تاریخچه سقف وافل – آشنایی با تکامل این سیستم سقفی
در بخش قبلی سقف‌های سنتی را بررسی کردیم. وافل یکی از سیستم‌های مدرن و کارآمد در ساخت‌وساز است که به دلیل ویژگی‌های خاص خود، در پروژه‌های معماری مختلف به‌ویژه در ساختمان‌های بزرگ و بلند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اما شاید جالب باشد بدانید که ایده استفاده از سقف‌های مشبک و توخالی به زمان‌های بسیار دور بازمی‌گردد.
سقف وافل در دوران باستان
تاریخ استفاده از سقف‌های مشابه وافل به بیش از ۲۵۰۰ سال پیش و دوران هخامنشیان می‌رسد. براساس مستندات تاریخی و تحلیل‌های باستان‌شناسان، سقف تخت جمشید در ایران از الوارهای چوبی متعامد و مشبک ساخته شده بود که از نظر ساختاری شباهت زیادی به طراحی سقف‌های وافل امروزی داشت. در واقع، سقف‌های مشبک چوبی استفاده‌شده در کاخ آپادانا در تخت جمشید را می‌توان به‌عنوان منشا سقف‌های وافل بتنی امروزی دانست.
معبد پانتئون و استفاده از سقف‌های توخالی
نمونه‌ای دیگر از سقف‌های مشابه به وافل در تاریخ معماری، معبد پانتئون در روم باستان است که از سقفی توخالی برای پوشش دهانه‌ای به عرض ۴۳ متر استفاده کرده است. این سقف، علاوه بر کاهش وزن ساختمان، به‌عنوان یک راهکار مهندسی برای پوشش دهانه‌های وسیع بدون ستون میانی مطرح بود.
توسعه سقف وافل در قرن ۲۰
استفاده مدرن از سقف‌های وافل به قرن ۲۰ بازمی‌گردد. با پیشرفت صنعت ساختمان‌سازی و نیاز به طراحی‌های با دهانه‌های بزرگتر از ۷ متر که سقف‌های تیرچه بلوک قادر به پوشش آن‌ها نبودند، سقف‌های وافل به‌عنوان یک راه‌حل مهندسی جدید مطرح شدند. این سیستم‌های سقفی، که به‌ویژه برای پروژه‌های با دهانه‌های بزرگ بدون نیاز به ستون میانه بسیار مناسب هستند، توانستند مشکلات مربوط به بارگذاری در چنین پروژه‌هایی را به‌طور موثر حل کنند.
سقف وافل در قرن ۱۹ در اروپا و آمریکا
اگرچه تاریخ دقیق استفاده از سقف‌های وافل مدرن مشخص نیست، اما در قرن ۱۹ میلادی، نمونه‌هایی از این سقف‌ها در کشورهای اروپایی و آمریکا مشاهده شده است. با توجه به مزایای این سقف‌ها در کاهش وزن، افزایش مقاومت و امکان پوشش دهانه‌های بزرگ، استفاده از آن‌ها در پروژه‌های مهندسی و معماری رواج پیدا کرد.
سقف وافل چیست؟
این سقف بتنی با ظاهری زیبا ولی با مقاومت بالا است همانگونه که از نامش پیداست، شبیه نان وافل است. سقف وافل یکی از انواع سازه های بتنی است که به صورت شبکه هندسی متقاطع دیده می‌شود. به دلیل ظاهر زیبا و مدرن، مدت زمان اجرای کوتاه، مقاومت و ایمنی بالا و البته مزایای اقتصادی، برای سازندگان پروژه‌های مختلف انتخاب مناسبی است. این سازه ظاهری شبکه مانند دارد و به همین خاطر، به آن سقف مشبک هم می گویند این سقف با داشتن ظاهری مدرن و کارآمد برای پروژه‌های بزرگ مانند فرودگاه‌ها و در سقف‌هایی با ارتفاع بلند قابل اجرا است. سقف‌های وافل الگویی شبکه‌ای دارند که اغلب این شبکه‌ها به صورت مربع می‌باشند ولی به اشکال مختلف نیز این سقف قابل اجراست. طراحی این سقف‌ها باید طبق ضوابط و آیین‌نامه‌های استاندارد موجود صورت گیرد. امروزه از نرم‌افزار‌هایی مانند Etabs وSafe برای طراحی این سقف‌ها استفاده می‌شود.
