پیش تنیدگی چیست؟
پیش تنیدگی زمانی ایجاد می شود 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 چرخ های درشکه استفاده می کردند. عامل یکپارچگی پره ها و طوقه چوبی درشکه، تسمه ای فولادی بود که به صورت داغ حول طوقه قرار داده می شد. با سرد شدن و منقبض شدن حلقه، مجموعه طوقه و پره فشرده شده و یکپارچه می گردید. یک مثال دیگر که نشان دهنده مفهوم پیش تنیدگی، بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی به طور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت پایداری آن را افزایش دهند.
در بتن پیش تنیده نیز با اعمال نیروی کششی به کابل ها که در بتن جاگذاری شده اند باعث می گردد تا در بتن نیروی فشاری ایجاد شود. پیش تنیده کردن بتن، به علت ضعف آن در مقابل تنش های کششی می باشد. وجود تنش های فشاری در بتن باعث خنثی شدن تنش های کششی ناشی از بارگذاری خمشی می گردد. این مفاهیم کاربرد اعضای بتنی کوچک تر و سبک تر را ممکن می سازد. بتن در فشار بسیار قوی می باشد ولی در کشش ضعیف است عموما از میلگردهای فولادی در بتن بعنوان آرماتورکششی استفاده می گردد 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 می کند. از آنجا که بتن در کشش ضعیف است پس از ترک خوردن بتن در مقابل تنش های کششی، فولاد موجود در زیر تار خنثی به کشش می افتد. این شرایط ممکن است حتی تحت اثر وزن خود تیر نیز اتفاق بیفتد.
قبل از خواندن این مقاله توصیه می شود مقالات زیر را نیز مطالعه کنید:
پیش تنیدگی چیست؟
انجام عملیات تنیدگی
در پیش تنیدگی با اعمال تنش های فشاری اولیه به المان های بتنی قابلیت باربری آن ها افزایش و نیاز آنها به میلگرد کاهش می یابد. تنش های اعمالی به المان در این روش عکس تنشهای ناشی از بارهای سرویس وارده به عضو است در سیستم پیش تنیده بجای آرماتورهای معمولی از یکسری کابل (تاندون) های با مقاومت کششی بالا استفاده می گردد که کابل ها تحت کشش زیادی قرار می گیرند و در دو انتهای تیر توسط گیره های مخصوص تثبیت می شوند.
بدین ترتیب کابل های 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 می شود که به تبع این نیرو در مقابل نیروی کششی که بواسطه بارهای ثقلی در بتن ایجاد می گردد قرار می گیرد. این کابل ها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی نموده و مقطع قابلیت پذیرش بارهای بیشتری را دارد. بتن پیش تنیده را می توان به عنوان بتن پیش فشرده تعریف کرد.
بدین معنی که قبل از آغاز بارگذاری، عضو بتنی تحت اثر تنش فشای قرار دارد. این تنش ها در نقاطی وارد می شود که در صورت عدم اعمال پیش تنیدگی، در این نقاط تنش کششی به وجود می آمد. در سال های اخیر استفاده از روش پیش تنیدگی بسیار ساده تر و مؤثرتر و مصالح آن بهینه سازی شده اند. امروزه درصد بالائی از کل سازه های در حال احداث در سطح جهان با استفاده از این تکنولوژی ساخته می شوند. 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 سازه های ویژه نظیر اسکله ها کاربردهای وسیعی پیدا کرده است.
در عملیات تنیدگی، در وهله اول اول اجرای بتن خوب مد نظر می باشد. فعالیت های دیگر همچون جایگذاری شبکه آرماتور و کابل ها و کشیدن کابل ها در زمان مناسب می باشد. کنترل بتن پیش تنیده شامل بازرسی های معمول و روش های نظارتی برای دستیابی به بتن خوب و یکنواخت است. در سازه های پیش تنیده، از بتن با رده مقاومتی ۳۰ تا ۵۵ مگاپاسکال استفاده می شود. دانستن اطلاعاتی از خواص بتن در درک بهتر مزیت های 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 می خورد. به طور معمول در سازه های 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 می گرد پایین تیر اندکی دچار کشیدگی و ازدیاد طول شود.
