آشنایی با سقف پیش تنیده
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، مصالح مصرفی جهت این سازهها 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 استفاد 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 افزایش یابد. بطور کلی میتوان عمل خنثی نمودن تنش‌ها ویا متعادل نمودن بارها
(LoadBalancing) را اساس طراحی اعضای پیشتنیده دانست.
اگر نیروی فشاری مشخصی را از دو طرف به یک قطعه یا تیر 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.
برش ازسقف پيش تنيده
بهینه ترین حالت در انتخاب مقدار نیروی پیش فشردگی حالتی است که درصدی از بارها متعادل شود که منجر به کاهش میزان فولاد مصرفی و کنترل خیز و ترک در بتن شود.
در بتن پيشتنيده ی پسكشيده پس از قرارگيري تاندونهاي ساخته شده از فولاد با مقاومت بالا داخل قطعه، بتنريزي انجام ميشود. بعد از رسيدن بتن به مقاومت لازم، کابلهای فولادی بوسيله جك های مخصوص تحت كشش قرار ميگيرد.
سرعت بالای اجرا، مقاومت زياد در برابر خوردگي، کاهش ضخامت دالها، بالا رفتن مقاومت سقفها، امکان استفاده از پلان نامنظم معماری، کنسولهای بلند و بازشوهای نامنظم از جمله عوامل مزیت کاربرد اين سيستم ميباشد.
در این گزارش ابتدا مزایای استفاده از دالهای 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 پيش تنيده (Flat P.T Slabs) امکان ایجاد دهانههای بزرگتر یا افزایش فواصل بین ستونها مهمترین ویژگی بتن پیشتنیده مي باشد. به دلیل بالانس نمودن تمام یا درصدی از بارهای ثقلی، افزایش دهانه مفید ميسر خواهد بود به گونه ای که دهانه‌ها تا مرز 12 متر یا بیشتر کاملاً قابل اجرا و اقتصادی می باشند. از ويژگيهاي اين سيستم 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 بیشتردر پارکینگهای طبقاتی، امکان آرایش پلانهای متنوع در پروژههای ساختمانی انبوه سازی، انعطاف پلان در مراکز خرید و هتلها و نهایتاً در پروژههای مختلف امکانات بسیاری در دسترس کارفرمایان، طراحان و کاربران پروژه قرار می دهد.
3- کاهش ضخامت سقف و وزن سازه:
در اين روش بتن تحت فشار قرار ميگيرد و مقطع بتني ايجاد شده از ظرفيت بالاتري برخوردار خواهد شد. به همین جهت میتوان ضخامت دال بتنی را با استفاده از این روش تقریباً تا 30% کاهش داد. کاهش ضخامت بتن دال 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 هرم مطرح است طبقات بیشتری احداث نمود و یا ارتفاع سازههایی 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 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 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 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 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 و نیز قابلیت نصب کابلها در پلان و ارتفاع به صورت منحنی میتوان هرگونه شکل را در پلان 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 ستونگذاری در محورهای دلخواه ( 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 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 مینمایند. لذا در مناطق با خطر خوردگی بالا سازه اصولاً از دوام بالاتری برخوردار بوده و به عنوان یکی از راه حلهای عملی توصیه میشود. همچنین به دلیل نحوه خاص قرارگیری استرند در بتن و ایجاد بار بالانس تغییرشکلهای ثقلی کاهش مییابند.
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، قالببندی 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 خواهد شد که انجام عملیات ساخت را در زمان کوتاهتری امکان پذیر میسازد. 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 کاست. این موارد باعث خواهد شد تا سیکل اجرای هر طبقه 10 تا 20 درصد کاهش یابد که مطلوب نظر کارفرمایان و پیمانکاران می باشد.
8-مزایای اقتصادی در ساخت و بهره برداری:
اثر پیشتنیدگی بر روی اقتصاد پروژه را میتوان به دو بخش کاهش هزینههای مستقیم و کاهش هزینههای غیرمستقیم تقسیمبندی 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 دهانههای هفت ونیم متر به بالا استفاده از روشهای پیشتنیدگی نسبت به استفاده از روشهای معمول بتن آرمه اقتصادیتر خواهد بود. استفاده از پیشتنیدگی بسته به مورد باعث کاهش میزان مصرف آرماتور، کاهش میزان مصرف بتن و در نهایت کاهش هزینه مصالح میگردد. همچنین به کاهش سطوح قالببندی و کاهش زمان اجرا میتوان اشاره نمود که مستقیماً موجب کاهش هزینههای 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 میدهد 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 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 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:
این دالها 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 با سر ستون:
دال تخت با سر ستون باعث تقویت دال تحت تأثیر برش پانچ شده و ظرفیت خمشی و برشی آن را بالا میبرد. به همین منظور از آن در ساختمانهایی با باربری بیشتر و یا دهانه بزرگتر استفاده میشود.
- دال مجوف:
این نوع دالها برای سازه های سخت و دارای بار بسیار سنگین و یا سازه هایی با دهانه های تا 20 متر استفاده میشود. دالهای مجوف بیشتر در سازههای صنعتی و ترمینال فرودگاهها مورد استفاده قرار میگیرند.
- دال با تیر کم عمق نواری:
این نوع دالها در سازه هایی استفاده می شوند که دهانه آنها یکطرفه میباشد. تیرهای نواری نسبتاً عریض و کم عمق هستند که ضخامت کف را در زمانی که دهانههای بزرگتر تبدیل به دهانه های یکطرفه میشود، کاهش می دهد.