قالب وافل چیست؟
دلیل اصلی شکل‌گیری این سقف‌ها استفاده از قالب‌های مخصوص وافل است که به آن قالب وافل می‌گوییم. این قالب‌ها پس از بتن‌ریزی از سقف جدا می‌شوند و ماندگار نیستند. این قالب‌ها چندبار مصرف هستند و جنس آن از پلاستیک یا پلی‌پروپلین هست. در شکل و اندازه مختلف تولید می‌شود و برای دال یک طرفه از قالب گرین وافل و در دال دوطرفه از قالب وافل دو طرفه برای انتقال بار در دو جهت استفاده می‌شود. در سقف‌هایی با ارتفاع کوتاه تر از تعداد قالب کمتر با اندازه کوچکتر استفاده می‌شود.
مراحل اجرای سقف وافل
اجرای سقف وافل شامل مراحل مختلفی است که برای دستیابی به ساختاری مقاوم و زیبا باید به دقت انجام شود. در اینجا مراحل اجرای سقف وافل به‌طور کامل شرح داده شده است.
1. زیرسازی
در مرحله اول، زیرسازی سقف وافل آغاز می‌شود. در این مرحله، اسکلت ساختمان به‌طور کامل آماده نصب قالب‌ها می‌شود. شاسی‌کشی یا ساخت چارچوب فلزی برای نصب قالب‌ها انجام می‌شود تا ساختار محکمی برای قالب‌های وافل فراهم آید. این مرحله برای اطمینان از دقت و استحکام سازه ضروری است.
2. چینش قالب‌های وافل
پس از آماده‌سازی زیرسازی، چینش قالب‌های وافل آغاز می‌شود. قالب‌ها باید طبق نقشه‌های سازه در مکان‌های مشخص قرار گیرند و فاصله‌ها باید به‌دقت رعایت شود. این مرحله، که پیش از آرماتوربندی و بتن‌ریزی انجام می‌شود، اهمیت زیادی دارد زیرا درستی چینش قالب‌ها تأثیر زیادی بر عملکرد نهایی سقف وافل خواهد داشت.
3. آرماتوربندی
پس از چینش قالب‌ها، آرماتوربندی انجام می‌شود. در این مرحله، میلگردها و آرماتورها بر اساس نقشه‌های سازه به‌صورت دقیق در قالب‌ها قرار می‌گیرند. به‌دلیل استحکام بالای قالب‌های وافل، کار آرماتوربندی روی آن‌ها راحت‌تر و سریع‌تر انجام می‌شود. این مرحله برای تامین مقاومت سقف در برابر بارهای مختلف ضروری است.
4. بتن‌ریزی
پس از کنترل دقیق وضعیت قالب‌ها و آرماتوربندی، بتن‌ریزی انجام می‌شود. بتن با عیار مشخص به‌طور یکنواخت روی قالب‌ها ریخته می‌شود. قالب‌های وافل به‌خوبی از نشست بتن جلوگیری می‌کنند و تضمین می‌کنند که بتن در جای خود باقی بماند. این مرحله نیاز به دقت دارد تا از ایجاد حباب هوا یا نقص در سطح بتن جلوگیری شود.
5. برداشتن قالب‌ها
پس از خشک شدن بتن، نوبت به برداشتن قالب‌ها می‌رسد. در این مرحله، قالب‌ها با دقت از سقف جدا می‌شوند و طراحی مشبک سقف وافل به وضوح قابل مشاهده است. قالب‌های وافل به‌دلیل قابلیت استفاده چندباره، باید بدون آسیب برداشته شوند. برای جداسازی راحت‌تر قالب‌ها از بتن، می‌توان از روغن بر پایه آب استفاده کرد. استفاده از مواد غیرمجاز مانند گازوئیل یا روغن سوخته برای جداسازی قالب‌ها باعث تیره شدن بتن می‌شود و توصیه نمی‌شود.
6. نازک‌کاری
در نهایت، پس از برداشتن قالب‌ها و اطمینان از استحکام سقف، نوبت به نازک‌کاری می‌رسد. در این مرحله، بر اساس نظر طراح، می‌توان از سقف کاذب برای پوشش استفاده کرد یا از نمای نهایی سقف برای نورپردازی، رنگ‌آمیزی و تزئینات دیگر بهره برد. این مرحله بستگی به نیاز پروژه و طراحی خاص آن دارد.
