پیش تنیدگی چیست؟
پیش تنیدگی چیست؟
پیش تنیدگی زمانی ایجاد میشود که دو نوع مصالح تحت تنش به شکلی به یکدیگر متصل شوند که نیروی موجود در یکی به وسیله نیروی مخالف در دیگری خنثی شود. در گذشته از این روش در ساخت چرخ‌های درشکه استفاده می‌کردند. عامل یکپارچگی پره‌ها و طوقه چوبی درشکه، تسمه‌ای فولادی بود که به صورت داغ حول طوقه قرار داده می‌شد. با سرد شدن و منقبض شدن حلقه، مجموعه طوقه و پره فشرده شده و یکپارچه می‌گردید. یک مثال دیگر که نشان دهنده مفهوم پیش تنیدگی، بشکه‌های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه‌های فلزی به طور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می‌فشارد تا مقاومت پایداری آن را افزایش دهند.
در بتن پیش تنیده نیز با اعمال نیروی کششی به کابل‌ها که در بتن جاگذاری شده‌اند باعث می‌گردد تا در بتن نیروی فشاری ایجاد شود. پیش تنیده کردن بتن، به علت ضعف آن در مقابل تنش‌های کششی است. وجود تنش‌های فشاری در بتن باعث خنثی شدن تنش‌های کششی ناشی از بارگذاری خمشی می‌گردد. این مفاهیم کاربرد اعضای بتنی کوچک‌تر و سبک‌تر را ممکن می‌سازد. بتن در فشار بسیار قوی است ولی در کشش ضعیف است عموما از میلگردهای فولادی در بتن به عنوان آرماتورکششی استفاده می‌گردد تا مقدار ترک خوردگی را محدود کنند.
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 می‌کند. از آنجا که بتن در کشش ضعیف است پس از ترک خوردن بتن در مقابل تنش‌های کششی، فولاد موجود در زیر تار خنثی به کشش می‌افتد. این شرایط ممکن است حتی تحت اثر وزن خود تیر نیز اتفاق بیفتد.
قبل از خواندن این نوشته توصیه میشود نوشته‌های زیر را نیز مطالعه کنید:
پیش تنیدگی چیست؟
انجام عملیات تنیدگی
در پیش تنیدگی با اعمال تنش‌های فشاری اولیه به المان‌های بتنی قابلیت باربری آن‌ها افزایش و نیاز آن‌ها به میلگرد کاهش می‌یابد. تنش‌های اعمالی به المان در این روش عکس تنش‌های ناشی از بارهای سرویس وارده به عضو است در سیستم پیش تنیده به جای آرماتورهای معمولی از یکسری کابل (تاندون‌های) با مقاومت کششی بالا استفاده می‌گردد که کابل‌ها تحت کشش زیادی قرار می‌گیرند و در دو انتهای تیر توسط گیره‌های مخصوص تثبیت می‌شوند.
به این ترتیب کابل‌های کشیده شده 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 میشود که به تبع این نیرو در مقابل نیروی کششی که به واسطه بارهای ثقلی در بتن ایجاد می‌گردد قرار می‌گیرد. این کابل‌ها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی کرده و مقطع قابلیت پذیرش بارهای بیش‌تری را دارد. بتن پیش تنیده را می‌توان به عنوان بتن پیش فشرده تعریف کرد.
به این معنی که قبل از آغاز بارگذاری، عضو بتنی تحت اثر تنش فشای قرار دارد. این تنش‌ها در نقاطی وارد میشود که در صورت عدم اعمال پیش تنیدگی، در این نقاط تنش کششی به وجود می‌آمد. در سال‌های اخیر استفاده از روش پیش تنیدگی بسیار ساده‌تر و مؤثرتر و مصالح آن بهینه سازی شده‌اند. در حال حاضر درصد بالائی از کل سازه‌های در حال احداث در سطح جهان با استفاده از این تکنولوژی ساخته می‌شوند. پیش تنیدگی در احداث ساختمان‌های اداری و آپارتمانی مسکونی و تجاری، پارکینگ، استادیوم‌های ورزشی، تکیه گاه‌های خاک و مهار سنگی همچنین در پل سازی، ساخت مخازن بتنی و سازه‌های ویژه نظیر اسکله‌ها کاربردهای وسیعی پیدا کرده است.
