان، سقف این بنا از الوارهای چوبی متعامد تشکیل شده بود که شباهت زیادی به سقف وافل امروزی دارد. همچنین، در بنای آکروپولیس یونان (هم دوره با تخت جمشید) نیز چنین ساختاری مشاهده می شود. سقف وافل به دلیل مزایای فراوان خود همچنان یکی از گزینه های محبوب در ساخت وسازهای مدرن است و با استفاده از قالب های مخصوص، به راحتی و با دقت بالا اجرا می شود.

مطلب کاربردی: بهترین تیرآهن برای سقف و ستون، سقف طاق ضربی

پارامترهای طراحی سقف وافل

پارامترهای مورد نظر در طراحی سقف وافل شامل ضخامت دال، فاصله دو محور تیرچه، عرض و عمق تیرچه و ضریب سختی دال است. در این نوع سقف، تیرچه ها به صورت پیش ساخته وجود ندارند و عرض تیرچه با فاصله بین دو لبه قالب وافل مشخص می شود که عموماً بین 10 تا 12 سانتی متر است. در شرایط خاص، دهانه سقف وافل می تواند تا 16-17 متر نیز اجرا شود.

انواع روش های ساخت وافل

1. درجا یا در محل:
   • در این روش، اجرای دال وافل به صورت درجا یا در محل پروژه انجام می شود. پس از آرماتوربندی، برای بتن ریزی نیاز به قالب بندی داریم و از ابزار خاصی برای بستن قالب ها استفاده می شود.
2. پیش ساخته نوع Precast:
   • در این روش، صفحات دال وافل در مکانی دیگر مانند یک کارخانه ساخته شده و سپس به محل پروژه منتقل می شوند. این روش مزایایی همچون کیفیت بالای ساخت و زمان کوتاه تر اجرا دارد.
3. پیش ساخته نوع Prefabricated:
   • این روش، گران ترین شیوه در مقایسه با دو روش دیگر است. در اینجا، مانند روش دوم عمل می شود با این تفاوت که دال به صورت یکجا در کارخانه ساخته نمی شود و عناصر مختلف در محل پروژه با هم یکپارچه می شوند. این روش به دلیل پیچیدگی و هزینه بالا، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.

این سه روش اصلی برای ساخت وافل، هرکدام مزایا و معایب خاص مخصوص به خود را دارند و انتخاب بین آن ها بسته به نیازهای پروژه و شرایط اجرای آن صورت می گیرد.

انواع سقف وافل

سقف وافل به طور کلی در دو نوع طراحی می شود: یک طرفه و دو طرفه. انتخاب نوع مناسب سقف وافل بر اساس دهانه سازه و نیازهای پروژه انجام می شود.

1. سقف وافل یک طرفه این نوع سقف در پروژه هایی که نسبت طول دهانه به عرض آن بیشتر از 2 باشد، استفاده می شود. اگر طول دهانه کمتر از 9 متر باشد، سقف وافل یک طرفه به کار می رود. از نظر طراحی، تفاوت زیادی بین این نوع سقف و سقف تیرچه بلوک وجود ندارد، اما در اجرای آن ها تفاوت کمی دیده می شود. قالب های این نوع سقف به صورت مستطیلی هستند و به دلیل مصرف کمتر میلگرد، هزینه کمتری نسبت به نوع دو طرفه دارند.
2. سقف وافل دو طرفه در پروژه هایی که نسبت طول دهانه به عرض کمتر از 2 باشد و همچنین طول دهانه بیشتر از 9 متر باشد، از سقف وافل دو طرفه استفاده می شود. این نوع سقف قالب های مربعی شکل دارد و به دلیل قابلیت انتقال بار در دو جهت، برای دهانه های بزرگتر کاربرد بیشتری دارد. اگرچه هزینه اجرای آن بیشتر است، اما به دلیل مزایای سازه ای، بسیار محبوب است.

