سیستم کنسولی چیست و اجرای آن چه ضوابطی دارد؟

کنسول که به عنوان طره یا تیر سرکش نیز شناخته می‌شود، عضوی است که یک سر آن به سازه و یا بدنه، متصل و مورد حمایت سازه اصلی قرار می‌گیرد و سر دیگر آن از سازه اصلی فاصله دارد. به تعبیر دقیق‌تر، کنسول، عضوی از سازه است که یک طرف آن با ساختمان اتصال برقرار کرده و تحت حمایت سازه است و طرف دیگر هیچ اتصالی با سازه ندارد و از بخش بیرونی، قابل رویت است.

در واقع، هر نوع برآمدگی که از بدنه سازه فلزی یا ساختمانی و بدون کمک گرفتن از ستون باشد، کنسول نام دارد. کنسول ساختمان از طبقه بالای همکف که در سازه‌های مشرف بر گذر قرار دارند، قابل اجراست با این حال، عرض گذر، تاثیر زیادی بر طول مجاز برای احداث پیش آمدگی دارد.

سیستم کنسولی در ساختمان

سیستم کنسولی، سازه‌هایی هستند که در آنها ستون‌هایی دارای تکیه‌گاه گیردار وجود داشته باشد. تیرها در سیستم کنسولی دارای اتصالات مفصلی با ستون و مانند تیرهایی هستند که فقط یک سمت آنها تکیه‌گاه دارد و سمت دیگر آنها آزاد است. در این حالت، تیرها دستخوش تغییر زیاد در سمت آزاد خود شده و بار را به تکیه‌گاه انتقال می‌دهند که قابلیت تحمل لنگر خمشی و برشی دارد.

برای درک بهتر مفهوم سیستم کنسولی، یک سالن با ستون‌های بتن آرمه را تصور کنید که خرپاها روی دو ستون می‌نشینند. این سیستم، استهلاک انرژی کمتری داشته و به همین خاطر ضریب رفتار کمتری برای آن لحاظ می‌شود. در این رابطه، مهندسان در صورت طراحی سالن با سقف خرپایی و ستون‌های بتن آرمه، باید ضریب رفتار 2 را اعمال نمایند نه 5 که مربوط به قاب‌های خمشی متوسط بتنی است. همچنین در این حالت، ابعاد ستون‌ها، بزرگتر است.

نحوه اجرای کنسول در ساختمان فلزی و بتنی

روش‌های اتصال کنسول به سازه را با توجه به نوع سازه، می‌توان به دو بخش تقسیم کرد:

• سازه‌های فولادی یا فلزی: در این سازه‌ها، می‌توان با استفاده از پلیت فولادی (لچکی)، ستون و شاسی اصلی کنسول را به سازه اصلی بدنه متصل کرد.
• سازه‌های بتنی: در این سازه‌ها، ابتدا با استفاده از بولت و کاشت میلگرد، پلیت فولادی به بدنه بتنی، متصل و سپس تیرهای فولادی کنسول و سقف کنسول یا همان سیستم سقف در سازه اصلی اجرا می‌شود.

محاسبه خیز تیرهای کنسول

تحقیقات نشان می‌دهد بیشترین خسارت در زلزله به سازه‌هایی تعلق دارد که دارای کنسول یا پیش‌آمدگی است و یکی از علل تخریب این سازه‌ها نیز عدم رعایت ضوابط، خطا در اجرا و طراحی است. از آنجا که در سازه‌های بتنی به جز میلگردهای فولادی (قیمت میلگرد st52، قیمت فولاد ck45، قیمت فولاد vcn، قیمت میلگرد st37 و ...) که در کارخانه‌ها ساخته می‌شود، سایر مصالح و مراحل، توسط انسان انجام می‌شود، احتمال خطا در طراحی و اجرا وجود دارد. معمولا برای اجرای کنسول و ایجاد پیش آمدگی در ساختمان از تیرهای کنسول استفاده می‌شود. این تیرها با ایجاد لنگر خمشی منفی با یک لنگر خمشی مثبت که در محل دیگری ایجاد شده، مقابله می‌کنند.

روش های اجرای تیر کنسول

با توجه به نقش تیرهای کنسول در سازه‌ها از روش‌های مختلفی برای اجرای تیر کنسول استفاده می‌شود. این روش‌ها عبارتند از:

• روش دستک قطری

از این روش برای ایجاد پایداری تیر کنسول استفاده می‌شود. امكان اجراي تير كنسول با اتصال مفصلي، وارد نكردن لنگر در ارتفاع ستون و عدم افزايش مقطع، امكان اجراي دستك با طول بيشتر نسبت به حالت كنسول با اتصال گيردار و مهار كردن حرکت‌های آزاد نوك تير كنسول موقع زلزله و ساير بارها از مزایای اجرای تیر کنسول با دستک قطری است و ايجاد محدودیت از نظر معماري در صورت وجود فضاي باز در سمت اجراي دستك از معایب آن است.

