پیش تنیدگی, بخش اول و دوم

کلینیک تخصصی طراحی و اجرا سازه های نوین

یافتن راه حل های صحیح اقتصادی و زیباشناسی در پروژه های معماری، از چالش های بنیادینی است، که معماران، طراحان و برنامه ریزان دفتر معماری آرتور امید آذری در تمام طول فعالیت حرفه ای شان، با آن مواجه بوده اند وبر حل آن همت گمارده اند.

یکی از فعالیت هایی که در کلینیک تخصصی  طراحی و اجرای سازه های نوین ، در گروه مهندسی ایران معماری تحت نظارت مهندسین مشاور آلتون سازه  صورت می پذیرد، مطالعه وشناخت روش ها وتکنیک های نوین و برتر تکنولوژی ساخت  در راستای اجرایی کردن آنها ، می باشد .لذا یکی از رویکرد های اصلی این گروه تلفیق نظریه های علمی با روشهای عملی است.برای بسط موضوع در ادامه به تعاریف و مفاهیم  نظری پرداخته می شود و در نهایت تکنیک های نوین اجرا معرفی می گردد.

تلفن تماس برای کسب اطلاعات بیشتر:  ۰۲۱۲۲۹۸۳۳۸۵

پیش تنیدگی, بخش اول

مفهوم پیش تنیدگی

پیش تنیدگی روشی است برای مقاوم سازی بتن یا مواد دیگر که توسط رشته‌های فولادی با مقاومت بالا و یا میلگردها انجام می‌شود.

کاربرد پیش تنیدگی در سازه‌های پارکینگ ها، ساختمان(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری‌های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی و … می‌باشد که در ادامه به مباحث مربوط به پیش تنیدگی پرداخته خواهد شد.
بطور کلی عمل خنثی نمودن تنش ها و یا متعادل نمودن بارها را اساس طراحی اعضای پیش تنیده می توان دانست. اگر نیروی فشاری مشخصی را از دوطرف به یک قطعه یا تیر وارد بیاوریم می توان تنش کششی رادرپائین عضوکاهش داد و یا به کلی آنرا خنثی نمود و تبدیل به تنش فشاری کرد که این اعمال نیرو تعادل بارهای خارجی  می باشند.
بتن در این اعضا همچنان نقش باربری فشاری را عهده دار است با این تفاوت که بطور کامل تحت فشار قرار می گیرد و عملا تمام مصالح بتن بدون ایجاد ترک ، نیروهای فشاری را تحمل می کند. 
دلیل این امر استفاده از کابلهای پیش تنیدگی می باشد که کابلهای پیش تنیدگی وظیفه بوجود آمدن چنین وضعیتی راعهده دار هستند. (در زمان ساخت و قبل از بهره برداری از سازه)

مزایای پیش تنیدگی

برای درک بهتر مزایای پیش تنیدگی دانستن اطلاعاتی از خواص بتن مفید خواهد بود. بتن در برابر فشار بسیار مقاوم است اما در برابر کشش ضعیف است. 
به عنوان مثال وقتی نیرویی کششی در مقطع آن عمل کند، ترک می‌خورد. به طور متداول در سازه‌های بتنی وقتی باری شبیه به خودرو در یک پارکینگ بر روی 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 ) فولادی به صورت مدفون در بتن به عنوان تقویت کشش برای محدود کردن عرض ترک قرار داده می‌شود. میلگردها در این حالت وقتی فقط به صورت مدفون در بتن قرار داده می‌شود به صورت نیروهای (Pssive) عمل می‌کند و تا زمانی که خیز در بتن به مرحله قبل از ایجاد ترک نرسیده است نیرویی را تحمل نمی‌کند.اما (Tendon ) یا همان فولادهای پیش تنیدگی به صورت نیروهای (Active )در سیستم عمل می‌کنند.
در سیستم پیش تنیدگی فولاد به عنوان عامل مقاوم و موثر عمل می‌کند. به طوری که امکان بوجود آمدن ترک در بتن وجود نخواهد داشت.
سازه‌های پیش تنیده حتی اگر تحت بارگذاری کامل قرار گیرند، می‌توانند طوری طراحی شوند که کمترین خیز و ترک در سازه ایجاد شود.

