آشنایی با سقف پیش‌تنیده

1-   تاریخچه و مبانی پیش‌تنیدگی:

استفاده از بتن پیش‌تنیده در ایجاد پل‌ها و ساختمان‌ها از حدود 50 سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است. با توجه به عیوب مختلف فولاد (ناپایداری الاستیک نیمرخ‌های فلزی، خوردگی و زنگ‌زدگی، فزونی بهای تولید و ...) امروزه اغلب پل‌ها و ساختمان‌های بزرگ از بتن پیش‌تنیده ساخته می‌شوند، اما برخلاف حالت بتن مسلح( غیر پیش‌تنیده )، مصالح مصرفی جهت این سازه­ ها ( پیش‌تنیده ) باید از کیفیت بسیار خوبی برخوردار باشند. در بتن پیش تنیده نیز مانند بتن مسلح از بتن که دارای مقاومت بسیار خوب فشاری است و فولاد استفاده می‌شود.

پیش تنیدگی (pre-stressing) عبارتست از ایجاد یک تنش ثابت دائمی و به اندازه لازم در یک عضو بتنی بطوری که در اثر این تنش مقداری از تنش‌های ناشی از بار مرده و زنده در این عضو خنثی گردد و در نتیجه ظرفیت باربری عضو پیش تنیده افزایش یابد. بطور کلی می‌توان عمل خنثی نمودن تنش‌ها و یا متعادل نمودن بارها (LoadBalancing) را اساس طراحی اعضای پیش‌تنیده دانست.

اگر نیروی فشاری مشخصی را از دو طرف به یک قطعه بتنی یا تیر پیش تنیده وارد بیاوریم می‌توان تنش کششی را در پائین عضوکاهش داد و یا به کلی آنرا خنثی نمود و تبدیل به تنش فشاری کرد که این اعمال نیرو تعادل بارهای خارجی می‌باشند.

برشی ازسقف پیش تنیده

 

 

بهینه ترین حالت در انتخاب مقدار نیروی پیش تنیده حالتی است که درصدی از بارها متعادل شود که منجر به کاهش میزان فولاد مصرفی و کنترل خیز و ترک در بتن ( پیش‌تنیده ) شود.

در بتن پیش­تنیده ی پس­كشیده پس از قرارگیری تاندون­های ساخته شده از فولاد با مقاومت بالا داخل قطعه، بتن­ریزی انجام میشود. بعد از رسیدن بتن به مقاومت لازم، کابل­های فولادی بوسیله جك های مخصوص پیش تنیدگی تحت كشش قرار می ­گیرد.

سرعت بالای اجرا، مقاومت زیاد در برابر خوردگی، کاهش ضخامت دال­ها، بالا رفتن مقاومت سقف­های پیش تنیده ، امکان استفاده از پلان نامنظم معماری، کنسول­های بلند و بازشوهای نامنظم از جمله عوامل مزیت کاربرد سقف پیش‌تنیده می ­باشد.

 

 

در این گزارش ابتدا مزایای استفاده از دال‌هایپیش‌تنیده ی پس‌کشیده در ساختمان‌ها بیان شده، سپس مبانی طراحی سازه، بارگذاری، طراحی دال، طراحی مقدماتی سازه ارائه شده است.

 

 

 

2- مزایای سقف پیش تنیده:

