با توجه به عیوب مختلف فولاد (ناپایداری الاستیک نیمرخ‌های فلزی، خوردگی و زنگ‌زدگی،و …) امروزه اغلب پل‌ها و ساختمانهای بزرگ از بتن پیشتنیده ساخته می‌شوند. استفاده از سقف پیش تنیده در ایجاد ساختمان‌ها از حدود 50 سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است.
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 تنیدکی چیست؟
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.
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 پسکشیده 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 جک های مخصوص پیش تنیدگی تحت کشش 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.
سقف پیشتنیده
2- مزایای سقف پیش تنیده:
در ساخت دال های 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.
سقف پیشتنیده
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.
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.
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.
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.