سقف های پیش تنیده

همان طور که می‌دانیم، اولین نوآوری در استفاده از بتن سازه‌ای، ۱۳۰ سال قبل با مسلح کردن بتن توسط میلگردهای فولادی به وقوع پیوست. مهم ترین تحول پس از این نوآوری مطرح شدن بتن پیش تنیده بوده که امکان رقابت سازه های بتنی در حوزه هایی که در گذشته تنها توسط سازه های فولادی قابل اجرا بوده اند، مانند پل ها با دهانه های بزرگ، ساختمان های بلند مرتبه، سازه های دریایی و غیره را به صورت مقرون به صرفه فراهم ساخته است. با وجود این که حدود ۵۰ سال است که در دنیا بصورت گسترده ای از بتن پیش تنیده استفاده می‌شود ولی در ایران از پیش تنیدگی علی الخصوص در بخش ساختمان به درستی استفاده نشده است و بسیاری از سازه ها که پیش تنیدگی می‌توانست بهترین راه حل ( هم از لحاظ سازه‌ای و هم از لحاظ اقتصادی ) برای آنها باشد، به دلیل عدم آگاهی دست اندرکاران این پروژه ها بصورت غیر پیش تنیده اجرا شده اند. لازم به ذکر است که با افزایش آگاهی کارفرمایان، سرمایه گذاران، مهندسین مشاور معماری و سازه و نیز پیمانکاران، دامنه کاربرد صنعت پیش تنیدگی در دنیا طی ۲۰ سال اخیر به بیش از ۵ برابر افزایش یافته است که این روند صعودی (علی الخصوص در چند سال اخیر به دلیل افزایش قیمت فولاد) همچنان ادامه دارد.

تعریف ساده پیش تنیدگی:

کاربرد پیش تنیدگی به ۴۴۰ سال قبل از میلاد بر می گردد زمانی که یونانی ها کشش و تنشهای خمشی در بدنه کشتی های جنگی خود را با پیش تنیدگی ساختار بدنه به وسیله طناب ها ی کشیده شده کاهش می دادند. یک مثال دیگری که نشان گر سادگی پیش تنیدگی می باشد ، بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی بطور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت و پایداری آن را افزایش دهد.

یکی از ساده ترین مثالهای پیش تنیدگی تلاش برای بلند کردن یک ردیف کتاب می باشد. ابتدا لازم است به ردیف کتابها از دو طرف فشاری اعمال کنیم تا باعث افزایش مقاومت در مقابل لغزش بین کتابها شده به طوری که بلند کردن آنها را ممکن سازد . این مثال همچنین نشان گر یکی از اصول متداول در بیشتر کاربردهای پیش تنیدگی است.

با توجه به مثال های فوق می توان پیش تنیدگی را به سادگی تعریف نمود :

اعمال نیروهایی به سازه علاوه بر بارهایی که سازه برای تحمل آنها طراحی می شود به منظور افزایش ظرفیت باربری سازه.

۱- پیش تنیدگی چیست ؟

پیش تنیدگی (Pre stressing)عبارت است از بوجود آوردن نیروی اضافی در بتن بصورتی که قسمتی از تنش های کششی موجود حاصله از بارگذاری خنثی شود.

اصطلاحات متداول در صنعت بتن پیش تنیده و معادل فارسی آنها به شرح زیر میباشد:

Stress : تنش ، فشار- فشار های ناشی از بار گذاری یا پیش تنیدگی در مقطع بتن

Tension : کشش – کشش هیدرولیکی کابل یا میل گرد های دارای مقاومت بالا که توسط گیره های مخصوص بصورت نیروی فشاری به مقطع بتن منتقل میشود.

