پیش تنیده عبارت است از ايجاد يك تنش ثابت و دائمی در يك عضو بتنی ، به طوری كه در اثر اين تنش ، درصدی از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده در اين عضو خنثی شده ودر نتیجه باربری آن ازیاد پیدا می كند.
سقف پیش تنیده، يكی از جديدترين سیستم های سقف ساختمان است كه وارد مهندسی ساختمان شده است. در سالهای پیش چندين الگوی پیش تنیدگی متفاوت داده شده بود، که به علت استفاده از فولاد بامقاومت پايین ، اثرات بلند مدت خزش و انقباض باعث كاهش نیروی پیش تنیدگی می شد و مزيت كاربرد بتن پیش تنیده را شديداً كاهش می داد.
مباحث کلی پیش تنیده
از ديدگاه كلی پیش تنیدگی به معنای ايجاد تنش های ثابت مخالف با تنش هايی می باشد كه در اثر بارهای سرویس در سازه ايجاد خواهند شد. همانطور كه می دانیم بتن در فشار بسیار قوی ولی در كشش ضعیف عمل می نمايد بطوريكه يك تنش كششی کوچک می تواند باعث ترک خوردگی مقطع بتنی شود. عموما از میلگردهای فولادی در بتن بعنوان آرماتوركششی استفاده می شود تا مقدار ترک خوردگی را محدود نمايد.
در سیستم پیش تنیده بجای آرماتورهای معمولی از يكسری كابل (استرند) های با مقاومت كششی بالا استفاده می شود.كه اين كابل ها تحت كشش زيادی قرار گرفته و در دو انتهای تیر توسط گره های مخصوص(انکوریج) ثابت می گردند. بدين ترتیب كابل های پیش كشیده پس از رها شدن از كشش تمايل به جمع شدن و رسیدن به حالت اولیه داشته و لذا يك نیروی فشاری زيادی در قسمت زيرين تار خنثی در بتن ايجاد می گردد كه به تبع اين نیرو در مقابل نیروی كششی كه بوسیله بارهای ثقلی در بتن ايجاد می گردد قرار می گیرد. بنابراين اين كابل ها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی نموده و مقطع قابلیت پذيرش بارهای بیشتری را خواهد داشت.
اصطلاحات روش پیش تنیده.
تنش : فشار های ناشی از بار گذاری يا پیش تنیدگی در مقطع بتن.
كشش: كشش هیدرولیكی كابل يا میل گرد های دارای مقاومت بالا كه توسط انکوریج ها بصورت نیروی فشاری به مقطع بتن منتقل میشود.
پیش تنش : پیش تنیدن – حالت كلی خنثی كردن قسمتی از تنش های كششی بتن با اعمال فشار به يكی از دو روش زير:
پیش كشیدهیا pre-tension
متداول ترين نوع پیش تنیدگی كه عموما پیش ساخته است و بتن مسلحی است كه میله های تقويت كننده اش از قبل تحت كشش قرار گرفته و بعد از رها شدن بتن را تحت فشار قرار میدهند. به نام بتن پیش تنیده پیش ساخته يا بتن پیش تنیده پیش كشیده هم شناخته میشود ) tension Pre Prestressيا Precast Prestress.)
پس كشیده یا post-tension
این نوع پیش تنیدگی در کارگاه محل ساخت پروژه انجام می شود و کابل ها بعد از به مقاومت رسیدن بتن کشیده می شوند.
مزاياي سیستم پیش تنیده
دهانه بزرگتر: با استفاده از روش پیش تنیده امكان ايجاد دهانه های بزرگ تر در سازه وجود دارد. محدوديت هايی كه روش های ديگر در پوشاندن دهانه های بزرگ با آن مواجه هستند در اين سیستم كمتر است. اين مزيت قابلیت های گسترده سقف پیش تنیده را در اختیار طرح معماری قرارمی دهد و همچنین امكان استفاده مناسب تری از فضا را ايجاد می كند.
ضخامت دال كمتر: با توجه به تحت فشار بودن بتن و وجود انحنا در کابلها ،امكان پوشاندن دهانه با ضخامت كمترنسبت به دال های بتن آرمه معمولی و يا ساير سیستم هاي رايج در سقف پیش تنیده فراهم می گردد.
ایجاد کنسول های بلندتر: با توجه به وجود انحنا در كابل ها،امكان ایجاد کنسول های بلند در دال پیش تنیده وجود دارد و این درحالی است که امکان ایجاد کنسول بلند در دیگر سیستم های سقف بسیار محدود می باشد.
