به نام خدا
*سقفهای بتنی پیش تنیده*
بتن پیش تنینده در سال 1886 میلادی در سان فرانسیسکو ثبت گردید و در اروپا به دلیل فقدان فولاد،بتن پیش تنیده به عنوان یک ماده سازنده مجاز بعد از جنگ جهانی دوم شناخته شد. بیشترین کاربرد آن در کشور آمریکا بوده و در کالیفرنیا این سیستم اولین انتخاب برای سقفهای بتنی است. سقفهای پیش تنیده همچنین در استرالیا، هنگ کنگ و سنگاپور نیز استفاده میشود و در انگلستان نیز به سرعت در حال افزایش است.
این سیستم در مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، مورد ارزیابی قرار گرفته و کاربرد آن، در حیطه الزامات ارائه شده، مجاز می‌باشد.
مفهوم:
بیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی (Prestress) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم، به طوریکه در اثر این تنش، مقداری از تنش‌های ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا میکند. هدف اصلی، محدود کردن تنش‌های کششی و ترکهای ناشی از لنگر خمشی، تحت تاثیر بارهای وارده در آن عضو می‌باشد. بتن جسمی است مقاوم در مقابل فشار، ولیکن مقاومت آن در مقابل کشش بسیار کم می‌باشد، بنابراین میتوان با وارد کردن فشار به بتن، کشش ایجاد شده در اثر بار مرده و زنده را در عضو بتنی تقلیل و در نتیجه مقاومت آن را افزایش داد.
اگر چه سیستمهای پیش تنیدگی نیازمند دانش و نظرات فنی خاصی برای ساخت و نصب کردن می با شد ولی توضیح دادن مفهوم آن آسان است.در بشکه های چوبی قدیمی کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی بطور مؤثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت و پایداری آنرا افزایش دهد.
بطور ساده بتن پیش تنیده را می توان بعنوان بتن پیش فشرده تعریف نمود، بدین معنی که قبل از آنکه عضو بتنی تحت تاثیر بارهای بهره برداری قرار گیرد به آن تنش فشاری وارد می شود. این تنش در محل هایی از عضو بتنی وارد می شود که اگر بدان تنش فشاری اعمال نمی شد، تحت بارهای بهره برداری تنش کششی بوجود می آمد.
از دیدگاه کلی پیش تنیدگی به معنای ایجاد تنش های دائمی مخالف با تنش هایی می باشد که در اثر بارهای خدمت در سازه ایجاد خواهند شد. همانطور که میدانیم بتن در فشار بسیار قوی ولی در کشش ضعیف عمل می نماید بطوریکه یک تنش کششی اندک می تواند باعث ترک خوردگی مقطع بتنی شود. عموما از میلگردهای فولادی در بتن بعنوان آرماتورکششی استفاده می شود تا مقدار ترک خوردگی را محدود نماید. برای روشن تر شدن موضوع یک تیر بتنی را مورد بررسی قرار می دهیم:
در یک تیر بتنی معمولی (غیر پیش تنیده) که تحت بار ثقلی قرار دارد به واسطه خمش ایجاد شده در آن، پائین مقطع (زیر تار خنثی) به کشش افتاده و در بالا فشار ایجاد می گردد. لذا از آنجا که بتن در کشش ضعیف می باشد پس از ترک خوردن بتن در مقابل تنش های کششی، فولاد موجود در زیر تار خنثی به کشش می افتد .این امر ممکن است حتی تحت اثر وزن خود تیر نیز اتفاق بیافتد.
در سیستم پیش تنیده بجای آرماتورهای معمولی از یکسری کابل (تاندون) های با مقاومت کششی بالا استفاده می شود.که این کابل ها تحت کشش زیادی قرار گرفته و در دو انتهای تیر توسط گره های مخصوص تثبیت می گردند. بدین ترتیب کابل های پیش کشیده پس از رها شدن از کشش تمایل به جمع شدن و رسیدن به حالت اولیه داشته و لذا یک نیروی فشاری زیادی در قسمت زیرین تار خنثی در بتن ایجاد میگردد که به تبع این نیرو در مقابل نیروی کششی که بواسطه بارهای ثقلی در بتن ایجاد می گردد قرار می گیرد. بنا براین این کابل ها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی نموده و مقطع قابلیت پذیرش بارهای بیشتری را خواهد داشت.