مطلب کاربردی: حداکثر طول تیرآهن در سقف

کاربردهای سقف وافل

سقف وافل به دلیل ویژگی های منحصربه فرد خود، در ساختمان های با ارتفاع بالا و مکان هایی که نیاز به کاهش وزن مرده سازه دارند، کاربرد بسیاری دارد. برخی از موارد کاربرد به این صورت می باشند:

• ساختمان های بلندمرتبه: به دلیل کاهش وزن مرده سازه و افزایش فاصله بین ستون ها.
• مکان های عمومی: مانند بیمارستان ها، استخرهای سرپوشیده، سوله های صنعتی، هتل ها، کتابخانه ها، فرودگاه ها و ایستگاه های مترو.
• سالن های بزرگ: مانند سالن تئاتر ملی بریتانیا که در سال 1976 در لندن ساخته شده و ظرفیت بالای 2000 نفر دارد.
• تونل های مترو: مانند متروی واشنگتن که تمام فضای داخلی تونل با سقف وافل پوشیده شده است.

کاربرد سقف وافل در سازه اسکلت فلزی

اگرچه بیشتر صحبت ها در مورد سازه های بتنی بود، اما سقف وافل برای سازه های اسکلت فلزی نیز قابل استفاده است. در صورتی که بخواهید سازه های اسکلت فلزی با دهانه های بزرگتر اجرا کنید، می توانید از سقف وافل کمک بگیرید. این موضوع می تواند به صرفه جویی اقتصادی نیز کمک کند. این نوع سقف به دلیل مزایای فراوان خود همچنان یکی از گزینه های محبوب در ساخت وسازهای مدرن است و با استفاده از قالب های مخصوص به راحتی و با دقت بالا اجرا می شود.

مطلب کاربردی: ورق فلزی سقف شیروانی

مزایای سقف وافل

انتخاب نوع سقف در سازه های بتنی و فلزی بر اساس نوع پروژه، زمان اجرا، استحکام، ارتفاع سازه و قیمت نهایی انجام می شود. آشنایی با مزایا و معایب هر سازه، در انتخاب درست پروژه بسیار کمک می کند. در این بخش، به مزایای استفاده از سقف وافل پرداخته می شود.

1. کاهش حجم مصرف بتن و فولاد سقف وافل با کاهش وزن نسبت به سقف های سنتی مانند تیرچه بلوک، مصرف بتن و فولاد را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
2. حذف انواع بلوک و تیرچه های پیش ساخته در این سیستم، نیاز به استفاده از بلوک ها و تیرچه های پیش ساخته نیست و می توان از میلگردهای مختلف به طور آزادانه استفاده کرد.
3. پیاده سازی ساده با ایمنی بالا و اجرای سریع به دلیل سبک بودن قالب های وافل، اجرای این نوع سقف ساده و سریع است و ایمنی بالایی در حین اجرا دارد.
4. قابل استفاده بودن قالب ها برای دفعات متعدد قالب های وافل چندبار مصرف هستند و می توانند در پروژه های مختلف مورد استفاده قرار گیرند.
5. ایجاد ظاهر و نمای زیبا سقف وافل به دلیل طراحی زیبا و شکیل خود، به ویژه در طرح های معماری نمایان (اکسپوز) و با نورپردازی های متنوع، مورد توجه مهندسان قرار می گیرد.
6. عملکرد مناسب در برابر حوادث طبیعی سقف وافل به دلیل مقاومت بالا در برابر زلزله و سایر حوادث طبیعی، یک گزینه ایمن و مطمئن است.
7. حذف ستون های میانی سازه استفاده از سقف وافل امکان حذف ستون های میانی را فراهم می کند که به معنای افزایش فضای باز در سازه است.
8. کاهش هزینه ها نسبت به اجرای سقف های دیگر استفاده از سقف وافل در مقایسه با سقف های کرومیت و عرشه فولادی، هزینه های کمتری دارد.
9. قابل استفاده در انواع اسکلت های بتنی و فلزی سقف وافل قابلیت اجرا در هر دو نوع اسکلت بتنی و فلزی را دارد که آن را به یک گزینه چندمنظوره و منعطف تبدیل می کند.