در عملیات تنیدگی، در وهله اول اول اجرای بتن خوب مد نظر است. فعالیت‌های دیگر همچون جایگذاری شبکه آرماتور و کابل‌ها و کشیدن کابل‌ها در زمان مناسب است. کنترل بتن پیش تنیده شامل بازرسی‌های معمول و روش‌های نظارتی برای دستیابی به بتن خوب و یکنواخت است. در سازه‌های پیش تنیده، از بتن با رده مقاومتی ۳۰ تا ۵۵ مگاپاسکال استفاده میشود. دانستن اطلاعاتی از خواص بتن در درک بهتر مزیت‌های پیش تنیدگی موثر است.
استحکام بتن پیش تنیده
بتن در برابر فشار بسیار مقاوم اما در برابر کشش ضعیف است. به طور مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک می‌خورد. به طور معمول در سازه‌های بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ برروی دال بتنی و یا تیرها قرار گیرد، تیر تمایل به انحنا و خم شدن دارد. این تغییر شکل خمیدگی باعث میشود پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول شود.
معمولا همین مقدار اندک کشیدگی برای ایجاد ترک در بتن کافی است. میل گردهای تقویتی bars میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده میشود به صورت نیروهای Passive عمل می‌نمایند و تا زمانی که خیز در بتن به مرحله قبل از ایجاد ترک نرسیده است نیرویی راتحمل نمی‌کند. اما Tendon یا همان فولادهای پیش تنیدگی به صورت نیروهای Active در سیستم عمل می‌نمایند. در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می‌نماید. طوری که امکان به وجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت. سازه‌های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، طوری طراحی شده‌اند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد نماید.
ویژگی‌های مهم بتن پیش تنیده
مهم‌ترین ویژگی بتن پیش تنیده به دلیل بالانس کردن تمام یا درصدی از نیروهای ثقلی و زنده افزایش دهانه مفید است. به گونه‌ای که دهانه‌های تا مرز ۱۲ متر کاملا قابل اجرا و اقتصادی است. این ویژگی در ساختمان‌های مسکونی که عمدتا مشکل پارکینگ و مسیر حرکتی آن، در طبقات آرایش ساده‌تر پلان‌ها بدون عنصر مزاحم، در ساختمان‌های اداری امکان ایجاد فضاهای کاملا باز، در پروژه‌های ساختمانی انبوه‌سازی امکان آرایش پلان‌های متنوع، در مراکز خرید انعطاف پلان و نهایتا در پروژه‌های مختلف امکانات بسیاری در دسترس کارفرمایان، طراحان و کاربران پروژه قرار می‌دهد.
مزایای پس کشیدگی
- انعطاف بیش‌تر در پلان: به علت ماهیت درجا بودن عملیات پس‌کشیدگی و نیز قابلیت نصب کابل‌ها در پلان و ارتفاع بصورت منحنی قادر هستم هر گونه شکل را در پلان ایجاد کنیم. ساخت پلان‌های نامنظم نظیر بیضی، دایره، قطعاتی از منحنی، ترکیب خطوط صاف و منحنی کاملا میسر است و طراح می‌تواند طرحی با استفاده از عناصر معماری مدرن را به سادگی اجرا نماید. به جهت امکان حرکت کابل‌ها در پلان و وجود نوارهای تیری مدفون الزامی به در امتداد هم بودن محورهای ستون‌ها نیست و توانایی ستون گذاری در محورهای دلخواه (نه الزاما روی محورهای از پیش تعیین شده ) را به طراح می‌دهد. ایجاد کنسول‌های بزرگ و اجرای لبه دال بصورت اشکال نامشخص از دیگر مزیت‌های شاخص این روش است.
