بخشی از مقاله
استفاده از سازه هاي پیش ساخته بتنی به عنوان راهکاري جهت مقابله با مخاطرات زلزله
چکیده:
استفاده از سازه هاي بتنی پیش ساخته در ایجاد پلها وساختمان ها و تمام سازه ها از حدود 50 سال پیش تا کنون در سطح وسیع متداول شده است . امروزه بدلایل عیوب مختلف فولاد اغلب پلهاوساختمان هاي بزرگ ازبتن پیش ساخته اجرا می شوند. سازهاي بتنی پیش ساخته به دو گروه بطورمعمولی مسلح شده وپیش تنیده یا پس تنیده تقسیم می شوند که اجزاي پیش تنیده خود در دو گروه پیش کشیده وپس کشیده قرار می گیرند. اعضاي بطور معمولی مسلح شده در دو گروه انواع دیوارهاي پرکننده واعضایی که از نظر اقتصادي نمی توانند پیش تنیده باشند قرارداده می شوند دراین مقاله ضمن معرفی و توضیح جامع در خصوص سازه هاي بتنی پیش ساخته ، به انواع روشهاي پیش کشیدگی وپس کشیدگی ،معماري و طراحی این نوع سازه ها ،مقاوم سازي اتصالات وسازه در برابر زلزله اشاره خواهد شد و همچنین عملکرد این نوع سازه ها درمقابله با مخاطرات زلزله مورد بحث وبررسی قرارمی گیرد. پانلهاي بتنی پیش ساخته درسازه هاي بتنی عضوهاي هستند که طراحی ،بتن ریزي،عمل آوري،مسلح شدن وپرداخت نهایی در کارخانه صورت می گیرد.در این روش با توجه به عیوب فولاد می تواند به صورت گزینه اي مناسب جهت استفاده در سازهاي مختلف مورد بررسی قرارگیرد.
واژه هاي کلیدي:سازه هاي بتنی، سازه هاي پیش ساخته بتنی، پیش کشیده، پس کشیده،طراحی معماري
-1 مقدمه
امروزه با رشد سریع جمعیت و نیازهاي روز افزون و متنوع مردم براي ادامه حیات بخصوص نیاز آنها به مسکن به یک مقوله اصلی تبدیل شده که تنها ساخت صحیح وسریع مسکن که از دیدگاه صنعتی قابل تامل می باشد. لذا مشکل کمبود مسکن از یک سو، نارسایی هاي کیفی، دوام و ایمنی از سوي دیگر به عنوان اهداف ساخت صنعتی یا سازه هاي پیش ساخته تعریف می شود. باتوجه به اینکه اعضاي سازه هاي پیش ساخته در مراحل طراحی، بتن ریزي عمل آوري ومسلح شدن وپرداخت نهایی در کارخانه تحت نظارت وکنترل دقیق صورت می گیرد . و در کارگاه اعضا را به یکدیگر اتصال می دهند. اما طی سالها تجربه کارگاهی وآزمایشگاهی و آنالیز سازه اي با توجه به خرابی سازه هاي پیش ساخته ناشی از زلزله نشان داده که یکی از پارامتر هاي مهم کاهش وزن سازه است چرا که نیروهاي زلزله با وزن آن نسبت مستقیم دارد. بنابراین تکنولوژي انتخاب شده باید داراي جهت گیري کاهش وزن سازه باشد.برخلاف دیگر شیوهء سازه هاي پیش ساخته سبک در سایر سیستم ها ي پیش ساخته ، اتصالاتشان اکثراً به صورت مفصلی ولولایی است وداراي وزن سنگین هستند. همچنین پارامتردیگر اتصالات که بحرانی ترین نقاط این گونه سازه ها می باشند.نیاز مند دقت درطراحی واجرا می باشد. دراین میان به دلیل وجود تعداد زیادي اتصالات تیر به ستون دریک سازه ،سرعت اجراي اتصالات ارتباط مستقیمی با زمان اجراي یک سازه دارد.بنابراین ارائه اتصالی مقاوم در برابر زلزله که داراي سرعت و سهولت در اجرا باشد یکی از نکات مهم در سازه هاي پیش ساخته بشمار می آید.
