سقف پیش تنیده چیست؟

بتن‌ها کاربرد زیادی در ساختمان سازی دارند و سازندگان با روش پیش تنیدگی یا pre-stressing در آنها سعی دارند مقاومت ساختمان‌ها و سازه‌ها را بیشتر کنند. در بتن‌های پیش تنیده فشاری ثابت و دائمی در قسمتی از بتن ایجاد می‌شود تا فشار حاصل از بار در آن ناحیه کمتر شود. این بتن‌ها در اجرای سقف‌های پیش تنیده کاربرد دارند و باعث افزایش استحکام سقف سازه می‌شوند.
در سقف‌های پیش تنیده غلاف‌های وجود دارد که سازندگان کابل‌هایی فولادی را در آنها قرار می‌دهند تا قدرت تحمل بار بیشتری داشته باشند. در واقع کابل‌ها در بخش آخر بتن‌های این سقف‌ها بسته شده و گره می‌خورند.
در انواع سقف پیش تنیده تنشی با ثبات دائم وجود دارد که از انواع تنش‌ها جلوگیری می‌کند و باعث افزایش مقاومت سقف در برابر فشارهای مختلف می‌شود.
روش اجرای انواع سقف پیش تنیده با هم متفاوت است و سازنده در طراحی هر پروژه باید این موضوع را مد نظر قرار دهد. طراح و مجری سقف باید علاوه بر توجه به این موضوع برای هر پروژه از مصالح و مواد اولیه استاندارد استفاده کند تا سازه قدرت و دوام مناسبی داشته باشد و تخریب نشود.

کاربرد سقف های پیش تنیده
سقف های پیش تنیده در مکان‌های زیر کاربرد دارد:
    پارکینگ‌های طبقاتی
    ساختمان‌های بزرگ
    مراکز تجاری
    آمفی تئاترها و سینماها
    مراکز رفاهی و هتل‌ها
    پل‌ها
    سازه‌های صنعتی
    سازه‌های کابلی معلق و غیره