- ضخامت دال کمتر: به دلیل در فشار قرار گرفتن بتن و وجود انحنا در کابل ها، پوشاندن دهانه با ضخامت کمتر نسبت به دال‌های بتن آرمه معمولی و یا سایر سیستم‌های رایج فراهم است. با دلیل تحت فشار قرار گرفتن مقطع عملا، از مقطع بتنی با راندمان بالاتر استفاده می‌کنند به همین جهت قادر خواهیم بود ضخامت هالوکور (دال) بتنی را با استفاده از این روش تقریبا تا ۳۰ درصد کاهش دهیم. کاهش ضخامت بتن دال مستقیما بر ارتفاع کل ساختمان اثر دارد که در نهایت به استفاده بهینه از ارتفاع منجر میشود. برای مثال مناطقی که قید محدود کننده ارتفاع و یا ضوابط مربوط به هرم مطرح است طبقات بیش‌تری احداث می‌کنند و یا ارتفاع سازه‌هایی که در خاک مدفون است را کمتر کرده و حجم عملیات خاکبرداری را کاهش می‌دهند. همچنین در پارکینگ‌های طبقاتی از طول رمپ مسیرها کاسته شده به فضای مفید پارکینگ افزوده میشود. علاوه بر مزایای فوق کاهش ضخامت سقف باعث کاهش وزن سازه میشود که به تبع آن عناصر باربر سازه‌ای مانند ستون‌ها و دیوارها نیز برای همین وزن کاهش یافته محاسبه می‌شوند. 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 می‌یابد و در مجموع سیستم عملکرد بهتری در مقابل نیروهای زلزله دارد.
- حذف تیرها: عبور کانال‌های تاسیساتی با سهولت امکان پذیر است. به دلیل اینکه در این سیستم امکان حذف تیرها و آویزها وجود دارد، می‌توان سطح زیرین تخت را در اختیار طرح معماری قرار دهیم. همچنین پارتیشن بندی نیز بدون محدودیت قابل اجرا است.
- ارتفاع کف تا کف کمتر: با توجه به کاهش ضخامت دال و حذف آویز تیرها قادریم ارتفاع کف تا کف طبقات را کاهش دهیم. این امر باعث کاهش ارتفاع ساختمان و کاهش مصالح مصرفی در ستون، دیوار، تیغه بندی، نما و… میشود.
- کاهش وزن ساختمان: کاهش ضخامت دال، حذف تیرها و کاهش ارتفاع کل ساختمان موجب کاهش وزن کلی ساختمان میشود. که خود باعث کم شدن ابعاد و اندازه سایر اجزای سازه‌ای میشود.
- کنترل ترک و دوام بیش‌تر: نیروی پیش تنیدگی باعث اعمال فشار دائمی به دال میشود و دال‌ها همواره تحت فشار هستند. لذا ترک‌های موجود دراین سیستم به حداقل می‌رسد. کاهش ترک‌ها باعث افزایش مقطع موثر بتن میشود در حالی که در اعضای بتن آرمه معمولی به واسطه ترک خوردگی، مقطع موثر بتن تحت بارهای بهره برداری کاهش می‌یابد. همچنین کاهش ترک مانع نفوذ مواد خورنده به بتن شده و خوردگی فولاد کمتر می‌گردد در نتیجه دوام سازه افزایش می‌یابد.
- کنترل تغییر شکل: در سیستم پیش تنیده به علت تحت فشار قرار گرفتن بتن ترک‌های جزیی پس از کشیده شدن استرندها حذف شده و عوامل مخرب به داخل بتن کمتر نفوذ پیدا می‌کند. لذا در مناطق با خطر خوردگی بالا در سازه از دوام بالاتری برخوردار میشود. به دلیل نحوه خاص قرارگیری استرند در بتن و ایجاد بار بالانس تغییر شکل‌های ثقلی کاهش پیدا می‌کند، در اعضای بتن آرمه معمولی تغییر شکل با افزایش ابعاد مقطع کنترل میشود در حالی که در سیستم پیش تنیده با افزایش کابل‌ها و نیروی پیش تنیدگی امکان کنترل خیز وسط دهانه وجود دارد.