Pre stress : پیش تنش ، پیش تنیدن – حالت کلی خنثی کردن قسمتی از تنش های کششی بتن با اعمال فشار به یکی از دو روش زیر :

Pre Tension : پیش کشیده

متداول ترین نوع پیش تنیدگی که عموما کارخانه ساز است و بتن مسلحی است که میله های تقویت کننده اش از قبل تحت کشش قرار گرفته و بعد از رها شدن بتن را تحت فشار قرار میدهند. به نام بتن پیش تنیده پیش ساخته یا بتن پیش تنیده پیش کشیده هم شناخته میشود (Prestress Pre tension یا Prestress Precast ).

Post Tension : پس کشیده

ایجاد نیروی پیش تنیدگی در بتن توسط کشش کابل ها بعد از ریختن بتن و رسیدن بتن به مقاومت لازم. کارگاهی و یا کارخانه ای میتواند اجرا شود و با مخفف PT هم شناخته میشود.

۲- سیستم چسبیده و غیرچسبیده چیست ؟ سیستم غیرچسبیده چه مزایایی در طراحی و اجرا دارد ؟

در سیستم چسبیده ، ابتدا غلاف‌های فلزی عبور تاندنها جایگذاری می‌شود . سپس تاندنها درون غلاف قرار می‌گیرند و بتن ریزی انجام می‌گیرد . پس از رسیدن بتن به مقاومت لازم ، کشیدن کابلها انجام می‌گیرد. پس از انجام عمل کشیدگی ، داخل غلاف‌ها با گروت مخصوص پر می‌شوند.

در سیستم غیرچسبیده تاندنها دارای روکش پلی‌اتیلن مخصوص بوده و نیازی به غلاف گذاری ندارند در نتیجه پس از کارگذاری تاندنها ، بتن ریزی صورت گرفته و سپس تاندنها کشیده می‌شوند. این سیستم نیازی به گروت ریزی ندارد.

– مزایای سیستم غیر چسبیده عبارتند از : امکان ایجاد حداکثر خروج از مرکزیت بخاطر حذف غلاف ، عدم ایجاد خوردگی در تاندنها بدلیل وجود روکش مناسب ، کم تر شدن مقدار افت‌های اصطکاکی ، قابلیت مناسب تعمیر و جایگزینی تاندنها.

– مزایای سیستم نچسبیده : ممان نهایی بیشتر، شکست منطقه‌ای تاندنها دارای مشکل کمی ایجاد می‌کند.

در آمریکا بیشتر از سیستم غیرچسبیده استفاده می‌شود در حالی که در استرالیا از سیستم چسبیده استفاده می‌شود.

انتقال نیرو به بتن در سیستم غیر چسبیده( از کابلها به بتن) تنها از طریق انکوریجهای انتهایی به صورت نیروی فشاری می‌باشد، اما در سیستم چسبیده علاوه بر انتقال نیرو از طریق انکوریجها، از طریق نیروی تماسی(چسبندگی) نیز این انتقال صورت می‌گیرد.

ضخامت دال در این روش چگونه تعیین می‌شود ؟

ضخامت دال در ابتدا بصورت تابعی از دهانه یعنی L/45 در دالهای دوطرفه تخت داده می‌شود، اما بعد از کنترل تنشهای کششی و فشاری در بتن ، کنترل برش پانچ و تغییر شکل درازمدت دال،این مقدار ممکن است افزایش یابد ، رابطه L/45 را آیین نامه براساس کنترل تغییر شکل داده است. این مقادیر برای حالتهای مختلف در جدول زیر آمده است:

برای دالهای RC این مقدار در آیین‌نامه ACI318-99 در حدود L/33 داده شده است. که ملاحظه می‌شود که در مقایسه حداقل ۳۵ درصد کاهش ضخامت را خواهیم داشت. همین کاهش در ضخامت سقف در واقع باعث کاهش قابل توجهی در وزن سازه خواهد شد. یعنی همین کاهش حداقل ۳۵ درصدی را در وزن سقف خواهیم داشت.