مزایای سقف پیش تنیده
اهمیت سازه ای پیش تنیدگی سقف  
سقف های پیش تنیده که کم کم استفاده از آن رایج شده و از انواع سقف ساختمان محسوب می شود روی سازه و ویژگی های آن اثر مستقیم دارند، در ادامه، این اثرات بررسی شده است.  
    وزن کمتر سازه: از آنجایی که در روش پیش تنیدگی قسمت کششی بتن حذف شده است، ضخامت دال کمتر خواهد بود. به همین خاطر میتوان ابعاد ستون ها را کمتر در نظر گرفت که این روی فونداسیون ها و دیوارهای برشی نیز اثرگذار است. در نهایت سازه در مقابل زلزله مقاومت و استحکام بیشتری خواهد داشت.  
    ارتفاع کمتر سازه: از آنجایی که آویز تیرها حذف شده و ضخامت سقف نیز کمتر میشود، ارتفاع کلی سازه کاهش خواهد یافت. به طور کلی ارتفاع هر طبقه ۲۰ سانتی متر کاهش می یابد و اگر عدم نیاز به سقف کاذب را نیز حساب کنیم، کاهش ارتفاع به ازای هر طبقه به ۴۰ سانتی متر نیز خواهد رسید. هرچه ارتفاع ساختمان کمتر شود، اثر زلزله روی ساختمان هم کمتر میشود.  
         کاهش تغییر شکل: از آنجایی که کابل به شکلی خاص در دال پس کشیده به صورت سهمی معکوس قرار میگیرد، نیرویی خلاف جهت نیروهای ثقلی در جهت بالا شکل گرفته و در نتیجه دال ها نسبت به دال های معمولی خیز کمتری را تجربه خواهند کرد.  
    کنترل بیشتر روی ترک خوردگی ها: تنش ها به صورت عمود بر هم در دو سمت دال اعمال میشوند و به همین خاطر احتمال ترک خوردگی کاهش یافته و میتوان آب بندی را نیز به شکل بهتری انجام داد. پارکینگ ها مثال خوبی برای این مورد هستند که در آنها روغن، آب و دیگر مواد شیمیایی موجود امکان نفوذ به دال را نخواهد داشت و در نتیجه شاهد طول عمر سقف خواهیم بود.  
اهمیت اقتصادی سقف پیش تنیده  
در بخش قبل اهمیت و اثر پیش تنیدگی سقف روی سازه را شناختیم. اما باید بدانید که یکی از دلایل بهره گیری از سقف پیش تنیده و تیرچه پیش تنیده این است که هزینه های پروژه را کاهش میدهد و صرفه جویی مالی را در مقایسه با سقف های رایج مثل تیرچه بلوک به همراه خواهد داشت. شاید این نکته کمی عجیب باشد، اما در این بخش به صورت کامل در مورد آن توضیح داده ایم.  
فضای مفید بیشتر در هر طبقه: پیش تنیدگی باعث کاهش ابعاد عضوها در هر طبقه میشود، ساختمان را از ستون های اضافه بی نیاز میکند و بارهای ثقلی را کاهش میدهد. در نتیجه سازه فضای مفید بیشتری خواهد داشت. مثلا پیاده سازی سقف پیش تنیده در پارکینگ ها باعث افزایش فضای پارکینگ خواهد شد.  
افزایش تعداد طبقات: اگر ارتفاع دو سازه را یکسان در نظر بگیریم، ساختمانی که در آن تیرها حذف شده اند و ضخامت دال بتنی نیز کاهش یافته است، فضای مفید بیشتری خواهد داشت. به این ترتیب ارتفاع مفید ساختمان نیز حفظ شده و امکان افزایش تعداد طبقه ها در سازه وجود دارد.  
استفاده از مصالح کمتر: با بهره گیری از سقف های پیش تنیده میزان مصرف بتن در سقف و اعضای ساختمان کاهش خواهد یافت. استفاده از فولاد دارای مقاومت بالا باعث میشود از آرماتور کمتر در سقف ساختمان استفاده شود. به این ترتیب در فرایند ساخت سازه کاهش هزینه را تجربه خواهید کرد.   
افزایش سرعت کار: از آنجایی که در سقف پیش تنیده آویز تیرها حذف میشوند و میتوان قالب بندی ها را زودتر باز کرد، قالب سازی به شکل ساده تر انجام خواهد شد. یکی از زمانبرترین و پیچیده ترین بخش های ساخت سازه، قسمت سقف است که با استفاده از سیستم پیش تنیده، سرعت انجام کار بیشتر میشود.  
همچنین ابعاد و تعداد عضوهای ساختمان کاهش می یابد، ارتفاع ساختمان کمتر میشود و فرایند نازک کاری باعث کاهش ۲۵ درصدی زمان ساخت سازه خواهد شد.  
به طور کلی، اگر در ساخت سقف سازه از روش پیش تنیده استفاده کنیم، میتوانیم فاصله بین ستون ها را افزایش دهیم، فضای بازتر و آزادتری را ایجاد کنیم، از نفوذ مواد شیمیایی و مایعات به بتن جلوگیری کنیم و سازه ای با عمر مفید بالا ایجاد کنیم. در سازه های مرتفع مثل برج ها، اصل پیش تنیدگی کمک میکند تعداد طبقات را افزایش دهیم و علاوه بر آن سازه با سرعت بالاتر اجرا خواهد شد.  
همچنین کاهش وزن سازه و افزایش استحکام آن نقش جدی در ضد زلزله بودن سازه دارد.

