، زلزله یکی از مخرب‌ترین پدیده‌های طبیعی است که سالانه خسارات جبران‌ناپذیری را به ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها وارد می‌کند. ایران کشوری زلزله‌خیز است و به همین علت مقاوم‌سازی سازه‌ها در برابر زمین‌لرزه از جمله الزامات جدی در طراحی معماری و مهندسی عمران به شمار می‌رود. با توجه به پیشرفت تکنولوژی و ورود سیستم سقف وافل (Waffle Slab System) به صنعت ساختمان‌سازی، دغدغه‌ها در زمینه مقاومت لرزه‌ای ساختمان‌ها تا حد زیادی کاهش پیدا کرده است. این مدل از سقف‌ها با استفاده از طراحی شبکه‌ای و مدولار، توانسته‌اند جایگزین سیستم‌های سنتی نظیر تیرچه بلوک و دال‌های ساده باشند. در این میان، بررسی قیمت قالب وافل نیز اهمیت پیدا می‌کند، زیرا انتخاب قالب مناسب علاوه بر تأثیر بر کیفیت اجرا، می‌تواند بر هزینه نهایی پروژه نیز تاثیرگذار باشد. در ادامه به بررسی علل مقاومت بیشتر این سقف در مقایسه با سقف‌های سنتی خواهیم پرداخت.

ضعف‌های سقف‌های سنتی در برابر زلزله

سقف‌های سنتی نظیر تیرچه بلوک، دال‌های یک طرفه و حتی دال‌های دو طرفه بدون طراحی پیشرفته، دهه‌هاست که در صنعت ساخت‌وساز مورد استفاده قرار می‌گیرند اما به علت محدودیت‌های ساختاری و طراحی، در هنگام مواجهه با نیروهای لرزه‌ای نقاط ضعف متعددی از خود نشان می‌دهند:

• توزیع نامتوازن نیروها: در سیستم‌های مذکور نیروهای جانبی ناشی از زلزله‌ها به صورت یکنواخت توزیع نمی‌شود و عمدتاً نقاطی از سقف دچار تمرکز تنش خواهند شد و به تبع مستعد ترک‌خوردگی یا شکستگی می‌شوند.
• اتصالات ضعیف: در سقف‌های سنتی، اتصال تیرها به دال‌ها و نحوه انتقال نیروها معمولاً به صورت دستی یا سنتی صورت می‌گیرد. استاندارد نبودن اتصالات مذکور منجر به کاهش ظرفیت لرزه‌ای سازه می‌گردد.
• وزن مرده بالا: وزن زیاد سازه از جمله عوامل تشدید خسارت در هنگام زلزه است. سقف‌های سنتی به علت ساختار پُر حجم خود دارای وزن بیشتری هستند و همین ویژگی سبب افزایش نیروهای اینرسی زلزله می‌شود.
• عدم انعطاف‌پذیری در طراحی لرزه‌ای: این دسته از سقف‌ها معمولاً فاقد رفتار دوطرفه واقعی هستند و در برابر نیروهای چندجهته زلزله عملکرد آسیب‌پذیری دارند.

تمامی این فاکتورها باعث شده‌اند تا مهندسان در طی سال‌های اخیر دنبال جایگزین‌هایی سبک‌تر، هوشمندانه‌تر و مقاوم‌تر نظیر سقف وافل باشند.

عوامل مؤثر در مقاومت بالای سقف وافل در برابر زلزله

سقف‌های وافل بر خلاف سقف‌های سنتی به عنوان یک سیستم دو طرفه (Two-Way Slab) طراحی می‌شوند که می‌تواند نیروها را در دو جهت اصلی انتقال دهد. این ویژگی تأثیر بسیار زیادی در رفتار سازه در برابر حرکات لرزه‌ای خواهد داشت.

۱. طراحی شبکه‌ای با صلبیت بالا

قالب‌بندی سقف وافل به صورت شبکه‌ای صورت می‌گیرد و در آن حفره‌های منظم یا پانل‌های مربعی/مستطیلی تشکیل می‌شود. این ساختار سبب ایجاد صلبیت خمشی و پیچشی قابل توجهی در مقطع سقف خواهد شد.

۲. کاهش وزن مرده ساختمان

حذف قسمت‌های غیرضروری بتن و پُر کردن فضای خالی بین تیرچه‌ها با حفره‌های وافل، وزن کلی سقف را کاهش خواهد داد. این کاهش وزن به طور مستقیم سبب کاهش نیروی اینرسی زلزله می‌شود.

۳. انتقال یکنواخت نیروها

با وجود رفتار دوطرفه و پیوستگی مناسب بین تیرها و ستون‌ها، نیروهای جانبی به صورت یکنواخت به ستون‌ها انتقال پیدا می‌کنند و از این طریق از تمرکز تنش در نقاط ضعیف جلوگیری خواهد شد.