در ساخت دال­های پیش تنیده (Flat P.T Slabs) امکان ایجاد دهانه های بزرگتر یا افزایش فواصل بین ستون­ها مهم­ترین ویژگی بتن پیش­تنیده نسیت به سقف غیر پیش تنیده می­ باشد. به دلیل بالانس نمودن تمام یا درصدی از بارهای ثقلی، افزایش دهانه مفید میسر خواهد بود به گونه ای که دهانه‌ها تا مرز 15 الی 30 متر یا بیشتر کاملاً قابل اجرا و اقتصادی می ­باشند. از ویژگی­های این سیستم ( پیش‌تنیده ) در ساختمان­های مسکونی، سهولت تأمین پارکینگ و مسیر حرکتی آن، آرایش ساده­ تر پلان­ها بدون ستون­های مزاحم، امکان ایجاد فضاهای کاملاً باز (Open Office) در ساختمان­های اداری و تجاری، امکان تأمین پارکینگ بیشتر در پارکینگ­های طبقاتی، امکان آرایش پلان­های متنوع در پروژه­های ساختمانی انبوه­ سازی، انعطاف پلان در مراکز خرید و هتل­ها و نهایتاً در پروژه ­های مختلف امکانات بسیاری در دسترس کارفرمایان، طراحان و کاربران پروژه قرار می­ دهد.

 

 

3- کاهش ضخامت سقف و وزن سازه پیش تنیده :

در این روش( پیش‌تنیده ) بتن تحت فشار قرار میگیرد و مقطع بتنی ایجاد شده از ظرفیت بالاتری نسبت به سقف غیر پیش تنیده برخوردار خواهد شد. به همین جهت می­توان ضخامت دال بتنی ( پیش‌تنیده ) را با استفاده از این روش تقریباً تا 30% کاهش داد. کاهش ضخامت بتن دال پیش تنیده مستقیماً بر ارتفاع کل ساختمان اثر دارد که در نهایت به استفاده بهینه از ارتفاع منجر می­ گردد. برای مثال می­توان در مناطقی که قید محدود کننده ارتفاع و یا ضوابط مربوط به آن مطرح است طبقات بیشتری احداث (با کمک سقف پیش تنیده ) نمود و یا ارتفاع سازه­ هایی که در خاک مدفون هستند را کمتر کرده و از حجم عملیات خاکبرداری کاست. همچنین در پارکینگ­های طبقاتی از طول رمپ مسیرها کاسته شده به فضای مفید پارکینگ افزوده می‌گردد. علاوه بر مزایای فوق در سیستم پیش تنیده کاهش ضخامت سقف باعث کاهش وزن سازه گردیده که به تبع آن المان­های باربر سازه­ای مانند ستون­ها و دیوارها نیز برای همین وزن کاهش یافته محاسبه می شوند. با توجه به کمتر شدن مقدار وزن سازه و همچنین کاهش ارتفاع ساختمان (کاهش در بازوی لنگر واژگونی) نیروهای زلزله اعمال شده به سازه ( پیش‌تنیده ) کاهش یافته و در مجموع سیستم عملکرد مطلوب­تری در مقابل نیروهای زلزله خواهد داشت.

 

 

 

مطابق آئین نامه زلزله ایران در صورت استفاده از دیوار برشی، با استفاده از تکنیک پس ­کشیدگی ( پیش‌تنیده ) امکان حذف کامل تیرها تا 15 طبقه وجود دارد. در ساختمان­های بلندتر که نیاز به سیستم مقاوم جنبی دوگانه الزامی است نیز می­توان از ترکیب دیوارهای برشی و قاب پیرامونی بهره جست.

با حذف آویز تیرها تعبیه شبکه ­های تأسیساتی در زیر سقف پیش تنیده به راحتی انجام می شود و عملیات نازک کاری و ایجاد سقف کاذب برای مدفون کردن تیرهایی که به لحاظ معماری باید پوشیده شوند حذف خواهد گردید.

 

 

5- انعطاف بیشتر در پلان ها:

به دلیل ماهیت درجا بودن عملیات پس ­کشیدگی ( پیش‌تنیده ) و نیز قابلیت نصب کابل­ها در پلان و ارتفاع به صورت منحنی  می­توان هرگونه شکل را در پلان پیش تنیده ایجاد نمود. ساخت پلان­های خاص نظیر بیضی، دایره، قطعاتی از منحنی، ترکیب خطوط صاف و منحنی کاملاً میسر بوده و طراح قادر خواهد بود تا طراحی با استفاده از عناصر معماری مدرن را به سادگی ارائه دهد.