-2 مزایاي استفاده از سازه هاي بتنی پیش ساخته:
این نوع سیستم به دلایل زیر مورد توجه مهندسان قرار گرفته است
- ایجاددهانه هاي بزرگ وافزایش فضاي مفیددرساختمانهايتجاري،اداري،فرهنگی،مسکونی و ورزشی
- استفاده از حداکثر ظرفیت مکانیکی مصالح اعم از بتن وکابل ها
-کاهش ارتفاع تیرها و در بسیاري موارد حذف تیرها. - ضخامت کم دالهاي بتنی .
-کاهش وزن مصالح مصرفی ودر نتیجه کاهش بار زلزله وبهبودعملکرد لرزهاي سازه -کنترل خیز، چون نیروهاي پیشتنیدگی موجب ایجاد خیز معکوس میشوند--کنترل ترك در سازه، چون مقطع بتنی همواره تحت فشار میباشد .
-کاهش ارتفاع طبقات مفید ساختمان و کاهش هزینه هایی چون نماسازي، تاسیسات، تیغه چینی، گچکاري و رنگ و نقاشی
- سرعت اجراي بالاتر وزمان کوتاه براي باز کردن قالب پس از انجام عملیات کشش کابلها .
- دوام بیشتر سازه به دلیل تحت فشار بودن دائمی بتن و عدم ایجاد کشش در آن .
- امکان تامین پارکینگهاي بیشتر در ساختمان به خاطر افزایش طول دهانهها.
- اجراي زیباتر و جذابتر سازه از نظر معماري و ا فزایش کیفیت،مطلوبیت و مرغوبیت طرح .
- کاهش هزینه مصرف مصالح ونیروي انسانی نسبت به سیستمهاي مرسوم سازهاي دیگر.
- سهولت عبور لوله هاي تاسیسات وانعطافپذیري در ایجاد بازشوها در دالهاي پیش تنیده.
- امکان کنترل کیفیت سازه در حین ساخت
-3 سازه هاي پیش ساخته:
سازه هاي پیش ساخته به دو گروه تقسیم می شوند.
اعضاي بطورمعمولی مسلح شده وپیش تنیده یا پس تنیده تقسیم می شوند که اجزاي پیش تنیده خود در دو گروه پیش کشیده وپس کشیده قرار داده می شوند.
اجزاي سازه هاي پیش ساخته شامل موارد زیر می باشند:
کف،دال،بام،ستونها،تیرها،تیرهاي حمال،تیرچه ها،دیوارهاي پرکننده،شمع هاي حمل کننده وپله ها
-1- 3 اعضاي بطور معمولی مسلح شده : این گونه اعضا به دو گروه تقسیم می شوند.
گروه اول شامل اعضاي بتن مسلح در جا که شامل دیوار هاي برشی وشالوده بتن مسلح می باشند. گروه دوم شامل اعضاي که به علت اندازه یا تعداد کم آنها از لحاظ اقتصادي نمی توانند پیش تنیده باشند. همچنین ممکن اعضاي باشندکه باتوجه به بارگذاري نیاز به پیش تنیدگی نداشته باشند
-2-3 اعضاي پیش ساخته پیش تنیده :(prestress)
دریک عضو بتنی به نحوه دلخواه وبه اندازه لازم، به طوري که در اثر این تنش،مقداري از تنش هاي ناشی از بارهاي مرده وزنده در این عضو خنثی شده ودر نتیجه مقاومت باربري آن افزایش پیدا می کند. این عمل توسط نیروهاي پیش تنیدگی که به سه شیوه به قطعات پیش ساخته وارد می شود انجام می گیرد.
نیروي پیش تنیدگی که به قطعات بتنی وارد می شوندشامل روش هاي زیر می باشد:
روش مکانیکی، روش فشرده ساختن تیر به وسیله یک یا دو جک درمقابل دوتکیه گاه می باشد.روش این سیستم براي اتصال دادن دیواره هاي حائل وسدها به پی هاي سنگی زیرین (COYNE)مکانیکی آنها استفاده می شود. که درشکل (1) دیده می شود.
