سازه پیش‌تنیده

اعضا ضروری در پیش تنیدگی

در سیستم پیش تنیدگی اعضای ضروری متعددی وجود دارد. در ساختار آزاد (Unbonded) پوشش پلاستیکی به عنوان منفصل و جداکننده نیروی مهاری بین رشته‌های پیش تنیدگی و بتن اطراف عمل می‌کند. چیزی که به عنوان ناحیه آزاد (LF) مطرح می‌شود. این پوشش همچنین باعث محافظت از رشته‌ها در برابر صدمات مکانیکی می‌شود، به عنوان یک مانع عمل می‌کند که از نفوذ رطوبت و مواد شیمیایی به رشته جلوگیری می‌کند. علاوه بر این پوشش، گریس مخصوص محافظ رشته فولادی، باعث کاهش اصطکاک بین رشته فولادی و پوشش پلاستیکی آن شده و محافظت مضاعفی دربرابر خوردگی ایجاد می‌کند.

قسمت‌های مربوط به مهار کردن و بستن (Anchor Head)

لنگرگاه و مهار کردن از بخش‌های مهم خصوصاً در سیستم‌های آزاد(Unbonded) می‌باشد. بعد از این که بتن عمل آوری شد و به مقاومت لازم رسید، گوه‌ها داخل صفحه مخصوص (Wedge Plate) قرار داده می‌شود و رشته‌ها کشیده می‌شوند. پس از برداشتن جک، رشته فولادی به آرامی جمع می‌شود و گوه‌ها را به درون لنگر گاه می‌کشد و این عمل باعث ایجاد قفل شدگی محکم در رشته فولادی می‌شود؛ بنابراین گوه‌ها نیروی موجود در Tendon را حفظ می‌کنند و آن را بتن محیط اطراف منتقل می‌کنند. در محیط‌های خورنده قسمت مهارکننده (anchorhead) و دم‌های رشته‌های فولدی بیرون زده معمولاً با یک پوشش کلاهک برای حفاظت بیشتر پوشانده می‌شوند.
سازه‌های بتنی پیش تنیده آزاد (Unbonded) عموماً در کارخانه به صورت پیش‌ساخته تولید می‌شوند و به محل استفاده (به صورت آماده جهت نصب) منتقل می‌شوند. سپس رشته‌های پیش تنیدگی به شکلی که در نقشه‌های نصب مشخص شده‌اند، در محل قرار داده می‌شوند. در نقشه‌های نصب فاصله آن‌ها از هم، شکل حرکتی آن در طول (ارتفاع هر قسمت آن از سطح قالب) و محل‌هایی که باید کشیده شوند، نشان داده می‌شود. سپس بتن ریزی انجام می‌شود و وقتی به مقاومت لازم بین 3000-3500 psi رسید، رشته‌ها کشیده شده و قفل می‌شود. اصولاً Tendon شبیه یک نوار لاستیکی تمایل به برگشت به حالت طول اولیه دارد در حالی که قسمت مهارکننده(Anchor head) از حرکت آن جلوگیری می‌کند. در واقع رشته‌ها به‌طور دایمی تحت تنش قرار دارند که باعث می‌شود نیروی فشاری در بتن ایجاد شود. این نیروی فشاری که از سیستم پیش تنیدگی حاصل می‌شود نیروهای کششی ناشی از بارگذاری را خنثی می‌کند؛ بنابراین ظرفیت باربری بتن یا دیواره شیت پایل در سازه‌های دریایی (اسکله‌ها، حوضچه‌های خشک تعمیر کشتی) به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد. از آنجایی که بتن پیش تنیده در محل پروژه به صورت درجا ریخته می‌شود تقریباً هیچ محدودیتی برای شکل‌دادن وجود ندارد. سازه‌های قوسی شکل، طرح‌های دال‌های پیچیده مثال‌هایی از سازه‌های بتنی پیش تندگی هستند. پیش تنیدگی تاکنون برای استفاده در تعداد زیادی از پل‌هایی که به زیبایی طراحی شده، جهت استفاده قرار گرفته‌است.
استحکام کششی کابل‌های فولادی پیش تنیدگی تقریباً در ده سال گذشته دو برابر شده از این رو صنعت پیش تنیدگی به سرعت در حال رشد است.