اجزای تشکیل دهنده سقف پیش تنیده
سقف Prestressed از اجزای مختلفی تشکیل می‌شود که در ادامه آنها را لیست می‌کنیم:
    کابل‌ها: کابل‌ها در انواع مختلف ۱ یا ۵۰ رشته و با روکش یا بدون روکش تولید می‌شوند. سازنده‌ها به طور معمول از کابل‌های ۷ رشته‌ای در سیستم‌های پیش تنیده استفاده می‌کنند.
    گوه‌‎ها: گوه‌ها باعث افزایش نیروی کششی کابل‌ها می‌شوند و مخروطی‌شکل هستند. گوه‌ها به صورت ۲ یا ۳ تکه تولید شده و نمی‌گذارند که کابل‌ها به حالت اولیه‌شان برگردند.
    صفحه‌های مهاری: صفحه‌های مهاری به صورت مستطیلی یا گرد تولید می‌شوند و انواع مختلف ۱ تا ۳۲ سوراخه دارند.
    قطعات شیپوری: قطعات شیپوری به‌عنوان تکیه‌گاه جک در زمان کشش کاربرد دارند.
    غلاف‌های گالوانیزه: غلاف‌های گالوانیزه از خوردگی استرندها جلوگیری کرده و باعث محافظت از آنها می‌شوند.

نحوه اجرای سقف‌های پیش تنیده
پیش تنیدگی سقف را به دو روش پس کشیدن و پیش کشیدن انجام میدهند. روش پس کشیدن نیز به دو شکل چسبیده و غیر چسبیده اجرا میشود و تفاوت آنها در زمان کشیدن کابل هاست.  
روش پس کشیدن: پس از بتن ریزی، کابل ها کشیده میشوند.   
روش پیش کشیدن: قبل از بتن ریزی، عملیات کشیدن کابل صورت میگیرد.  
پیش تنیدگی پس کشیده  
در روش پیش تنیدگی پس کشیده در عضو بتنی سقف، ابتدا بتن ریخته میشود و پس از اینکه به یک مقاومت مشخص رسید، کشش لازم در کابل ها ایجاد میشود. این روش بیشتر مناسب ساختمان های اداری و موارد مشابه است.  
در این روش کابل ها به دو غیر چسبیده به غلاف (Unbonded) یا چسبیده به غلاف (Bonded) استفاده میشوند و تفاوت این به تزریق گروت مربوط است.  
در روش چسبیده دسته ای از کابل (بین ۲ تا ۵ کابل) داخل غلاف فلزی قرار گرفته و به کمک یک مهار نگه‌داشته میشوند. در نهایت بتن ریخته میشود و پس از رسیدن به مقاومت مورد نظر، کابل ها را میکشیم. برای اینکه پیوند بین کابل و بتن حفظ شود، داخل غلاف نیز پر از گروت میشود.  
برخلاف روش چسبیده، در پیش تنیدگی پس کشیده غیر چسبیده کابل ها به صورت مستقل و آزاد میتوانند حرکت داشته باشند. این روش مناسب سازه هایی است که در آن اجزای بتنی ضخامت پایینی دارند.  
پیش تنیدگی پیش کشیده  
در پیش تنیدگی پس کشیده ابتدا کابل ها کشیده میشوند. به این صورت که کابل ها روی یک بسته آماده قرار می گیرند و پس از کشیده شدن کابل ها،  بتن ریخته میشود. پس از اینکه مقاومت بتن به یک حد مشخص رسید، بخش انتهایی کابل از دو سمت تیز بریده میشود.  
در این روش پس از اینکه کابل ها بریده می شوند، یک نیروی فشاری در اثر پیش تنیدگی کابل به عضو اعمال خواهد شد.  