به جهت امکان حرکت کابل­ها در پلان و وجود نوارهای تیری مدفون، الزامی به در امتداد هم بودن محورهای ستون­ها نبوده و قابلیت ستون­ گذاری در محورهای دلخواه  سقف پیش تنیده ( نه الزاماً روی محورهای از پیش تعیین شده) را به طراح می دهد. ایجاد کنسول­های بلند و اجرای لبه دال به صورت اشکال دلخواه از دیگر مزایای شاخص این تکنیک ( پیش‌تنیده ) می­ باشد.

 

 

 

 

6- کنترل ترک، تغییرشکل و افزایش دوام سازه:

در دال پیش­ تنیده به علت تحت فشار قرار گرفتن بتن در دو وجه عمود بر هم، ترک­های جزئی پس از کشیده شدن استرندها حذف گردیده و عوامل مخرب به داخل بتن کمتر نفوذ می­ نمایند. لذا در مناطق با خطر خوردگی بالا سازه پیش تنیده اصولاً از دوام بالاتری نسیت به سازه های غیر پیش تنیده برخوردار بوده و به عنوان یکی از راه حل­های عملی توصیه می­ شود. همچنین به دلیل نحوه خاص قرارگیری استرند در بتن پیش تنیده و ایجاد بار بالانس تغییرشکل­های ثقلی کاهش می­ یابند.

 

نمودار تغییرشکل – بارگذاری تحت ترکیب بار بهره ­برداری

 برای مقایسه دو المان بتن مسلح معمولی و بتن پیش تنیده

 

 

7- سیکل­های اجرای کوتاه­تر و سرعت در عملیات اجرا:

استفاده از مصالح با مقاومت بالاتر (استرندها) باعث کاهش مصالح مصرفی، قالب­ بندی ساده تر، حذف تعداد زیادی از عناصر قائم نظیر ستون­ها و حذف المان­های افقی نظیر تیرها و در نهایت کمتر شدن نیروی انسانی مورد نیاز جهت اجرای پروژه های پیش تنیده خواهد شد، که انجام عملیات ساخت سازه پیش تنیده را در زمان کوتاه­تری امکان­ پذیر می­ سازد. ضمن آن که انجام عملیات کشش در استرندها را می توان تا حصول درصدی از مقاومت بتن به صورت جزئی یا کلی انجام داد و از زمان درگیر بودن قالب­ها در سقف پیش تنیده کاست. این موارد باعث خواهد شد تا سیکل اجرای هر طبقه سقف پیش تنیده 10 تا 20 درصد کاهش یابد که مطلوب نظر کارفرمایان و پیمانکاران می ­باشد.

 

 

8-مزایای اقتصادی در ساخت و بهره برداری:

اثر پیش­ تنیدگی بر روی اقتصاد پروژه را می­توان به دو بخش کاهش هزینه­ های مستقیم و کاهش هزینه­ های غیرمستقیم تقسیم ­بندی نمود.

- کاهش هزینه های مستقیم:

استفاده از مصالح  با مقاومت بالاتر و استفاده بهینه از بتن باعث خواهد شد از حجم مصالح مصرفی به طور ملموسی کاسته شود به طوری که در دهانه­ های هفت ونیم متر به بالا استفاده از روش­های پیش­ تنیدگی نسبت به استفاده از روش­های معمول بتن آرمه(غیر  پیش‌تنیده ) اقتصادی­ تر خواهد بود. استفاده از پیش ­تنیدگی بسته به مورد باعث کاهش میزان مصرف آرماتور، کاهش میزان مصرف بتن و در نهایت کاهش هزینه مصالح می­ گردد. همچنین این سیستم ( پیش‌تنیده ) به کاهش سطوح قالب­ بندی و کاهش زمان اجرا می­توان اشاره نمود که مستقیماً موجب کاهش هزینه­ های نیروی انسانی مربوط به پروژه می گردد.