مزایای استفاده از سقف وافل
سقف وافل به دلیل طراحی خاص و ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود، مزایای زیادی برای پروژه‌های ساختمانی دارد. این مزایا شامل صرفه‌جویی در زمان، هزینه و مصالح، همچنین مقاومت بالا در برابر بارهای سنگین و زلزله می‌شود. در اینجا به مهم‌ترین مزایای سقف وافل اشاره می‌کنیم.
1. حذف ستون‌های میانی
یکی از برجسته‌ترین مزایای سقف وافل، حذف ستون‌های میانی است. به دلیل طراحی مشبک و ساختار خاص این سقف، می‌توان دهانه‌های بزرگتر را بدون نیاز به ستون‌های اضافی پوشش داد. این ویژگی امکان طراحی فضاهای بزرگتر و بازتر را فراهم می‌کند و باعث می‌شود که فضای داخلی به شکل بهینه‌تری تقسیم شود.
2. ظاهری مطلوب در طراحی معماری
سقف‌های وافل به دلیل ساختار مشبک و زیبای خود، ظاهری مدرن و جذاب به فضا می‌بخشند. طراحی اکسپوز این سقف‌ها در ساختمان‌های با طراحی داخلی مدرن محبوب است و در بسیاری از پروژه‌های معماری به‌عنوان یک ویژگی زیبا و کاربردی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
3. کاهش وزن مرده ساختمان
سقف‌های وافل با ساختار مشبک خود، باعث کاهش وزن مرده ساختمان می‌شوند. این کاهش وزن در نهایت منجر به کاهش بارهای مرده وارد شده به سازه و کاهش هزینه‌های ساخت و ساز می‌شود. بنابراین، این نوع سقف‌ها در پروژه‌های با بارهای سنگین و نیاز به کاهش وزن سازه بسیار مفید هستند.
4. مقاومت و ایمنی بالا
سقف وافل به‌دلیل طراحی خاص خود، مقاومت بالایی در برابر بارهای سنگین و زلزله دارد. این سقف‌ها توانایی تحمل فشارهای زیاد را دارند و به‌ویژه در مناطق زلزله‌خیز، برای افزایش ایمنی ساختمان‌ها بسیار مؤثرند.
5. صرفه‌جویی در مصالح
سقف‌های وافل به دلیل ساختار مشبک خود، از بتن و مصالح کمتری استفاده می‌کنند. این صرفه‌جویی در مصالح باعث کاهش هزینه‌های کلی پروژه می‌شود و در عین حال عملکرد ساختاری آن حفظ می‌شود.
6. سرعت اجرای بالا
با استفاده از قالب‌های چندبار مصرف برای سقف‌های وافل، می‌توان اجرای سقف را در مدت زمان کمتری نسبت به سایر انواع سقف‌ها انجام داد. این سرعت در اجرا به‌ویژه در پروژه‌های بزرگ و زمان‌بر اهمیت زیادی دارد.
7. قابل استفاده در ساختمان‌های بتنی و فلزی
سقف‌های وافل برای ساختمان‌های بتنی و فلزی قابل اجرا هستند و انعطاف‌پذیری بالایی در انواع مختلف سازه‌ها دارند. این ویژگی، استفاده از سقف وافل را در انواع پروژهها امکان‌پذیر می‌سازد.
8. قابلیت اجرا در ارتفاعات بالا
سقف‌های وافل قابلیت اجرا در ارتفاعات بالای ۱۲ متر را دارند. این ویژگی به‌ویژه در پروژه‌های بزرگ و ساختمان‌های بلندمرتبه که نیاز به دهانه‌های بلند و بدون ستون دارند، کاربردی است.
9. کاهش ارتعاشات
سقف‌های وافل ارتعاشات کمتری به نسبت سایر سقف‌ها دارند. این ویژگی باعث می‌شود که این سقف‌ها در محیط‌هایی با نیاز به کنترل ارتعاشات، مانند سالن‌های اجتماعات و استادیوم‌ها، مناسب‌تر باشند.
10. چندبار مصرف بودن قالب‌ها
قالب‌های استفاده شده در سقف وافل چندبار مصرف هستند، که این ویژگی علاوه بر کاهش هزینه‌ها، به حفظ محیط زیست نیز کمک می‌کند. این قالب‌ها پس از استفاده، می‌توانند دوباره برای پروژه‌های دیگر به کار گرفته شوند.
