سقف بتنی پیش تنیده
پیش تنیدگی ایجاد تنش فشاری ثابت و دائمی در یک عضو بتنی به نحو دلخواه و به اندازه لازم است. به طوری که در اثر تنش فشاری، مقداری از تنشهای کششی ناشی از بارهای مرده و زنده در این عضو خنثی شده است. در نتیجه مقاومت باربری آن افزایش پیدا میکند. تنش فشاری دائمی با قرار دادن کامل فولاد در قطعه بتنی، کشیدن و مهار نمودن آن در دو طرف عضو به مقطع بتنی اعمال شود. اعمال نیروهای پیش تنیدگی به دو روش پس کشیده (پس از بتن ریزی) یا پیش کشیده به وسیله جکهای مخصوص، قبل از بتن ریزی صورت میگیرد.
در سیستم سقف بتنی پیش تنیده بجای آرماتورهای معمولی از یک سری کابل (تاندونهای با مقاومت کششی بالا) استفاده میشود. این کابلها تحت کشش زیادی قرار گرفته و در دو انتهای تیر توسط گرههای مخصوص تثبیت میشوند. بدین ترتیب کابلهای پیش کشیده پس از رها شدن از کشش، تمایل به جمع شدن و رسیدن به حالت اولیه دارند. بنابراین نیروی فشاری زیادی در قسمت زیرین تار خنثی در بتن ایجاد میشود. به تبع این نیرو در مقابل نیروی کششی که به واسطه بارهای ثقلی در بتن ایجاد میشود، قرار میگیرد. بنابراین کابلها مقداری از نیروهای ناشی از بارهای ثقلی را خنثی مینمایند.
مزایای سقف بتنی پیش تنیده
آن چه در سیستم پیش تنیدگی مزیت اصلی به شمار میآید. امکان اجرای دهانههای زیاد با حداقل تعداد ستون یا بدون آن است. کاربرد این روش بیشتر در سیستمهای مهار خاک و سنگ، پل سازی، شمع سازی فلزی، مهار سدهای بتنی، پایدار سازی تونل و اجرای سقفهای دال بتنی است.
سقف بتنی پیش تنیده پیش کشیده
در این سیستم در مرحله اول فولادها تحت کشش قرار میگیرند. فولادها در دو انتهای عضو توسط گیرههای مخصوص کاملاً گیر داده میشوند. در مرحله دوم عضو مورد نظر بتن ریزی میشود. سپس بتن، عمل آوری شده و به مقاومت کافی میرسد. در مرحله سوم فولادهای پیش تنیدگی در دو انتهای تیر، بریده و نیروی پیش تنیدگی بصورت یک نیروی فشاری بر عضو اعمال میشود. فولادهای پیش تنیدگی به دو صورت فولاد با مسیر مستقیم یا فولاد با مسیر شکسته است. اجرای مسیر با منحنی پیوسته برای کارهای پیش کشیده تقریباً امکان پذیر نیست.
سقف بتنی پیش تنیده پس کشیده
در این سیستم در مسیر عبور فولادهای پیش تنیدگی، غلافی توخالی در بتن تعبیه میشود. سپس کابلها از درون غلافها عبور داده میشود. بطوری که دو سر آن از غلاف بیرون بوده و عملیات بتن ریزی انجام میشود. غالباً قبل از بتن ریزی دو ورق صفحه فشار، جایگذاری میشود. بعد از اینکه بتن به مقاومت مورد نظر رسید فولادهای پیش تنیدگی توسط جکهایی کشیده میشوند.
الزامات سیستم سقف پیش تنیده و پس کشیده
- رعایت حداقل رده بتن C30 در این سیستم الزامی است.
- مقاومت گسیختگی تضمین شده انواع فولادهای پیش تنیده بین ۱۲۰۰ تا ۲۲۰۰ نیوتن بر متر مربع است.
- محافظت کابلها در برابر زنگ زدگی بسیار مهم بوده و باید توسط دوغاب سیمان (گروت) پس از کشش آنها محافظت شود.
- استفاده از این سیستم در دهانههای بیشتر از ۷ متر است.
- در استفاده از دالهای تخت، در نظر گرفتن تمهیدات لازم به منظور کنترل برش سوراخ کننده (PUNCH) بسیار حائز اهمیت است.
- در صورت استفاده از سیستم دالهای تخت و ستون، ارتفاع ساختمان به ۱۰ متر یا حداکثر ۳ طبقه محدود میشود. در غیر این صورت استفاده از دیوار برش بتن آرمه الزامی خواهد بود.
