پیشتنیدگی که ترجمه کلمه Pre-Stressing میباشد بدین معناست که عضو بتنی نظیر Slab یا تیر را باندازه نیروی لازم تحت فشار قرار دهیم تا موقع اعمال نیروی قائم، عضو بتنی دچار خیزش و ترکخوردگی نگشته و از تحمل باربری بیشتری برخوردار باشد.
این فشار از طریق اعمال تنش (Tension) توسط کشیدن و مهار کردن کابلهای فولادی پرکربن سرد کشیدهشده (استرند) به عضو بتنی وارد میآید، که بسته به تقدم بتنریزی قبل یا بعد از کشش، دو روش پسکشیده (Post – Tension) و پیشکشیده (Pre-Tension) حاصل میشود.
در سازه های بتن مسلح 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 قرار می گیرند. در ناحیة فشاری، بتن به خوبی نیروها را تحمل می کند، اما در ناحیة کششی، ترک می خورد و عملاً کارایی خود را از دست می دهد و آرماتور به تنهایی نیروهای کششی را تحمل می نماید. در این حالت، بتن تنها نگهدارندة آرماتور است و بدون باربری، به وزن سازه می افزاید.
اما در سازه های پیش تنیده، اعضای بتنی شامل بتن، آرماتور و کابل های پیش تنیدگی می باشند. در این اعضا، آرماتور ها برای جلوگیری از ایجاد ترک های بزرگ در بتن (که عملاً موجب شکست می شوند) وتأمین الزامات حداقل مقرراتی که مبحث مقررات ملی ساختمان برای سازه های بتنی مقرر داشته است استفاده می شوندومعمولاً به عنوان قطعات باربر مورد استفاده قرار نمی گیرند.
بتن در این اعضا همچنان نقش باربری فشاری را عهده داراست با این تفاوت که به طور کامل (در کل ناحیه) تحت فشار قرار می گیرد و عملاً تمام مصالح بتن بدون ایجاد ترک، نیروهای فشاری را تحمل می کند.
دلیل این امر، استفاده از کابل های پیش تنیدگی می باشد.کابل های پیش تنیدگی با ایجاد نیروی فشاریِ اولیه (در زمان ساخت و قبل از بهره برداری از سازه) در ناحیة کششیِ بتن، موجب می شوند، بعد از آنکه بارهای مرده (از قبیل کف سازی) و زنده (از قبیل بار وسایل و کاربران) ، در زمان بهره برداری از سازه بر سازه اعمال شدند، این ناحیه تحتکشش 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 اندازة اعضا کاهش می یابد.
استفاده از سقف پیش تنیده سبب حذف تیرهای میانی، کمتر شدن ارتفاع غیرمفید در سازه و درنهایت سبکتر شدن سازه و اقتصادی شدن طرح میگردد.در عین حال معایب سازههای بتنآرمه یعنی قطور بودن ابعاد ستونها و ارتفاع بلند تیرها را نیز برطرف کرده، نسبت به سازه های فلزی ارزانتر بوده و در عین حال در برابر آتشسوزی و خوردگی مقاومتر است.
1- انعطافپذیری پلانها
در این نوع سقفها امکان اجرای دال تخت با دهانههای 9m x 9m تا 7m x 11m بدون تیر وجود دارد و با استفاده از تیر میتوان دهانههای بزرگتر را نیز پوشش داد، بدین ترتیب امکان حذف ستونهای اضافه و همچنین آویز تیرها وجود دارد. از طرفی بدلیل عدم نیاز به تیر و قاب (در محدوده مجاز آییننامهها) نیازی به هم محور بودن ستونها نمیباشد، و با استفاده از این سیستم میتوان پلانهای منحنی و پیچیده معماری را اجرا نمود. بدین طریق امکان استفاده بهینه از فضاهای معماری بدون وجود المانهای مزاحم فراهم میگردد.
2- امکان حذف بعضی از المانهای معماری
داشتن سطحی صاف و بدون برآمدگی در زیر و روی سقف و حذف آویز تیرها سبب میگردد که دیگر نیازی به اجرای سقف کاذب در زیر سقف و همچنین کفسازی جهت مسطح کردن روی سقف نباشد که این خود به اجرای راحتتر شبکههای مکانیکی، برقی و آتشنشانی کمک کرده و کارایی سیستم روشنایی را بیشتر می نماید.