سیستم مکانیکی ساده سیستم مکانیکی (COYNE)
شکل(:(1 انواع روشهاي وارد کردن نیروي پیش تنیدگی ]مرکزتحقیقات ساختمان ومسکن[
روش شیمیایی ، در این روش نیروي پیش تنیدگی در اثر استفاده از سیمان هاي منبسط شونده بوجود می آید،این سیمان ها بر خلاف سیمانهاي معمولی در موقع گرفتن وسخت شدن به جاي منقبض شدن منبسط می گردند وچون وجود کابل ها در داخل بتن جلوي این انبساط طول را می گیرد در نتیجه مقداري نیروي فشاري در تیر ایجاد می شود،درمیان عضو هاي ساختمانی که براي پیش تنیده کردن آنها از روش شیمیایی استفاده شده می توان لوله هاي دالهاي دوطرفه وپوسته هاي نازك را نام برد. سومین روش به شیوه الکتریکی،حرارتی می باشدکه در این روش با وصل کردن جریان برق به کابل ها باعث ازدیاد طول کابلها شده،سپس کابل ها را توسط گیره هایی در همان حال کشیده شده به تکیه گاه وصل می کنند.پس از قطع کردن جریان وسرد شدن کابلها،دور آنها را بتن ریزي می کنند وبعد از اینکه مقاومت بتن به حد لازم رسید کابل هاي کشیده شده را از تکیه گاه آزاد می کنند ودر نتیجه نیروي کشیده شدن کابلها به بتن منتقل می گردد.
-3-3 اعضاي پیش ساخته پیش کشیده:
در این بتن کابل ها قبل از انجام بتن ریزي، کشیده می شوند. سیم هاي کششی در یک طرف قالب مهار می شوند و انتهاي دیگر سیم ها به کمک جک هاي هیدرولیکی تا ایجاد تنش لازم کشیده می شوند.پس از کشیدن سیم ها، قطعات جانبی قالب نصب می شوندو بتن ریزي در اطراف سیم هاي کشیده شده صورت می گیرد.با کسب مقاومت و گرفتن بتن، به تدریج کابل هاي تنیده شده با بتن درگیر شده وهنگامی که بتن مقاومت لازم را کسب کرد، کابل ها آزادمی شوندو بدین ترتیب انتقال نیروها به بتن انجام می گیرد.براي ایجاد تنش درکابل ها نیروي قابل توجهی لازم است،بنابراین پیش کشیدگی اصولاً در بتن پیشساخته مورد استفاده قرار می گیرد که در آن نیروها توسط بست هاي ثابتی که در دو انتهاي بستر پیش کشیدگی قرار دارد و یا توسط قالب هاي مخصوص ومحکمی درکابل ها مهار می شوند که سیستم آن در شکل (2)دیده می شود.
عضوهاي پیش ساخته که دربخش عرضی تولیدمی شوند.شامل دالهاي دوبل T ، دال تکT، دال با هسته توخالی،دال تخت، تیرهاي مستطیلی،تیرهايLشکل، تیرTمعکوس، ستونهاي پیش تنیده وشمع قائم هستند. دالهاي دوبل Tدرعرض هاي 2/45 و 3/05 متر ودر عمق 350 تا 800 میلیمتر ودر30/5 متر وضخامت لبه آن 50 میلیمترساخته می شوندکه درشکل (3) نشان داده شده است
شکل((3 :دال با قطعات پیش ساخته روي تیرT معکوس ونحوه اتصال آن
دالهاي با هسته توخالی درطراحی شان دقت زیادي لازم دارد ودر اندازهاي زیر وجود دارند.
این قطعات با عرض هاي 406 تا 2440 میلیمتر و ضخامت 100تا300 میلیمتر یافت می شوند توصیه می شود.که این نسبت نباید بیشتر از 50 براي سقف ها وبراي کفها 40 باشد
تیرهاي مستطیل شکل ، L شکل وT شکل معکوس درطولهاي 12/25 تا 4/88 متر موجود هستند. در عمق هاي 400 تا 1000 میلیمتر ودر عرض هاي 300 تا 400 میلیمتر ساخته می شوند.
تیرهاي L شکل درعمق هاي 500 تا1500 میلیمتر با عرض پایینی 600 میلیمتر و عرض بالایی 300 میلیمتر ساخته می شوند.
همچنین تیر T شکل معکوس در عمق هاي 500 تا 1500 با عرض پایینی600 میلیمتر وعرض تیرهاي بالایی 300 میلیمتر تهیه می شوند. که در شکل (4) نشان داده شده است.