توجه به مساله افت در اعضای پیش تنیده پس کشیده بسیار حائز اهمیت است. محاسبه پیش بینی مقدار آن ناشی از موارد زیر، باید دقیقاً مورد توجه قرار گیرد.
- افت نیروی پس کشیدگی به جهت اصطکاک بین کابل و غلاف
- افت به دلیل لغزش مهار انتهایی و فرور فتن گوه گیرداری
- افت به جهت شل شدگی فولاد – کهولت کرنش
- جمع شدگی بتن و انقباض آن
مزایا و امتیازات سقفهای بتنی پس کشیده
کاهش ارتفاع سیستم سقف سازه
وجود دال پس کشیده در سقفها باعث کوتاه شدن یا حذف تیرها میشود. در نتیجه سبب کاهش ارتفاع طبقه و پیروی آن کاهش کل ارتفاع سازه میشود.
افزایش طول دهانهها
امکان فضاهای بدون ستون و انعطاف بیشتری در معماری فراهم میکند.
کاهش وزن سقف و مصالح مصرفی و سازه سبکتر
ابعاد ستونها، دیوارها و فونداسیون در این سیستم کاهش یافته و سازه سبکتری خواهیم داشت.
انعطاف پذیری در مسیر عبور تاسیسات
حذف تیرها یا تیرچهها در سقفهای پس کشیده انعطاف پذیری را جهت عبور تاسیسات بیشتر مینماید.
قابلیت ساخت بهتر
مصالح مصرفی کمتر، جزئیات سادهتر، نبودن تیرها و در نتیجه قالب بندی و آرماتور بندی آنها، تراکم کمتر آرماتورها همگی قابلیت ساخت بهتر را ایجاد میکنند.
کنترل ترکها و کاهش تغییر شکلها
به دلیل اثر بالانس کابلها (تاندونها) سقف پس کشیده تحت تاثیر وزن خود تغییر شکل نمیدهد. ترک خوردگی و تغییر شکل تقریباً به طور اختصاصی بواسطه بار زنده ایجاد میشود.
سرعت بالای ساخت
در دالهای پس کشیده معمولاً تیرهای میانی حذف و یک دال تخت گسترده وجود دارد. لذا یکباره میتوان سطوح گستردهای را قالب بندی، اجرا و قالب برداری نمود.
دهانه بزرگتر و کنسولهای بلندتر
با استفاده از تکنولوژی پیش تنیدگی امکان ایجاد دهانههای بزرگتر و کنسولهای بلندتر در سازه وجود دارد. محدودیتهایی که سایر روشها در پوشاندن دهانههای بزرگ با آن مواجه هستند در این سیستم منتفی است. این مزیت قابلیتهای گستردهای را در اختیار طرح معماری قرار داده، همچنین امکان استفاده مناسبتری از فضا را ایجاد میکند.
ضخامت دال کمتر
با توجه به تحت فشار بودن بتن و وجود انحنا در کابلها، امکان پوشاندن دهانه با ضخامت کمتر نسبت به دالهای بتن آرمه معمولی و یا سایر سیستمهای رایج فراهم میشود.
حذف تیرها
از آنجایی که در این سیستم امکان حذف تیرها و آویزها وجود دارد، میتوان سطح زیرین تخت را در اختیار طرح معماری قرار داد. در نتیجه عبور کانالهای تاسیساتی با سهولت امکان پذیر است. به علاوه پارتیشن بندی نیز بدون محدودیت قابل اجراست.
ارتفاع کف تا کف کمتر
با توجه به کاهش ضخامت دال و حذف آویز تیرها میتوان ارتفاع کف تا کف طبقات را کاهش داد. این امر باعث کاهش ارتفاع ساختمان و کاهش مصالح مصرفی در ستون، دیوار، تیغه بندی، نما و … میشود.
کنترل ترک و دوام بیشتر
نیروی پیش تنیدگی باعث اعمال فشار دائمی به دال میشود و دالها همواره تحت فشار خواهند بود. لذا ترکهای موجود در این سیستم به حداقل میرسد. کاهش ترکها باعث افزایش مقطع موثر بتن خواهد شد در حالی که در اعضای بتن آرمه معمولی به واسطه ترک خوردگی، مقطع موثر بتن تحت بارهای بهره برداری کاهش مییابد. به علاوه کاهش ترک مانع نفوذ مواد خورنده به بتن شده و خوردگی فولاد کمتر میشود. به عبارت دیگر دوام سازه افزایش مییابد.