11. تحمل بالا در برابر زلزله
سقف‌های وافل به دلیل ساختار مشبک و سبک خود، توانایی تحمل فشارهای زلزله را دارند. این ویژگی آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب برای پروژه‌های ساختمانی در مناطق زلزله‌خیز تبدیل می‌کند.
معایب سقف وافل
با وجود مزایای فراوانی که سقف وافل ارائه می‌دهد، این سیستم نیز معایب خاص خود را دارد که باید در نظر گرفته شوند. در اینجا به برخی از معایب اصلی سقف وافل اشاره می‌کنیم:
1. هزینه بالای قالب‌ها
یکی از معایب اصلی سقف وافل، هزینه بالای قالب‌ها است. قالب‌های وافل از مواد خاص و با کیفیت بالا ساخته می‌شوند که می‌تواند هزینه اولیه بالایی به پروژه تحمیل کند. این قالب‌ها به دلیل طراحی پیچیده و ساختار ویژه‌شان، هزینه بیشتری نسبت به قالب‌های معمولی دارند.
2. نیاز به نیروی کار ماهر
اجرای سقف وافل نیاز به نیروی کار ماهر و متخصص دارد. به دلیل طراحی پیچیده و دقت بالای مورد نیاز در نصب قالب‌ها و آرماتوربندی، افراد با تجربه و آموزش‌دیده برای انجام این مراحل ضروری هستند. این امر ممکن است هزینه‌های نیروی کار را افزایش دهد و در برخی پروژهها باعث افزایش زمان اجرای سقف شود.
3. عایق حرارتی ضعیف
سقف‌های وافل به‌طور طبیعی عایق خوبی در برابر حرارت نیستند. بنابراین، این سقف‌ها برای مناطقی که نیاز به عایق حرارتی بالا دارند، به طور مستقل مناسب نیستند. برای بهبود عملکرد حرارتی، لازم است که از عایق‌کاری اضافی برای جلوگیری از انتقال حرارت استفاده شود، که این خود هزینه و زمان اضافی به پروژه می‌افزاید.
4. محدودیت در استفاده در سطوح شیبدار
استفاده از سقف وافل در سطوح شیبدار محدودیت‌هایی دارد. طراحی و ساخت سقف‌های شیبدار با استفاده از این سیستم پیچیده‌تر است و ممکن است نیاز به تغییرات در نحوه چینش قالب‌ها و دیگر مراحل اجرا داشته باشد. این محدودیت‌ها ممکن است اجرای سقف وافل را در برخی پروژهها غیرممکن یا پرهزینه کند.
سقف‌های وافل در طراحی معماری – ایجاد عمق و زیبایی با استفاده از نور و رنگ
سقف‌های وافل به‌خاطر الگوی شبکه‌ای خود که معمولاً به شکل مربع یا مستطیل است، به طراحان این امکان را می‌دهند که فضاهای زیبا و منحصر به فردی خلق کنند. این سقف‌ها، علاوه بر مزایای سازه‌ای خود، به‌عنوان ابزاری در طراحی دکوراسیون داخلی نیز شناخته می‌شوند. با افزودن نورپردازی مناسب و رنگ‌های خاص، می‌توان عمق و پیچیدگی را به فضا افزود و جلوه‌ای خاص و منحصر به فرد به محیط داد.
بروتالیسم در سقف‌های وافل
یکی از ویژگی‌های برجسته سقف‌های وافل، قابلیت نمایان کردن بتن بکر و بدون هیچگونه پوشش تزیینی است. این ویژگی می‌تواند به راحتی سبک بروتالیسم را در طراحی فضا تداعی کند. در این سبک، زیبایی‌شناسی از طریق نشان دادن مواد خام و ساختارهای سازه‌ای به‌طور مستقیم صورت می‌گیرد. سقف‌های وافل با این ویژگی، به‌عنوان عنصر اصلی می‌توانند جلوه‌ای قدرتمند از سادگی و استحکام را به فضا منتقل کنند.
نقاشی‌های دیواری و بازی با نور در دوران رنسانس
در دوران رنسانس، سقف‌های وافل به‌عنوان یک بستر عالی برای نمایش نقاشی‌های دیواری و بازی با نور شناخته می‌شدند. این سقف‌ها امکان ایجاد فضاهای هنری و تزیینی را فراهم می‌آوردند که در آن نور و رنگ به‌طور هماهنگ با ساختار سقف ترکیب می‌شدند. استفاده از این سقف‌ها در دوران رنسانس به طراحان این فرصت را می‌داد که علاوه بر زیبایی ظاهری، اثرات نورپردازی و رنگ‌آمیزی را در سقف‌های مشبک به‌طور خلاقانه اجرا کنند.
