سقف پیش تنیده , اجرای پیش تنیدگی , طراحی پیش تنیدگی, طراحی سازه فلزی , طراحی سازه بتنی
uncategorized, بلاگ

پیش تنیده چیست ؟

پیش تنیدگی  به طور ساده اعمال بار برای ایجاد فشار و خمش در اعضای بتنی می­باشد. معمولا پیش تنیدگی  در جهت خلاف لنگر و تنشهای کششی ناشی از سایر بارها عمل می­کند. تاریخچه این سیستم و کاربرد آن با دریافت حق ثبت اختراع برای پیش تنیدگی  در سال 1872 توسط جکسون مهندس اهل سانفرانسیسکو آغاز گردید. او میلگردهای فولادی را داخل مصالح بنایی قرار داد و به کمک رزوه میلگرد آن را تحت تنش قرار داد. اعمال نیروی متمرکز به درستی صورت گرفت، اما به دلیل خاصیت فولادهای موجود در آن زمان، این نیروها در دراز مدت تنزل یافتند. تلاش او بوسیله دوارینگ در سال 1888 در آلمان ادامه یافت. وی حق ثبت اختراع را برای تنیده کردن دالها به کمک سیمهای فولادی بدست آورد. به دلیل اینکه فولادهای اولیه تنش تسلیم نسبتا پایینی داشتند، هیچکدام از این تلاشهای اولیه موفق نبودند. نیروی اولیه کم جکها در کنار خزش و جمع شدگی بالای بتن، سبب استهلاک بیشتر نیروی پیش تنیدگی اعمالی به سازه می­شد.

افزایش قابل توجه در تنش موثر استرندهای پیش تنیدگی  بعد از همه اتلافها به کمک مصالح جدید اولین مرحله مهم در اجرائی کردن پیش تنیدگی  بود. از سال 1926 تا 1928، در فرانسه، فرسینه تاثیر افت تنش درازمدت در پیش تنیدگی را شناسایی کرد و فولادهای با مقاومت بالای جدید را با موفقیت در اعضای پیش تنیدگی  به کار برد. در سال 1940، او سیستم مشهور و پذیرفته شده فرسینه را معرفی کرد. توسعه فولادهای پر مقاومت، در کنار ابزارهای اعمال پیش تنیدگی اختراع شده، یک نقطه عطف دیگر در کاربرد موثر پیش تنیدگی ایجاد کرد. عمده تمرکز فعالیتهای پیش تنیدگی  در سازه­های خاص و پلها بوده است، اما توسعه دهندگان اولیه توجه کمی به استفاده از تکنیک پیش تنیدگی   در صنعت ساختمان داشته­اند. از سالهای اولیه 1950 و با معرفی روش ساخت دال بالا رونده در آمریکا، استفاده مهندسین از پیش تنیدگی در جهت حذف ترکها و کاهش خیز دالهای تخت سبک در ساختمان­ها شروع گردید. هر چند معرفی پیش تنیدگی توسط این مخترعین صورت گرفت، اما ابزار طراحی اصلی برای کاربرد پیش تنیدگی توسط لین (1963) به کمک مفهوم “تعادل بار” معرفی شد. در شکل اولیه آن، بالانس بار به مهندس اجازه می­دهد که تاثیر پیش تنیدگی را در کاهش بارهای مرده وارد بر دال مشاهده کند – یک شرایط طراحی که مهندس به خوبی آن را درک می­کند و می­تواند به کار ببرد. اقتصادی بودن پیش تنیدگی و ساده بودن روش بالانس بار به مهندسان پیشرو و پیمانکاران اجازه داد تا صنعت پیش تنیدگی را در آمریکا گسترش دهند. عوامل مهم گسترش استفاده از پیش تنیدگی، توسعه تاندونهای روکش دار، ایجاد موسسه پس تنیدگی PTI توسط کلیفرد و سمینارهای آموزشی فراوان و چاپ کتابهای راهنما در خصوص طراحی و اجرای ساختمانهای پیش تنیده بوده است.