معمولا همین مقدار اندک کشیدگی برای ایجاد ترک در بتن کافی می باشد. میل گردهای تقویتی bars میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده می شود به صورت نیروهای Passive عمل می نمایند و تا زمانی که خیز در بتن به مرحله قبل از ایجاد ترک نرسیده است نیرویی راتحمل نمی کند. اما Tendon یا همان فولادهای پیش تنیدگی به صورت نیروهای Active در سیستم عمل می نمایند. در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می نماید. طوری که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت. سازه های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، طوری طراحی شده اند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد نماید.
ویژگی های مهم بتن پیش تنیده
مهمترین ویژگی بتن پیش‌تنیده به دلیل بالانس نمودن تمام یا درصدی از نیروهای ثقلی و زنده افزایش دهانه مفید می‌باشد. به‌گونه‌ای که دهانه‌های تا مرز ۱۲ متر کاملاً قابل اجرا و اقتصادی است. این ویژگی در ساختمان های مسکونی که عمدتاً مشکل پارکینگ و مسیر حرکتی آن، در طبقات آرایش ساده‌تر پلان ها بدون عنصر مزاحم،در ساختمانهای اداری امکان ایجاد فضاهای کاملاً باز، در پروژه‌های ساختمانی انبوه‌سازی امکان آرایش پلان های متنوع، در مراکز خرید انعطاف پلان و نهایتاً 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 کابل ها در پلان و ارتفاع بصورت منحنی قادر هستم هرگونه شکل را در پلان ایجاد کنیم. ساخت پلان های نامنظم نظیر بیضی، دایره، قطعاتی از منحنی، ترکیب خطوط صاف و منحنی کاملاً میسر است و طراح می تواند طرحی با استفاده از عناصر معماری مدرن را به‌سادگی اجرا نماید. به جهت امکان حرکت کابلها در پلان و وجود نوارهای تیری مدفون الزامی به در امتداد هم بودن محورهای ستون ها نیست و توانایی ستون گذاری در محورهای دلخواه (نه الزاماً روی محورهای از پیش تعیین شده ) را به طراح می‌دهد. ایجاد کنسول های بزرگ و اجرای لبه دال بصورت اشکال نامشخص از دیگر مزیت های شاخص این روش است.
- ضخامت دال کمتر: به دلیل در فشار قرارگرفتن بتن و وجود انحنا در کابل ها، پوشاندن دهانه با ضخامت کمتر نسبت به دال های بتن آرمه معمولی و یا سایر سیستم های رایج فراهم می باشد. با دلیل تحت فشار قرار گرفتن مقطع عملاً، از مقطع بتنی با راندمان بالاتر استفاده می‌کنند به همین جهت قادر خواهیم بود ضخامت هالوکور (دال) بتنی را با استفاده از این روش تقریباً تا ۳۰ درصد کاهش دهیم. کاهش ضخامت بتن دال مستقیماً بر ارتفاع کل ساختمان اثر دارد که در نهایت به استفاده بهینه از ارتفاع منجر می شود. برای مثال مناطقی که قید محدود کننده ارتفاع و یا ضوابط مربوط به هرم مطرح است طبقات بیشتری احداث می کنند و یا ارتفاع سازه‌هایی که در خاک مدفون است را کمتر کرده و حجم عملیات خاکبرداری را کاهش می دهند. همچنین در پارکینگ های طبقاتی از طول رمپ مسیرها کاسته شده به فضای مفید پارکینگ افزوده می شود. علاوه بر مزایای فوق کاهش ضخامت سقف باعث کاهش وزن سازه می شود که به تبع آن عناصر باربر سازه‌ای مانند ستونها و دیوارها نیز برای همین وزن کاهش‌یافته 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 می یابد و درمجموع سیستم عملکرد بهتری در مقابل نیروهای زلزله دارد.
- حذف تیرها: عبور کانال های تاسیساتی با سهولت امکان پذیر است. به دلیل اینکه در این سیستم امکان حذف تیرها و آویزها وجود دارد، می توان سطح زیرین تخت را در اختیار طرح معماری قرار دهیم. همچنین پارتیشن بندی نیز بدون محدودیت قابل اجراست.
- 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 … می شود.
- کاهش وزن ساختمان: کاهش ضخامت دال، حذف تیرها و کاهش ارتفاع کل ساختمان موجب کاهش وزن کلی ساختمان می شود. که خود باعث کم شدن ابعاد و اندازه سایر اجزای سازه ای می شود.