حذف تیرها: از آنجايی كه در سیستم پیش تنیده امكان حذف تیرها و آويزها وجود دارد،می توان سطح زيرين تخت را در اختیار طرح معماری قرار داد. در نتیجه عبور كانال های تاسیساتی با سهولت امكان پذير می باشد. به علاوه، تیغه بندی و پارتیشن بندی نیز بدون محدوديت قابل اجرا است.
كنترل ترک و دوام بیشتر: نیروی پیش تنیدگی باعث اعمال فشار دائمی به دال های پیش تنیده می گردد و سقف ها همواره تحت فشار خواهند بود. لذا ترک های موجود در اين سیستم به حداقل می رسد. كاهش ترک،مانع نفوذ مواد خورنده به بتن شده و خوردگی فولاد كمتر می شود. به عبارت ديگر دوام سازه افزايش می يابد.
افزايش سرعت اجرا: با توجه به حذف تیرهای میانی و کمتر شدن آرماتورهای دال ها ،زمان اجرای يك سقف پیش تنیده بسیار كمتر از يك دال بتنی معمولی خواهد بود. عدم وجود تیرها،سرعت اجرای قالب بندی را نیز افزايش می دهد و از طرف ديگر بعد از اجرای عملیات كشش،سقف بدون وجود قالب و شمع بندی،خودايستا خواهد بود و می توان قالب ها را در مدت زمان كوتاه تری باز كرد. به صورت معمول،زمان اجرای يك دال پیش تنیده حدود 30 درصد سريع تر می شود
ارتفاع كمتر كف تا كف و كاهش ارتفاع كل ساختمان: با توجه به كاهش ضخامت دال و حذف آويز تیرها در سقف پیش تنیده ، ارتفاع كف تا كف طبقات را میتوانكاهش داد. اين امر باعث كاهش ارتفاع ساختمان و كاهش مصالح مصرفی در ستون،ديوار تیغه بندی و تاسیسات و سنگ نما و غیره می شود. همچنین در ارتفاع ثابت می توان از تعداد طبقات بیشتری استفاده كرد. اين امر به خصوص در ساختمان های بلندمرتبه كه با توجه به قوانین موجود محدوديت ارتفاع دارند،حائز اهمیت است.
امکان ستون گذاري نامنظم: برخلاف سازه های بتنی معمولی كه ستون گذاری معمولاً از آكس بندی منظم پیروی می كند،در اين سیستم،امكان ستون گذاری به صورت نامنظم وجود دارد كه در طرح های معماری بسیار مهم است
امکان ايجاد بازشوهاي بزرگ و نامنظم در سقف: با توجه به صلبیت بیشتر در سقف پیش تنیده ،امكان ايجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم روی سقف وجود دارد. در اين سیستم به تعبیه تیر اطراف بازشوها نیاز نمی باشد.
كاهش وزن ساختمان: با توجه به خنثی شدن بار مرده سازه وكاهش ضخامت دال و حذف تیرها در سقف پیش تنیده ،وزن كلی ساختمان نیز كاهش می يابد. اين امر باعث کاهش مصرف میلگرد وكم شدن ابعاد و اندازه ساير اجزای سازه ای خواهد شد.
بهبود عملکرد لرزه اي: سیستم دال بتنی نسبت به ساير سیستم های پوشش سقف ديافراگم يكپارچه تر و صلبیت بیشتری تشكیل می دهد كه باعث بهبود عملكرد لرزه ای ساختمان می گردد. به علاوه،تحقیقات مختلف در اين زمینه نشان می دهد دال های پس كشیده با روش نچسبیده(پیش تنیده) نسبت به دال های بتن آرمه عملكرد مناسب تری هنگام وقوع زلزله داشته اند.
كاهش هزينه ها: كاهش ضخامت دال،كاهش تعداد ستون ها،حذف تیرها باعث صرفه جويی قابل توجهی در بتن و فولاد مصرفی خواهد شد. به علاوه،كاهش عملیات قالب بندی و آرماتوربندی نیز باعث كاهش هزينه های اجرايی می گردد. سرعت اجرای بیشتر نیز كاهش هزينه تجهیزات و نیروی انسانی را در پی خواهد داشت. به طور کلی ساختمان هايی كه در آنها از سیستم پیش تنیده استفاده می شود حدود 10 تا 20 درصد نسبت به ساختمان های بتن آرمه ارزان تر خواهند بود.
خلاصه ای از مزايای اين سیستم را از جنبه های مختلف نشان می دهد.
| مزایای معماری | مزایای سازه ای | مزایای اقتصادی |
|
|
|
-دال هاي بتني پیش تنیده به روش پس كشیده: اين دال ها با اجرای درجا امكان پوشش دهانه های بزرگتر با تعداد ستون و ضخامت دال كمتر و قالب بندی ساده تر، باعث كاهش وزن و ارتفاع ساختمان، صرفه جويی در هزينه ساخت، سرعت بالاتر و امكانات بیشتر طراحی معماری می شود.