مزایای معماری پیش تنیدگی
• ایجاد سهولت و انعطاف پذیری در طراحی پلان و نما
• امکان ایجاد دهانه های بلندتر و وجود ستون های کمتر در سازه 
• کاهش ارتفاع طبقات و کل ساختمان
• امکان ایجاد کنسول های بلندتر
• افزایش فضای مفید بهره برداری
• ایجاد فضای مناسب برای تأمین پارکینگ های بیشتر
• حذف آویز تیرها و امکان استفاده از سقف کاملاً مسطح
• قابلیت استفاده در پلان های نامنظم و منحنی شکل
• امکان ایجاد بازشوهای بزرگتر در سقف
• قابلیت استفاده از ستونهای خارج از محور
• قابلیت بیشتر عبور لوله ها و ادوات تأسیساتی

مزایای سازه ای پیش تنیدگی
• افزایش دوام بتن
• کاهش ابعاد فونداسیون
• کنترل ترک خوردگی در سازه
• باربری بیشتر عضو پیش تنیده با هندسه مشابه نسبت به بتن مسلح معمولی
• کنترل خیز و تغییرشکل در سازه ها
• ایمنی بالاتر سقف یکپارچه بتنی در زلزله
• کاهش وزن مرده ساختمان و مصالح مصرفی
• کاهش ارتفاع تیرها و ضخامت دال های بتنی
• امکانساخت قطعات بتنی پیش ساخته سبک تر
• کاهش ارتعاش ناشی از بارهای ضربه ای و دینامیکی(کاهش ارتفاع تیرها و ضخامت دال های بتنی)
• استفاده حداکثر و بهینه از ظرفیت مصالح بتنی و کابل ها

مزایای اقتصادی پیش تنیدگی
• افزایش طول عمر مفید سازه
• کاهش فوق العاده در زمان ساخت و ساز
• امکان ایجاد طبقات بیشتر تحت یک ارتفاع مجاز
• امکان احداث پروژه های تجاری با معماری خاص
• کاهش هزینه تمامی آیتم های ارتفاعی نازک کاری
• کاهش قابل ملاحظه در مقدار آرماتور و بتن مصرفی
• کاهش قابل ملاحظه در زمان و هزینه نیروی انسانی  
• افزایش سود دهی پروژه های ساختمانی بواسطه افزایش تعداد پارکینگ ها

پیش تنیدگی – بخش دوم

مراحل اجرای پیش تنیدگی

شیوه ساخت به این ترتیب است که ابتدا فولاد پیش تنیده بین فک های هیدرولیکی تحت کشش در
می آید سپس بتن ریزی انجام می شود و پس از رسیدن مقاومت بتن به حدی که توان تحمل فشار ناشی از پیش تنیدگی را داشته باشد، فک ها آزاد می شود. عضو پیش تنیده ساخته شده را به ابعاد مورد نیاز برش داده و به کارگاه منتقل می نمایند.

روش های پیش تنیدگی

اعمال نیروی پیش تنیدگی به دو روش پیش کشیده یا پس کشیده صورت  می گیرد. بدین معنی که عملیات کشش کابلها می تواند پیش از بتن ریزی یا پس از  بتن ریزی انجام شود.

۱٫ روش پیش کشیدگی:

در این روش در مرحله اول ابتدا کابلها روی بستر پیش ساخته  در حد فاصل دو انتها  کشیده می شوند. در مرحله دوم عضو مورد نظر بتن ریزی می شود و سپس به مقاومت کافی می رسد و در مرحله سوم کابل های پیش تنیدگی در دو انتهای تیر، بریده شده و نیروی پیش تنیدگی بصورت یک نیروی فشاری بر عضو اعمال میشود. 
این روش درسازه‌های پارکینگ ها، ساختمان ها(آپارتمانها) و در دفاتر کار، دالهای بتنی روی زمین، پلها و ورزشگاه ها، حفاری‌های سنگ و خاک، تانکهای ذخیره آب و مواد شیمیایی کارگاهها یا کارخانه های تولید قطعات بتنی مورد استفاده قرار گرفته و معمولامحصولات تولید شده بصورت پیش ساخته می باشد.

۲٫ روش پس کشیدگی :

در این روش در مسیر عبور کابل های پیش تنیدگی ، غلافی تو خالی در بتن تعبیه می گردد سپس کابل ها از درون غلاف ها عبور داده شده بطوری که دو سر آن از غلاف بیرون بوده و سپس عملیات بتن ریزی انجام می شود.بعد از اینکه بتن به مقاومت مورد نظر رسید کابل های توسط جک کشیده می شوند و با مهار بند مهار می شوند.
این روش هم در ساخت قطعات پیش ساخته وهم برای اجرا در محل مورد استفاده  قرار می گیرد.

انواع روشهای پس کشیدگی

با توجه به تماس کابل ها به بتن روشهای پس کشیدگی شامل :