 

 

 

 

- کاهش هزینه­ های غیرمستقیم:

به طور معمول هزینه انجام عملیات اسکلت ساختمان بین 25%تا 35% کل هزینه­ های ساختمان را پوشش می ­دهد و مابقی هزینه­ ها مربوط به کف­سازی، تیغه­ بندی، تأسیسات برقی و مکانیکی، نازک­ کاری و ادوات داخلی خواهد شد. هر عاملی که در عملیات اجرای اسکلت باعث کاهش حجم سایر عملیات اجرایی ساختمان گردد به طور غیرمستقیم در هزینه­ های تمام شده مؤثر خواهد بود.

عواملی چون کاهش ضخامت سقف پیش تنیده و کاهش ارتفاع طبقات تا 10% از میزان مصالح در اجرای نما و تیغه بندی داخلی و خارجی، تأسیسات مکانیکی و برقی و ... خواهد کاست ، که این رقم بین 5 % تا 10% در کل پروژه تأثیرگذار خواهد بود.

عوامل دیگری مانند نیاز کمتر سازه به تعمیر و نگهداری، دوام بیشتر، کنترل تغییرشکل در زمان بهره برداری و به تبع آن افزایش طول عمر مفید ساختمان را نیز می­توان از دیگر مزایای استفاده از این روش ( پیش‌تنیده ) برشمرد.

 

9 -  سیستم دال­های پیش­ تنیده:

کابل­های پیش­ تنیدگی در دال­ها به گونه­ای قرار داده می­ شوند که پس از کشش علاوه بر اعمال بار فشاری در مقطع بتنی، یک نیروی رو به بالا و در خلاف جهت بارهای ثقلی ایجاد می­ نمایند که این نیرو باعث افزایش ظرفیت باربری و به تبع آن مقاومت دال پیش‌تنیده می­ شود.

 

-         دال تخت پیش تنیده :

این دالها ( پیش‌تنیده ) عموما در بلوک­های آپارتمانی، ساختمان­های اداری، هتل­ها و پارکینگ­ها بکار می­روند. ایجاد این دال­ها توسط قالب­های معمولی به آسانی امکان­پذیر بوده و انعطاف­ پذیری مناسبی در ایجاد داکت­های ساختمانی دارد. سطح زیرین سقف­ها بدلیل مسطح بودن و حذف المان­های تیر باعث می­شود که معماری فضاها، حداکثر کارایی را داشته باشد.

 

 

-         دال تخت پیش تنیده با سر ستون(کتیبه):

دال تخت با سر ستون باعث تقویت دال ( پیش‌تنیده ) تحت تأثیر برش پانچ شده و ظرفیت خمشی و برشی آن را بالا می ­برد. به همین منظور از آن در ساختمان­ هایی با باربری بیشتر و یا دهانه بزرگتر استفاده می­ شود.

 

-         دال مجوف پیش تنیده :

این نوع دال­ها برای سازه­ های سخت و دارای بار بسیار سنگین و یا سازه­ هایی با دهانه ­های تا 30 متر استفاده می­ شود. دال­های مجوف بیشتر در سازه ­های صنعتی و ترمینال فرودگاه­ها مورد استفاده قرار می ­گیرند.

 

-         دال پیش تنیده با تیر کم عمق نواری:

این نوع دال­ها( پیش‌تنیده ) در سازه ­هایی استفاده می ­شوند که دهانه آنها یکطرفه می ­باشد. تیرهای نواری نسبتاً عریض و کم عمق هستند که ضخامت کف را در زمانی که دهانه­های بزرگتر تبدیل به دهانه­ های یکطرفه می ­شود، کاهش می ­دهد.

 

 

 

مطالب مرتبط:

1-آشنایی جامع با مبحث پیش تنیده

2-مزایای سقف پیش تنیده

3-مقایسه کامل سقف های پیش تنیده و کوبیاکس

4-معرفی پس کشیدگی (Post tensioning) و پیش کشیدگی (Pre tensioning)