-طراحي و اجراي پلها: بیش از 50 درصد سازه ی پلها در سراسر جهان با استفاده از سازه های پیش تنیده طراحی واجرامی شود .استفاده از اين سیستم باتوجه به مزايای فنی، اقتصادی و زيبايی شناسی توسط متخصصین، طراحان و مجريان پل سازی همواره توصیه می گردد.
روشهاي پیش تنیدگي
پیش كشیدگي
در اين روش، تاندونهای فولادی به شكل واير يا مفتول بین دو گیره انتهايی(انکوریج) كشیده می شوند و اعضای بتنی دراطراف اين تاندونها ريخته می شوند. هنگامیكه بتن به اندازه كافی سخت شد ، گیره های انتهايی آزاد می شوند ودرنتیجه نیروی پیش تنیدگی در اثر پیوستگی موجود بین فولاد و بتن ، به بتن منتقل می شود . سپس انتهای بیرون زده تاندونها بريده می شود تا سطح انتهايی بتن به صورت صاف باشد.
پس كشیدگي
در اين حالت نیروی پیش تنیدگی بدين ترتیب اعمال می شود كه کابلهای فولادی به وسیله جكهايی كشیده می شوند به قسمی كه عكس العمل اين جكها به يك عضو بتنی كه قبلا ريخته شده تنش وارد می کند.تقريبا تمامی پیش تنیدگی درجا با استفاده ازاين روش انجام می شود . کابلها ازداخل غلافهايی كه قبلا درعضو بتن تعبیه شده اند عبور داده می شوند. در روش چسببیده ، فضای بین کابل و غلاف با دوغاب سیمان تحت فشار پر می شود،اين عمل ازکابلها درمقابل زنگ زدگی محافظت می كند و نیز باعث بهبود ظرفیت مقاومت نهايی عضو می شود.
يك تفاوت مهم بین سیستم های پیش كشیدگی و پس كشیدگی اين است كه در حالت پس كشیدگی براحتی میتوان ازکابلهای منحنی استفاده نمود. برای اين كارغلافهای انعطاف پذير را به شكل منحنی درعضو كار می گذاريم وبتن ريزی در اطراف آنها انجام می شود.
روشهاي اجراي سیستم پس كشیده:
در زمینه اجرای سیستم پس كشیده دو روش جهت ساخت بكار می رود:
-سیستم چسبیده یا Bonded
-سیستم غیر چسبیده یا Unbonded
سیستم چسبیده : با اين روش كابل های پس كشیده از میان غلاف های تخت ممتد وكوچك از جنس گالوانیزه عبور می كند كه داخل غلاف ها پس از بتن ريزی وكشیده شدن كابل ها با دوغاب تزریق می شود.
سیستم غیر چسبیده : در اين سیستم كابل با دوغاب تزريق نمی شود و می تواند آزادانه و مستقل از بتن حركت كند. اغلب كابل ها در يك غلاف محافظ با گريس پوشانده شده اند . پس از بتن ريزی وكسب مقاومت فشاری مشخص ،كابل بسادگی و با استفاده از يك جك كشیده می شود كه اين عمل عملیات پس كشیدگی را تكمیل می كند.
مقايسه ي سیستم غیرچسبیده و چسبیده:
– سهولت بیشتر در حمل و نصب در سیستم غیرچسبیده
– عدم احتیاج به تزريق و دوغاب در سیستم غیرچسبیده
– در صورت اجرای صحیح، هر دو سیستم دوام خوبی را تأمین می كنند.
– در سیستم چسبیده قابلیت تعويض و تعمیر كابل ها میسر نمی باشد. اما در سیستم غیرچسبیده، اين امكان وجود دارد.
– انعطاف پذيری در سازه هايی كه با سیستم چسبیده اجرا شده اند، بسیار آسان است، در حالی كه در سیستم غیرچسبیده به روش های خاص نیاز دارد.
– تخريب سازه هايی كه با سیستم چسبیده اجرا شده اند، بسیار آسان می باشد، لكن در سیستم غیرچسبیده نیاز به مراقبت های ويژه در حین تخريب دارد.
الزامات فني سقف بتني پیش تنیده به روش پس كشیده
-نظر به اينكه سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس كشیده عمدتاً بصورت دال تخت كاربرد دارد، لذا بر اساس آئین نامه 2800 ايران ،درزمان استفاده از سیستم دالهای تخت و ستون ، ارتفاع ساختمان به 10 متر يا حداكثر 3طبقه محدود می شود.در غیراينصورت استفاده از ديوارهای -استفاده از اين سیستم با توجه به بند 1 فوق در كلیه پهنه های لرزه خیزی ايران بلامانع است.