بر حسب نوع اعمال نیرو پیش تنیدگی دو نوع سیستم پیش تنیده خواهیم داشت :
الف) پیش کشیده ب) پس کشیده
الف) سیستم پیش کشیده : در این سیستم در مرحله اول فولادها تحت کشش قرارگرفته و در دو انتهای عضو توسط گیره های مخصوص کاملا گیر داده می شوند. در مرحله دوم عضو مورد نظر بتن ریزی می شود و سپس بتن عمل آورده می شود و به مقاومت کافی می رسد و در مرحله سوم فولاد های پیش تنیدگی در دو انتهای تیر، بریده شده و نیروی پیش تنیدگی بصورت یک نیروی فشاری بر عضو اعمال میشود. فولاد های پیش تنیدگی به دو صورت فولاد با مسیر مستقیم یا فولاد با مسیر شکسته می باشد. اجرای مسیر با منحنی پیوسته برای کارهای پیش کشیده تقریبا امکان پذیر نیست.
ب) سیستم پس کشیده : در این سیستم در مسیر عبور فولادهای پیش تنیدگی ، غلافی تو خالی در بتن تعبیه می گردد سپس کابل ها از درون غلاف ها عبور داده شده بطوریکه دو سر آن از غلاف بیرون بوده و عملیات بتن ریزی انجام می شود وغالبا قبل از بتن ریزی دو ورق صفحه فشار جایگذاری می شود. بعد از اینکه بتن به مقاومت مورد نظر رسید فولادهای پیش تنیدگی توسط جک هایی که به صفحه فشار تکیه می نمایند کشیده می شوند.
***دامنه کاربرد سقف های پس کشیده :
1- پارکینگ های طبقاتی : از آنجا که در سیستم دال پس کشیده فاصله ستون ها بطور قابل ملاحظه ای(دهانه ها ی12 متری) افزایش می یابد لذا فضای باز و مفیدی را جهت پارک و جابجایی اتومبیل ها ایجاد می نماید. همچنین با توجه به اینکه در اکثر پارکینگ های طبقاتی سقف ها به صورت نمایان (Expose) و بدون سقف کاذب اجرا می گردند قابلیت کاهش نفوذ پذیری و مقاوم شدن بتن در مقابل تهاجم های شیمیای در دال های پس کشیده نیز میتواند عامل مهمی در انتخاب این سیستم برای پارکینگ های طبقاتی باشد.
2- برج ها وساختمان های مرتفع : با توجه به اینکه استفاده از دال های پس کشیده در سازه باعث کاهش ارتفاع طبقه می شود ، لذا در یک ارتفاع ثابت می توان تعداد طبقات بیشتری را ایجاد نمود.
3- ساختمان های تجاری و بیمارستان ها : مزایایی از قبیل فاصله زیاد ستون ها ، سرعت اجرا وکاهش وزن سازه در سیستم دال های پس کشیده باعث می شوند تا این نوع سیستم گزینه مناسبی برای ساختمان های تجاری و بیمارستان ها و... باشد.
4- پل ها :نیاز به اجرای دهانه های بزرگ در پل ها ، جلوگیری از لرزش ، ترک خوردگی و نفوذ پذیری بتن و همچنین سرعت مناسب اجرا در سیستم های پس کشیده از جمله عواملی است که باعث شده این سیستم از مرسوم ترین روشها در ساخت پل ها باشد .
5- انبوه سازی های مسکونی : از آنجا که در این نوع مجتمع ها درهرطبقه چندین واحد مسکونی در نظر گرفته شده و طراحی می گردد لذا فاصله زیاد ستون ها شرایط بسیار مناسبی جهت معماری واحدها مهیا می نماید بطوریکه میتوان در بیشتر موارد هر واحد را بدون قرار گیری ستون در داخل آن طراحی نمود.
***روشهای اجرای سیستم پس کشیده :
در زمینه اجرای سیستم پس کشیده دو روش جهت ساخت بکار می رود :
1- سیستم چسبیده Bonded
- 2 سیستم غیر چسبیده Unbonded
1- سیستم چسبیده : با این روش کابل های پس کشیده از میان غلاف های تخت ممتد وکوچک از جنس گالوانیزه عبور می کند که داخل غلاف ها پس از بتن ریزی وکشیده شدن کابل ها با دوغاب پر می شود.