کنترل تغییر شکل
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 کاهش ارتفاع کل ساختمان
سیستمهای دال بتنی نسبت به سایر سیستمهای پوشش سقف دیافراگم یکپارچهتری تشکیل میدهند. این نوع سیستم باعث بهبود عملکرد لرزهای ساختمان میشود. به علاوه تحقیقات مختلف در این زمینه نشان میدهد دالهای پس کشیده با روش نچسبیده نسبت به دالهای بتن آرمه عملکرد مناسبتری هنگام وقوع زلزله داشتهاند.
کاهش ارتفاع کل ساختمان
از آنجایی که ضخامت دالها در این سیستم کاهش مییابد و امکان حذف تیرها نیز وجود دارد، میتوان ارتفاع سازه را کاهش داد. بدین معنی که در ارتفاع ثابت میتوان از تعداد طبقات بیشتری استفاده کرد. این امر بخصوص در ساختمانهای بلند مرتبه که با توجه به قوانین موجود محدودیت ارتفاع دارند، حائز اهمیت است.
امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم در سقف
با توجه به انعطاف پذیری کابلها، امکان ایجاد بازشوهای بزرگ و نامنظم روی سقف وجود دارد. در این سیستم نیاز به تعبیه تیر اطراف بازشوها نیست.
امکان ستون گذاری نامنظم
بر خالف سازههای بتنی معمولی که ستون گذاری معمولا از آکس بندی منظم پیروی میکند. در این سیستم امکان ستون گذاری بصورت نامنظم وجود دارد که در طرحهای معماری حائز اهمیت است.
افزایش سرعت اجرا
با توجه به حذف تیرهای میانی و آرماتور بندی دالها، زمان اجرای دال پیش تنیده بسیار کمتر از دال بتنی معمولی خواهد بود. از طرف دیگر بعد از اجرای عملیات کشش، سقف بدون وجود قالب و شمع بندی، خود ایستا خواهد بود. میتوان قالبها را در مدت زمان کوتاهتری باز کرد. بصورت عمومی زمان اجرای یک دال پیش تنیده حدود ۳ %کمتر از دال بتن آرمه معمولی است.
کاهش هزینهها
کاهش ضخامت دال، کاهش تعداد ستونها، حذف تیرها و … باعث صرفه جویی قابل توجهی در بتن و فولاد مصرفی خواهد شد. به علاوه کاهش عملیات قالب بندی و آرماتور بندی نیز باعث کاهش هزینههای اجرایی میشود. سرعت اجرای بیشتر نیز کاهش هزینه تجهیزات و نیروی انسانی را در پی خواهد داشت. روی هم رفته ساختمانهایی که در آنها از سیستم دال پس کشیده استفاده میشود حدود ۳ درصد نسبت به ساختمانی بتن آرمه ارزانتر خواهد بود.
روشهای اجرای سیستم پس کشیده
در زمینه اجرای سیستم پس کشیده دو روش جهت ساخت بکار میرود.
سیستم چسبیده
با این روش کابلهای پس کشیده از میان غلافهای تخت ممتد و کوچک از جنس گالوانیزه عبور میکنند. داخل غلافها پس از بتن ریزی و کشیده شدن کابلها با دوغاب پر میشود.
سیستم غیر چسبیده
در این سیستم کابل با دوغاب، تزریق نمیشود. میتواند آزادانه و مستقل از بتن حرکت کند. اغلب کابلها در یک غلاف محافظ با گریس پوشانده شدهاند. پس از بتن ریزی و کسب مقاومت فشاری مشخص، کابل بسادگی و با استفاده از یک جک دستی کوچک کشیده میشود. این عمل عملیات پس کشیدگی را تکمیل میکند.
دامنه کاربرد سقفهای پس کشیده
- پارکینگهای طبقاتی
- برجها وساختمانهای مرتفع
- ساختمانهای تجاری و بیمارستانها
- پلها
- انبوهسازیهای مسکونی
ویژگی سقف پیش تنیده پس کشیده
- امکان ایجاد دهانههای بزرگ و وجود ستونهای کمتر در سازه (انعطاف پذیر بیشتر در طراحی)
- کاهش ضخامت سقف و در نهایت کاهش ارتفاع کل ساختمان یا ازدیاد طبقات
- امکان ایجاد بازشوهای بزرگ در سقف
- مقاومت سازهای بالاتر به دلیل پیش تنیدگی دال و در نتیجه ایمنی بالاتر سقف در زلزله
- کاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربهای و دینامیکی
- امکان ستون گذاری نامنظم
- امکان حذف تیرها و اجرای کنسولهای بلندتر
- از نظر اقتصادی گران ولی در دهانههای بزرگ و ارتفاع بالای ساختمان توجیه پذیر است.