3- امکان تغییر طرح معماری در آینده
وجود مدولهای بزرگ و عدم حضور اعضای مزاحم تیر و ستون در پلانها امکان تغییر عملکرد فضاهای معماری را در کاربریهای آینده ممکن میکند.
4- اجرای سقف یکپارچه
از دیگر مزایای این گونه سقفها، امکان اجرای سقف بصورت یکپارچه در طول 60 متر بدون وجود درز میباشد. این امر سبب کاهش تعداد درزها و ایجاد سطح هموار با کیفیت مناسب برای بهره برداران میگردد.
1- کاهش وزن سازه
در این سیستم بدلیل حذف قسمت کششی بتن ضخامت دال کاهش یافته و این امر برکوچک نمودن ابعاد ستونها، دیوارهای برشی و فونداسیون اثر مستقیم میگذارد و به همین دلیل تحمل سازه در برابر زلزله بالا می رود.
2- کاهش ارتفاع کل سازه
کاهش ضخامت سقف و حذف آویز تیرها سبب کم شدن ارتفاع کل سازه میگردد. به نحوی که بطور متوسط به ازای هر طبقه 20 سانتیمتر کاهش ارتفاع خواهیم داشت که با احتساب عدم نیاز به سقف کاذب این رقم حداقل به 40 سانتیمتر می رسد. این کاهش ارتفاع منجر به کم شدن نیروی زلزله و تغییر مکان سازه در هنگام زلزله میگردد.
3- کاهش تغییر شکل
بدلیل شکل خاص قرارگیری کابل در دال پسکشیده بصورت سهمی معکوس که سبب ایجاد یک نیروی به سمت بالا در خلاف جهت نیروهای ثقلی میگردد، این دالها دارای خیز بسیار کمتری نسبت به دال معمولی هستند.
4- کنترل بهینه ترک و آببندی مناسب
بدلیل اعمال تنشهای فشاری از دو سمت عمود بر هم در دالها، ترک در این نوع دالها کمتر و قابل کنترلتر است، لذا آب، روغن و سایر مواد شیمیایی که عموما" در پارکینگ وجود دارد امکان نفوذ بر این دالها را نداشته و همین امر سبب افزایش طول عمر آنها میگردد.
1- افزایش فضای مفید طبقات
بدلیل حذف ستونهای اضافه در پلان و کاهش ابعاد اعضا به سبب کم شدن بارهای ثقلی به فضای مفید طبقات افزوده میگردد. این امر در پارکینگها سبب اضافه شدن تعداد پارکینگ ها میگردد.
2- افزایش طبقات در ارتفاع یکسان
حذف آویز تیرها و همچنین کاهش ضخامت دال سبب کاهش فضای غیرمفید طبقات میگردد. بدین طریق با حفظ ارتفاع مفید طبقات میتوان در ارتفاع یکسان تعداد طبقات ساختمان را افزایش داد.
3- کاهش مصالح مصرفی
استفاده از سقفهای PT سبب کاهش حجم بتن مصرفی در سقف و اعضا میگردد. همچنین استفاده از فولاد با مقاومت بالاتر سبب کاهش میزان آرماتور مصرفی در سقف شده که این امر اثر بسیاری در کاهش هزینه سازه خواهد داشت.
4- کاهش زمان اجرا
1-4- کاهش زمان بدلیل اجرای سریعتر سقف: با توجه به قالببندی آسان این گونه سقفها بدلیل حذف آویز تیرها و امکان باز کردن قالببندیها در مدت کوتاه، زمان اجرای ساختمان که قسمت بحرانی آنها عملیات سقف میباشد به میزان قابل ملاحظهای کاهش مییابد.