2- سیستم غیر چسبیده : در این سیستم کابل با دوغاب تزریق نمی شود و می تواند آزادانه و مستقل از بتن حرکت کند. اغلب کابل ها در یک غلاف محافظ با گریس پوشانده شده اند . پس از بتن ریزی وکسب مقاومت فشاری مشخص کابل بسادگی و با استفاده از یک جک دستی کوچک کشیده می شود که این عمل عملیات پس کشیدگی را تکمیل میکند.
***عملکرد:
در این سقف‌ها با بوجود آوردن نیروی اضافی فشاری در بتن، قسمتی از تنش های کششی بتن خنثی شده و در نتیجه سطح مقطع فشاری بتن افزایش می‌یابد. در این نوع سقفهای، نیرویدر بتن، توسط کشش کابل‌ها بعد از ریختن بتن و رسیدن بتن به مقاومت لازم، ایجاد میشود. این روش به صورت کارگاهی یا کارخانه‌ای قابل انجام است و با مخفف (TP) شناخته میشود. در اجرای سقفهای TP ابتدا غلاف‌های فلزی جایگذاری می‌شوند. سپس، کابل‌ها درون غلاف قرار گرفته و پس از بتن ریزی و رسیدن بتن به مقاومت لازم، (میزانی ذکر شده در مدارک محاسباتی طرح) کشیده می‌شوند. در مرحله بعد به منظور محافظت کابل‌ها در برابر خوردگی و زنگ زدگی، گروت یا دوغاب سیمانی و یا مواد پلیمری مانند انواع مناسب قیر یا گریس به درون غلاف‌ها تزریق میشود.
***مزایا:
در این سقف‌ها به دلیل افزایش سطح مقطع موثر فشاری بتن، ضخامت دال کاهش یافته و علاوه بر کاهش وزن امکان اجرای دهانه‌های بلند فراهم میشود از سوی دیگر با نمودن مقطع و کاهش و یا حذف عمق ناحیه کششی بتن، ترک خوردگی و توسعه آن در مقطع بتنی، کاهش یا حذف شده و در نتیجه دوام مجموعه و مقاومت آن در محیط‌های خورنده افزایش میابد. در این سیستم به دلیل کاهش ضخامت سقف، علاوه بر کنترل تنش‌های خمشی و برشی و تغییر شکل‌ها، کنترل برش پانچ در محل اتصال دال به ستون نیز حایز اهمیت می‌باشد. به طور کلی میتوان مزایای اجرای این نوع سقف را به صورت زیر برشمرد.
. ۱-نداشتن ترکهای دائمی یکی از مهمترین خواص سازه‌های این نوع بتن نداشتن ترکهای دائمی می‌باشد. این موضوع باعث دوام بیشتر این نوع سازه‌ها نسبت به سازه‌های بتنی و بتن آرمه میشود. این امر به خصوص در محیط‌هایی با گازها و زمین‌های خورنده و همچنین سازه‌های دریایی بسیار حائز اهمیت می‌باشد. برتری این نوع بتن نسبت به بتن آرمه در ساختمان تانکرهای آب و مخازن به جهت نداشتن ترک واضح است.
۲-وزن کمتر سازه وزن سازه‌های به مراتب از وزن سازه‌های بتن آرمه معادل کمتر است. اولاً چون از مقاومت تمام سطح مقطع بتن استفاده میشود، میزان بتن لازم کمتر است. ثانیاً چون فولاد مصرفی دارای مقاومت زیادتری است، معمولاً وزن فولاد لازم بین یک سوم تا یک پنجم وزن فولاد معمولی معادل میگردد.
۳-نداشتن خیز به سمت پایین خیز به طرف پایین (deflection) تیرهای بتنی تحت اثر بارهای سرویس معمولاً بسیار کم می‌باشد. زیرا قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، تحت تاثیر نیروهای مقداری خیز به طرف بالا در تیر به وجود آمده است، که از شدت خیز به طرف پایین می‌کاهد.
۴-تست سازه قبل از بارگذاری در سازه‌های بتن قبل از وارد آمدن بارهای سرویس، سازه به وسیله نیروی آن به شدت بارگذاری شده و بتن و فولاد تحت اثر تنش‌های زیادی قرار می‌گیرد، و این خود یک نوع امتحان از نظر مطمئن بودن بتن و فولاد می‌باشد.
۵-قابلیت انعطاف‌پذیری با تغییر مقداری نیروی آن میتوان سازه را صلب و یا انعطاف‌پذیر کرد، بدون اینکه مقاومت نهایی آن تغییری بکند.