- بهبود عملکرد لرزه‌ای: سیستم‌های دال بتنی نسبت به سایر سیستم‌های پوشش سقف دیافراگم یکپارچه‌تری تشکیل می‌دهند که باعث بهبود عملکرد لرزه‌ای ساختمان میشود. تحقیقات مختلف در این زمینه نشان می‌دهد دال‌های پس کشیده با روش نچسبیده نسبت به دال‌های بتن آرمه عملکرد مناسب‌تری هنگام وقوع زلزله دارند.
- کاهش ارتفاع کل ساختمان: ضخامت دال‌ها در این سیستم کاهش پیدا می‌کند و امکان حذف تیرها نیز هست، قادریم ارتفاع سازه را کاهش دهیم. طوری که در ارتفاع ثابت می‌توانیم از تعداد طبقات بیش‌تری استفاده کرد. این امر به خصوص در ساختمان‌های بلند مرتبه که با توجه به قوانین موجود محدودیت ارتفاع دارند، بسیار پر اهمیت است.
- ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف: انعطاف پذیری کابل‌ها، امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم روی سقف فراهم می‌آورد، در این سیستم نیاز به تعبیه تیر اطراف بازشوها نیست.
- ستون گذاری نامنظم: برخلاف سازه‌های بتنی معمولی که ستون گذاری معمولا از آکس بندی منظم پیروی می‌نماید، در این سیستم امکان ستون گذاری به صورت نامنظم وجود دارد.
- افزایش سرعت اجرا: زمان اجرای یک دال پیش تنیده حدود ۳۰% کمتر از دال بتن آرمه معمولی است. به دلیل حذف تیرهای میانی و آرماتور بندی دال‌ها، زمان اجرای دال پیش تنیده بسیار کمتر از دال بتنی معمولی است. از طرف دیگر بعد از اجرای عملیات کشش، سقف بدون وجود قالب و شمع بندی، خود ایستا است و می‌توان قالب‌ها را در مدت زمان کوتاه‌تری باز نمود.
- کاهش هزینه‌ها: کاهش ضخامت دال، کاهش تعداد ستون‌ها، حذف تیرها و… باعث صرفه جویی در بتن و فولاد مصرفی میشود و همچنین کاهش عملیات قالب بندی و آرماتور بندی باعث کاهش هزینه‌های اجرایی میشود. کاهش هزینه‌های پیش‌تنیدگی بر دو بخش کاهش هزینه‌های مستقیم و کاهش هزینه‌های غیر مستقیم تاثیر می‌گذارد.
- مزیت های اقتصادی: در دهانه‌های ۷ متر به بالا، استفاده از روش‌های پیش تنیدگی نسبت به استفاده از روش‌های معمول بتن آرمه، اقتصادی‌تر خواهد بود. استفاده از پیش تنیدگی بسته به مورد باعث کاهش میزان مصرف آرماتور تا ۶۵ درصد، کاهش میزان مصرف بتن تا ۳۰ درصد و در نهایت کاهش ۱۰ تا ۲۰ درصدی هزینه‌های مصالح مصرفی می شود. همچنین به کاهش سطوح قالب بندی به میزان حدود ۲۵ درصد و کاهش زمان اجرا بین ۱۰ تا ۲۰ درصد می‌توان اشاره کرد که مستقیما موجب کاهش هزینه‌های نیروی انسانی مربوط به پروژه میشود. به طور معمول هزینه انجام عملیات اسکلت ساختمان بین ۲۵ تا ۳۵ درصد کل هزینه‌های ساختمان را پوشش می‌دهد و مابقی هزینه‌ها مربوط به کف سازی، تیغه بندی، تاسیسات برقی و مکانیکی، نازک کاری و ادوات داخلی خواهد شد. هرگونه اثری در عملیات اجرا اسکلت که باعث کاهش حجم سایر عملیات اجرایی ساختمان گردد به طور غیر مستقیم در هزینه‌های تمام شده موثر است.
برای مشاوره‌ی رایگان می‌توانید با شماره‌های ۰۹۱۲۲۴۶۰۰۸۹ | ۰۹۱۲۱۴۷۱۸۴۷ به طور مستقیم تماس بگیرید.
نظرات خود را در ارتباط با این نوشته ما بنویسید.
با آرزوی بهترین‌ها.
۲ دیدگاه