۳- آیا محدودیتی برای ایجاد دهانه های بلند در این سیستم وجود دارد ؟

از نظر اجرای سقف محدودیتی در ایجاد دهانه‌های بلند نمی‌باشد. اما چنانچه مسائل سازه‌ای و معماری مدنظر قرار گیرد، محدودیتهای زیر را باید در نظر گرفت: دالهای تخت یکطرفه که دارای تیر هستند ، دارای محدوده دهانه‌ای در حدود ۵ تا ۷ متر در پارکینگها هستند اما تا دهانه ۱۰ متر نیز بصورت موفقی اجرا شده است. دهانه‌های دالهای دوطرفه نیز بین ۷ تا ۱۲ متر است. محدودیت کنسولها بر اساس آیین‌نامه ایران در حدود ۲ متر است.

۴- بازشوها چگونه درنظر گرفته می‌شوند ؟

از آنجایی که محل عبور تاندنها هم برروی نقشه و هم میتوان توسط رنگ یا فلزیاب برروی سقف مشخص گردد ، می‌توان در محل‌هایی که تاندن وجود ندارد بازشوهای جدید ایجاد نمود (با توجه به پوشش بتن و هندسه تاندونها در محل بازشو)

۵- کابلها چگونه و با چه نیرویی کشیده می‌شوند؟ نیروی ایجاد شده چگونه به بتن منتقل می‌گردد؟

کابلها بوسیله جکهای مخصوص هیدرولیک و با نیروی مشخص ،که توسط بخش طراحی محاسبه می‌گردد،کشیده می‌شوند. این نیرو، نیرویی ثابت در حدود ۸/۱۴ تن ( (۰.۸FPU است که در انتهای عضو اعمال می‌شود. این نیرو باعث بوجود آمدن کرنش در کابلها شده که این کرنش باعث تغییر طولی در حدود ۶ میلیمتر در واحد طول کابل می‌گردد. این کشش می‌تواند از یک جهت و هم از دو جهت انجام شود. چنانچه طول کابل کمتر از ۳۰ متر باشد کشش از یک جهت می‌تواند باشد و در صورت داشتن طول بین ۳۰ تا ۶۰ متر کشش باید از دو جهت صورت پذیرد که عامل این اختلاف نیروی اصطکاکی است.

۶- درصورت نامناسب بودن بتن از لحاظ مقاومت آیا می‌توان عملیات پس کشیدگی را انجام داد ؟

درصورتی که بتن به مقاومت پیش‌بینی شده در زمان معین نرسد ، کشیدن کابلها موجب ترکیدن بتن می‌گردد بنابراین لازم است برکیفیت و اجرای بتن نظارت دقیقی صورت پذیرد. در صورت رسیدن بتن به مقاومت ۲۱۰ کیلوگرم برسانتیمتر مربع، می‌توان عملیات کشش را انجام داد که با توجه به کیفیت بتنهای تولیدی در حدود ۷ روز پس از بتن ریزی عملیات کشش قابل انجام است.

۷- کابلها در چه جهاتی و به چه صورتی در سقف قرار داده می شوند ؟ عبور کابلها از روی یکدیگر به چه صورتی می‌باشد؟

کابلها در دو جهت طولی و عرضی که در یک جهت بصورت یکنواختDistributed یعنی با فاصله یکسان و در جهت دیگر بصورت Banded یعنی در دسته‌های نواری برروی سقف قرار داده می‌شوند. ترتیب عبور کابلها از روی یکدیگر برطبق نقشه‌های طراحی و با درنظر گرفتن حداقل ضخامت مورد نیاز جهت پوشش بتن برروی کابل تعیین می‌گردد. کابلها معمولا در روی ستونها در بالاترین نقطه از تار پایینی قرار می‌گیرد و حداقل ۲ کابل باید در محدوده نوار ستونی قرار بگیرند.