کاربرد پیش تنیدگی

در سازه‌های پارکینگ‌ها، ساختمان (آپارتمانها) و در دفاتر کار، دال‌های بتنی روی زمین، پل‌ها و ورزشگاه‌ها، حفاری‌های سنگ و خاک، تانک‌های ذخیره آب و مواد شیمیایی و … پیش تنیدگی می‌تواند باعث مزایای فراوانی گردد.
در بیشتر حالت‌ها اجرای سیستم پیش تنیدگی باعث می‌شود بسیاری از ملزومات دشوار معماری طرح رعایت و محدودیت‌های موجود برطرف گردد.
پیش تنیدگی تقریباً در تمام انواع سازه‌ها کاربرد دارد. در سازه ساختمان‌ها، پیش تنیدگی اجازه ایجاد دهانه آزاد بیشتری بین تکیه گاه‌ها می‌دهد. ضمناً ضخامت دال‌های بتنی نیز کمتر بوده، تیرها کمتر و لاغرتر نیاز است. امکان ساخت اعضا سازهای چشمگیر و نمایشی از مزایای پیش تنیدگی است. دال نازکتر به معنای استفاده کمتر از بتن می‌باشد به علاوه این که ارتفاع کلی ساختمان برای ارتقای کف تا کف یکسان نسبت به ساختمانی که از سیستم پیش تنیدگی استفاده نشده کمتر می‌باشد؛ بنابراین سیستم پیش تنیدگی باعث می‌شود وزن سازه به‌طور قابل توجهی نسبت به ساختمان بتنی معمولی با همان تعداد طبقات کاهش یابد. این موضوع باعث کاهش بار فندانسیون می‌شود و می‌تواند مزیت اصلی آن برای نواحی لرزه خیز باشد. در مقایسه با ساختمان با شرایط مشابه یک ساختمان کوتاه به سیستم‌های مکانیکال کمتر و همچنین هزینه نمای خارجی کمتری احتیاج دارد؛ لذا صرفه اقتصادی نیز حاصل شده‌است. محاسن دیگر سیستم پیش تنیدگی این است که تیرها و دال‌ها می‌توانند ممتد اجرا شوند. به عنوان مثال یک تیر تنها می‌تواند به‌طور ممتد از یک انتهای ساختمان به انتهای دیگر آن امتداد یابد. از نظر سازهای این حالت بسیار کارآمدتر از این است که یک تیر فقط از یک ستون به ستون بعدی امتداد داشته باشد. سیستم پیش تنیدگی برای سازه‌های پارکینگ نیز استفاده می‌شود و علت آن این است که انعطاف‌پذیری زیادی برای طراحی ستون‌ها، طول دهانه آزاد و شکل رمپ به طراح می‌دهد. پارکینگ‌هایی که در آن‌ها از سیستم پیشتنیدگی استفاده شده‌است هم می‌توانند به عنوان یک سازه مستقل باشند و هم به عنوان یک یا چند طبقه در یک ساختمان مسکونی یا اداری قرار داشته باشند. در نواحی که از خاک رس روان یا خاک‌هایی با ظرفیت باربری پایین تشکیل شده‌اند، استفاده از دال‌های روی زمین یا فندانسیون‌های گسترده با سیستم پیش تنیدگی مشکلات ناشی از ترک و نشت‌های نامتقارن را از بین می‌برد. این روش برای ساخت پل‌ها با شرایط مختلف هندسی نظیر انحناهای پل‌ها و پل‌هایی با ارتفاع اهمیت زیادی دارد. ضمناً روش پیش تنیدگی امکان ساخت پل‌ها با دهانه خیلی زیاد را بدون استفاده از تکیه گاه‌های میانی پل به وجود می‌آورد. در ورزشگاه‌ها نیز این سیستم باعث می‌شود دهانه‌های آزاد بزرگتری اجرا شود و در نتیجه امکان اجرای طرح‌های معماری زیبایی به وجود می‌آید. این سیستم به عنوان مهاری نفوذکننده در عمق خاک و سنگ نیز استفاده می‌شود و به عنوان اعضا کششی برای نگاه داری دیواره‌های جانبی در سازه‌ها مانند دیواره راه‌ها، تونل‌ها، دیواره حوضچه‌های خشک ساخت و تعمیر کشتی و به عنوان نگهدارنده کف سازه‌هایی که تحت اثر نیروی بالا برندگی قرار دارند (مانند سازه آبگیر) پروژه‌های پتروشیمی و پالایشگاه‌ها استفاده فراوان دارد. ضمن این که برای پایدارسازی شیب زمین‌ها و ترانشه‌ها نیز قابل استفاده هستند. نمونه دیگر مصرف این سیستم در صنایع نفت و گاز و پالایشگاه‌ها مربوط به تانک‌های بتنی ذخیره گاز و تیارسازان میعانات گازی است که در آن‌ها ضریب بالایی جهت اطمینان از عدم وجود ترک در سازه بتنی مطرح است. ضمن این که سازه تانک ذخیره‌سازی در راستای عمودی و افقی به زمین طوری دوخته می‌شود که ایمنی آن در مقابل هرگونه انفجار تضمین می‌شود.

مدل‌سازی سازه

امروزه در کشورهای صنعتی و پیشرفته با تعریف کاتالوگ محصولات از فولاد و بتن تا سنگ نما در نرم‌افزارهای مدل‌سازی اطلاعات ساختمان BIM سازنده، طراح و مالک به سادگی در مراحل ابتدایی با انتخاب محصول مشخص شده و جایگذاری آن در مدل با خصوصیات و رفتار ناشی از قرارگیری هر المان در ساختمان آشنا شده و می‌تواند به صرفه‌ترین انتخاب از لحاظ اقتصادی، انرژی و مقاومت را انجام دهد.