با توجه به نیازهای معماری ساختمانها همچون ایجاد دهانه­های بلند، ستون گذاری نامنظم، حذف آویز تیرها و … استفاده از پیش تنیدگی بیش از 15 پیش در ایران آغاز گردید. در ابتدا تمامی ادوات به کار رفته در آن وارداتی بوده اند که به دلیل محدودیتهای وارداتی کشورمان در زمانهای مختلف و کم بودن شرکتهای متخصص در این زمینه یک نقطه ضعف در اجرای این سیستم بود، اما امروزه هم تولید تجهیزات بومی گشته است و هم تیمهای متخصص انجام این کار کم نیستند. مزیتهای خاص این سیستم مانند امکان ایجاد دهانه های بزرگتر با افزایش  فواصل بین ستونها، کاهش ضخامت سقف، سطح زیرین دال به صورت تخت، انعطاف بیشتر در پلان و ستونگذاری نامنظم و غیر هم محور، کنترل ترک، تغییر شکل و افزایش دوام سازه، سیکلهای اجرایی کوتاهتر و سرعت در عملیات اجرا، کاهش هزینه های ساخت و بهره برداری و عملکرد بهتر در زلزله سبب گسترش روزافزون آن در اقصی نقاط کشور گردیده است. در برخی شهرها مزیتهای فوق سبب انتخاب این سیستم در مقایسه با سایر سیستمهای موجود می گردد، به طور مثال در شهر شیراز، ساختمانهای نزدیک به آثار تاریخی دارای محدودیت ارتفاع کل  هستند و لذا اقبال کارفرمایان در به حداقل رساندن ضخامت سقف می باشد.

در اکثر نقاط دنیا این سیستم در ساختمانهای زیر به کار گرفته شده است: ساختمانهای بلند مرتبه، ساختمان های اداری و مسکونی، هتلها، بیمارستانها، پارکینگ های طبقاتی، مراکز آموزشی و فرهنگی، آمفی تئاترها، مراکز درمانی و بهداشتی، مراکز تجاری، سالنها و انبارهای صنعتی، سالن­های ورزشی و استادیوم ها، کفهای صنعتی، ساختمانهای خاص همچون بناهای یادبود و … . در ایران نیز در دو دهه اخیر پلهای معلق، ساختمانهای بزرگ تجاری، اداری، مسکونی، مخازن آب و هاضم فاضلاب، مخازن نفت و گاز، کفهای پیش تنیده صنعتی، گاردریلها با بهره گیری از این سیستم به اجرا رسیده اند. یکی دیگر از کاربردهای پیش تنیدگی استفاده از آن در بهسازی ساختمانهای موجود می باشد، به طور مثال به کمک پیش تنیدگی خارجی می توان برخی از ضعف دالها مانند خیز زیاد و … را اصلاح کرد.

بر خلاف سازه­های بتن مسلح معمولی، که در آن تعیین نیروهای طراحی و میلگردهای مربوط به این نیروها، آسان و مشخص است، طراحی موفقیت آمیز سازه پس­تنیده نیاز به تجربه بالای طراح و دانشی فراتر از فرمول­های کتاب درسی که معمولا در دسترس عموم است، دارد. طراحان کهنه کار معمولا طراحی پس­تنیدگی را نوعی هنر می­دانند که به شدت با تئوری مقاومت مصالح مورد استفاده قرار گرفته در پس زمینه آن در تضاد است. طراحی پس­تنیدگی قبل از شروع کار به فکر و اندیشه مبتنی بر تجربه نیاز دارد. لذا توسعه و تقویت دانش و تجربه محاسب پیش زمینه یک طراحی خوب می باشد. امروزه مهندسان کمی برای طراحی دستی سقف­های معمولی در دفاتر مهندسی مشاور رغبت نشان می­دهند. در سرتاسر جهان برنامه­های کامپیوتری جایگزین طراحی دستی شده اند. نرم افزار مطرح در ایران در این زمینه Adapt می باشد که چندین دهه قبل توسط پروفسور اعلامی ارائه شده و تاکنون ویرایشهای متفاوتی از آن به بازار ارائه شده است. این نرم افزار قابلیت اتصال به نرم افزارهای BIM مانند REVIT و… را دارد. معمولا طراحی این سقفها حالات حدی بهره برداری و مقاومت نهایی را در بر می گیرد و لازم است محاسب مواردی مانند ترک خوردگی، کنترل تنشها، کنترل برش پانچ و کنترل ارتعاش سقف را مد نظر قرار دهد. همانند هر کار دیگری اجرای این سیستم نیز به تیم ورزیده با دقت بالا در اجرا و کنترلهای کافی توسط تیم فنی نیازمند است تا نتایج مطلوب حاصل گردد.