۸- عملکرد سقفهای با دال پس کشیده در برابر زلزله به چه صورت می‌باشد؟

به علت یکپارچگی کامل کابلها با یکدیگر ، این نوع دال ها بصورت صفحاتی هستند که به یکدیگر دوخته شده‌اند پس می‌توان آنها را بصورت یک سیستم یکپارچه در مقابل زلزله فرض نمود. این سقفها تاکنون چندین زلزله مهم را در محدوده گسل سن اندریاس واقع در غرب ایالات متحده تجربه کرده‌اند که گزارشهای موجود نشان دهنده عملکرد مناسب این سقفها در محدوده فوق‌الذکر هستند.(زلزله نورثریج یکی از این زلزله‌هاست)

۹- بطور کلی در چه سازه هایی می توان این روش را بکار برد ؟آیا در ساختمانهای اسکلت فلزی امکان استقاده از این روش وجود دارد ؟

در مورد استفاده از این سیستم در اسکلتهای فلزی هنوز راه حل مناسبی یافت نشده است ولی تحقیقات در این زمینه ادامه دارد. مهمترین مشکل در استفاده از دال پس‌کشیده همراه با اسکلت فلزی، مساله چگونگی اتصال این دال به ستونهاست. این روش در همه سازه‌ها اعم از ساختمانهای بلند مرتبه مسکونی ، پارکینگ‌ها ، مخازن آب و گاز و فاضلاب کروی و غیر کروی ، پل‌ها ، اسکله‌ها ، پی‌ها و کف‌های صنعتی ، مسلح کردن خاک ، نمای پارکینگ‌های طبقاتی ، تونل و سد کاربرد دارد.

۱۰- برش پانچ در سقفهای پس کشیده با چه روشی کنترل می گردد ؟

برش پانچ در سقف‌ها در محل اتصال دال به ستون اتفاق می‌افتدکه برای محاسبه مقدار آن محاسبات خاصی صورت می‌پذیرد. در این نوع سقفها ، مقدار برش پانچ همانند سقفهای معمولی بدست می‌آید که در صورت تجاوز از حد مجاز آرماتورگذاری می‌شود و در صورتی که آرماتورها جواب ندادند ، یا ضخامت دال افزایش می‌یابد و یا از سرستون استفاده می‌شود. جدیدا در کشورهای توسعه یافته بجای استفاده از خاموت برای برش پانچ، از مقاطعی فولادی استفاده می‌شود که به Shear stud یا همان گل‌میخ موسوم هستند. Shear Stud ها جایگزین مناسبی برای میلگردهای برش پانچ هستند که روش محاسبه‌ای خاص خود را دارند و استفاده از آنها سرعت وکیفیت اجرا را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

۱۱- برای اجرای این سیستم در مناطق با محیط خورنده چه تمهیداتی اندیشیده شده است ؟

در سیستم چسبیده باید گروت ریزی با دقت خاصی صورت گیرد و ارضا کننده شرایط آیین نامه‌ای برای نوع گروت غیرخورنده باید مدنظر باشد همانند مقدار cl- در آب و … . در مورد انکورج ها نیز باید از انکورج‌های با پوشش محافظ استفاده نمود.

در سیستم غیر چسبیده بخاطر محفوظ بودن کابل در گریس و پوشش پلی‌اتیلنی، تمهید خاصی جز همان مقادیر پوشش‌های آیین نامه برای آرماتورهای پیش کشیده وجود ندارد . در مورد انکورج ها نیز باید از انکورج‌های با پوشش محافظ استفاده نمود.

۱۲- این سیستم در طول دوره بهره برداری از چه مزایایی نسبت به دالهای بتن مسلح برخوردار است ؟

به علت ایجاد فشار در بتن از ایجاد ترک‌های معمول جلوگیری نموده و باعث عدم ایجاد خوردگی در بتن می‌گردد. این پدیده، یعنی از بین رفتن ترکها خود باعث کارکرد کیفیت بهتر سیستم در حالت بهره‌برداری می‌شود و در نتیجه هزینه‌های نگهداری این نوع دال مخصوصا” در پارکینگها پایین می‌آید.