مراحل پیاده سازی سقف پیش تنیده
برای اجرای سقف پیش تنیده لازم است مراحل زیر طی شود:  
قالب‌بندی: سقف های پیش تنیده درست مثل دال های بتن آرمه قالب بندی میشوند و با استفاده از قالب های فلزی، چوبی یا پلای وود میتوان آن را اجرا کرد.  
آرماتوربندی: بعد از اینکه قالب بندی اجرا شد، لازم است آرماتوربندی انجام شود. این شامل آرماتورهای مورد نیاز جهت برش دادن پانچ های کنار بازشوها، آرماتورهای تقویتی، کلاف‌های کناری و… است.  
قرارگیری کابل و مهارها: با در نظر گرفتن نقشه های اجرایی، معمولا کابل‌ها روی قالب و به صورت عمود بر هم قرار میگیرند. بعد از قرارگیری کابل ها، لازم است مهارهای انتهایی به لبه‌ی قالب وصل شود زمان اجرای سقف بسته به طول دهانه، فاصله کابل ها و تعداد آن تعیین میشود. علاوه بر آن برای اینکه نیروی پیش تنیدگی به شکل مناسب و بهینه استفاده شود، کابل ها را روی خرک‌هایی با سایز متفاوت قرار گرفته میدهیم.  
خرک ها باید به گونه ای پیاده سازی شوند که در نقاط تکیه گاهی کابل ها به تار فوقانی نزدیک باشند و در وسط دهانه، نزدیک به تار تحتانی باشند.  
بتن ریزی: پس از اینکه کابل و مهارها نصب شدند، لازم است بتن ریزی انجام شود. بتن ریزی اغلب به شکل متوالی و در یک جهت صورت میگیرد. همچنین زمان بتن ریزی توجه داشته باشید که درز سرد شکل نگیرد.   
ایجاد کشش: زمانی که بتن ریخته شده به مقاومت فشاری لازم رسید، باید در کابل ها کشش ایجاد شود. بسته به طول کابل و الزامات پروژه کابل ها به صورت یک یا دو طرفه کشیده خواهند شد. برای اینکه از ایجاد شدن کشش مناسب اطمینان حاصل شود، قبل از شروع کار کابل ها با رنگ علامت گذاری میشوند و زمانی که کشش کابل به پایان رسید، مقدار فاصله افزایش یافته اندازه گیری میشود. در نهایت باید اندازه کابل را با نقشه های اجرای تطبیق دهید.  

نکات مهم زمان اجرای سقف‌های پیش تنیده
زمانی که تصمیم دارید از دال های تخت استفاده کنید، برای اینکه با برش پانچ مواجه نشوید لازم است به برخی نکات توجه داشته باشید. زمانی که در حال اجرای سقف های پیش تنیده هستید، نباید پوشش بتنی کابل ها را کمتر از ۲۵ میلی متر در نظر بگیرید.  
تنها زمانی که بتن به مقاومت کافی رسیده باشد، مجاز هستید نیروی کششی را به کابل ها اعمال کنید. همچنین نیرویی که به کابل ها اعمال می شود را باید توسط جک های کالیبره شده به صورت دقیق مدیریت کنید.  
لازم است در پایین ترین و بالاترین نقطه کابل (پیش تنیده) از اسپیسر استفاده کنید. در صورتی که در سقف های پیش تنیده از اسپیسرهای فلزی استفاده کرده باشید، لازم است با استفاده از رنگ اپوکسی یک لایه محافظ جهت جلوگیری از خوردگی ایجاد کنید.   
برای اینکه از زنگ زدگی فولادها جلوگیری شود، لازم است از مواد قیری، گریس یا گروت استفاده شود. مقاومت گسیختگی تضمینی فولادهای پیش تنیده باید بین ۱۲۰۰ تا ۲۲۰۰ (نیوتون بر مترمربع) باشد.  
معمولا اجرای پیش تنیدگی سقف با روش پس کشیدگی را به صورت دال تخت است. آیین نامه ۲۸۰۰ ارتفاع ساختمان در این حالت را به ده متر یا سه طبقه محدود کرده است. همچنین در سازه‌ها لازم است دیوارهای برشی بتن آرمه اجرا شود.  
برای اینکه کابل ها حین سوراخ کاری های احتمالی در آینده با آسیب مواجه نشوند، لازم است محل نصب کابل ها روی سقف با علامت مشخص شود. از دیگر مواردی که حین اجرای سقف رعایت آن الزامی است، توجه به حداقل رده بتن C30 است.  
زمانی که در حال انجام فرایند کشش کابل ها هستید، جهت جلوگیری از هرگونه خطر احتمالی نباید افراد در انتهای جک یا لبه پرتگاه قرار داشته باشند. اجرای پیش تنیدگی باید به شکلی باشد که دستیابی به هدف های مورد نظر به طور کامل حاصل شود و از این طریق پروژه در بهینه ترین حالت ممکن از نظر هزینه، وزن، مصالح و… اجرا شود.