شکل 1- سیستم پیش تنیده پس کشیده با سیستم نچسبیده

متاسفانه علی الرغم گسترش روزافزون این تکنولوژی در صنعت ساختمان هنوز در بین کارفرمایان و حتی بعضا در بین محاسبین باورهای غلطی در خصوص آن وجود دارد که از آن جمله می توان به مواردی مانند نیاز به کششهای مجدد چند سال بعد از اجرای سازه، کاهش شکل پذیری این دالها در زلزله، عدم امکان تغییر در بازشوهای دال و… اشاره کرد. در خصوص مورد اول لازم به ذکر است که کابلهای فعلی موجود در بازار از نوع وادادگی کم (ASTM A416 grade 270) هستند و در عمر مفید سازه هیچگونه نیازی به کشش مجدد ندارند. در خصوص شکل پذیری دالها نیز باید ذکر کرد که اولا دال عضوی است که در زلزله روی شکل پذیری و مشارکت آن در لرزه بری سازه تکیه نمی شود و اعضای لرزه بر تیرها، ستونها و دیوارهای برشی می باشند که به شکل پذیری مناسبی نیاز دارند، ثانیا نیروی فشاری پیش تنیدگی روی دالها معمولا کمتر از 5 % مقاومت مشخصه فشاری بتن دال می باشد که عملا تاثیری در ایجاد رفتار ترد و غیر شکل پذیر دال ندارد، بلکه بالعکس به دلیل توزیع تاندونهای ممتد در کل طول دال در دو راستا انسجام و یکپارچگی دیافراگم دال به نحو مناسبی تامین می گردد. رفتار مناسب این دالها در زلزله های شدید گذشته مانند زلزله کالیفرنیا موید این مطلب است. در خصوص ایجاد بازشو در دالهای پیش تنیده، دو حالت متصور است، یکی اینکه ابعاد بازشو کوچک (معمولا کمتر از 5/0 متر) باشد، در این حالت اگر فاصله لبه بازشو از تاندونهای پیش تنیدگی بیشتر از حد مشخصی (مانند 15 سانتیمتر) باشد، به راحتی با نظر محاسب می توان این بازشو را ایجاد نمود. اگر ابعاد بازشو بزرگ باشد و نیاز به قطع چندین تاندون باشد، این امر نیز با رعایت یک سری ملاحظات و باز طراحی و تقویت احتمالی دال در نقاط ضعیف قابل انجام است و نمونه های موفقی در این خصوص در کشور ثبت شده است.

شکل 2- سیستم پیش تنیده پس کشیده با سیستم چسبیده

مورد دیگری که در سالهای اخیر و به لطف گسترش روزافزون استفاده از مواد افزودنی و بالا رفتن کیفیت بتن مرتفع گشته است نیاز به بتن با مقاومت بالا می باشد. البته رده بتن C30 و بالاتر در سایر کشورها کاملا در دسترس است و در سالهای اخیر نیز در کشورمان تولید آن عادی شده است.