۱٫ سیستم غیرچسبنده تک رشته

بیشتر سیستم‌های غیر چسبنده به صورت تک رشته‌ای می‌باشند.
شرح:یک رشته کابل از هفت رشته سیم مفتول تشکیل می‌شود که با نوعی گریس جهت حفاظت خوردگی پوشیده می‌شود و کل مجموعه درون یک روکش پل یاتلین قرار گرفته است. در قسمت ابتدائی نیز از یک صفحه فولادی سوراخ دار به همراه گوه‌هایی فولادی دو تکه استفاده می‌شود و این گوه‌ها طوری طراحی شده اند که استرند(کابل) را درون خود محکم نگاه می‌دارد.
در این روش هر کابل پیش تنیدگی  داخل یک غلاف پلاستیکی قرار دارد.کابل قابلیت حرکت در داخل غلاف پلاستیکی را دارد و مستقیما توسط یک مهار نگه داشته می شود.پس از بتن ریزی وکسب مقاومت فشاری مورد نیاز کابلها کشیده می شود. در این روش نیروی فشاری از طریق مهارهای انتهایی به بتن منتقل می شودو کابل در طول خود پیوند وتماس مستقیمی با بتن ندارد. 
(منظور از غیر چسبنده بودن، عدم تماس مستقیم فولاد کابل با بتن بواسطه پوشش پلی اتیلنی آن می باشد.)
از آنجایی که  نیازی به تامین چسبندگی بین کابل و بتن وجود ندارد عملیات تزریق گروت در این سیستم حذف می شود. این روش بیشتر در مواردی استفاده می شود که اجزای بتن دارای ضخامت کمی هستند و نصب مهارهای انتهایی بزرگتر امکانپذیر نباشد.

۲٫ سیستم چسبنده مسطح چند رشته

استفاده از این گروت هم باعث محافظت از خوردگی کابلهای فولادی می‌شود هم باعث انتقال نیروی کششی بین استرندها و مجرای لولهای داکت شده و گیرداری طول مشخصی از(Tendon) را در محیط اطراف موجب می‌شود. 
انکرهای خاک و سنگ نیز از نوع سیستم چسبنده (گیرداری) هستند اما با قدری تفاوت در مراحل اجرای انکر گذاری به طوری که به وسیله دستگاه حفاری سوراخ مدنظر به همراه یک غلاف لولهای (Casing ) جهت جلوگیری از ریزش خاک و سنگ در محل ایجاد می‌شود.این کار ممکن است در دیواره یک تونل و یا دیواره حایل شیت پایلی و توده خاک پشت آن انجام می‌گیرد. در درون(Casing ) عبور داده شده و سپس عملیات تزریق گروت آغاز می‌شود. بعد از این که گروت به مقاومت مدنظر رسید عملیات کشش(Tendon ) آغاز می‌شود. در حالت پایدار سازی زمینهای شیبدار (ترانشه ها) و یا دیواره تونل‌ها استفاده از انکر گذاری باعث نگهداری خاک سست و سنگ و پیوستگی آن دو با هم می‌شود، به طوری که وقتی عملیات خاکبرداری داخل آغاز می‌شود، فشار پشت توسط نیروی پیش تنیدگی انکر خنثی می‌شود و دیواره شیت پایل در محل خود استوار می ماند. 
در این روش چند کابل داخل یک غلاف فلزی قرار گرفته و همگی به یک مهارانتهایی ختم می شوند.مهارهای انتهایی در محل مناسب روی قالب  نصب شده و پس از بتن ریزی وعملیات کشش مواد پرکننده(گروت)داخل غلافها تزریق میشود. عاجهای روی جداره غلاف طوری طراحی شده اند تا درگیری مناسب با بتن ایجاد کنند. بدین ترتیب بین کابلها و بتن پیوند(Bonded) قابل قبولی ایجاد می شود.
(منظور از چسبنده بودن، تماس کابل با بتن از طریق گروت ریزی در داکت که کابل در آن محصور شده است می باشد.)
روش چسبیده بیشتر در مواردی استفاده می شودکه نیاز به نیروی زیادی برای پیش تنیده کردن اعضا وجود داشته باشد.
موارد زیر از کاربردهای مهم این سیستم است :
– پلهای پیش تنیده
-تیرهای پیش تنده برای دهانه های بزرگ
– صفحات انتقال بار(Transfer plate )
– فونداسیونهای پیش تنیده

۳٫ سیستم چسبنده دایره ای(مدور) چند رشته ای

که در پروژه های عظیم مثل پل کارایی دارد.

مقایسه سیستمهای چسبیده و نچسبیده در پیش تنیدگی

الف ) سیستمهای نچسبیده
– امکان ایجاد خروج از مرکزیت بیشتر برای کابلها
– افت کمتر در نیروی پیش تنیدگی
– عدم نیاز به تزریق گروت
-سرعت اجرای بالاتر
– هزینه کمتر
– میانگین مصرف کابل : ۳٫۷۵  (کیلوگرم در هر متر مربع سقف)
– میانگین مصرف ارماتور: ۶ (کیلوگرم در هر متر مربع سقف)

ب ) سیستمهای چسبیده 
– مقاومت بیشتر مقطع در حالت حدی نهایی
– مستقل بودن نیروی پیش تنیدگی از مهارانتهایی بعد از تزریق گروت
– میانگین مصرف کابل : ۴٫۵  ( کیلوگرم در هرمتر مربع)
– میانگین مصرف ارماتور : ۹ ( کیلوگرم در هر متر مربع سقف)