- کنترل ترک و دوام بیشتر: نیروی پیش تنیدگی باعث اعمال فشار دائمی به دال می شود و دال ها همواره تحت فشار هستند. لذا ترک های موجود دراین سیستم به حداقل می رسد. کاهش ترک ها باعث افزایش مقطع موثر بتن می شود در حالی که در اعضای بتن آرمه معمولی بواسطه ترک خوردگی، مقطع موثر بتن تحت بارهای بهره برداری کاهش می یابد. همچنین کاهش ترک مانع نفوذ مواد خورنده به بتن شده و خوردگی فولاد کمتر می گردد در نتیجه دوام سازه افزایش می یابد.
- کنترل تغییر شکل: در سیستم پیش تنیده به علت تحت فشار قرارگرفتن بتن ترک های جزیی پس از کشیده شدن استرندها حذف شده و عوامل مخرب به داخل بتن کمتر نفوذ پیدا می کند. 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 تغییرشکل های ثقلی کاهش پیدا می کند، در اعضای بتن آرمه معمولی تغییر شکل با افزایش ابعاد مقطع کنترل می شود در حالی که در سیستم پیش تنیده با افزایش کابل ها و نیروی پیش تنیدگی امکان کنترل خیز وسط دهانه وجود دارد.
- بهبود عملکرد لرزه ای: سیستم های دال بتنی نسبت به سایر سیستم های پوشش سقف دیافراگم یکپارچه تری تشکیل می دهند که باعث بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان می شود. تحقیقات مختلف در این زمینه نشان می دهد دال های پس کشیده با روش نچسبیده نسبت به دال های بتن آرمه عملکرد مناسب تری هنگام وقوع زلزله دارند.
- کاهش ارتفاع کل ساختمان: ضخامت دال ها در این سیستم کاهش پیدا می کند و امکان حذف تیر ها نیز هست، قادریم ارتفاع سازه را کاهش دهیم. طوری که در ارتفاع ثابت می توانیم از تعداد طبقات بیشتری استفاده نمود. این امر بخصوص در ساختمان های بلند مرتبه که با توجه به قوانین موجود محدودیت ارتفاع دارند، بسیار پراهمیت می باشد.
- ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف: انعطاف پذیری کابل ها، امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم روی سقف فراهم می آورد، در این سیستم نیاز به تعبیه تیر اطراف بازشوها نیست.
- ستون گذاری نامنظم: بر خلاف سازه های بتنی معمولی که ستون گذاری معمولا از آکس بندی منظم پیروی می نماید، در این سیستم امکان ستون گذاری بصورت 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 دال ها، 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 می باشد و می توان قالب ها را در مدت زمان کوتاه تری باز نمود.
- کاهش هزینه ها: کاهش ضخامت دال، کاهش تعداد ستونها، حذف تیرها و … باعث صرفه جویی در بتن و فولاد مصرفی می شود، و همچنین کاهش عملیات قالب بندی و آرماتور بندی باعث کاهش هزینه های اجرایی می شود. کاهش هزینه های پیش‌تنیدگی بر دو بخش کاهش هزینه‌های مستقیم و کاهش هزینه‌های غیر مستقیم تاثیر می گذارد.
- مزیت های اقتصادی: در دهانه‌های هفت‌متر به بالا استفاده از روشهای پیش تنیدگی نسبت به استفاده از روشهای معمول بتن‌آرمه 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 قالب‌بندی به میزان حدود ۲۵ درصد و کاهش زمان اجرا بین ۱۰ تا ۲۰ درصد می‌توان اشاره نمود که مستقیماً موجب کاهش هزینه‌های نیروی انسانی مربوط به پروژه میشود. بطور معمول هزینه انجام عملیات اسکلت ساختمان بین ۲۵ تا ۳۵ درصد کل هزینه‌های ساختمان را پوشش می‌دهد و مابقی هزینه‌ها مربوط به کف‌سازی، تیغه‌بندی، تاسیسات برقی و مکانیکی، نازک‌کاری و ادوات داخلی خواهد شد. هرگونه اثری در عملیات اجرا اسکلت که باعث کاهش حجم سایر عملیات اجرایی ساختمان گردد بطور غیرمستقیم در هزینه‌های تمام شده موثر است.
برای مشاوره ی رایگان می توانید با شماره های ۰۹۱۲۲۴۶۰۰۸۹ | ۰۹۱۲۱۴۷۱۸۴۷ به طور مستقیم تماس بگیرید.
نظرات خود را در ارتباط با این مقاله ما بنویسید.
موفق باشید.