حداکثر طول دهانه سقف پیش تنیده
حداکثر طول دهانه سقف پیش تنیده به عوامل مختلفی از جمله نوع سیستم پیش تنیدگی، مصالح مورد استفاده، بارهای وارد بر سازه و طراحی مهندسی بستگی دارد. با این حال، برخی از محدوده‌های کلی برای سقف‌های پیش تنیده وجود دارد که به شرح زیر هستند:
-دهانه‌های کوچک تا متوسط:
   برای دهانه‌هایی با طول حدود 10 تا 20 متر، سیستم‌های پیش تنیده به‌طور گسترده استفاده می‌شوند. این دهانه‌ها معمولاً در ساختمان‌های مسکونی، اداری و تجاری کاربرد دارند. استفاده از سیستم پیش تنیده در این دهانه‌ها علاوه بر کاهش ضخامت سقف، به کاهش تعداد ستون‌ها و ایجاد فضای بازتر کمک می‌کند.
-دهانه‌های متوسط تا بلند:
   در پروژه‌هایی که نیاز به پوشش دهانه‌هایی بین 20 تا 40 متر دارند، سقف پیش تنیده پس کشیده به دلیل انعطاف‌پذیری و توانایی بالا در تحمل بارهای سنگین گزینه‌ای بسیار مناسب است. این نوع سقف‌ها در فضاهای صنعتی، سالن‌های ورزشی، پارکینگ‌های طبقاتی و سازه‌های تجاری بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
-دهانه‌های بلند:
   یکی از بزرگ‌ترین مزایای سقف‌های پیش تنیده، امکان پوشش دهانه‌های بلند بدون نیاز به تکیه‌گاه‌های میانی است. در برخی پروژه‌های خاص مانند پل‌ها و سالن‌های کنفرانس یا سالن‌های تئاتر، دهانه‌های تا 50 متر یا حتی بیشتر با استفاده از این سیستم قابل اجرا هستند. برای دهانه‌های بسیار بزرگ، طراحی دقیق و استفاده از مصالح با کیفیت بسیار اهمیت دارد.

عوامل مؤثر بر حداکثر طول دهانه
چندین عامل کلیدی بر حداکثر طول دهانه سقف پیش تنیده تاثیر می‌گذارند:
-کیفیت مصالح:
   کیفیت و مقاومت بتن و کابل‌های فولادی از مهم‌ترین عوامل در تعیین حداکثر طول دهانه است. کابل‌های با مقاومت بالا و بتن‌های دارای مقاومت فشاری بالا، امکان پوشش دهانه‌های بلندتر را فراهم می‌کنند.
-طراحی سازه:
   طراحی مناسب و مهندسی صحیح سازه یکی از عوامل مهم در تعیین حداکثر دهانه است. طراحی‌های نوآورانه می‌توانند با استفاده بهینه از نیروهای فشاری و کششی، سقف‌هایی با دهانه‌های بزرگ‌تر ایجاد کنند.
-بارهای وارد بر سازه:
   نوع و مقدار بارهای وارد بر سقف، مانند بارهای زنده (افراد، اثاثیه، تجهیزات) و بارهای مرده (وزن سازه)، نقش مهمی در تعیین حداکثر طول دهانه دارند. هرچه بارهای وارد بر سازه بیشتر باشد، نیاز به تقویت سقف بیشتر می‌شود و ممکن است طول دهانه محدودتر شود.
-شرایط محیطی:
   عواملی مانند تغییرات دما، باد و زلزله می‌توانند بر عملکرد سقف‌های پیش تنیده تاثیر بگذارند. بنابراین در طراحی این نوع سقف‌ها، باید شرایط محیطی محل پروژه به دقت مورد بررسی قرار گیرد.