-ضوابط طراحی و اجرای سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس كشیده بايد براساس آئین نامه ACI-318و آئین نامه طرح و محاسبة قطعات بتن پیش تنیده موضوع نشريه شماره 251 سازمان مديريت و برنامه ريزی كشور كه بخش الحاقی آيین نامه بتن ايران (آبا) می باشد ، انجام شود.
-رعايت حداقل ردة بتن مصرفی معادل(C30 )در اين سیستم الزامی است.
-محافظت فولادهای پیشتنیدگی در برابر زنگ زدگی بسیار حائز اهمیت بوده و بايد كابل ها توسط دوغاب سیمان كه بعد از كشیدن كابل ها به داخل غلاف ها تزريق می شود و يا مواد قیری يا گريس كه روی آن می مالند از زنگ زدگی محافظت شوند.
-برای رسیدن به يك طرح بهینه از لحاظ مقدار مصالح ، وزن و هزينه ، بايد طراحی و اجرای دال به گونه ای انجام شود كه پیشتنیدگی كامل -كنترل نیروی كشش كابل ها بايد توسط جكهای كالیبره شده دقیق انجام شود.
-توجه به مسئله افت دراعضای پیش تنیده پس كشیده بسیار حائز اهمیت بوده و محاسبه و پیش بینی مقدار افت ناشی از موارد زيربايد دقیقاً مورد توجه قرار گیرد:
– نیروی پس كشیدگی به جهت اصطكاک بین كابل وغلاف
– افت به دلیل لغزش مهار انتهايی و فرو رفتن گوه گیرداری در ابتدا و انتهای كابل
– افت به جهت شل شدگی فولاد
مراحل اجرا
قالب بندي
قالب بندی سقف مشابه دال بتنی معمولی( بتن آرمه)،انجام می شود. قالب ها می تواند از جنس چوب،فلز يا پلای وودباشد. از آنجايی كه عموماً دال های ساختمانی در اين روش به صورت تخت در نظر گرفته می شود،لذا سرعت عملیات قالب بندی نسبت به ساير سیستم های بتنی افزايش می يابد.
آرماتور بندي
حجم آرماتوربندی دال های پیش تنیده در مقايسه با دال بتن آرمه بسیار كمتر است. آرماتور مورد نیاز شامل تیرهای كناری،مش پایین ،آرماتورهای مربوط به برش پانچ،میباشد در اين مرحله روی سقف نصب می شوند. عملا آرماتوربندی به صورت شبكه فوقانی در اين روش وجود ندارد.
نصب كابل ها و مهارهاي انتهايي
با توجه به نقشه های اجرايی, كابل ها روی قالب قرار گرفته و مهارهای انتهايی به لبه قالب متصل می شوند. معمولا كابل ها در دو جهت عمود برهم روی سقف قرار می گیرند. تعداد و فاصله كابل ها تابع طول دهانه و بارگذاری می باشند. در حالت معمول, در يك جهت, كابل ها به صورت متمركز روی نوارهای ستونی قرار می گیرند(Banded Tendons )و در جهت ديگر با فاصله های يكنواخت حدود یک و نیم متری توزيع می گردند (Tendons Distributed).
نصب Chairها (اسپیسرها)و تامین پروفیل كابل ها
همانطور كه اشاره شد, برای استفاده بهینه از پیش تنیدگی, موقعیت كابل نسبت به تار خنثی مقطع در طول مسیر تغییر می كند. معمولا روی نقطه تكیه گاهی كابل ها به تار فوقانی, و در وسط دهانه به تار تحتانی نزديك می شوند. به اين انحنا در اصطلاح پروفیل(profile )می گويند. جهت تامین اين پروفیل، chairهايی در اندازه های متفاوت با فاصله های مشخص قرار داده می شوند و كابل روی آنها قرار می گیرد. به اين ترتیب پروفیل مورد نظر تامین می گردد. بتن ريزي بعد از بستن آرماتورها و قرارگیری كابل ها روی سقف, بتن ريزی انجام می شود. در اين مرحله بايد در مورد ويبره زدن اطراف مهارهای انتهايی دقت لازم صورت گیرد. عملیات كشش بعد از اينكه بتن به مقاومت فشاری مورد نیاز رسید, می توان عملیات كشش كابل ها را آغاز نمود. هر كابل از يك طرف يا دوطرف كشیده می شود. میزان افزايش طول هر كابل با توجه به طول و پروفیل آن محاسبه شده و پس از كشش نیز اندازه گیری می شود. بدين ترتیب صحت اجرای عملیات كنترل می گردد.