استفاده در دوران معماری رومی
در دوران معماری رومی، سقف‌های وافل به‌عنوان یک تکنیک قوی برای سبک‌کردن سازه‌ها استفاده می‌شد. رومیان از این نوع سقف‌ها برای کاهش وزن سقف‌ها بدون کاهش استحکام سازه استفاده می‌کردند. به همین دلیل، این سقف‌ها در ساخت بناهای بزرگ و با دهانه‌های وسیع بسیار کاربرد داشتند. استفاده از سقف وافل در معماری رومی نشان‌دهنده توانایی این سیستم در ترکیب زیبایی و عملکرد است.
ایجاد اصالت و زیبایی در فضاهای معاصر
امروزه، با افزودن جزئیات و طراحی‌های مناسب به سقف‌های وافل، می‌توان اصالت و شخصیت خاصی به فضا بخشید. طراحان معاصر می‌توانند با استفاده از ویژگی‌های این سقف‌ها، فضاهایی با کاربردهای مختلف ایجاد کنند که نه‌تنها از لحاظ ساختاری کارآمد باشند، بلکه از جنبه‌های زیبایی‌شناسی نیز منحصر به فرد و جذاب باشند.
نمونه‌های استفاده از سقف وافل
سقف‌های وافل در پروژه‌های مختلف معماری، از ساختمان‌های تجاری و مسکونی گرفته تا فضاهای عمومی و فرهنگی، به کار می‌روند. این سقف‌ها به‌ویژه در فضاهای با ارتفاع زیاد و دهانه‌های بزرگ، به دلیل مقاومت بالا و طراحی منحصر به فرد، بسیار محبوب هستند. با استفاده از سقف‌های وافل در این فضاها، می‌توان علاوه بر افزایش زیبایی محیط، کاربری‌های مختلفی مانند نورپردازی و نصب سیستم‌های تهویه و سایر تجهیزات را نیز به راحتی انجام داد.
۱- متروی واشنگتن دی سی
یکی از سازه‌های موفق معماری بروتالیستی است که روزانه افراد زیادی در آن در حال تردد هستند. طرح ساده،حجم منسجم بتنی، نورپردازی خوب، استفاده از برنز و گرانیت این بنا را منحصر به فرد کرده است.
۲- رستوران above 71
این رستوران در لس‌انجلس را می‌توان نمونه موفق سقف‌وافل برای عایق صوتی نام برد. استفاده از حفره‌های عمیق برای کاهش صدا‌های نا به‌هنجار و حذف نوفه‌های ناخواسته در این فضا به خوبی کمک کرده است. سالن سخنرانی جوزف دی جمیل در نیویرک نیز یکی از این بنا‌ها است.
۳- دبیرستان گرین وود
طراحی این دبیرستان در بنگلادش با سقف وافل به جز استفاده‌ی اکوستیکی از این سقف، رنگ‌امیزی عناصر معماری موجود با رنگ‌های زرد و نارنجی در سقف سازه‌ای نیز حس پویایی و جنب و جوش را در فضا زنده نگه داشته است.
۴- مرکز fintech
این فضا در برزیل با استفاده از بازی نور مصنوعی و طبیعی پنهان در داخل سقف، فضای مناسبی برای پنهان کردن کابل ها نیز بوده است. با روشن کردن برخی از فرورفتگی‌ها توانسته است عمق فضا را امتداد دهد. نمونه دیگری از این نوع استفاده از سقف را در رستوران co-op ramen در برزیل را مشاهده می‌کنیم. در این پروژهها برای تنظیم نور مصنوعی و طبیعی از شبکه‌های سقف به خوبی استفاده شده است.
دیگر نمونه‌های این سقف وافل در ایران را می‌توانیم کتابخانه ملی ایران و فرودگاه مدنی تبریز اشاره کنیم.
در مقاله‌ی بعدی به بررسی سه سیستم پرکاربرد سقف پیش‌تنیده، سقف عرشه فولادی و سقف یوبوت و ویژگی‌ها و مزایای خاصی که دارند می‌پردازیم.
