سیستم سقف پیش تنیده و روشهای اجرایی آن

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.

مفهوم پیش تنیدگی

پیش تنیدگی عبارتست از ایجاد یک تنش ثابت دائمی و به اندازه لازم در یک عضو  بتنی بطوریکه در اثر این تنش مقداری از تنش های ناشی از بار مرده و زنده در این عضو خنثی گردد و در نتیجه ظرفیت باربری عضو افزایش یابد.

در واقع نیروی فشاری مورد نیاز در بتن پیش تنیده توسط کشش در فولاد با مقاومت بالا تولید می شود؛ فولاد می تواند قبل یا بعد از بتن ریزی کشیده شود. چنانچه فولاد قبل از بتن ریزی کشیده شود به آن پیش تنیدگی و چنانچه فولاد بعد از بتن ريزی کشیده شود به آن پس تنیدگی گفته می شود. 

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 دو طرف به یک قطعه یا تیر وارد بیاوریم  می توان تنش کششی رادر پائین عضو کاهش داد و یا به کلی آنرا خنثی نمود و تبدیل به تنش فشاری کرد که این اعمال نیرو تعادل بارهای خارجی  می باشند.

در سازه های بتن معمولی، اعضای بتنی از قبیل تیر و ستون و دال سقف شامل بتن و آرماتور هستند که در این اعضا، بخشی از بتن تحت نیروهای فشاری و بخش دیگر آن به همراه آرماتور ، تحت نیروهای کششی قرارمی گیرند .

در ناحیه فشاری، بتن به خوبی نیروها را تحمل می کند اما در ناحیه کششی ، ترک می خورد و عملاً کارایی خود را از دست می دهد و آرماتور به تنهایی نیروهای کششی را تحمل می نمایند در این حالت، بتن تنها نگهدارنده آرماتور است و بدون باربری به وزن سازه می افزاید.

در طول اعضای خمشی هم تار تحتانی در کشش قرار می گیرد (روی تکیه گاه ) و هم تار فوقانی (وسط دهانه) در مقاطع پیش تنیده با جابجا کردن موقعیت کابل، مقدار و توزیع تنش فشاری قابل کنترل است.

در سازه های پیش تنیده اعضای بتنی شامل بتن ، آرماتور و کابل های پیش تنیدگی می باشند در این اعضا آرماتورها برای جلوگیری از ایجاد ترکهای بزرگ در بتن (که عملا موجب شکست می شوند)  و تامین الزامات حداقل مقرراتی که آیین نامه بتن ایران برای سازه های بتنی  مقرر داشته است استفاده می شوند و معمولاً بعنوان قطعات باربر مورد استفاده قرار نمی گیرند.

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)

این کابلها با ایجاد نیروی فشاری اولیه در ناحیه کششی بتن، موجب می شوند  بعد از آنکه بارهای مرده (از قبیل بار وسایل و کاربران) و زنده (از قبیل کف سازی) در زمان بهره برداری بر سازه اعمال شدند این ناحیه تحت کشش قرار نگیرد و موجب ترک بتن و از دست رفتن کارایی بتن نشود  به این ترتیب، از حداکثر ظرفیت باربری بتن استفاده می شود و ابعاد و اندازه اعضا کاهش می یابد.

بهینه ترین حالت در انتخاب مقدار نیروی پیش فشردگی حالتی است که درصدی از بارها متعادل شود که منجر به کاهش میزان فولاد مصرفی و  کنترل خیز و ترک در بتن شود.

مزایای سقفهای پیش تنیده

مزایای معماری

امکان اجرای دهانه های بلند و وسیع

امکان اجرای طره های بلند که با بتن آرمه معمولی امکان احداث آنها وجود ندارد.

حذف آویز تیرها و تبدیل سقف به دال تخت

کاهش ارتفاع ساختمان به واسطه کاهش ضخامت سقفها

افزایش ارتفاع مفید طبقات

افزایش تعداد طبقات در ارتفاع ثابت

امکان استفاده از ستونگذاری نامنظم

امکان احداث بازشوهای بزرگ و نامنظم

زیبایی سازه به دلیل استفاده از مقاطع کوچکتر

مزایای سازه ای

حذف ترکها در مقاطع بتنی به واسطه محدود سازی کشش در مقاطع

افزایش دوام بتن به دلیل حذف ترکها

کاهش خوردگی فولاد به دلیل نبودن ترک در مقاطع

کاهش نیروی زلزله به سازه به واسطه کاهش وزن سازه

افزایش ممان اینرسی و سختی مقاطع

کاهش خیزها و تغییر شکل ها به دلیل افزایش ممان اینرسی

افزایش مقاومت برشی مقاطع

افزایش عملکرد سازه در مقابل بارهای دینامیکی و خستگی

در سازه هایی که بر روی خاکهای رسی حساس و یا خاکهای با ظرفیت باربری پایین احداث می شوند، استفاده از paving  بتنی یا فونداسیون گسترده پیش تنیده ، باعث کاهش مشکلات ترک خوردگی و نشست نامتقارن می گردد.

به دلیل حذف ترکها برای Pressure Vessel ها و سازه های بتنی نگهدارنده مایعات بسیار مناسب می باشند.

مزایای اقتصادی

سرعت اجرایی بالاتر نسبت به دالهای بتن آرمه معمولی به دلیل امکان حذف تیرها ، کاهش قالب بندی و آرماتوربندی سقف

امکان کنترل کیفیت بالاتر به دلیل اینکه سازه با اعمال بارهای پیش تنیدگی مورد ارزیابی مقاومت قرار می گیرد.

هزینه های نگهداری پایینتر به دلیل دوام بالاتر سازه

کاهش حجم بتن مصرفی و صرفه جویی در مصرف بتن .

به دلیل مقاومت بالای فولادهای پیش تنیدگی نسبت به فولادهای معمولی و امکان استفاده از پروفیل جهت بهینه سازی طراحی ، مقدار فولاد مصرفی به طرز چشمگیری کاهش می یابد.

کاهش ارتفاع سازه بطور خودکار باعث کاهش هزینه های ثانویه مانند نماسازی و تاسیسات خواهد شد