2-4- کاهش زمان بدلیل کاهش حجم عملیات کاری: به سبب حذف تیرها و کاهش تعداد و ابعاد اعضای سازهای، کاهش ارتفاع ساختمان و در پی آن،کاهش عملیات نازک کاری، زمان اجرای ساختمان حدود 25 درصد کاهش مییابد
مقاومت در هنگام زلزله | مقاومت در برابر آتش سوزی | دوام (عمر سازه) | مطلوبیت از نظر معماری | سرعت اجرا | هزینه | محدودیت | شرح | نام سیستم | ردیف |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
متوسط | ضعیف | ضعیف | بسیار ضعیف | خوب | مناسب | تا 15 طبقه | وزن سازه توسط اسکلت و زلزله توسط بادبندها تحمل میشود. | اسکلت فلزی ساده با بادبند هم محور | 1 |
خوب | ضعیف | ضعیف | خوب | ضعیف | بسیار بالا | بدون محدودیت | وزن سازه و زلزله توسط اسکلت تحمل میشود. | اسکلت فلزی خمشی | 2 |
بسیار خوب | ضعیف | ضعیف | ضعیف | بسیار ضعیف | بسیار بالا | بدون محدودیت | وزن سازه توسط اسکلت و زلزله توسط اسکلت و بادبندها تحمل میشود. | اسکلت فلزی خمشی با بادبند | 3 |
بسیار خوب | خوب | خوب | متوسط | متوسط | مناسب | بدون محدودیت | وزن سازه و زلزله توسط اسکلت تحمل میشود. | اسکلت بتنی خمشی | 4 |
بسیار خوب | خوب | بسیار خوب | متوسط | متوسط | بالا | بدون محدودیت | وزن سازه توسط اسکلت و زلزله توسط اسکلت و دیوارها تحمل میشود. | اسکلت بتنی خمشی با دیوار برشی | 5 |
بسیار خوب | خوب | بسیار خوب | خوب | خوب | بسیار مناسب | تا 15 طبقه و با قاب خمشی بدون محدودیت | وزن سازه توسط اسکلت و زلزله توسط دیوارها تحمل میشود. | اسکلت بتنی ساده با دیوار برشی (دال پس کشیده) | 6 |
بتن پیش کشیده بتنی است که کابل های پیش تنیدگی آن قبل از ریختن بتن کشیده شده باشند. در بتن پیش کشیده کابل های داخل بتن به بتن چسبیده اند و در واقع کابل بدون غلاف داخل بتن جای می گیرد و بعد از اینکه بتن به مقاومت مشخصه رسید ، کابل ها را از تکیه گاههای دو طرف آزاد کرده و قسمت اضافی بیرون مانده از بتن را قطع می نمایند.
یکی از خاصیت های مهم بتن پیش کشیده این است که می توان چندین عضو یک شکل را در آن واحد بین دو تکیه گاه ریخته و پس از گرفتن بتن با قطع کردن کابل های مشترک، آنها را از هم جدا کرد. این کار از نظر اقتصادی بسیار مقرون به صرفه می باشد، زیرا عمل کشیدن کابل ها برای تمام عضوها فقط یکبار انجام می شود همانند تولید قطعات پیش ساخته Hallow-core.
اگر فولاد پیش تنیدگی را بعد از گرفتن و سفت شدن بتن بکشند، بتن را اصطلاحاً بتن پس کشیده می نامند که به اشتباه به پس تنیده معروف است. نیروی پیش تنیدگی توسط گیره های دو انتهای سازه (Anchorage) از کابل به بتن منتقل می گردد. فولاد پیش تنیدگی نباید قبل از کشیدن به بتن چسبیده باشد، در غیر این صورت امکان کشیدن آن وجود نخواهد داشت. فولادهای پیش تنیدگی را باید در داخل غلاف ها یا مجراهایی که در داخل بتن تعبیه شده است، قرار داد
بعد از پایان عملیات کشش کابل ها ، برای جلوگیری از زنگ زدن کابل ها، دوغاب سیمان به داخل غلاف ها تزریق می شود تا فاصله بین کابل و غلاف را پر کند. در این حالت چون کابل توسط دوغاب به غلاف و در نتیجه به بتن می چسبد، اصطلاحاً این روش را چسبنده (Bonded) می نامند.
گاهی اوقات به دلائل خاصی از جمله ایجاد انعطاف پذیری بیشتر سازه جهت مقاومت بهتر در مقابل زلزله، ممکن است دوغاب به داخل غلاف تزریق نکنند. در چنین حالتی چون هیچ نوع چسبندگی بین کابل و غلاف وجود ندارد، این روش را غیر چسبنده (unbonded) می نامند. در چنین مواقعی برای جلوگیری از زنگ زدن کابل، داخل غلاف و دور کابل را پر از گریس می کنند بیش از یک دهه است که کابل هایی تولید می شود که در داخل لوله های پلی اتیلنی پر از گریس قرار دارد. این نوع کابل های فاقد چسبندگی را می توان مستقیماً در داخل بتن بدون نیاز به غلاف کار گذاشت و بعد از کسب مقاومت بتن، کابل ها را کشید.
مراحل اجرایی در این روش، مشابه روش غیرچسبنده می باشد، با این تفاوت که پس از مرحلة 16، تزریق گروت انجام می شود.