۱۳-گروت چیست ؟ کاربرد آن در سیستم پیش تنیدگی به چه دلیلی بوده و چه ویژگی‌هایی دارد ؟ چه نکاتی در زمان گروت‌ریزی باید مدنظر قرار گیرند ؟

گروت یا دوغاب به مخلوطی از سیمان و آب گفته می‌شود که می‌تواند همراه با مواد افزودنی و یا بدون آنها باشد. ویژگی گروت ، جلوگیری از خوردگی کابل درون غلاف و ایجاد پیوستگی بین کابلها و بتن بوده می‌باشد و گروت بایستی دارای مقاومت بالا ، نفوذپذیری پایین ، عدم انقباض ، انبساط مشخص و روانی معین باشد.

در زمان اجرای گروت ریزی باید آزمایشات عملکرد،مقاومت فشاری و تغییر حجم طبق دستورالعمل استاندارد انجام پذیرند. قبل از گروت ریزی باید از باز بودن کامل مجرای غلاف و پس از گروت ریزی باید از پرشدن کامل غلاف توسط گروت اطمینان کامل حاصل نمود. عملیات گروت ریزی بایستی حداکثر دو هفته پس از عملیات کشش کابلها صورت پذیرد. ویژگی این گروتها در آیین نامه‌های مختلف آمده است که از جمله می‌توان به داشتن مقاومت فشاری در حدود ۲۷۰ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع، عدم آب‌افتادگی و نداشتن انقباض، داشتن روانی مناسب و … نام برد.

۱۴-آیا امکان کاربرد تکنولوژی پس‌کشیدگی در کف‌های صنعتی وجود دارد ؟ مزایای آن نسبت به دیگر سیستم ها چیست ؟ سرعت اجرا و پرداخت سطوح آن چگونه می باشد ؟

امروزه بدلیل مزایای زیاد استفاده از پیش‌تنیدگی در کف‌های صنعتی این نوع کف ها که بهSlab On Ground یا S.O.G معروف می‌باشند ، بصورت بسیار گسترده در کشورهای غربی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مزایای این سیستم می‌توان به حذف آرماتورهای دال ، مقدار فولاد مورد نیاز کمتر و کاهش ضخامت دال نسبت به دال بتن مسلح اشاره نمود. در این نوع کف‌ها بدلیل استفاده از دستگاه فینیشر بتن ، سرعت و کیفیت اجرا بسیار بالا بوده و سطحی صاف و بدون درز ماحصل کار می‌باشد.

۱۵-استاندارد مصالح بکار رفته در سیستم پیش تنیدگی بر طبق کدام آیین نامه ها می باشد ؟

در مورد مصالح مصرفی در پیش‌تنیدگی و بتن استانداردهای ASTM و DIN مورد استفاده قرار می‌گیرند. آیین نامه طرح و محاسبه قطعات بتن پیش‌تنیده بخش الحاقی آبا نیز مورد استفاده می‌باشد.

۱۶-آنالیز قیمت

یافته‌ها نشان می‌دهد که در صورت استفاده از این سیستم، علاوه بر برتریهای معماری و زیبایی در طرح به برتری قیمتی در مقایسه با سیستم بتن مسلح معمولی می‌رسیم.

مفهوم پیش تنیدگی:

پیش تنیدگی عبارت است از ایجاد یک تنش ثابت و دائمی (Prestress) در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم به طوری که در اثر این تنش، مقداری از تنش های ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده و در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا می کند.