معایب سقف وافل

همانند هر سازه دیگری، سقف وافل معایبی هم دارد. برخی از این معایب عبارت هستند از:

1. هزینه بالای قالب ها قالب های وافل به دلیل استفاده از ابزارهای تخصصی، هزینه های بالایی دارند.
2. محدودیت در استفاده در سطوح شیب دار استفاده از سقف وافل در سطوح شیب دار محدودیت دارد و برای مسطح کردن سطح نیاز به خاک ریزی و تسطیح است که زمان و هزینه های بیشتری می طلبد.
3. نیاز به تیم اجرایی و کارگران حرفه ای اجرای سقف وافل نیاز به تیم اجرایی ماهر و کارگران حرفه ای دارد.
4. عایق نامناسب حرارت و برودت به دلیل ضخامت کم، سقف وافل عایق مناسبی برای حرارت و برودت نیست و برای ساختمان های مسکونی کمتر استفاده می شود.

مطلب کاربردی: انواع سقف ساختمانی

مراحل اجرای سقف وافل

سقف وافل نوعی سقف مجوف بتنی است که به دلیل شباهت ظاهری به نان وافل به این نام شناخته می شود. این نوع سقف از تیرچه های بتنی پیش ساخته و بلوک های توخالی تشکیل شده و مزایای قابل توجهی نسبت به سقف های سنتی مانند تیرچه بلوک دارد. در ادامه به توضیح مراحل اجرای سقف وافل پرداخته می شود.

1. زیرسازی سقف وافل

اولین مرحله، آماده سازی زیر بستر برای اجرای سقف وافل است. این کار شامل تسطیح و پاکسازی زمین، ایجاد شمع ها یا اسکافلد برای پشتیبانی از سقف و اجرای زیرسازی فلزی (شاسی کشی) می شود.

2. قالب چینی وافل

در این مرحله، قالب های وافل که از جنس فلز یا پلاستیک هستند، در محل مورد نظر چیده و تراز می شوند. قالب ها باید به دقت به یکدیگر متصل شوند تا از نشت بتن جلوگیری شود.

3. قالب وافل چیست؟

قالب وافل نوعی قالب موقت برای اجرای سقف وافل است. این قالب ها عموماً از جنس پلاستیک یا پلی پروپیلن بوده و در اندازه و شکل های گوناگونی طراحی می شوند. پس از مرحله بتن ریزی، قالب ها از سازه جدا شده و در سقف های بعدی به کار می روند. قالب وافل مهم ترین ابزار برای اجرای این نوع سقف بوده و از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است، زیرا بارها قابل استفاده هستند.

این قالب ها برای حذف بتن ناکارآمد در سازه استفاده می شوند. با حذف این بخش، سازه سبک تر شده و انرژی لرزه ای کمتری جذب می کند. روش های دیگری مانند قالب های یوبوت، کوبیاکس و بابل دک نیز برای حذف این بخش سازه مورد استفاده قرار می گیرند. اما این روش ها موقتی نیستند و به دلیل یک بار مصرف بودن، هزینه بیشتری نسبت به قالب وافل دارند و از کارآمدی کمتری برخوردارند.

سایز قالب ها ارتباط مستقیمی با ارتفاع آن دارد؛ هرچه سقف کوتاه تر باشد، سایز قالب بزرگ تر و تعداد آن کمتر می شود. در مقابل، اگر سقف بلندتر باشد، سایز قالب کوچک تر و تعداد بیشتری استفاده می شود.

قالب وافل از لحاظ کاربرد به دو نوع قالب یک طرفه و دوطرفه شناخته می شود. در ادامه با مشخصات هر دو آشنا می شویم.

قالب وافل یک طرفه

این قالب ها به نام مهانیت یا گرین وافل نیز شناخته می شوند و برای اجرا در سقف های کوتاه تر مناسب هستند. استفاده از این قالب سبب کاهش مصرف میلگرد و بتن و نهایتاً کاهش هزینه می شود.

قالب وافل دوطرفه

این قالب در سقف های وافل دوطرفه به کار می رود و سبب انتقال بار در دو جهت می شود. به دلیل عملکرد دوطرفه، بار زنده و مرده سازه را به تمام تیرهای اطراف هر چشمه منتقل می کند. قالب وافل دوطرفه در سقف های بلندتر استفاده می شود.