۶-اقتصادی بودن سازه سازه‌های معمولاً برای دهانه‌های بزرگ و بارهای سنگین اقتصادی تر از سازه‌های بتن آرمه می‌باشد.
۷-انعطاف‌پذیری در معماری سازه‌های به دلیل حذف بعضی از ستون‌ها و پایه‌ها، امکان اجرای سازه با دهانه‌های بزرگتر را امکان‌پذیر ساخته و قابلیت سازه از نظر معماری را افزایش می‌دهد.
به عنوان مثال سطح هیپربولوئید (که از دوران هذلولی به وجود می‌آید) آن برای پوشش سقف ساختمان‌های صنعتی با دهانه‌های ۱۰ تا ۱۸ متر، سازه‌های فضایی و … از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه و از نظر آرشیتکتی بسیار زیبا می‌باشد.
***معایب:
از نکات حائز اهمیت در مقاطع پس کشیده، مسئله افت و وادادگی کابل‌ها به دلایلی نظیر، کاهش اصطکاک بین کابل و غلاف، لغزش مهار انتهایی و فرو رفتن گوه گیرداری در ابتدا و انتهای کابل، کهولت کرنش (relaxation) و شل شدگی فولاد، جمع شدگی بتن یا خزش و انقباض و آب رفتگی بتن به مرور زمان می‌باشد که لازم است به دقت محاسبه شده و مورد توجه قرار گیرد. از دیگر مواردی که در مقاطع پس کشیده باید به آن توجه نمود دقت عملی است که باید در هنگام تخریب به عمل آید. تخریب این سیستم سقف به دلیل وجود کابل های پس کشیده بسیار پر خطر بوده و باید با روشها ی خاص توسط تیم فنی آموزش دیده، صورت گیرد.
***الزامات:
در این سقف‌ها به منظور دست یافتن به یک طرح بهینه از لحاظ مقدار مصالح، وزن و هزینه، از بتن و فولادهای با مقاومت بالا استفاده میشود. در این سقفهای حداقل رده بتن باید c30 باشد. در زمان اجرا، کنترل کیفیت مواردی نظیرف محل و نحوه جایگذاری کابل‌ها، میزان نیروی پس کشیدگی، کفایت تزریق گروت در قلاف‌ها بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
- انقباظ یا آب رفتگی بتن که به علت خروج آب از بتن به مرور زمان می‌باشد (shrink age)
- افت ناشی از تغییر شکل نسبی الاستیک بتن
- استفاده از سیستم سقف دالهای تخت آن پس کشیده، در دهانه‌های بلند تر از ۷ متر توجیه اقتصادی دارد.
- در استفاده از دالهای پیش تنیده پس کشیده به لحاظ بزرگ بودن دهانه‌ها و وجود نیروهای ثقلی قابل ملاحظه، در نظر گرفتن تمهیدات لازم به منظور کنترل برش سوراخ کننده (punch)بسیار حائز اهمیت می‌باشد.
- نظر به اینکه سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس کشیده عمدتاً بصورت دال تخت کاربرد دارد، لذا بر اساس توصیه بند ۵-۸-۳-۲ آئین نامه ۲۸۰۰ ایران، در زمان استفاده از سیستم دالهای تخت و ستون، ارتفاع ساختمان به ۱۰ متر یا حداکثر ۳ طبقه محدود میشود. در غیر اینصورت استفاده از دیوارهای برشی بتن آرمه الزامی خواهد بود.
- ضوابط طراحی و اجرای سیستم سقف بتنی پیش تنیده پس کشیده باید براساس آئین نامهACI 318 آئین نامه طرح و محاسبة قطعات بتن پیش تنیده موضوع نشریه شماره ۲۵۰ سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور که بخش الحاقی آیین نامه بتن ایران(آبا) می‌باشد، انجام شود.
- رعایت حداقل ردة بتن مصرفی معادل 30 C در این سیستم الزامی است.
- محافظت فولادهای پیش تنیدگی در برابر زنگ زدگی بسیار حائز اهمیت بوده و باید کابل‌ها توسط دوغاب سیمان که بعد از کشیدن کابل‌ها به داخل غلاف‌ها تزریغ میشود و یا مواد قیری یا گریس که روی آن می‌مالند از زنگ زدگی محافظت شوند.
منابع:
1) .www.fa.wikipedia.org
2). www.lame.persianblog.ir
به نام خدا