۴. دهانه‌های بزرگ بدون ستون اضافه

در طراحی سقف وافل، امکان اجرای دهانه‌های بزرگ تا 12 متر یا بیشتر بدون نیاز به ستون میانی فراهم است. این ویژگی علاوه بر کاهش وزن، منجر به انعطاف‌پذیری معماری و کاهش تمرکز نیرو نیز می‌شود.

۵. امکان ترکیب با دیوار برشی یا قاب خمشی

سقف وافل به راحتی با سیستم‌های مقاوم لرزه‌ای دیگر نظیر دیوار برشی بتنی یا قاب‌های خمشی ترکیب می‌شود و رفتار لرزه‌ای بهینه‌ای را ایجاد می‌کند.

۶. بهینه‌سازی با نرم‌افزارهای پیشرفته

در فرایند طراحی سقف وافل، مدل‌سازی استاندارد با استفاده از نرم‌افزارهایی نظیر ETABS، SAFE یا SAP2000 صورت می‌گیرد و به همین علت نتایج تحلیل، ایمنی رفتار لرزه‌ای سقف را تضمین خواهد کرد.

مقایسه سقف وافل با سقف‌های سنتی از نظر عملکرد لرزه‌ای

مقایسه بین سقف وافل و سیستم‌های سنتی، مزایای سیستم وافل را در طراحی لرزه‌ای به وضوح نمایش می‌دهد:

این جدول مقایسه نشان می‌دهد که سقف وافل نه تنها در کنترل تغییرمکان‌های جانبی عملکرد موثرتری دارد، بلکه هزینه‌های تعمیر و مقاوم‌سازی بعد از زلزله را نیز کاهش می‌دهد.

چه پروژه‌هایی از سقف وافل برای مقابله با زلزله استفاده کرده‌اند؟

در حال حاضر، بسیاری از پروژه‌های بزرگ عمرانی در ایران و کشورهای لرزه‌خیر نظیر ژاپن، نیوزیلند، ترکیه و ایالات متحده، از سقف وافل به عنوان سیستم مقاوم لزره‌ای بهره می‌برند؛ برای مثال:

• برج‌های مسکونی در مناطق با خاک نرم: در مناطقی نظیر تهران یا تبریز که خاک مستعد تقویت امواج زلزله است، سقف وافل به علت وزن سبک‎‌تر و رفتار دو طرفه، محبوبیت زیادی دارد.
• مجتمع‌های تجاری بزرگ: مراکز خرید و مجتمع‌های تجاری که نیازمند دهانه‌های بزرگ و طبقات باز هستند، با کمک سقف وافل علاوه بر ایجاد فضای معماری آزاد، مقاومت لرزه‌ای بالایی نیز دارند.
• بیمارستان: بیمارستان‌ها و مراکز درمانی به علت اهمیت عملکرد سازه بعد از زلزله، اغلب از سقف وافل در ترکیب با دیوارهای برشی بهره می‌برند.
• پارکینگ‌های طبقاتی و سازه‌های صنعتی: در چنین پروژه‌هایی، سقف وافل به عنوان یک سیستم مقرون‌به‌صرفه، سبک و مقاوم، به کاهش هزینه‌ها و ارتقای ایمنی کمک زیادی خواهد کرد.

آیا سقف وافل مورد تأیید آیین‌نامه‌های لرزه‌ای هست؟

در حال حاضر، طراحی و اجرای سقف وافل به طور کامل منطبق با الزامات آیین‌نامه‌های لرزه‌ای بین‌المللی صورت می‌گیرد؛ به عنوان مثال آیین‌نامه 2800 ایران به عنوان اصلی‌ترین مرجع طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها در ایران، استفاده از سیستم‌های دو طرفه با انتقال یکنواخت نیرو را توصیه می‌کند. سقف وافل با داشتن این ویژگی، به راحتی الزامات این آیین‌نامه را پوشش می‌دهد. علاوه بر این، ACI318 و ACI421 دستورالعمل‌های موسسه بتن آمریکا هستند که برای طراحی دال‌های دو طرفه و سیستم‌های مشبک (Waffle Slab) تدوین شده‌اند و کلیه جزئیات اجرایی و محاسباتی در آن‌ها لحاظ گردیده است.

همچنین، Eurocode و IBC را نیز داریم که کدهای طراحی اروپا و آمریکا هستند و سقف وافل را به عنوان یک سیستم کاملاً قابل قبول برای سازه‌های مقاوم در برابر زلزله معرفی می‌کنند. ناگفته نماند که استفاده از نرم‌افزارهای تحلیل لرزه‌ای معتبر و طراحی بر اساس ضرایب رفتار لرزه‌ای (R) نیز سبب می‌شود سقف وافل با اطمینان بالا در پروژه‌های بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.

جمع‌بندی: آیا سقف وافل بهترین انتخاب ضدزلزله است؟