مطلب کاربردی: حداکثر دهانه سقف طاق ضربی

4. بتن ریزی سقف وافل

بتن با مقاومت و اسلامپ مناسب به شکل مستقیم در قالب ها ریخته می شود. بتن ریزی باید به صورت یکنواخت و پیوسته انجام شود تا از ایجاد حفره و سستی در بتن جلوگیری شود.

5. قالب برداری سقف وافل

پس از گذشت زمان مورد نظر و سفت شدن بتن، قالب ها از سازه برداشته می شوند. در این مرحله باید دقت کرد که قالب ها آسیب نبینند؛ گاهی برای جداسازی بهتر قالب ها از روغن های گیاهی استفاده می شود.

6. نازک کاری سقف وافل

این بخش، آخرین مرحله است. در برخی از سازه ها و با هدف افزایش زیبایی، از طرح های مختلف مانند سقف کاذب استفاده می کنند. البته برخی مهندسان از همان سازه به عنوان نمای پایانی بهره می گیرند و با نورپردازی های متنوع، جلوه زیبایی به آن می دهند.

مطلب کاربردی: تیرآهن سقف طاق ضربی

نکات مهم در طراحی و اجرای سقف وافل

سقف وافل به عنوان یکی از سیستم های نوین سازه ای، دارای مزایای زیادی است که اجرای صحیح آن نیازمند توجه به نکات کلیدی زیر است:

1. بررسی اولیه و انتخاب قالب مناسب

قبل از هر چیز، نیاز است که بررسی های اولیه از جمله تحلیل نیازهای سازه و انتخاب نوع قالب وافل انجام شود. قالب های وافل باید با دقت انتخاب شوند تا با نوع سازه و شرایط محیطی مطابقت داشته باشند. انتخاب مناسب بین قالب های یک طرفه و دوطرفه بسته به نوع بارگذاری و ابعاد سقف انجام می شود.

2. زیرسازی مناسب

زیرسازی صحیح یکی از مراحل مهم در اجرای سقف وافل است. تسطیح و پاکسازی زمین، ایجاد شمع ها یا اسکافلد برای پشتیبانی از سقف و اجرای زیرسازی فلزی (شاسی کشی) از جمله کارهایی است که باید با دقت انجام شود تا پایه ای محکم برای اجرای سقف فراهم شود.

3. قالب چینی و تراز کردن

قالب های وافل باید به دقت در محل مورد نظر چیده و تراز شوند. اتصالات بین قالب ها باید محکم باشد تا از نشت بتن جلوگیری شود. توجه به تراز بودن قالب ها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

4. بتن ریزی و ویبره

بتن ریزی باید با استفاده از بتن با مقاومت و اسلامپ مناسب انجام شود. بتن ریزی باید به صورت یکنواخت و پیوسته انجام شود تا از ایجاد حفره و سستی در بتن جلوگیری شود. استفاده از ویبره برای تخلیه هوا از داخل بتن و افزایش تراکم و یکنواختی آن نیز ضروری است.

5. قالب برداری با دقت

پس از سپری شدن زمان مناسب و سفت شدن بتن، قالب ها باید با دقت برداشته شوند. این مرحله نیازمند دقت بالا است تا قالب ها آسیب نبینند و بتوان در پروژه های بعدی از آن ها استفاده کرد. استفاده از روغن های گیاهی برای جداسازی بهتر قالب ها می تواند مفید باشد.

6. نازک کاری و تکمیل نهایی

نازک کاری آخرین مرحله اجرای سقف وافل است. در این مرحله، ممکن است از طرح های مختلف مانند سقف کاذب برای افزایش زیبایی استفاده شود. برخی مهندسان از همان سازه به عنوان نمای پایانی بهره می گیرند و با نورپردازی های متنوع، جلوه ای زیبا به سقف وافل می دهند.

7. بررسی و نگهداری دوره ای

پس از اجرای سقف وافل، بررسی و نگهداری دوره ای از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این کار به منظور اطمینان از عملکرد صحیح سقف و جلوگیری از مشکلات احتمالی انجام می شود. رعایت اصول نگهداری و تعمیرات به موقع می تواند عمر مفید سازه را افزایش دهد.

مطلب کاربردی: ورق گالوانیزه سقفی چیست؟

نتیجه گیری