بتن مقاومت فشاری بسیار بالایی داشته ولی در کشش ضعیف می باشد. در یک تیر که تحت تأثیر لنگر خمشی ناشی از بار مرده و زنده قرار دارد، در پایین تیر کشش وجود دارد که برای مقابله با کشش و جلوگیری از گسترش ترک ها، منطقه تحت کشش مسلح می‌گردد. اگر مقطع یک تیر بتن آرمه معمولی را در نظر بگیریم. قسمت بالای مقطع تحت فشار بوده و از باربری قسمت پایینی مقطع با توجه به ترکهای به وجود آمده در آن صرف نظر شده و این قسمت در واقع تنها آرماتورها را در جای خود نگه داشته است. حال اگر توسط اعمال پیش تنیدگی نیروی فشاری مشخصی را از دو طرف مقطع وارد آوریم، می‌توان تنش کششی را در پایین تیر کاهش داده و یا اینکه آنرا به کلی از بین برده و تبدیل به تنش فشاری کرد و بدین ترتیب از تمامی ظرفیت مقطع بتنی و نیز کابل های پیش تنیدگی استفاده نمود.

موارد کاربرد سیستم های بتنی پس‌کشیده:

* پارکینگهای طبقاتی * مراکز اداری * مراکز تجاری

* بیمارستانها * هتل ها و مراکز رفاهی * مراکز آموزشی

* ساخت پل ها * ترمیم و تقویت سازه‌ها * سازه‌های کابلی معلق

* مخازن و سیلو ها * تسلیح و مهار خاک و سنگ * سازه های صنعتی

* انواع فونداسیون ها * ساخت با قالب لغزنده * ستون های بلند و لاغر

* قطعات بتنی پیش ساخته * تیرهای عرضی، شمع و سرشمع ها * ساختمانهای مسکونی

مزایای معماری استفاده از سیستم های بتنی پس‌کشیده:



• ایجاد سهولت و انعطاف پذیری در طراحی پلان و نما

• امکان ایجاد دهانه های بلندتر و وجود ستون های کمتر در سازه

• کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان

• امکان ایجاد کنسول های بلندتر

• افزایش فضای مفید بهره برداری در سازه

• ایجاد فضای مناسب برای تامین پارکینگ های بیشتر

• حذف آویز تیرها و امکان استفاده از سقف کاملاً مسطح

• قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی شکل

• امکان ایجاد بازشو های بزرگتر در سقف

• قابلیت استفاده از ستونهای خارج از محور

• قابلیت بیشتر عبور لوله ها و ادوات تاسیساتی

مزایای سازه ای استفاده از سیستم های بتنی پس‌کشیده:

• استفاده حداکثر و بهینه از ظرفیت مصالح بتنی و کابل ها

• کاهش ارتفاع تیرها و ضخامت دال های بتنی

• باربری بیشتر عضو پیش تنیده با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح

• کاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی

• ایمنی بالاتر سقف یکپارچه بتنی در زلزله

• امکان ساخت قطعات سبک تر بتنی پیش ساخته

• کنترل خیز و تغییر شکل ها در سازه

• کنترل ترک خوردگی در سازه

• کاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربه ای و دینامیکی

• افزایش دوام بتن



مزایای اقتصادی استفاده از سیستم های بتنی پس‌کشیده:

• کاهش قابل ملاحظه در مقدار آرماتور و بتن مصرفی

• کاهش قابل ملاحظه در زمان و هزینه نیروی انسانی بواسطه کاهش مقدار مصالح

• کاهش هزینه تمامی آیتم های ارتفاعی نازک کاری بدلیل کاهش ارتفاع سازه

• امکان ایجاد طبقات بیشتر تحت یک ارتفاع مجاز

• کاهش فوق العاده در زمان ساخت و ساز

• افزایش طول عمر مفید سازه

• افزایش سود دهی پروژه های ساختمانی بواسطه افزایش تعداد پارکینگ ها

• امکان احداث پروژه های تجاری با معماری خاص جهت جذب مشتری

برای محاسبات و اجرای این سقف با دفتر این شرکت تماس بگیرید . ۰۲۵۳۲۹۴۰۴۹۲