• روش اتصال گیردار

در این روش، تیر کنسول به صورت گیردار به ستون اتصال می‌یابد. وقتی تیر در یک انتها بارگذاری می‌شود، لنگر زیادی در انتهای تیر که دارای تکیه‌گاه گیردار است، ایجاد می‌شود و هر چقدر که بار اعمال شده در انتهای آزاد تیر بیشتر شود، لنگر ایجاد شده در قسمت گیردار بیشتر خواهد شد.

نداشتن محدودیت از نظر معماري، هنگامی که پیش ‌آمدگی از طرفين باز باشد از مزایای آن است اما غیر اقتصادی بودن آن، حساسیت به جوشکاری و در نتیجه از دست دادن پایداری هنگام زلزله، از معایب این روش است. از این رو، استفاده از آن چندان توصیه نمی‌شود.

• روش دستک K

اجرای این دستک به دلیل پایدار کردن تیر کنسول که با اتصال مفصلی به ستون متصل شده، صورت می‌گیرد. در یک طبقه این دستک‌ها به ‌صورت دوتایی اجرا شده و دو دستک باید در یک نقطه به هم برسند تا نیروهای افقی، یکدیگر را خنثی و نیروی قائم را به ستون، منتقل کنند.

امكان ايجاد تير كنسول با اتصال مفصلی، نیاز به پروفیل کمتر نسبت به دستک تیر کنسول با پروفیل قطری و مهار کردن حركات آزاد تک ‌تیر كنسول، تحت بارهاي زلزله و ساير بارها از مزایای آن محسوب می‌شود. در مقابل، مناسب نبودن براي استوانک‌‌های بلند و ايجاد محدوديت از نظر معماري در سمت اجراي دستك در صورت باز بودن فضا از معایب آن است.

• روش دستک زانویی

در این روش به دلیل پایدار کردن تیر کنسول از دستک‌هایی با زاویه غالبا 45 درجه استفاده می‌شود. ایجاد تير كنسول به صورت مفصلي و در نتیجه کاهش حساسیت اتصال، اجرای تير كنسول با طول بيشتر نسبت به اجراي تير با اتصال گيردار، مهار حرکت‌های آزاد نوك تير كنسول در موقع زلزله و ساير بارها از محاسن این روش است.

با این حال، ايجاد محدوديت از نظر معماري در صورت ايجاد كنسول كه از طرف اجراي دستك باز است، ايجاد لنگر در ارتفاع ستون كه مقدار اين لنگر با لنگر منتقل‌ شده از تير كنسول به‌ صورت گيردار ایجاد شده يكي است از معایب آن است. همچنین در اجرای تیر کنسول با دستک زانویی به دليل سر گیر بودن سمتي كه دستك اجرا شده در موقعي كه سمت اجراي دستك باز است و ديوار اجرا نمی‌شود، دستك به‌ صورت كششي اجرا می‌شود.

• روش اتصال خورجینی

در این روش، شاه‌ تیر از دو طرف ستون رد شده، پیش ‌آمدگی در سازه را به وجود می ‌آورد. شاه‌ تیر در محل اتصال به ستون از هر طرف توسط دو نبشی در بالا و پایین مهار می‌شود. عدم انتقال اتصال لنگری به ستون به دلیل مفصلی بودن و در نتیجه عدم افزایش مقطع، وضعیت مناسب از نظر پایداری ممتد و تغییر مکان‌های قائم، اجرای ساده و عدم پرداخت هزينه اضافي براي قیمت پروفیل های دستک‌ها و عدم ايجاد محدوديت از نظر معماري که از معایب بیشتر اجرای تیر کنسول‌ها است به عنوان مزیت در این روش شناخته می‌شود. با این حال، عدم رفتار مناسب این اتصال در زلزله از مهمترین معایب آن است.

ضوابط اجرای کنسول در ساختمان

1. طبق مقررات شهرسازی، اجرای کنسول در ساختمان در صورت داشتن حداقل عرض گذر امکان پذیر است.
2. حداکثر عمق کنسول در هر ساختمان نباید از 120 سانتیمتر تجاوز کند و حداقل عرض گذر، 12 متر است.
3. همچنین حداقل ارتفاع کنسول های اجرایی از سطح تراز گذر باید 3.50 متر باشد.
4. ارتفاع کنسول از پیاده رو تا سقف نباید کمتر از 5.5 متر باشد.

مهمترین ضوابط مربوط به میزان عمق اجرایی کنسول در ساختمان عبارت است از:

1. در عرض گذر کمتر از 12 متر، اجرای کنسول، خلاف مقررات است.
2. در عرض گذر کمتر از 20 متر و بیشتر از 12 متر، حداکثر عمق کنسول اجرایی، 80 سانتیمتر است.
3. در عرض گذر بیش از 20 یا 22 متر، حداکثر عمق کنسول اجرایی، 120 سانتیمتر است.

سوالات شما